哺乳动物DNA甲基化图谱建立和去除的生化基础？DNA甲基化的主要生物学作用？

# 建立 DNA甲基化是在DNA模板的胞嘧啶第五个碳原子上加上甲基基团。哺乳动物中，DNA甲基化主要发生在CpG位点上。 哺乳动物的DNA甲基化由从头DNA甲基转移酶DNMT3a/3b在胚胎发育早起建立；而甲基化模式的维持有DNA甲基转移酶DNMT1实现，其主要作用于半甲基化DNA。DNA在复制的过程中新合成的子链是没有DNA甲基化的，需要由DNMT1完成DNA甲基化从母链到子链的遗传。 # 去除 哺乳动物的去甲基化机制则分为被动去甲基化和主动去甲基化。 被动去甲基化是由于DNMT1不能完成子链的甲基化，导致DNA复制过程中甲基化的胞嘧啶逐渐被稀释。 哺乳动物中主动去甲基化主要有四种途径： 1. DNA脱氨/糖基化酶模型：在特异性识别5mC的脱氨酶的作用下，通过脱氨作用是5mC转变为T，形成G/T错配，再由识别G/T错配的糖苷酶MBD4切除T，进而启动碱基切除修复途径（base excision repair，BER），最终没有甲基化修饰的C代替mC。 2. DNA糖基酶模型：存在特异性识别并切除5mC的糖苷酶密切出5mC，产生AP位点（apurinic site），启动BER，C代替mC。 3. Elongator model（延伸模型）：敲除elongator3后，父本的去甲基化水平降低；Elp3被敲除后会损害父本原核DNA的去甲基化 4. 5mC氧化模型：TET酶可以将5mC连续氧化形成5hmC（5-羟甲基胞嘧啶），5fC（醛基胞嘧啶），5caC（5-羧基胞嘧啶）。5hmC在脱氨酶的作用下可以转变为5hmU，再由胸腺嘧啶糖苷酶（TDG）识别，启动BER途径，最终5mC转变为5C。5camC也可直接被胸腺嘧啶糖苷酶（TDG）识别，启动BER途径，5mC转变诶5C。 # DNA甲基化的作用 1. 转录沉默：DNA甲基化作用可以作为基因开关。当DNA胞嘧啶未甲基化、组蛋白乙酰化时，基因可以转录；而当DNA胞嘧啶甲基化，组蛋白发生去乙酰化时，基因沉默不转录。 2. 防止转座子危害：转座子处发生DNA甲基化，可以防止转座子的跳跃影响其他基因的表达。 3. 维持X染色体失活：哺乳动物的父本中只有一条X染色体，而母本中有两条X染色体，且X染色体上有大量的基因，为了保持平衡，母本中需要有一条X染色体永久失活，失活的染色体被称为巴氏小体。巴氏小体中DNA甲基化水平高，H3K4me水平低，H3K27me水平高，且富集HH2A变体H2AFY。 4. 维持基因组印记：基因印记与基因中CpG岛的甲基化密切相关，CpG岛甲基化与否决定基因是否沉默。目前发现的印记基因中，激活所有的印记基因在某一亲代里都有一段甲基化序列，被称为特异性甲基化区域（DMR）。在配子形成过程中，父母本等位基因特异性甲基化建立并维持，高度甲基化即被印记的基因，不表达。