細胞中精氨酸甲基化有三種狀態，包括 ω-N^G,N^G- 不對稱二甲基精氨酸（ADMA）、ω-N^G,N^G- 對稱二甲基精氨酸（SDMA）和 ω-N^G單甲基精氨酸（MMA）。蛋白質精氨酸甲基轉移酶（PRMTs）據此分為三類：Ⅰ 型 PRMTs（包括 PRMT1、2、3、4、6、8）催化生成 ADMA，其中 PRMT1 負責大部分 ADMA 產生，占細胞中 PRMTs 總活性的 85%，PRMT8 兼具磷脂酶活性；Ⅱ 型 PRMTs（包括 PRMT5、9）產生 SDMA，PRMT5 起主導作用；Ⅲ 型 PRMTs 僅有 PRMT7，專一性催化形成 MMA。ADMA 在精氨酸甲基化形式中最為豐富，SDMA 和 MMA 分別為 ADMA 水平的 10% 和 1%。

從結構上看，所有 PRMTs 都有核心設計，包含 N 端 Rossman 折疊結構域（又稱 SAM 結合域）和 C 端 β- 桶結構域，后者介導形成活性酶所需的同源二聚體。不過，PRMT7 和 PRMT9 無需二聚化，因進化過程中基因復制，它們擁有兩個串聯 Rossman 折疊結構域，形成分子內類似同源二聚體的結構。多數 PRMTs 在細胞中廣泛表達，分布于細胞質和細胞核，PRMT6 主要存在于細胞核，PRMT8 則獨特地局限于大腦并定位于質膜。

PRMTs 最青睞蛋白質的精氨酸和甘氨酸重復序列（RGG/RG 基序）作為甲基化位點，CARM1（PRMT4）優先修飾脯氨酸、甘氨酸和蛋氨酸（PGM）區域內的精氨酸殘基，PRMT7 則靶向 RXR 基序中的精氨酸殘基，該基序通常被富含賴氨酸的氨基酸序列包圍。

條件性敲除小鼠中樞神經系統中的 PRMT1 或 PRMT5，會導致小鼠在出生后 2 周內早期死亡，這表明 PRMTs 介導的精氨酸甲基化對神經發育至關重要，其在神經干細胞（NSCs）、神經元和膠質細胞中均有表達并發揮重要作用。

PRMT1 對小鼠 NSCs 的增殖和存活至關重要。PRMT1 缺乏會通過增加 p53 蛋白水平和上調 p53 響應的促凋亡基因（如 Pmaip1 和 Perp）激活細胞凋亡途徑，導致 PRMT1 缺陷的小鼠 NSCs 增殖能力下降，形成的神經球比對照組小。PRMT5 在 NSC 存活中也有重要作用，敲除小鼠 NSCs 中的 PRMT5 會導致包括 MDM4（已知的 p53 活性抑制劑）在內的許多前 mRNA 異常剪接，激活 p53 介導的凋亡信號通路，導致 NSCs 死亡，這些敲除小鼠腦尺寸減小并出現早期產后致死。此外，PRMT5 通過組蛋白修飾作為基因表達的調節因子參與 NSCs 增殖，其與施萬細胞因子 1（SC1，又稱 PRDM4）相互作用形成表觀遺傳調控復合物，指導 H4 在 R3 處的對稱二甲基化（H4R3me2s）。

