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DNA甲基化动态：发生、保持和去甲基化
在动物中，DNA甲基化主要发生在CG二核苷酸背景下，由从头甲基化转移酶(de novo methyltransferases)中的DNA 甲基化转移酶3(Dnmt3)家族催化发生，由保持甲基化转移酶Dnmt1催化保持。而在植物中，DNA甲基化可以发生在各种背景下的C碱基上，包括CG、CHG(H=A、T或C)以及CHH，以CG为主。CG甲基化主要发生在gene body区，而CHG和CHH甲基化主要发生在转座子区域以及重复序列区，从头甲基化均由Dnmt3的同源酶DRM2催化发生，但是保持却因背景不同而各异。CG由Dnmt1的同源酶MET1催化保持，CHG由CMT3催化保持，而CHH依旧由从头甲基化酶DRM2催化保持。
在植物中，RNA介导的甲基化(RNA-directed DNA methylatio, RdDM))能够识别各种背景下的胞嘧啶，使其发生甲基化从而调控基因的表达。与转座子和重复元件相关的单链RNA(ss RNA)被认为可能是由聚合酶IV(Pol IV)转录生成，之后在RDR2 (RNA-dependent RNA polymerase)作用下生成双链RNA(ds RNA)，再由DCL3(一种类Dicer蛋白)切割形成24nt的siRNA，之后蛋白质AGO4(argonaute)与RNA-RNA或RNA-DNA交互作用, 可能导致依赖RNA 的DNA甲基化酶DRM2 催化C的从头甲基化, 并通过 CMT3、MET1 和DRM2维持其甲基化。对拟南芥的研究发现，在种子发育过程中，胚乳中往往会发生广泛的去甲基化，而胚却发生高甲基化。在雄配子形成时营养核(vegetative nucleus) 中转座子和重复元件被重新激活，产生大量相关的siRNA，通过未知途径进入精子细胞中，通过RdDM通路加强精子中转座子和重复元件的沉默。在雌配子形成时中心细胞中发生广泛的去甲基化，转座子和重复元件被激活，大量相关的siRNA由此产生，这些siRNA通过未知途径进入卵子细胞中加强其中转座子和重复元件的沉默。而在双受精过程中一个精子与二倍体中心细胞结合发育成胚乳，可见胚乳中观察到的低甲基化来源于中心细胞的去甲基化。而另一个精子与卵细胞结合发育形成胚。
动物DNA甲基化主要发生在胚胎发育早期，大约在着床期就已经形成。与植物不同，在动物中是由piRNA和PIWI蛋白(在动物高度保守的argonaute蛋白)复合介导Dnmt3a和Dnmt3b催化C的从头甲基化。DNA甲基化谱式是在胚胎发育过程中逐步建立起来的，不同组织类型的细胞具有不同的甲基化谱式。
另外，组蛋白修饰在调控从头DNA甲基化发生过程中也发挥的重要作用。有研究表明，Dnmt3L能与未发生甲基化的H3K4尾巴相互作用，从而可能募集Dnmt3a与之形成四聚体(包括2个Dnmt3a和2个Dnmt3L)，导致特定位点(如印记基因)的从头甲基化。在2011年，中科院上海生命科学研究院生化与细胞所徐国良研究组在研究起始性DNA甲基化发生机制方面的新进展。他们在对小鼠进行研究时发现，未发生甲基化的H3K4尾巴能被从头DNA甲基转移酶Dnmt3a通过其PHD结构域特异性地识别并结合，从而将其募集到特定位点导致该位点的从头甲基化，而发生甲基化的H3K4则会阻碍了这种特异性地结合。
DNA去甲基化分为两类：主动去甲基化（Active DNA Demethylation）和被动去甲基化（Passive DNA Demethylation）。基因组甲基化模式的形成主要依赖于主动去甲基化，主要涉及一类具有DNA去甲基化功能的蛋白，可能存在的五种机制a. DNA转葡糖基酶参与的碱基切除修复（base excision repair；BER）：5-mC 由DNA 转葡糖基酶直接去除。此途径主要存在于植物体内，动物体内也可能存在。b.脱氨酶参与的碱基切除修复：5-mC 脱氨变成胸腺嘧啶T，形成G/T 错配，进入BER 途径。这一途径主要存在于动物体中，植物体中也可能存在。c.核苷酸外切修复机制（nucleotide excision repair；NER）：直接移除甲基化的CpG 二核苷酸。d.氧化去甲基化：发生氧化反应打开碳-碳键，直接去除甲基基团。e.水解去甲基化：水解胞嘧啶的甲基基团，使其以甲醇的形式被释放。DNA被动去甲基化是指当DNMTs活性被抑制或浓度过低时，无法维持原有的甲基化状态，使DNA甲基化程度降低的过程，这类去甲基化通常发生在细胞复制的两个周期之间，涉及到某些可与DNMTs结合的因子，其结合后形成的复合物可以阻止DNMTs与DNA的结合。
DNA甲基化通过发生、保持和去甲基化是DNA甲基化谱处于精确的平衡状态，DNA甲基化谱式的紊乱在动物中可能导致胚胎死亡、多种神经退行性疾病以及癌症的发生，在植物中会导致多种形态的缺陷。所以，对DNA甲基化动态研究具有重要的意义。
编辑: gaowei2010
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