DNAメチル化
多くの真正細菌(バクテリア)や古細菌(アーキア)においても、アデニンやシトシンのメチル化が見られる。ここでは、特定のDNA配列がゲノムの初めから終わりまで周期的にメチル化される。これらのメチル化の一部は、DNAメチル化酵素(メチラーゼ)と制限酵素という2種類の酵素から構成される制限修飾系と呼ばれるシステムによるものである。DNAメチル化酵素は特定の配列を認識し、この配列中あるいは近傍の塩基の1つをメチル化する。このような様式でメチル化を受けていない外部DNAが細胞に導入されると、配列特異的な制限酵素によって分解、切断される。バクテリアゲノムDNAは、これらの制限酵素によって認識されない。ネイティブDNAのメチル化は、この種の原始的免疫システムとして作用し、バクテリア自身をバクテリオファージによる感染から防御している。また、巨大ウイルスを含む2本鎖DNAウイルスにおいても、制限修飾系によるものを含むDNAメチル化が広範に起きていることが知られている。
大腸菌 E. coli DNAアデニンメチルトランスフェラーゼ (Dam) は、制限/修飾システムに属さない〜32 kDaの酵素である。E. coli Damの標的認識配列はGATCであり、メチル化はこの配列のアデニンのN6位で起こる (G meATC)。
半メチル化複製起点は不活性であるため、この機構はDNA複製を細胞周期につき1回に制限している。特定の遺伝子、例えばE. coliの性繊毛をコードしている遺伝子の発現は、遺伝子オペロンのプロモーター領域に存在するGATC部位のメチル化によって制御されている。DNA複製直後の細胞の環境状況は、Damによるプロモーター領域に近位あるいは遠位の領域のメチル化が妨げられるかどうかを決定する。メチル化の様式が一度作成されると、性繊毛遺伝子の転写はDNAが再び複製されるまでオンあるいはオフの状態に固定される。E. coliでは、これらの性繊毛オペロンは尿路感染症の病原性において重要な役割を持っている。Dam阻害剤は抗生物質として機能することが提唱されている。
一方、DNAシトシンメチル化酵素はCCAGGおよびCCTGG部位を標的とし、シトシンのC5位をメチル化する(C meC(A/T)GG)。その他のメチル化酵素EcoKIは、AAC(N6A)GTGCおよびGCAC(N6A)GTT配列のアデニンをメチル化する。
分子生物学が使用するほとんどの株はK-12株の派生株でありDamとDcmを両方持っているが、dam-/dcm-活性を有する市販の菌株も存在する。実際に、dam+/dcm+ 株から抽出したDNAをdam-/dcm- 株に形質転換することにより脱メチル化することができる。
Molecular break light assayは、完全にメチル化された(アデニンのメチル化)GATC部位に対する特異性を有する制限酵素DpnIを用いる。オリゴヌクレオチド中は蛍光分子および消光分子で標識する。アデニンメチルトランスフェラーゼはモリゴヌクレオチドをメチル化し、オリゴヌクレオチドはDpnIの基質となる。DpnIによるオリゴヌクレオチドの切断によって蛍光強度が上昇する。