108 年 國立中山大學生物科學系碩士班乙組《分子生物學》

此題考查 DNA 序列轉錄成 mRNA 的基本概念，重點在於理解 DNA 的 coding strand (又稱 sense strand) 與 mRNA 序列的關係，以及 RNA 的合成方向。

解題步驟：

1. 理解 DNA 的 coding strand 與 template strand： DNA 有兩股，一股是 coding strand (5' 端到 3' 端)，另一股是 template strand (3' 端到 5' 端)。mRNA 的序列與 coding strand 非常相似，只是將 T (Thymine) 換成 U (Uracil)。
2. 確定 mRNA 的合成方向： RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 是沿著 DNA 的 template strand (3' 端到 5' 端) 合成 mRNA，而 mRNA 的合成方向是 5' 端到 3' 端。
3. 比較 coding strand 與 mRNA 序列： 題目給定的 DNA coding strand 是 5' ATGCTACCGTTA 3'。

此題考查大腸桿菌 (E. coli) 的乳糖操縱子 (lac operon) 的組成與功能，特別是乳糖分解代謝所需的酵素。

核心觀念：lac operon 的誘導與乳糖分解的生化途徑。

解題步驟：

1. 了解 lac operon 的作用： lac operon 是 E. coli 中調控乳糖代謝基因表現的系統。當細胞缺乏葡萄糖，且存在乳糖時，lac operon 會被誘導，開始表現乳糖分解所需的酵素。
2. 乳糖分解的步驟： 乳糖 (lactose) 要被細胞利用，需要經過幾個步驟：
   • 進入細胞： 乳糖需要透過細胞膜上的蛋白質載體才能進入細胞。這個載體是由 lacY 基因編碼的 galactoside permease。
   • 分解乳糖： 進入細胞內的乳糖，需要被分解成葡萄糖 (glucose) 和半乳糖 (galactose) 才能進一步代謝。這個分解反應是由 lacZ 基因編碼的 β-galactosidase (β-半乳糖苷酶) 所催化。
   • 其他相關蛋白質： 雖然 lac operon 的主要調控基因是 lacI (調控阻遏蛋白的合成)，而結構基因是 lacZ, lacY, lacA，但題目問的是「乳糖的分解涉及」，這包含了乳糖運輸和分解的過程。
3. 分析選項：
   • A) anabolic enzymes (合成代謝酵素)：乳糖分解是分解代謝 (catabolism)，不是合成代謝 (anabolism)。所以 A 錯誤。
   • B) galactoside permease：這是由 lacY 基因編碼，負責將乳糖運輸進入細胞的蛋白質，是乳糖代謝過程的一部分。
   • C) regulated genes：lac operon 的基因表現是受到誘導物 (乳糖或 IPTG) 和阻遏物 (葡萄糖) 的調控，因此這些基因是受調控的基因。雖然這描述了系統的特性，但更直接描述分解過程的是酵素。然而，在討論整個系統時，受調控的基因是關鍵。
   • D) β-galactosidase：這是由 lacZ 基因編碼，負責分解乳糖的關鍵酵素。

此題考查大腸桿菌 (E. coli) 的乳糖操縱子 (lac operon) 的調控機制，特別是當操縱子處於關閉 (repressed) 狀態時的條件。

核心觀念：lac operon 的負調控 (negative regulation) 機制，以及阻遏蛋白 (repressor) 與操縱位點 (operator) 的結合。

解題步驟：

1. 理解 lac operon 的調控： lac operon 的調控主要由 lacI 基因編碼的阻遏蛋白 (repressor) 和操縱位點 (operator) 之間的結合來控制。
2. 阻遏蛋白的結合條件：
   • 當細胞沒有乳糖 (lactose) 時，乳糖的異構物 (allolactose) 濃度很低。
   • 阻遏蛋白 (repressor) 在沒有 allolactose 結合的情況下，會維持其活性構形。
   • 在這個活性構形下，阻遏蛋白會緊密地結合到 lac operon 的操縱位點 (operator)。
   • 阻遏蛋白與 operator 的結合會阻礙 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 結合到啟動子 (promoter) 或通過啟動子進行轉錄，從而抑制 (repress) lac 基因的表現。
3. 分析選項：