在 NSCs 分化方面，中樞神經系統特異性 PRMT1 缺乏會導致小鼠出生后生長遲緩，多數在出生后 2 周內死亡，這可能歸因于 NSCs 產生少突膠質細胞譜系的擾動以及成熟少突膠質細胞的嚴重髓鞘形成不足，PRMT1 缺失會導致少突膠質細胞 specification 和成熟所需的幾個關鍵轉錄因子（如 Olig1、Olig2、Nkx2.2 和 Sox10）表達減少。信號轉導和轉錄激活因子 3（STAT3）是通過促進膠質纖維酸性蛋白（GFAP，星形膠質細胞標記基因）表達誘導 NSCs 向星形膠質細胞分化的關鍵轉錄因子，PRMT1 通過精氨酸甲基化增強 STAT3 對星形膠質細胞基因表達的轉錄激活活性，敲低小鼠 NSCs 中的 PRMT1 會抑制 Gfap 表達，損害 NSCs 向星形膠質細胞的分化，同時 PRMT1 下調會通過降低 NSCs 的干性誘導神經元樣分化。PRMT4 通過在 H3 的 R17 處沉積不對稱去甲基化（H3R17me2a，一種活性組蛋白標記）控制 NSCs 向星形膠質細胞的分化，該標記增強 Nanog 調節的 miR17-92 活性，促進人胚胎干細胞來源的胚狀體（EBs）向星形膠質細胞命運承諾，抑制 PRMT4 活性會導致人細胞和動物模型斑馬魚中星形膠質細胞的異常形成。PRMT6 與多梳抑制復合物 1 和 2（PRC1 和 PRC2）的亞基相互作用，促進抑制性組蛋白標記 H3 在賴氨酸 27 處的三甲基化（H3K27me3）在頭端 HOXA 基因（HOXA1-5）上的沉積，在全反式維甲酸（ATRA）誘導的人神經祖細胞（NPCs）NT2/D1 細胞系神經元分化過程中，PRMT6 的占據和這些基因位點上 H3 在 R2 處的不對稱二甲基化（H3R2me2a）逐漸丟失，有利于 NT2/D1 的神經發生，表明 PRMT6 可能通過控制神經元分化相關基因的表達參與 NSCs 向神經元細胞的分化。PRMT7 介導的 H4R3me2s 拮抗 MLL4 在這些基因上的結合，從而抑制 RA 誘導的 NT2/D1 干細胞的神經元分化，此外，PRMT7 作為表觀遺傳修飾劑，可通過 H4R3me2s 修飾調節細胞周期和神經元功能相關基因（如 CDKN2A 和 SYP）的表達，參與 NPC 的增殖和分化，發現 PRMT7 缺失會抑制 NPC 群體的擴增，但促進它們向神經元分化。

