Описание
Метилирование ДНК — это такое изменение в структуре ДНК, при которой последовательность её нуклеотидов остаётся неизменной. Это даёт право причислять данный процесс к методам эпигеномного исследования генома.
При метилировании СН3-группа добавляется в С5-позиции к цитозиновому кольцу, являющемуся частью CpG-динуклеотида. В дальнейшем с некоторой вероятностью особые ферменты окислят метилированный цитозин, что в результате деметилирования превратит его назад в цитозин.
В отличие от растений метилирование ДНК высших млекопитающих и человека подвергается не более одного процента, причем, исключительно в CpG-динуклеотидах. В иных местах генома данный процесс наблюдается только в стволовых клетках эмбриона.
История
Хотя факты метилирование ДНК отдельных участков геномной цепочки фиксировались еще в 1960-70-х гг., впервые этот процесс 
был обнаружено и зафиксирован в 1999 году на двух генах – MyoDи кальцитонине. Авторами этого открытия являются Laird P. и Jones P. Их статью можно прочесть в журнале Nature Genetics, 1999, выпуск 21 на страницах 163-167. Это открытие подтолкнуло научное сообщество к разработке гипотезы о связи между метилированием и инактивацией генов-супрессоров, приводящих к развитию раковых опухолей. Данная гипотеза была вскоре подтверждена обнаружением метелирования проморных областей генов-супрессовров р16, VHLи Rb1.
Сегодня продолжается активное исследование в данном направлении. Уже выявлена связь гиперметилирования с проторными областями с другими генами, связанными с развитием опухоли в тех или иных областях человеческого организма.
Принцип действия
Метилирование ДНК основывается на «трёх китах» — ДНК-метилтрансферазами DNMT1, DNMT3aи DNMT3b. Последние два метилтрансфераза называют ещё denovoметилтрансферазами, поскольку они, предположительно, формируют на начальных стадия развития паттерн ДНК-метилирования и участвуют в дифференциации клеток.
Следует уточнить, что на данный момент отсутствует устоявшаяся теория относительно метилирования denovo. Например, некоторые учёные выдвигают гипотезу об участии в указанном процессе интерферирующих РНК. Это возникшее в ходе эволюции действие преследует цель репрессии мобильных геномных элементов.
ДНК-метилтрансфераза DNMT1 поддерживает метилированное состояние у ДНК за счёт присоединения метильных групп к одной из ДНК-цепочек в местах, где вторая цепочка метилирована.
Для чего необходимо?
Наиболее активное исследование процесса метилирования ДНК проводится на примере растений и животных. Так, по результатам последних исследований можно утверждать, что данный процесс нарушает процедуру узнавания между регуляторами транскрипций импритинга генома.
Метилированная ДНК, находящаяся в импритированном локусе, что обуславливает саленсинг отцовской или материнской аллели у плацентарных млекопитающих и растений, наталкивает на мысль, что мы наблюдаем эволюционное приспособление данного эпигенетического механизма стабилизации генетической репрессии. И с этой точки зрения интересен факт отсутствия метилированной ДНК в импритированных локусах у сумчатых млекопитающих. Это означает, что с точки зрения эволюции у млекопитающих указанный механизм появился сравнительно недавно.
Также было установлено, что часто повторяющиеся участки геномной цепочки у млекопитающих без метилирования до такой степени подвержены мутагенным процессам, что могут вызвать даже общую геномную нестабильность и возникновение хромосомных аномалий. Это становится причиной развития многих заболеваний и, в первую очередь, раковых опухолей.
Таким образом, без метилирования ДНК невозможно сохранить целостность ДНК.
С другой же стороны, наблюдается предрасположенность к спонтанной мутации у некоторых метилированных остатков цитозинов. Это является причиной возникновения в результате дезаминирования транзиции С-Т. Однако этот факт некоторые учёные описывают как положительный для генома, поскольку он дезактевирует паразитические нуклеотидные включения ДНК, например, транспозоны.
Катализатором химической реакцией дезаминирования выступает дезаминаза, индуцируемой AID. В Т- и В-клетках в результате экспрессии данного энзима возникает «соматическая гипермутация» в иммуноглобулиновом локусе. Это увеличивает рецепторные возможности антигенов и, соответственно, усиливает иммунитет.
Уже известен процесс эпигенитической регуляции геномов метилированием ДНК и гистонов. Кроме того, молекулы РНК могут активно метилироваться на нуклеозидной или сахарной основе, а метилированные малые некодирующие РНК на 3′-конце обеспечивают стабилизацию этих молекул.
Недавно были обнаружены РНК-метилтрансферазы, схожие с HKMTsи DNMTs, которые, по-видимому, «считывают» эпигенетическую информацию, но неопровержимых подтверждений этому пока ещё не добыто. Однако было бы интересно обнаружить факт эпигенитеческой модуляции метилирования РНК на базе её 3-ей формы.
Использование в генетике и медицине
В медицине изучение процесса метилирования геномной цепочки позволит составить более достоверную картину мутирования 
клеток и их бесконтрольного размножения при развитии различных типов злокачественных опухолей. Возможно, удастся создать механизм выявления клеток, склонных к мутированию, и предотвращения этого процесса путём, в том числе, и направленного процесса метилирования.
Ведь уже было сделано обоснованное предположение, что именно неметилированные цепочки ДНК наиболее подвержены мутагенезу, что, в сою очередь, приводит к перерождению клеток в раковые.
Изучение же данного процесса генетиками позволит более глубоко проникнуть в процессы взаимодействия друг с другом различных участков геномной цепочки, особенности её существования и жизнедеятельности. Кроме того, сравнивая, как происходит данный процесс у различных животных и растений можно будет в дальнейшем сделать определённые выводы об эволюционных процессах, происходящих именно на генном уровне.
Заключение
На сегодняшний день мы можем представить только описательную картину метилирования без пояснений того, что определяет сложную мозаику данного процесса. В частности, ждёт своего объяснения, почему CpG-островки защищены от его воздействия, хотя уже неоднократного наблюдалось их плотное окружение интенсивно метилированными повторами Alu. Также до сих пор не объяснена частичная метилиризация сайтов CpGи не указана природа препятствия их полного метилирования.
В этой связи была выдвинута интересная гипотеза, указывающая на иллюзорность стабильного профили метилированного генома. Он, якобы, является лишь внешним проявлением динамического равновесия между экспансией метилирования и защиты от этого процесса.
Так или иначе, данный процесс пока пристально исследуется, и делать окончательные, фундаментальные выводы пока рано.