核小体是由DNA和组蛋白组成的染色质基本结构单位（图3）。一般而言，组蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4五种类型，其中H2A、H2B、H3和H4称为核心组蛋白，H1称为连接组蛋白。研究表明对组蛋白的修饰参与了表观遗传过程，包括乙酰化、甲基化、ADP核糖基化、磷酸化和泛素化等多种修饰类型。组蛋白的修饰除了会影响组蛋白和DNA的结合从而改变染色质的结构外，还可以影响转录因子与DNA某些区域的结合而调控基因表达。

组蛋白的甲基化修饰

组蛋白的甲基化修饰是组蛋白表观遗传修饰最主要的方式，组蛋白的甲基化发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上。赖氨酸的甲基化依赖于赖氨酸甲基转移酶（Histone Lysine Methyltransferases, KMT）的催化，而精氨酸的甲基化依赖于精氨酸甲基转移酶(Protein-arginine Methyltransferases, PRMT) 。组蛋白发生甲基化后可以在组蛋白赖氨酸脱甲基酶（Lysine-specific histone demethylase, KDM）和组蛋白精氨酸脱氨酶（Peptidylargine Deminases, PADIs）的作用下去除甲基化修饰。研究表明，一般精氨酸甲基化与基因的激活相关，赖氨酸甲基化因发生甲基化的位置及数量的不同，引起基因表达或沉默。

常见的，H3组蛋白可以在赖氨酸的4、9、27、36和79号位置发生甲基化，在精氨酸的2、17和26号位置发生甲基化；H4组蛋白在精氨酸的3号位置发生甲基化，在赖氨酸的20号位置发生甲基化。组蛋白可以在同一个氨基酸位置上发生单甲基化、二甲基化和三甲基化，而甲基化修饰位置和数目则能够影响基因的转录激活或抑制。比如H3蛋白的9号赖氨酸三甲基化H3K9me3可以抑制基因的转录过程，而H3蛋白的4号赖氨酸三甲基化H3K4me3可以激活基因转录过程。

组蛋白的乙酰化修饰

组蛋白乙酰化是在组蛋白乙酰转移酶（Histone Acetyl-transferases, HAT）的作用下，可逆地在组蛋白的赖氨酸残基加上乙酰基。当组蛋白发生乙酰化时会中和一个正电荷，从而减弱了DNA与组蛋白的相互作用使染色质结构得以开放，转录蛋白得以进入染色质进而激活基因。乙酰化的赖氨酸残基还可以被溴结构域识别，产生结合点来募集调节蛋白。组蛋白去乙酰化是在组蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylase, HDAC)作用下去除乙酰基，让组蛋白重新带上正电荷，使其与带负电荷的DNA结合更加紧密。此时，转录元件便不易与DNA结合，进而导致基因转录过程受到抑制。组蛋白乙酰化和去乙酰化过程受到不同的蛋白复合物催化，其中在乙酰化过程起主要作用的是组蛋白乙酰转移酶HAT，此外还包括GNAT和MYST这两类已经被广泛研究的蛋白家族，以及p300/CBP和TAF1等。去乙酰化过程则由Sin3、NuRD、NcoR 和 SMRT等复合物，在HDAC的参与下，共同作用完成基因的转录抑制。

组蛋白的磷酸化修饰

组蛋白的丝氨酸、酪氨酸和苏氨酸残基会经常发生磷酸化修饰，磷酸化会中和组蛋白的正电荷从而破坏组蛋白和DNA的亲和力，使染色质结构不稳定,易于让转录因子结合激活基因。另外，磷酸化修饰会产生或屏蔽某些读取蛋白的结合位点，从而调节基因的转录过程。细胞中存在多种可以调节组蛋白磷酸化的磷酸激酶，如AMPK、PKC、MSK1、CK2、Aurora A和MSK1/2等。

组蛋白的其他修饰

组蛋白还有羟基化、腺苷酸化和泛素化等其他修饰类型，这些翻译后修饰发生在组蛋白的不同残基上，影响了染色体的结构和功能，调控了相关基因的表达。与泛素化相关的蛋白包括Ubc9/UBE21、RNF20/40和Ring1A/B等，可激活或者抑制基因的转录。