在神經元形態發生方面，小鼠 Neuro2a 細胞中 PRMT1 的下調抑制了血清剝奪條件下的神經突生長，表明 PRMT1 對神經元形態發生的作用，在大鼠海馬神經元中，抑制 PRMT1 活性會降低軸突生長和樹突復雜性，PRMT1 還參與對軸突和樹突生長至關重要的高爾基體組織，其可甲基化 SCY1 樣假激酶 1（SCYL1）的 C 端結構域，該修飾對于其與衣被蛋白復合物 I（COPI）γ₂-COP 亞基的相互作用以促進高爾基體組織是必需的。PRMT2 對神經元的樹突發生至關重要，肌動蛋白成核因子 Cordon-bleu（Colb）在樹突和樹突分支形成中起關鍵作用，PRMT2 作為 Colb 的結合伴侶，催化其 C 端結構域甲基化，促進 Cobl 與肌動蛋白的結合，有助于樹突 Arbor 形成，因此，在從小鼠分離的海馬神經元中過表達 PRMT2 會增加樹突和樹突分支點的數量，而敲低 PRMT2 則會產生相反的效果。PRMT3 調節核糖體蛋白 S2（rpS2）的穩定性，影響核糖體成熟，其與 rpS2 的相互作用協同支持神經營養因子激活后樹突中鈣 / 鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 IIα 亞基（αCaMKII）的局部翻譯，因此，大鼠海馬神經元中 PRMT3 下調會導致 BDNF 刺激后 αCaMKII 豐度增加失敗，從而減少脊柱面積。PRMT4 富集于突觸后膜的突觸后密度（PSD），并與大鼠海馬神經元中的突觸后標記 PSD95 共定位，遺傳或藥理學抑制 PRMT4 會導致突觸中關鍵突觸后蛋白（包括 PSD95 和 N - 甲基 - D - 天冬氨酸受體亞基 2B（NR2B））的簇大小顯著增加，同時伴隨樹突結構的復雜性增強，表明 PRMT4 可能通過 PSD 蛋白的精氨酸甲基化修飾調節樹突形態和突觸形成，此外，PRMT4 可通過甲基化 RNA 結合蛋白 HuD 參與神經突發生，HuD 是一種通過結合含有富 AU 元件的 mRNA 以防止其降解從而對神經元分化起關鍵作用的因子，PRMT4 介導的 HuD 甲基化不利于其與 p21^cip/waf1mRNA 的相互作用，導致 p21^cip/waf1mRNA 穩定性降低，因此，PRMT4 缺失的 PC12 細胞具有增加的 p21^cip/waf1蛋白豐度，導致細胞周期停滯，并在神經生長因子的刺激下加速神經突生長。PRMT8 主要定位于神經元突觸，參與樹突棘成熟，其介導的樹突 RNA 結合蛋白 G3BP1 的甲基精氨酸抑制 Rac1-PAK1 信號傳導，控制突觸肌動蛋白動力學，PRMT8 缺失的小鼠皮質神經元表現出 F - 肌動蛋白周轉減少和樹突棘形態缺陷，絲狀偽足和軸突突觸數量增加，此外，PRMT8 依賴其磷脂酶活性調節小鼠浦肯野細胞的樹突形態發生，PRMT8 敲除小鼠表現出異常的運動行為以及異常的樹突 Arborization 和小腦結構改變，PRMT8 缺失時，觀察到磷脂酰膽堿增加和包括膽堿和磷脂酸在內的水解產物減少，表明 PRMT8 介導的磷脂酰膽堿水解不足可能導致這種表型。PRMT9 在神經元形態發生和活動中起關鍵作用，尤其是在突觸發育和功能方面，其通過甲基化關鍵剪接因子 SF3B2 調節 RNA 剪接，影響突觸功能相關基因（如 Grin1）的外顯子包含或跳過，因此，海馬神經元中 PRMT9 敲除會導致異常的突觸形態，包括脊柱密度和大小減少。

在神經元活動方面，PRMT1 通過調節 KCNQ2 鉀通道的活性被認為是神經元興奮性的調節因子，其催化 KCNQ2 的精氨酸甲基化，促進其與磷脂酰肌醇 - 4,5 - 二磷酸（PIP2）的相互作用，而 PIP2 是該通道活性所必需的，因此，Prmt1 雜合小鼠的海馬神經元表現出 KCNQ2 通道活性降低和神經元過度興奮性增加。在秀麗隱桿線蟲中，PRMT5 通過甲基化 G 蛋白偶聯受體（GPCR）DOP-3（一種與人類 D2 多巴胺受體同源的 D2 樣多巴胺受體）介導感覺和運動神經元對環境刺激的反應，其在化學感覺和運動行為中起關鍵作用，表達突變 PRMT5 的蠕蟲對稀釋的辛醇過敏，遇到食物時基礎減慢，此外，PRMT5 還可以甲基化另一種 GPCR SER-2 酪胺受體，其與人類對應物共享保守的精氨酸甲基化基序，以調節秀麗隱桿線蟲的運動，秀麗隱桿線蟲神經元中 PRMT5 的調節作用暗示其可能也參與人類神經元功能的調節。NALCN 是建立神經元靜息膜電位（RMP）的關鍵因素，PRMT7 通過催化其甲基化抑制 NALCN 活性，從而降低神經元興奮性，因此，缺乏 PRMT7 的小鼠海馬齒狀顆粒細胞表現出過度興奮性，RMP 去極化，閾值電流降低，興奮性增加，PRMT7 還調節 Shank3 的表達，Shank3 是 HCN 通道蛋白的支架蛋白，以控制小鼠海馬 CA1 神經元中 HCN 通道的數量，當小鼠 PRMT7 功能缺陷時，CA1 神經元表現出更高的極化靜息電位和輸入電阻。PRMT8 在神經元功能中也起關鍵作用，其缺失會導致小鼠海馬中 NMDA 受體亞基 GluN2A 顯著減少，導致 GluN2A 介導的電流減少，對這些 PRMT8 缺陷小鼠的電生理記錄顯示興奮性突觸功能和可塑性缺陷。