核心觀念

本題考查大腸桿菌 lac operon 的基因排列與各區域功能。

典型 lac 系統包含：

• lacI：編碼阻遏蛋白（lac repressor），屬於調控基因，通常具有自己的啟動子，嚴格而言不屬於 lac operon 本體。
• promoter（啟動子）：RNA polymerase 結合的位置，開始轉錄。
• operator（操縱子）：阻遏蛋白結合的位置，控制下游基因的轉錄。
• lacZ：編碼 β-galactosidase。
• lacY：編碼 lactose permease，協助乳糖進入細胞。
• lacA：編碼 thiogalactoside transacetylase。

lac operon 的結構基因轉錄順序為：

$$lacZ \rightarrow lacY \rightarrow lacA$$

因此，常見的排列可表示為：

$$lacI \;-\; promoter \;-\; operator \;-\; lacZ \;-\; lacY \;-\; lacA$$

其中 lacI 是鄰近的調控基因，並非與 lacZYA 位於同一條多順反子 mRNA 中。

解題方法

判斷順序時，掌握兩個關鍵：

1. 調控區必須位於結構基因之前：

   $promoter \rightarrow operator \rightarrow 結構基因$

2. lac operon 的結構基因順序固定為：

   $lacZ \rightarrow lacY \rightarrow lacA$

逐一比對選項後，只有 C 符合：

$$lacI \rightarrow promoter \rightarrow operator \rightarrow lacZ \rightarrow lacY \rightarrow lacA$$

選項 C 中的 lacl、lacz、lacy 是大小寫書寫形式，分別對應 lacI、lacZ、lacY。

選項分析

• A) Lacy, promoter, Lacl, operator, LacA, LacZ

此題考查真核生物中組蛋白 (histone) 修飾的方式及其對基因表現的影響。

核心觀念：組蛋白的翻譯後修飾 (post-translational modification) 及其功能。

解題步驟：

1. 了解組蛋白的功能： 組蛋白是 DNA 包裝成染色質 (chromatin) 的基本單位。組蛋白的結構變化（特別是其 N-端尾巴）可以影響染色質的緊密程度，進而調控基因的轉錄活性。

2. 分析選項：

   • A) sigma factors (σ因子)：σ因子是細菌 RNA 聚合酶的輔助因子，參與辨識啟動子並起始轉錄。它與組蛋白結構無關。
   • B) DNA rearrangement (DNA 重排)：DNA 重排是指 DNA 序列的改變或移動，例如基因的插入、刪除、倒位、易位等。這直接改變基因序列，而不是組蛋白結構。
   • C) methylation (甲基化)：組蛋白的甲基化 (histone methylation) 是一種常見的翻譯後修飾，可以發生在組蛋白的特定胺基酸殘基上（如賴氨酸 Lys 或精氨酸 Arg）。甲基化可以促進或抑制基因表現，取決於修飾的位置和程度。
   • D) acetylation (乙醯化)：組蛋白的乙醯化 (histone acetylation) 是另一種重要的翻譯後修飾，主要發生在組蛋白的賴氨酸殘基上。乙醯化通常會抵銷組蛋白尾巴上的正電荷，減少其與帶負電的 DNA 之間的靜電作用，使得染色質結構變得較鬆散 (euchromatin)，有利於轉錄因子的接近，從而促進基因的轉錄。
   • E) none of the above：由於 C 和 D 都是組蛋白修飾的方式，此選項錯誤。

3. 判斷哪個選項最符合「alter histone structure」： 甲基化 (methylation) 和乙醯化 (acetylation) 都是直接作用於組蛋白蛋白質本身的化學修飾，它們會改變組蛋白的化學性質和電荷，進而影響其與 DNA 的結合以及與其他蛋白質的相互作用，從而改變染色質的結構。

