建立、识别和去除dna甲基化的酶可分为三类:书写酶、擦除酶和读取酶。书写酶是催化在凯发k8娱乐-凯发k8一触即发残基上添加甲基的酶。擦除酶擦除修改并除去甲基。读取酶识别甲基并之与结合，最终影响基因表达。由于多年来致力于了解胚胎发育过程中表观遗传景观是如何被抹去和重塑的，许多涉及dna甲基化的蛋白质和机制已经被确定。
dna甲基转移酶
dna甲基转移酶家族的三个成员直接催化甲基基团加入dna, dnmt1、dnmt3a和dnmt3b。虽然这些酶具有类似的结构，具有较大的n端调控域和c端催化域，但它们具有独特的功能和表达模式。dnmt1可能研究得最深入的dna甲基转移酶，它在包括大脑在内的哺乳动物组织中高度表达。与其他dna甲基转移酶不同，dnmt1优先甲基化半甲基化的dna。在dna复制过程中，dnmt1定位于新合成的半甲基化形成的复制叉。dnmt1与新合成的dna结合并将其甲基化，以精确模拟dna复制之前存在的原始甲基化模式。
此外，dnmt1还具有修复dna甲基化的能力(mortusewicz等，2005)。因此dnmt1被称为维持dna甲基转移酶，因为它在细胞谱系中维持dna甲基化的原始模式。在小鼠中敲除dnmt1导致胚胎死亡率在e8.0到e10.5之间。此时，敲除dnmt1的胚胎除了在包括大脑在内的各种发育组织中的大量凋亡细胞外，还表现出三分之二的dna甲基化缺失。有趣的是，缺乏dnmt1的小鼠胚胎干细胞仍然存活。然而，在体外分化导致大量细胞死亡，这重现在敲除胚胎中观察到的表型。这些发现坚定地证明了dnmt1在细胞分化以及细胞分裂中起着关键作用。
dnmt3a和dnmt3b在结构和功能上非常相似。与dnmt1不同，dnmt3a和dnmt3b在过度表达时都能够甲基化天然和合成dna，而不偏好半甲基化dna。因此，dnmt3a和dnmt3b被称为从头甲基转移酶，因为它们可以将甲基化引入裸dna(下图)。dnmt3a和dnmt3b的主要区别在于它们的基因表达模式。虽然dnmt3a表达相对普遍，但dnmt3b在除甲状腺、睾丸和骨髓之外的大多数分化组织中表达较差。与dnmt1相似，dnmt3b在小鼠体内的敲除也会致胚胎死亡。另一方面，dnmt3a基因敲除小鼠可以正常分娩，但只能存活到出生后约4周。从这些结果可以看出，在胚胎的早期发育过程中， dnmt3b是必需的，而dnmt3a是正常细胞分化所必需的。
靶向从头开始的dna甲基化
dna甲基转移酶是如何靶向特定的基因区域的目前还不清楚。然而，已经提出了几种机制。第一种理论认为dnmt3a和dnmt3b通过保守的pwwp结构域与dna结合。第二种理论认为rna干扰(rnai)机制以dna甲基转移酶为靶标，以沉默特定的dna序列。尽管rnai明显参与了植物细胞中的dna甲基化，但是现有的证据对于rnai在哺乳动物细胞dna甲基化中的作用仍然非常薄弱。第三种理论是转录因子调节dna的从头甲基化。转录因子可以通过直接募集dna甲基转移酶和与dna序列结合并保护其免受基因沉默来调节dna甲基化。在某些情况下，dna甲基转移酶与转录因子或阻遏复合物的组分结合以靶向dna甲基化。在其他情况下，无论基因是否表达，转录因子直接与启动子元件结合的能力可以保护cpg位点免受从头甲基化。cpg岛似乎主要通过转录因子结合来防止甲基化。当转录因子结合位点发生突变时，cpg岛无法保持其未甲基化状态。
类似地，分化诱导转录因子的下调，这些转录因子与特定的基因启动子结合，现在暴露的cpg位点可以作为dna甲基化的目标。这些研究描述了两种可能共同作用于dna甲基化的机制。dnmt3a和dnmt3b可以被特定的转录因子招募到启动子中，或者从头甲基转移酶可以简单地甲基化基因组中不受结合转录因子保护的所有cpg位点。