PRMT1 在膠質細胞的發育和功能中起關鍵作用，大多數腦內條件性缺失 PRMT1 的小鼠在出生后 2 周死亡，在這些小鼠中，少突膠質細胞祖細胞（OPCs）、前髓鞘少突膠質細胞和成熟少突膠質細胞的數量顯著減少，此外，成熟少突膠質細胞嚴重髓鞘形成不足，而且，小膠質細胞 PRMT1 缺陷的小鼠在杯狀酮飲食誘導的脫髓鞘后表現出再髓鞘化失敗，其特征是在再髓鞘化階段小膠質細胞增生、星形膠質細胞增生延長，以及 OPCs 積累減少，PRMT1 缺失導致主要組織相容性復合體（MHC）相關基因啟動子中 H3 在賴氨酸 27 處的活性組蛋白標記乙�；�（H3K27ac）沉積減少，損害其轉錄程序，最終導致有效再髓鞘化所需的 MHC 相關小膠質細胞丟失，PRMT1 還參與小鼠出生后小膠質細胞增生和星形膠質細胞增生，PRMT1 敲除小鼠在出生后 8 天表現出顯著增強的星形膠質細胞和小膠質細胞反應性。

抑制分化或 DNA 結合 2（Id2）和 Id4 是已知的少突膠質細胞分化抑制劑，作為表觀遺傳調節因子，PRMT5 介導的 H4R3me2a 修飾通過增加其 CpG 區域的 DNA 甲基化抑制它們的表達，在 PRMT5 下調的大鼠 OPCs 中，Id2 和 Id4 的表達增加會擾亂少突膠質細胞的成熟，此外，PRMT5 可通過 H4R3me2s 沉積抑制組蛋白相鄰賴氨酸殘基的乙�；�，影響許多少突膠質細胞發育關鍵基因的表達，在 PRMT5 缺陷的 OPCs 中，少突膠質細胞特征基因顯著下調，而參與 p53 信號通路的基因上調，導致成熟少突膠質細胞顯著減少以及嚴重的髓鞘形成不足，另外，PRMT5 可以甲基化血小板衍生生長因子受體（PDGFRα），其在 OPCs 的增殖、遷移和少突膠質細胞的承諾中起關鍵作用，這種甲基精氨酸降低了 Cbl E3 連接酶對 PDGFRα 的親和力，保護 PDGFRα 不被降解，因此，缺乏 PRMT5 的小鼠在質膜處 PDGFRα 水平降低，導致成熟少突膠質細胞減少、髓鞘形成異常，并在出生后 3 周死亡。

膠質母細胞瘤（GBM）和髓母細胞瘤（MB）是中樞神經系統中最常見的惡性原發性腦腫瘤，分別是兒童和年輕人癌癥相關死亡的主要原因，PRMTs 在 GBM 中經常上調，PRMT 水平升高的患者通常預后較差。

在 GBM 中，PRMT1 在腫瘤細胞中上調，與患者預后不良相關，下調 GBM 細胞系中的 PRMT1 會導致增殖減少和凋亡增加，PRMT1 缺失的裸鼠異種移植物顯示腫瘤生長減少，最近的一項研究發現，IDH1 突變的膠質瘤中 PRMT1 表達及其相關的組蛋白修飾 H4R3me2a 減少，損害炎癥和自噬關鍵因子 PTX3 的轉錄激活，PRMT1 介導的激活不足導致鐵蛋白吞噬和自噬通量增加，這可能解釋了 IDH1 突變膠質瘤患者的較好預后，因此，靶向這個 PRMT1-PTX3 軸可能提供治療機會，特別是在增強膠質瘤細胞