(一)DNA甲基化简介

在表观遗传领域中，DNA甲基化是一个非常常见的概念。在这里，笔者简单区分一下一些易于混淆的概念以及介绍一下DNA甲基化发现的历史。

首先，我们来区分几个常见概念：DNA甲基化、胞嘧啶甲基化、5mC。

DNA甲基化是指在DNA上添加甲基基团(CH3)。真核生物和原核生物的DNA虽然都由四种碱基组成：A、T、C、G，但是其甲基化修饰发生的位置不同。原核生物中，这种甲基基团是添加在腺嘌呤的第6个氮原子上的，因此被称之为N6-methyladenine(6mA)。而在绝大多数真核生物中，甲基基团是添加在胞嘧啶的第5个碳原子上的，即5-methylcytosine(5mC)。所以在人类、小鼠等相关研究中，能够见到DNA甲基化和胞嘧啶甲基化(cytosine methylation)的混用。 (注：有时候羟甲基化也被称之为DNA甲基化，但这种称谓并不是很严谨，不推荐)

5mC与6mA的化学式

接下来，我们来简单梳理一下DNA甲基化发现的历史：

1925年，5mC首次由Johnson和Coghill两人在结核菌核酸的水解产物中被发现[1]。

1950年，Wyatt证实了5mC存在于多种动物和植物中[2]。而在1952年，Wyatt又在噬菌体的核酸中发现了5hmC[3]。当时，对于5mC和5hmC的了解仅仅限于它们是一种碱基，但是其在基因组上的分布规律以及功能等都未知。例如，Watson和Crick在《The structure of DNA》中称5mC为第五碱基，称5hmC为第六碱基[4]。

1962年，Doskočil和Šorm通过比较小麦胚芽和哺乳动物的DNA，发现在哺乳动物中，5mC主要发生在CpG上(胞嘧啶后面是鸟嘌呤，p表示二者之间的磷酸)[5]。

1986年，Bird将相对于背景基因组具有高GC含量、高CpG密度的区域称之为CpG-rich islands[6](注：CpG富集区域的提出应该在更早时间里，笔者没有仔细考证，平时很多文献引用时，是将1986年这篇文献作为第一次CpG岛的提出)。绝大部分的CpG岛位于基因的启动子区域，通常都是非甲基化的，启动子的CpG岛发生高甲基化时会抑制邻近基因的表达。

CpG岛的分布[7]

1987年，Gardiner-Garden和Frommer将GC含量超过50%、长度大于等于200bp、O/E值超过0.6的区域识别为CpG岛[8]，这一概念至今仍在沿用(如UCSC上的CpG岛就是采用的这一规则)。

O/E值计算公式[9]

最后，总结一下，哺乳动物(例如人类和小鼠)的DNA甲基化有这样几个特点：

1. 甲基化修饰发生在胞嘧啶上。

2. 主要发生在鸟嘌呤前面的那个胞嘧啶上。近些年的研究发现，哺乳动物中的非CpG甲基化主要是发生在胚胎发育阶段和脑组织中。

3. CpG聚集的区域倾向于不发生甲基化。(需要注意的是，这里说的只是一种倾向，CpG富集的区域也可能是甲基化的)

PS: 受限于自身水平，多有错误纰漏之处，欢迎指出和讨论。

引用：

[1] Johnson T B C R D. Researches on pyrimidines. C111. The discovery of 5-methyl-cytosine in tuberculinic acid, the nucleic acid of the tubercle bacillus1[J]. Journal of the American Chemical Society, 1925, 47(11): 2838-2844.

[2] Wyatt G R. Occurrence of 5-methylcytosine in nucleic acids[J]. Nature, 1950, 166(4214): 237-8.

[3] Wyatt G R, Cohen S S. A new pyrimidine base from bacteriophage nucleic acids[J]. Nature, 1952, 170(4338): 1072-1073.

[4] Watson J D, Crick F H C. The structure of DNA[C].Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1953, 18: 123-131.

[5] Doskočil J, Šorm F. Distribution of 5-methylcytosine in pyrimidine sequences of deoxyribonucleic acids[J]. Biochimica et biophysica acta, 1962, 55(6): 953-959.

[6] Bird A P. CpG-rich islands and the function of DNA methylation[J]. Nature, 1986, 321(6067): 209-13.

[7] Deaton A M, Bird A. CpG islands and the regulation of transcription[J]. Genes & development, 2011, 25(10): 1010-1022.

[8] Gardiner-Garden M, Frommer M. CpG islands in vertebrate genomes[J]. J Mol Biol, 1987, 196(2): 261-82.

[9] http://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgTables

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