   雖然題目只要求一個選項，但 C 和 D 都是正確的組蛋白修飾方式。在實際考試中，如果有多個正確選項，需要仔細閱讀題目要求。此題要求「Histone structure can be altered by」，C 和 D 都符合。通常此類題目會選擇其中一個最經典或最廣泛的修飾。乙醯化 (acetylation) 是最早被發現且與基因活化密切相關的組蛋白修飾之一，經常被提及。甲基化 (methylation) 也是重要的修飾。

   在許多教材中，組蛋白修飾 (histone modification) 經常會同時列出乙醯化、甲基化、磷酸化、泛素化等。
   題目問「Histone structure can be altered by」，C 和 D 都是正確的。
   如果只能選一個，需要看考試的側重點。

此題考查基因調控的層級，特別是哪些調控機制是屬於「基因組層級」(genomic level) 的控制。

核心觀念：基因調控的多個層級，包括基因組層級、轉錄層級、轉譯後層級等。

解題步驟：

1. 理解「基因組層級的基因調控」： 基因組層級的調控是指對 DNA 本身進行改變，從而影響基因的可用性或表現。這包括改變 DNA 的結構、數量或位置。
2. 分析各選項：
   • A) DNA rearrangement (DNA 重排)：這包括基因的插入、刪除、倒位、易位、基因重複等。這些操作直接改變了基因組的結構，進而影響基因的表現。例如，免疫球蛋白基因的 V(D)J 重組就是一種 DNA 重排，用於產生抗體的基因多樣性。這屬於基因組層級的調控。
   • B) gene deletion (基因刪除)：直接從基因組中移除一個基因，使其無法被表現。這顯然是基因組層級的調控。
   • C) alternative RNA splicing (選擇性 RNA 接合)：這是轉錄後 (post-transcriptional) 的調控機制。在一個基因轉錄成 pre-mRNA 後，可以透過不同的剪接方式，將外顯子 (exon) 以不同組合連接起來，產生多種不同的 mRNA 分子，最終翻譯成不同的蛋白質。

此題考查真核生物中，阻遏蛋白 (repressor protein) 如何抑制基因表現。

核心觀念：真核生物基因調控的元件，特別是調節基因表現的順序元件 (regulatory elements) 和蛋白質因子。

解題步驟：

1. 理解阻遏蛋白的功能： 阻遏蛋白 (repressor protein) 是一種轉錄因子，它結合到 DNA 的特定序列上，從而抑制或減弱基因的轉錄。
2. 分析選項：
   • A) enhancer (增強子)：增強子是 DNA 序列，通常位於基因的 5' 或 3' 端，或內含子中。活化因子 (activator protein) 結合到增強子上，可以增強轉錄。阻遏蛋白不結合增強子來抑制基因表現。
   • B) operon (操縱子)：操縱子是原核生物基因調控的單位，由一系列結構基因、啟動子和操縱位點組成。真核生物沒有操縱子。
   • C) promoter (啟動子)：啟動子是 RNA 聚合酶結合並開始轉錄的地方。活化因子可以結合到啟動子或增強子上，促進 RNA 聚合酶的結合或活性。阻遏蛋白可以與啟動子區域的某些蛋白質競爭結合，或者結合到啟動子附近，阻止 RNA 聚合酶的結合或移動。因此，阻遏蛋白可能通過影響啟動子來抑制基因表現。
   • D) silencer (沉默子)：沉默子是另一種 DNA 順序元件，類似於增強子，但它負責結合阻遏蛋白，從而抑制基因的轉錄。當阻遏蛋白結合到沉默子上時，它可以阻止轉錄起始複合物的形成，或者將染色質結構變成緊密狀態，抑制基因表現。這與阻遏蛋白的功能直接相關。

