表观遗传信息是细胞协调环境与基因组遗传信息互动的媒介，其构成的表观遗传调控网络通过响应细胞内外信号变化，直接调控基因表达。DNA甲基化是目前已知的重要的表观遗传调控方式之一。哺乳动物中DNA甲基化由起始性DNA甲基转移酶Dnmt3a和Dnmt3b催化完成。本课题拟通过对Dnmt3a和Dnmt3b定位以及活性调控机制的研究，探索DNA甲基化发生的调控机理。　　 通过研究发现Dnmt3a的PHD结构域特异性地与组蛋白H3 N端尾部结合，并且这种结合受到组蛋白H3尾部第四位赖氨酸甲基化水平的调节。体外酶活实验结果显示，相较H3K4me3修饰的重组核小体，Dnmt3a对于H3尾部未修饰的核小体具有更高的甲基转移酶活性，提示组蛋白H3刺激Dnmt3a酶活的可能。用不同修饰的肽段进行的酶活刺激实验显示，H3肽段刺激Dnmt3a体外酶活达8倍，且其刺激能力随第四位赖氨酸甲基化程度升高而逐渐降低；Dnmt3aPHD突变体的活性则不能被H3肽段调节，揭示了组蛋白H3介导的酶活刺激机制依赖于PHD结构域与H3的结合。在体内，丧失H3肽段结合能力的Dnmt3aPHD突变体蛋白在ES细胞分化过程中不能对Oct4启动子发生甲基化，表明组蛋白H3的调控机制对于Dnmt3a在体内发挥正常的生物学功能是必需的。通过进一步结构生物学分析和突变体实验，发现了组蛋白H3通过结合Dnmt3aPHD结构域引起催化结构域构象变化来刺激Dnmt3a甲基转移酶活性的调控机制，并确认参与此调节过程的两个关键氨基酸位点：Gln304和Arg580。突变体蛋白Q304A和R580A具有与野生型相似的H3多肽结合力和体外甲基转移酶活性，但其活性不能被H3肽段刺激，并且不能正常行使其在ES细胞内甲基化功能。此外，还初步探索了Dnmt3a催化结构域的底物特异性识别机制及其对酶活性的影响。　　 通过上述工作，揭示了组蛋白H3介导的Dnmt3a酶活调控机制及其生物学意义。首次提出“招募定位-活化”的起始性DNA甲基化发生的两步模型。这不仅是对传统的甲基化发生模型做出的重大补充，而且有助于进一步理解组蛋白修饰和DNA甲基化相互协调的表观遗传调控机理。