114年:營養生理生化(2)
DNA甲基化（DNA methylation）調控基因轉錄時，甲基化是作用在那個核苷？
Aadenylate
Bcytidylate
Cguanylate
Dthymidine
詳細解析
本題觀念：
本題考查的是**表觀遺傳學（Epigenetics）**中關於 DNA 甲基化（DNA methylation） 的基礎生化機制。在哺乳動物（包括人類）的基因轉錄調控中，DNA 甲基化是最早被發現且研究最透徹的修飾方式之一，主要涉及特定核苷酸的化學修飾，進而影響染色質結構與基因表現（通常是抑制轉錄）。
選項分析
- A. adenylate（腺苷酸）：
- 錯誤。雖然在細菌（原核生物）中，DNA 甲基化常見於腺嘌呤（Adenine）的 N-6 位置（由 Dam 甲基轉移酶催化），用於辨識複製後的 DNA 母股與子股以進行修復；但在真核生物（如人類）的基因轉錄調控中，腺嘌呤甲基化（N6-methyladenine, 6mA）雖有極少量被發現，但並非主要的調控機制。
- B. cytidylate（胞嘧啶核苷酸）：
- 正確。在哺乳動物細胞中，DNA 甲基化主要發生在 胞嘧啶（Cytosine） 的第 5 號碳原子上，形成 5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine, 5mC）。這種修飾通常發生在 CpG 雙核苷酸（CpG dinucleotides） 序列中的胞嘧啶上。Cytidylate 即為胞嘧啶核苷酸（CMP）的化學名稱，是 DNA 鏈中含有胞嘧啶的單元。
- C. guanylate（鳥嘌呤核苷酸）：
- 錯誤。雖然 CpG 序列中包含鳥嘌呤（Guanine），但甲基基團（-CH3）是加在胞嘧啶（C）上，而非鳥嘌呤（G）上。
- D. thymidine（胸腺嘧啶核苷）：
- 錯誤。DNA 甲基化不是發生在胸腺嘧啶（Thymine）上。值得注意的是，5-甲基胞嘧啶（5mC）若發生自發性去胺反應（deamination），會轉變為胸腺嘧啶（Thymine），這是一種常見的點突變來源，但它不是甲基化的直接目標。
答案解析
DNA 甲基化是藉由 DNA 甲基轉移酶（DNA methyltransferases, DNMTs） 將甲基（methyl group）轉移到 DNA 序列中 胞嘧啶（Cytosine） 的 C5 位置。 由於題目問的是「作用在哪個核苷」，而 Cytidylate（胞嘧啶核苷酸）是含有胞嘧啶的核苷酸單元，因此是正確答案。此修飾主要聚集在基因啟動子（promoter）區域的 CpG 島（CpG islands），高度甲基化通常會導致染色質緊縮，阻礙轉錄因子結合，從而 抑制基因轉錄（Gene Silencing）。
正確答案：B (cytidylate)
核心知識點
考生應掌握以下關於 DNA 甲基化的關鍵概念：
- 化學修飾位置：主要在 CpG 雙核苷酸序列中的 胞嘧啶（Cytosine） 第 5 號碳，形成 5-mC。
- 關鍵酵素：
- DNMT1：維持性甲基化（Maintenance），複製時將甲基化模式傳給子代細胞。
- DNMT3A / 3B：從頭甲基化（De novo），在發育過程中建立新的甲基化模式。
- 功能：
- 抑制轉錄：位於啟動子（Promoter）的 CpG 島若高度甲基化，基因通常不表現。
- 基因銘印（Genomic Imprinting）：調控父源或母源特異性基因表現。
- X 染色體去活化（X-chromosome inactivation）。
- 營養相關性：甲基化過程需要 葉酸（Folate）、維生素 B12 作為一碳循環（One-carbon metabolism）的輔因子來提供甲基（SAM 為甲基提供者）。
臨床重要性
- 癌症：癌細胞常見全基因組低甲基化（導致基因組不穩定）加上特定抑癌基因（Tumor Suppressor Genes）啟動子區域的過度甲基化（Hypermethylation），導致抑癌基因失去功能。
- 營養基因體學：飲食中缺乏葉酸或 B12 可能影響 SAM 的合成，進而改變 DNA 甲基化模式，增加癌症或發育異常的風險。