Es handelt sich um eine kovalente Bindung, bei der eine Methylgruppe (-CH3) von S-Adenosylmethionin auf das C5-Atom des Cytosin der DNA durch ein Enzym (Cytosin-Methyltransferase) übertragen wird. Dieser Vorgang wird fast ausschließlich bei CpG-Islands (Regionen mit einem besonders hohen Anteil an den Nukleotiden Cytosin und Guanin) beobachtet und nimmt eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genexpression ein.

Eine der hervorstechensten Eigenschaften der DNA-Methylierung ist die Weitergabe der Methylierungs-Information an neu synthetisierte DNA Stränge. Wenn sich nur eine methylierte DNA-Sequenz wiederholt, hat nur ein Strang der Tochtergeneration alle methylierten Marker. Der andere muss von der Methyltransferase neu methyliert werden.

Die überwiegende Mehrheit der autosomalen Gene werden von beiden Elternteilen exprimiert. Bei der genomischen oder elterlichen Prägung werden Gene (sie machen ca. 1 % vom menschlichen Genom aus) von einem Elternteil im Vergleich zum anderen stillgelegt, sie werden je nachdem ob sie vom Vater oder von der Mutter kommen in einer aktiven oder inaktiven Form vererbt. Sie folgen nicht den Mendelschen Gesetzten, sind über die Keimbahn vererbbar und betreffen eine vererbbare Methylierung und Histon-Modifikation. Die Expression dieser Allele hängt von der elterlichen Umwelt ab. Man hat heraus gefunden, dass einige Genorte häufiger betroffen sind als andere. Der Phänotyp wird verändert, der Genotyp bleibt.

Histon Modifikationen:

Darunter versteht man eine während der Zellteilung stabile Veränderung der DNA-Verpackungsproteine, der Histone. Neben einer Methylierung treten aber auch andere post-translationelle Modifikationen wie Acetylierungen und Phosphorylierungen auf. Um den langen DNA-Strang platzsparend in der Zelle zu verpacken, wird sie um Histone gewickelt. So beeinflusst die Interaktion zwischen den beiden Komponenten die Genexpression. Histon-modifizierende Enzyme katalysieren eine Anzahl von post-translationalen Veränderungen im Kern und verknüpfen die Histone mit dem Chromatin.