此題考查大腸桿菌 (E. coli) 色胺酸操縱子 (trp operon) 的特殊調控機制。

核心觀念：trp operon 的兩種調控機制：阻遏 (repression) 和衰減 (attenuation)。

解題步驟：

1. 了解 trp operon 的調控： trp operon 的基因表現受到兩種機制調控，以精確控制色胺酸 (tryptophan) 的合成。
   • 阻遏 (Repression)： 當細胞內色胺酸濃度高時，色胺酸會作為輔阻遏物 (co-repressor) 結合到 trp 阻遏蛋白 (trp repressor) 上，使阻遏蛋白具有結合到 trp operon 的操縱位點 (operator) 的能力，從而抑制轉錄。這是由 trpR 基因編碼的trp 阻遏蛋白介導的。
   • 衰減 (Attenuation)： 這是 trp operon 特有的、更精確的調控機制，發生在轉錄水平。它依賴於色胺酸濃度對 mRNA leader 序列中富含色胺酸的密碼子 (tryptophan-rich codons) 的翻譯速度的影響，進而影響 mRNA leader 序列形成不同的二級結構（髮夾環），決定轉錄是否能繼續進行到結構基因。
2. 分析題目描述： 題目描述了一個「控制區域 (control region)」，它位於「trp leader sequence」中，並且對「tryptophan levels 敏感」，能夠「決定轉錄是否繼續進行到完成」。

核心觀念

本題考查真核生物 enhancer（增強子） 的基本特性。

Enhancer 是一段可被特定轉錄因子辨識的順式調控 DNA 序列。轉錄因子結合後，會透過 DNA 彎曲、Mediator、共活化因子及染色質重塑等機制，增強鄰近 promoter 的轉錄作用。

Enhancer 的典型特徵包括：

1. 可位於 promoter 上游或下游，也可能位於基因內部。
2. 通常不受相對於 promoter 的方向限制。
3. 可在距離 promoter 一段距離時發揮作用。
4. 仍須透過 promoter 招募基本轉錄機器，不能完全取代 promoter。

解題方法

逐項檢查各選項是否符合 enhancer 的定義與典型特性：

• 若敘述把 enhancer DNA 本身與轉錄因子的 activation domain 混為一談，則錯誤。
• 若敘述否定 promoter 的必要性，則錯誤。
• 若敘述符合 enhancer 的「位置不受嚴格限制」或「方向不受限制」特性，則正確。

選項分析

A) It contains activation domain to interacts with RNA polymerases

錯誤。

Activation domain 是「結合 enhancer 的轉錄因子」所具有的蛋白質結構域，不是 enhancer DNA 本身所包含的構造。轉錄因子的 activation domain 可與 Mediator、共活化因子或其他轉錄機器成分互動，並非 enhancer 直接含有一個 activation domain 與 RNA polymerase 作用。

此外，原句的文法雖不影響判斷，to interacts 應為 to interact。

B) It could located in the gene's coding region

正確，但需作精確理解。

Enhancer 不一定位於基因上游；它可以位於：

• 基因上游；
• 基因下游；
• 內含子內；
• 某些情況下甚至位於基因的外顯子或 coding region。

因此，enhancer 可以出現在基因的 coding region 中。其功能取決於是否能被適當的轉錄因子辨識，以及是否能與目標 promoter 形成有效調控，而不是單純由所在位置決定。

此題考查基因突變的類型及其對蛋白質序列的影響。

核心觀念：點突變 (point mutation) 的類型（轉換 transition, 顛換 transversion），以及它們如何導致同義突變 (silent mutation)、錯義突變 (missense mutation) 或無義突變 (nonsense mutation)。同時也考查移碼突變 (frameshift mutation) 的概念。

解題步驟：

1. 比較野生型 (Wild-type) 和突變型 (Mutant) 的 DNA 序列：

   • 野生型序列：ACC CAC UCU GGA UUU AAG GCA
   • 突變型序列：ACC CAC UCU UGA UUU AAG GCA
     觀察兩者差異，發現只有一個鹼基發生了改變：野生型的 GGA (甘胺酸) 在突變型中變成了 UGA。

2. 確定突變的類型：

   • 點突變 (Point mutation)： 只有一個核苷酸發生改變。此處從 GGA 變為 UGA，是一個單鹼基的改變，屬於點突變。
   • 轉換 (Transition) vs. 顛換 (Transversion)：
     • 轉換 (Transition)：嘌呤 (A, G) 變為另一嘌呤，或嘧啶 (C, T) 變為另一嘧啶。
     • 顛換 (Transversion)：嘌呤變為嘧啶，或嘧啶變為嘌呤。
       要確定 GGA 變為 UGA 是轉換還是顛換，需要知道具體的鹼基變化。然而，題目沒有給出具體的鹼基變化，只給了密碼子。但我們可以通過後續對密碼子和蛋白質的影響來判斷。

