Die Muster werden primär durch DNA-M methyltransferasen bestimmt. DNMT1 vermittelt die Erhaltung der Methylierung während der DNA-Replikation; DNMT3A und DNMT3B (mit DNMT3L als regulator) legen neue, de novo-Methylierungen fest. Demethylierungsprozesse umfassen TET-Enzyme, die 5-Methylcytosin in 5-Hydroxymethylcytosin oxidieren und so der Methylierung entgegenwirken.
Im Genom weisen DNA-Methylierungsmuster charakteristische Merkmale auf: Promotoren von Genen, insbesondere CpG-Inseln, bleiben meist unmethylisiert, was Transkriptionsaktivität unterstützt. Promoter-Methylierung ist häufig mit Transkriptionshemmung verbunden. Genkörpers-Methylierung korreliert oft mit aktiver Transkription. Wiederholte Elemente und Transposons werden typischerweise methyliert, um Mobilität zu unterdrücken. Im Bereich der genomischen Imprinting und X-Chromosom-Inaktivierung zeigen sich spezifische Muster.
Entwicklungs- und Alterungsdynamik: Während der Embryonalentwicklung erfolgt eine globale Neuprogrammierung der Methylierung in Keimzellen und nach Befruchtung, gefolgt von Gewebe-spezifischen Mustern. Mit dem Alter verändern sich Methylierungsmuster; insgesamt kann es zu globaler Hypomethylierung mit regionaler Hypermetylierung kommen. Epigenetische-Uhren basieren auf Alterungsmustern der Methylierung.
Messung und Interpretation: DNA-Methylierung wird mittels Bisulfite-Sequenzierung, RRBS und ganz-Genom-Bisulfite-Sequencing (WGBS) oder Methylierungsarrays erfasst. Die Interpretation erfordert Kontext, da Muster tissues- und zelltypspezifisch sind und von anderen epigenetischen Faktoren abhängen.
Medizinische Relevanz: Abnorme DNAMethylierungsmuster stehen im Zusammenhang mit Krebs, Imprinting-Störungen, neuroentwicklungsbedingten und neurologischen Erkrankungen. DNMT-Hemmer wie Azacitidin und Decitabine werden in bestimmten myelodysplastischen Syndromen eingesetzt. DNA-Methylierungsmuster dienen auch als Biomarker für Diagnose, Prognose und Therapieansprechen.