Metilasi DNA adalah Suatu peristiwa biokimia yang menambahkan gugus metil (-CH3) ke DNA, biasanya pada basis sitosin atau adenosin, dan dapat menjadi sinyal bagi gen atau bagian kromosom untuk mematikan ekspresi gen dan menjadi tidak aktif.
Ini adalah mekanisme epigenetik yang terjadi dengan penambahan gugus metil (CH3) ke DNA, sehingga sering memodifikasi fungsi gen dan mempengaruhi ekspresi gen. Proses metilasi DNA yang paling banyak dikarakterisasi adalah penambahan kovalen gugus metil pada 5-karbon cincin sitosin yang menghasilkan 5-metilsitosin (5-mC), juga secara informal dikenal sebagai “basis kelima” DNA. Gugus metil ini diproyeksikan ke dalam alur utama DNA dan menghambat transkripsi.
Metilasi DNA merupakan peristiwa penambahan gugus metil pada atom C nomor 5 dari cincin pirimidina sitosina atau nitrogen nomor 6 dari cincin purina adenina sebagai bagian dari molekul DNA.
Peristiwa metilasi DNA adalah bagian dari perkembangan sel dan terwariskan melalui pembelahan sel. Biasanya, gugus-gugus metil akan disingkirkan pada pembentukan zigot namun prosesnya berangsur-angsur berlangsung kembali selama tahap perkembangan. Dengan demikian tingkat kandungan metil pada DNA dapat dijadikan alat penduga “usia” suatu sel.
Modifikasi kromatin bukanlah satu-satunya proses yang menyebabkan gen tidak terekspresikan (silencing genome). Mekanisme lain yang menyebabkan silencing genomeadalah metilasi DNA. Metilasi DNA melibatkan enzim DNA metiltransferase yang bertanggung jawab menambahkan grup metil. Pada eukaryot, penambahan grup metil pada basa sitosin dalam molekul DNA kromosomal menyebabkan basa sitosin berubah menjadi 5-metilsitosin.
Pola metilasi DNA tidak terjadi secara acak, melainkan terbatas pada sitosin dalam sequence 5’-CG-3’ dan pada tumbuhan dalam sequence 5’-CNG-3’. Metilasi DNA meliputi 2 tipe aktivitas metilasi, antara lain : 1.Maintenance methylation Mekanisme ini bertanggung jawab dalam menambahkan grup metil pada untai DNA yang baru disintesis pada posisi metilasi yang berlawanan dengan untai induknya setelah DNA direplikasi. Hal ini menyebabkan semua DNA anak mempertahankan pola metilasi dari molekul induknya. 2.De novomethylation Mekanisme ini melibatkan penambahan semua grup metil pada posisi yang baru, sehingga merubah pola metilasi. Artinya, molekul DNA anak memiliki pola metilasi yang berbeda dengan molekul DNA induk.
Dnmt1 adalah DNA metiltransferase yang ditemukan pertama kali dan merupakan enzim yang berperan dalam kedua tipe aktivitas metilasi pada sel mamalia, namun kemudian ditemukan bahwa mencit memiliki gen penginaktivasi Dnmt1 yang bertanggung jawab terhadap de novomethylation. Hal ini mendorong pencarian enzim baru yang bertanggung jawab terhadap de novomethylation dan akhirnya ditemukanlah Dnmt 3a dan Dnmt 3b, sedangkan Dnmt1 bertanggung jawab utama terhadap aktivitas maintenance . Metilasi mampu menekan aktivitas gen.
Eksperimen yang dilakukan melalui gen termetilasi dan tak termetilasi yang dimasukkan ke dalam sel melalui kloning menunjukkan hasil pengukuran level ekspresi gen dimana ekspresi gen tidak terjadi jika sequence DNA dimetilasi. Selain itu, pengujian pola metilasi pada DNA kromosomal menunjukkan bahwa lokasi gen yang aktif adalah pada daerah yang tak termetilasi. Contohnya yaitu ekspresi gen manusia yang sering terjadi pada CpG island yang tak termetilasi. Pola metilasi tetap dipertahankan setelah pembelahan sel, sehingga informasi mengenai gen yang seharusnya diekspresikan diwarisi oleh sel anakannya. Metilasi DNA berperan penting dalam mempelajari penyakit pada manusia.
ICF (immunodeficiency, centromere instability and facial anomalies) adalah salah satu contoh penyakit yang disebabkan oleh mutasi gen Dnmt3b. Selain itu, hipermetilasi dapat menyebabkan perubahan pola ekspresi pada penyakit kanker tertentu. Metilasi mempengaruhi ekspresi genom melalui methyl -CpG- binding proteins(MeCps) yang merupakan komponen dan kompleks deasetilasi histon baik Sin3 maupun NuRD. Penemuan ini mendorong adanya model CpG island yang termetilasi sebagai target dalam melengkapi kompleks HDAC, sehingga dapat memodifikasi kromatin agar gen-gen yang berdekatan tak dapat diekspresikan.
Sebagian dari dinukleotida CpG yang ada di genom berada di CpG island yang merupakan daerah kaya CpG yang memiliki kepadatan rela-tif tinggi. Daerah ini terutama terletak di ujung 5’ dari sebagian besar gen manusia dan biasanya tidak termetilasi. Analisis komputasi menunjukkan bahwa setidaknya ada 29.000 CpG island pada gen manusia. Berbeda dengan CpG island, CpG siteyang terletak di luar daerah promoter berada dalam keadaan termetilasi.