DNA甲基化（DNA methylation）为DNA 化学修饰 的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下,改变遗传表现。所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5号碳位共价键结合一个甲基基团。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达 。 组蛋白和 DNA 会通过以下一系列蛋白出现表观遗传修饰或标记：1)通过添加表观遗传标记来诱导变化(写入蛋白); 2)移除表观遗传标记来改变现有状态(擦除蛋白); 3)对特定表观遗传标记有反应(读取蛋白)。

DNA 甲基化的写入蛋白

DNA 甲基化的写入蛋白称为DNA甲基转移酶(DNMT)。DNMT1是DNA甲基转移酶(DNMT)写入蛋白家族的一员，它在增殖细胞中表达，负责在DNA复制期间以一种新型子代DNA链形式复制甲基化模式DNMT3L帮助靶向和调控DNMT3A/3B功能, 并在重新甲基化中发挥作用。DNMT3L是DNMT3A/B的一个非催化同源物, 可帮助它们结合靶标DNA。PCNA、UHRF1、DMAP1、DNMT3L和组蛋白脱乙酰酶(HDAC)等其他蛋白可用于靶向DNMT蛋白至相应基因组区域，调控其甲基转移酶活性，并使其他表观遗传标记与 DNA 甲基化保持协调。

DNA 甲基化的擦除蛋白

5-甲基胞嘧啶是一个由DNMT3A和DNTM3B重新写入的并由DNTM1维持的阻遏标记，最初被认为在 DNA 复制期间被动缺失。但之后的研究表明，10-11 易位(TET)擦除蛋白家族会催化甲基化胞嘧啶的氧化。TET1、TET2或TET3介导5-甲基胞嘧啶(5-mC)到5-羟甲基胞嘧啶(5-hmC)，再到5-甲酰胞嘧啶(5-fC)和5-羧基胞嘧啶(5-caC)的顺序氧化会导致5-mC含量降低。5-fC和5-caC是瞬时中间物, 通常会通过依赖于胸腺嘧啶DNA糖基化酶(TDG)的碱基切除修复(BER)被切除。

DNA 甲基化的读取蛋白

甲基-CpG-结合结构域蛋白(MBD)读取蛋白家族成员可以检测和读取在发育期间出现的重新甲基化形式。尤其是MeCP2、MBD1和MBD2/4读取蛋白会读取甲基化标记并募集多种辅阻遏蛋白(如DNMT1和组蛋白脱乙酰酶HDAC1和HDAC2)，从而构建和维持转录失活的染色质区域。