异常 DNA 甲基化和组蛋白修饰等表观遗传调节与阿尔茨海默病、亨廷顿氏舞蹈病、帕金森病、多发性硬化和肌萎缩性脊髓侧索硬化症有关。但对疾病进展的确切影响尚不清楚。脑健康在很大程度上依赖于表观遗传机制，在神经退行性疾病细胞中观察到染色质动力学缺失。在开发神经退化疗法的过程中，改变环境以及靶向存在表观遗传变化潜在风险的位点是不断发展的领域。
5-羟甲基胞嘧啶 (5-hmC) 是一种新的经修饰的胞嘧啶，在 5-甲基胞嘧啶 (5-mC) 被 Tet 蛋白家族氧化后产生。在整个发育期间，5-hmC 模式对正常的神经发育和神经功能都必不可少。失调会导致阿尔茨海默病和亨廷顿氏舞蹈病等神经退行性疾病；但确切的作用机制仍有待确定。
5-甲基胞嘧啶 (5-mC) 是脑中最常见的胞嘧啶状态，仅次于未修饰状态。随着细胞老化，脑中的基因组 5-mC 总含量减少。在阿尔茨海默病神经元中观察到 5-mC 整体减少，并且 5-mC 失调可能会导致肌萎缩性脊髓侧索硬化症和帕金森病的进展。
HDAC2 是一种 I 类组蛋白脱乙酰酶，通常会导致基因抑制。小鼠阿尔茨海默病模型中的 HDAC2 缺失会改善认知并减少淀粉样蛋白负载。在阿尔茨海默病患者中还观察到 HDAC2 表达增加。HDAC2 还与亨廷顿氏舞蹈病和多发性硬化有关。
HDAC6 是一种 II 类组蛋白脱乙酰酶，其在阿尔茨海默病患者的皮质和海马中表达增加。HDAC6 与 Tau 蛋白共定位，并且与 Tau 磷酸化有关。HDAC6 水平降低可能会改善认知。
p300 是一种组蛋白乙酰转移酶，在染色质乙酰化中起到作用，该乙酰化过程在神经元活性的刺激下会受到调节。神经元组蛋白乙酰化水平在阿尔茨海默病小鼠模型中较低，并且淀粉样前体蛋白依赖性信号转导的激活会导致原代神经元培养物中的组蛋白乙酰转移酶水平降低。p300 还在亨廷顿氏舞蹈病和帕金森病中起作用。
