甲基化過程是指金屬和類金屬生成甲基化合物的過程。甲基化合物具揮發性，可以蓄積在細胞中，對高級生物的中樞神經系統有毒害作用。
基本介紹
- 中文名：甲基化過程
- 外文名：methylation
- 學科：環境工程
- 領域：環境科學
定義,簡介,類型,功能,
定義
甲基化過程是指金屬和類金屬生成甲基化合物的過程。
簡介
硒的甲基化過程與環境在硒的生物地球化學循環中，有一個特殊的轉化形態過程，即甲基化過程。自然環境中無機硒在微生物的參與下，經過需氧或厭氧過程發生甲基化，動物、高等植物、土壤、污泥等均可以轉化無機硒為具有不同分子形態的甲基化物，從而影響硒在環境中的循環。
甲基化合物具揮發性，可以蓄積在細胞中，對高級生物的中樞神經系統有毒害作用。可被甲基化的金屬和類金屬主要有Sn，As，Te，Se，Pd，Pt，Au，Hg和Pb等。該過程大都有生物參與。
類型
甲基化包括DNA甲基化或蛋白質甲基化。
（1）DNA甲基化。脊椎動物的DNA甲基化一般發生在CpG位點（胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤位點，即DNA序列中胞嘧啶後緊連鳥嘌呤的位點）。經DNA甲基轉移酶催化胞嘧啶轉化為5-甲基胞嘧啶。人類基因中約80%-90%的CpG位點已被甲基化，但是在某些特定區域，如富含胞嘧啶和鳥嘌呤的CpG島則未被甲基化。這與包含所有廣泛表達基因在內的56%的哺乳動物基因中的啟動子有關。1%-2%的人類基因組是CpG群，並且CpG甲基化與轉錄活性成反比。
（2）蛋白質甲基化。蛋白質甲基化一般指精氨酸或賴氨酸在蛋白質序列中的甲基化。精氨酸可以被甲基化一次（稱為一甲基精氨酸）或兩次（精氨酸甲基轉移酶（PRMTs）將兩個甲基同時轉移到精氨酸多肽末端的同一個氮原子上成為非對稱性甲基精氨酸，或者在每個氮端各加一個甲基成為對稱性二甲基精氨酸）賴氨酸經賴氨酸轉移酶的催化可以甲基化一次、兩次或三次。在組蛋白中，蛋白質甲基化是被研究最多的一類。在組蛋白轉移酶的催化下，S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉移到組蛋白。某些組蛋白殘基通過甲基化可以抑制或激活基因表達，從而形成為表觀遺傳。蛋白質甲基化是翻譯後修飾的一種形式。
功能
甲基化是蛋白質和核酸的一種重要的修飾，調節基因的表達和關閉，與癌症、衰老、老年痴呆等許多疾病密切相關，是表觀遺傳學的重要研究內容之一。 最常見的甲基化修飾有DNA甲基化和組蛋白甲基化。
DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達。研究證實，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導致了人體1/3以上由於鹼基轉換而引起的遺傳病。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。
DNA甲基化是指生物體在DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase，DMT) 的催化下，以s-腺苷甲硫氨酸(SAM)為甲基供體，將甲基轉移到特定的鹼基上的過程。DNA甲基化可以發生在腺嘌呤的N-6位、鳥嘌呤的N-7位、胞嘧啶的C-5位等。但在哺乳動物中DNA甲基化主要發生在5’-CpG-3’的C上生成5-甲基胞嘧啶(5mC)。
在哺乳動物中CpG以兩種形式存在：一種是分散於DNA序列中；另一種呈現高度聚集狀態，人們稱之為CpG島（CpG island）。在正常組織里，70%～90%散在的CpG是被甲基修飾的，而CpG島則往往是非甲基化的（除有些特殊區段和基因外）。正常情況下，人類基因組“垃圾”序列的CpG二核苷酸相對稀少，並且總是處於甲基化狀態，與之相反，人類基因組中大小為100-1000bp左右，富含CpG二核苷酸的CpG島則總是處於未甲基化狀態，並且CpG島常位於轉錄調控區附近，與56%的人類基因組編碼基因相關，因此基因轉錄區CpG島的甲基化狀態的研究就顯得十分重要。人類基因組序列草圖分析結果表明，人類基因組CpG島約為28890個，大部分染色體每1Mb就有5-15個CpG島，平均值為每Mb含10.5個CpG島，CpG島的數目與基因密度有良好的對應關係。
DNA甲基化主要是通過DNA甲基轉移酶家族來催化完成的。研究人員在真核生物中發現了3類DNA甲基轉移酶(Dnmt1、Dnmt2、Dnmt3a、Dnmt3b).Dnmt1一種是維持性甲基化酶；Dnmt2可與DNA上特異位點結合，但具體作用尚不清楚;Dnmt3a和Dnmt3b是重新甲基化酶，它們使去甲基化的CpG位點重新甲基化，即參與DNA的從頭甲基化。在哺乳動物的生殖細胞發育時期和植入前胚胎期，其基因組範圍內的甲基化模式通過大規模的去甲基化和接下來的再甲基化過程發生重編程，從而產生具有發育潛能的細胞；在細胞分化的過程中，基因的甲基化狀態將遺傳給後代細胞。由於DNA甲基化與人類發育和腫瘤疾病的密切關係，特別是CpG島甲基化所致抑癌基因轉錄失活問題，DNA甲基化已經成為表觀遺傳學和表觀基因組學的重要研究內容。
組蛋白甲基化是指發生在H3和H4組蛋白N端Arg或Lys殘基上的甲基化，由組蛋白甲基轉移酶介導催化。組蛋白甲基化的功能主要體現在異染色質形成、基因印記、X染色體失活和轉錄調控方面。除了存在組蛋白甲基轉移酶以外，還發現了去甲基化酶。先前人們認為組蛋白的甲基化作用是穩定而不可逆的，使這種去甲基化酶的發現使組蛋白甲基化過程更具動態性。
