1. Các methylase của R-M

Methylase là enzyme có hoạt tính xúc tác gắn một nhóm methyl vào một phân tử, ví dụ: DNA methyltransferase có chức năng methyl hóa các gốc C trong DNA.

Enzyme methylase tạo ra một cặp adenine methyl hóa (hoặc cytosine) có vị trí đối xứng chéo nhau. Các methylase có liên quan chặt chẽ với các kiểu cắt hạn chế.

- Kiểu I. Các RE có thể tiến hành cả hai sự biến đổi và cắt hạn chế. Một RE kiểu I bao gồm ba tiểu đơn vị khác nhau (R, M và S) chịu trách nhiệm tương ứng cho việc cắt hạn chế, biến đổi và nhận biết trình tự. Ví dụ: EcoB và EcoK (từ E. coli chủng B và K), các trình tự nhận biết của hai enzyme này là TGA(N)8TGCT đối với EcoB và AAC(N)­6GTGC đối với EcoK (trong đó N là một trong bốn loại nucleotide). Nếu vị trí nhận biết không được methyl hóa trong một sợi, thì enzyme RE sẽ methyl hóa sợi đó, nhưng nếu cả hai sợi đều không được methyl hóa thì enzyme RE sẽ cắt DNA (cần có ATP). Phản ứng cắt xuất hiện ở một vị trí không đặc hiệu >1000 bp tính từ trình tự nhận biết; rõ ràng là enzyme duy trì liên kết ở vị trí nhận biết của nó, và DNA được di chuyển qua một vị trí thứ hai trên enzyme hướng tới một vị trí cắt hạn chế.

- Kiểu II. Các RE là dạng chung nhất trong vi khuẩn; chúng chỉ thực hiện phản ứng cắt hạn chế-còn sự biến đổi được tiến hành bởi một enzyme riêng biệt. Trình tự nhận biết cho hầu hết các enzyme này là các trình tự palindrome ngắn (ví dụ: EcoRI nhận biết GAATTC) và thực hiện phản ứng cắt (không cần ATP) ở trong hoặc gần kề với vị trí nhận biết. Một vài RE kiểu II cắt cả hai sợi ở cùng vị trí để tạo ra đầu bằng , trong khi các RE khác lại tạo ra đầu dính. Các RE kiểu II là công cụ hữu ích trong công nghệ DNA tái tổ hợp.

- Kiểu III. Các RE này tương tự các enzyme kiểu I. Mỗi RE kiểu III có hai tiểu đơn vị; nó nhận biết một trình tự đối xứng ngắn, và tạo ra một đầu so le (cần có ATP) ở vị trí khoảng 24-26 bp so với vị trí nhận biết.

2. Adenine và cytosine methyltransferase ở E. coli

Sự methyl hóa A và C thực hiện rộng rãi ở tất cả các loại DNA. Ở prokaryote (kể các bacteriophage và plasmid), vai trò thể hiện rõ là phân hủy DNA ngoại lai. Vai trò phụ là phân biệt DNA bố mẹ với sợi con mới được tổng hợp trong phục hồi các chỗ bắt cặp sai. Ở prokaryote, các sinh vật không có hệ thống cắt hạn chế, vai trò chủ yếu của methyl hóa có lẽ ở sự điều hòa biểu hiện của gen.

3. Sự methyl hóa DNA của eukaryote

Sự methyl DNA của eukaryote có nhiều điểm khác với ở prokaryote:

- Base bị biến đổi chủ yếu ở eukaryote là 5-methylcytosine. Ở động vật có vú, chỉ có 5-methylcytosine là base bị biến đổi, trong đó 90% là trình tự đối xứng CpG.

- Do chưa hiểu biết rõ hệ thống R-M ở eukaryote nên người ta cho rằng có lẽ methyl hóa không góp phần bảo vệ chống sự xâm nhập của DNA ngoại lai.

Sự methyl hóa của DNA động vật có vú góp phần vào sự điều hòa biểu hiện của gen và biệt hóa tế bào.

Sự methyl hóa ở động vật có vú có thể đóng vai trò:

- Thay đổi trạng thái của DNA và ức chế ái lực của repressor với operator.

- Sự methyl hóa được truyền đạt theo dòng tế bào soma.

- Methyl hóa có thể tạo sự khác nhau giữa các mô.

- 5-azacytidine, chất đồng đẳng với cytidine, tác động làm tế bào nguyên bào sợi (fibroblast) biệt hóa thành tế bào cơ, có lẽ do cơ chế ức chế methyl hóa DNA và như vậy hoạt hóa gen tương ứng.