DNA甲基化与表观遗传学
DNA甲基化是一种常见的表观遗传学调控方式, 通过甲基转移酶将甲基基团附
加在DNA分子上, 影响DNA的解旋、螺旋结构和染色质构象, 进而调控基因表达。

DNA甲基化的作用和机制已经成为生命科学领域的研究热点, 在疾病和进化等方面
的研究中发挥了至关重要的作用。

DNA甲基化的机制
DNA甲基化是指在DNA分子上通过甲基转移酶添加甲基基团(-CH3), 形成甲
基化序列。

DNMTs(甲基转移酶)是DNA甲基化的主要调节酶, 成功完成DNA甲基
化需要DNMT1、DNMT3a和DNMT3b共同作用。

DNMT1是维持DNA甲基化的酶, 负责在DNA复制时维持DNA甲基化模式的稳定性。

DNMT3a和DNMT3b则
是帮助甲基化酶作用于新DNA链和异常DNA区域的酶。

DNA甲基化的机制可以分为两种: 一种是“原位甲基化”, 即将甲基基团直接添
加到已经存在的甲基化位点上; 另一种是“de novo甲基化”, 即在没有甲基化序列的
基础上发生的甲基化反应。

实际上, 含有CG（甲基化位点常常位于CpG二核苷酸）的DNA序列往往是很高的DNA甲基化程度, 其他一些转录活性高的DNA序列也
容易捕获甲基化反应, 一旦该序列甲基化, 就容易进行“原位甲基化”反应。

DNA甲基化的作用
DNA甲基化虽然可以调节基因表达, 但是它并不是唯一的表观遗传学调控方式。

DNA甲基化对基因表达的影响是通过改变DNA的结构和染色质构象, 影响DNA
高阶结构的形成来进行的。

1.阻止转录因子结合
DNA甲基化可以阻止某些转录因子的定位, 阻止它们与DNA结合, 进而影响基
因表达。

转录因子是一类重要的调控分子, 通过与DNA结构特异互补而与之靶向
性地结合。

但是, 含有甲基化序列的DNA往往会阻止转录因子结合, 减少转录复合
物(Transcriptional Machinery)的进入, 从而减少或停止基因的表达。

这样做可以帮助
基因调控过程不太复杂, 只需控制在基因表达过程中产生的甲基化位点的数量即可。

2.影响DNA的折叠状态
DNA甲基化也可以影响DNA的高阶结构, 改变染色质的可及性, 影响基因在三
维空间上公开或隐藏的状态。

测序结果表明, 在已知的DNA甲基化位点中, 甲基化
程度越高, 基因平均可及性越小, 比例越少。

这表明, 高甲基化程度的DNA序列往
往被染色质紧密包围, 很难被转录因子和RNA聚合酶访问和使用, 从而影响基因表达。

DNA甲基化及其在疾病中的应用
DNA甲基化潜在的疾病机理已经被广泛的研究过。

许多疾病都与DNA甲基化
状态有着密切的关系。

例如, 一些肿瘤细胞能够通过DNA甲基转移酶的过度表达
来降低所有正常DNA的甲基化水平, 进而抑制细胞凋亡, 使肿瘤细胞持续分裂。

这
就促使研究人员寻找相应的DNMTs抑制剂并发现了一些有效的药物, 如5-氮杂胞苷。

这种药物作用于癌细胞并改变它们的DNA甲基化位点, 从而使得癌细胞死亡。

除此之外, 疾病的原因还可以是DNA甲基化位点在正常物理条件下出现的随机性变化, 从而影响基因表达。

这种现象有时也被称为“表观突变”。

研究人员发现, 许多常见疾病, 如心血管疾病和精神疾病, 均与表观突变有关。

DNA甲基化的信号明
显更容易出现突变, 因此这些疾病的发病机理可能就涉及DNA甲基化部位的变异，因此这意味着疾病的诊断可能也可以通过检测DNA甲基化状态来实现。

结论
DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传学调控方式, 能影响染色质折叠状态、DNA拓扑性、基因表达等过程, 参与大量的生物学调控路径。

因为这种调控方式的
巨大潜力和重要性, DNA甲基化和相关的调控机制在过去几十年已经被大量研究，
并且已经证明了它在研究细胞和疾病方面的巨大贡献。

相信通过更多的研究和实践, 我们可以对DNA甲基化的实际应用作出更具创新性和深度的贡献。