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哺乳动物DNA甲基化的发生是一个有序建立的过程，在时间和空间上受到严格的调控。起始性DNA甲基转移酶Dnmt3a与Dnmt3b负责DNA甲基化谱式的建立，在哺乳动物的发育过程中发挥着重要的作用。Dnmt3a与Dnmt3b如何识别特定的基因组位点，从而建立组织特异性的甲基化谱式，一直是表观遗传领域的研究热点。
胚胎干细胞(ES细胞)具有发育的全能性，在体外分化过程中Oct4等全能性基因的启动子区发生甲基化，是研究起始性DNA甲基化发生机制的理想系统。本课题尝试从ES细胞中分离Dnmt3a/3b的相互作用蛋白，寻找调控Dnmt3a/3b作用特异性的蛋白因子。发现在ES细胞中Dnmt3a、Dnmt3b及Dnmt3L形成稳定的复合物，并与核小体有紧密的结合。Histone peptide pull-down assay显示Dnmt3a通过其PHD结构域特异性结合K4不甲基化的组蛋白H3多肽。体外酶活实验表明H3多肽可以显著刺激Dnmt3a的酶活（达8倍左右），且随着K4甲基化程度的升高，刺激酶活的能力逐渐降低。不能结合H3多肽的PHD突变体蛋白不能响应H3多肽的酶活刺激，同时也丧失了在293c18细胞中甲基化episomal plasmid p220.2及ES细胞分化过程中甲基化Oct4启动子的能力。这表明PHD结构域与H3 tail的结合对Dnmt3a体内发挥功能具有调节作用。
GST pull-down及Yeast two-hybrid assay结果显示Dnmt3a PHD结构域与催化结构域之间存在着直接的相互作用。推测H3 peptides通过结合PHD结构域引起催化结构域构象的变化，进而刺激Dnmt3a的酶活。用突变的方法确定了介导Dnmt3a酶活异构刺激的两个关键氨基酸残基----Gln304与Arg580。突变体蛋白Q304A及R580A与H3多肽的亲合力与野生型蛋白相当，体外酶活也没有受到任何影响，但无法响应H3多肽的刺激。HPLC实验显示稳定表达Dnmt3a PHD突变体的TKO(Dnmtl-/- Dnmt3a-/- Dnmt3b-/-) ES细胞株中甲基化胞嘧啶的含量远低于表达野生型蛋白的ES细胞株。主要卫星DNA甲基化水平的分析也显示Q304A及R580A突变体的甲基化能力受到很大程度的削弱。Bisulfite sequencing结果则显示RA诱导ES细胞分化过程中突变体蛋白丧失了甲基化Oct4启动子的能力。Co-IP及ChIP实验结果表明Q304A及R580A突变并不影响Dnmt3a与Dnmt3L的结合，也不影响Dnmt3a的基因组定位。
基于上述结果，推测Dnmt3a结合到染色质后通过其PHD结构域探测H3 tail的修饰情况，如果H3K4处于三甲基化状态，Dnmt3a则不能甲基化结合位点的CpG；如果H3K4处于不甲基化状态，PHD结构域则结合H3 tail，通过蛋白构象变化释放Dnrnt3a酶活，进而甲基化靶位点。这项研究工作提出了一种调控DNA甲基化发生的新机制，为阐释胚胎发育早期和配子发生阶段大规模DNA甲基化谱式的建立机制提出了新的思路。