3. 確定突變對蛋白質序列的影響：

   • 野生型：

     • ACC → Thr (蘇胺酸)
     • CAC → His (組織胺酸)
     • UCU → Ser (絲胺酸)
     • GGA → Gly (甘胺酸)
     • UUU → Phe (苯丙胺酸)
     • AAG → Lys (離胺酸)
     • GCA → Ala (丙胺酸)
       蛋白質序列：thr his ser gly leu lys ala

   • 突變型：

     • ACC → Thr
     • CAC → His
     • UCU → Ser
     • UGA → Stop (終止密碼子)
     • UUU → Phe
     • AAG → Lys
     • GCA → Ala
       蛋白質序列：thr his ser stop phe lys ala

   觀察蛋白質序列的變化：
   突變導致了從 GGA (編碼 Gly) 變成了 UGA (一個終止密碼子)。因此，蛋白質的合成在 UGA 處終止。在 UGA 之前，Thr, His, Ser 的序列不變。Gly 被 UGA 取代，並導致後面的 Phe, Lys, Ala 的序列不再被翻譯出來（因為提前終止了）。

4. 分析選項：

   • A) A transversion mutation leading to a nonsense codon：
     • Nonsense codon (無義密碼子)： UGA 是三個終止密碼子之一 (UAA, UAG, UGA)，因此它是一個 nonsense codon。
     • Transversion mutation： 我們需要確定 GGA 變為 UGA 是轉換還是顛換。GGA 的 G 是嘌呤，A 是嘌呤。UGA 的 U 是嘧啶，G 是嘌呤，A 是嘌呤。
       • 如果 GGA 變為 UGA，可能是 G 變成了 U (嘌呤變嘧啶，顛換) 或 A 變成了 G (嘌呤變嘌呤，轉換)，或者兩者都變。
       • 標準的密碼子表：
         • GGA → Gly
         • UGA → Stop
       • 從 GGA 到 UGA 的改變，最直接的是第三個鹼基 A 變成了 G。這是一個嘌呤變嘌呤，屬於轉換 (transition)。
       • 如果第三個鹼基 A 變成了 G，那麼 GGA 變為 GGG。GGG 編碼 Gly，這是一個 silent mutation。
       • 如果第二個鹼基 G 變成了 U，那麼 UGA。
       • 再仔細看： 題目給的是密碼子，不是具體的 DNA 序列。
         • 野生型密碼子：GGA (Gly)

此題考查基因印記 (genomic imprinting) 的概念及其在人類 H19 和 Igf2 基因中的作用機制。

核心觀念：基因印記 (genomic imprinting) 是指基因的表現取決於其來自父系還是母系。這種表觀遺傳學現象通常涉及 DNA 甲基化。

解題步驟：

第一部分：何謂 imprinting?

基因印記 (genomic imprinting) 是一種表觀遺傳學現象，其中某些基因的表現會依據其遺傳來源（來自父系染色體或母系染色體）而有所不同。被印記的基因在配子形成過程中，會被標記上特定的表觀遺傳標記（最常見的是 DNA 甲基化），這些標記會在胚胎發育過程中被保留，並影響該基因的表現。通常，被印記的基因在父系或母系染色體上是沉默的，而在另一條染色體上則正常表現。這種單親來源的基因表現模式對胚胎發育至關重要。

第二部分：以人類 H19 和 Igf2 為例，說明 imprinting 影響其基因表現的機轉。

人類的 H19 和 Igf2 基因是研究基因印記的經典例子。這兩個基因位於同一區域，且 Igf2 基因位於 H19 基因的下游（3' 端）。它們的印記模式如下：

1. H19 基因：
   • 印記模式： H19 基因是母系印記的。
   • 機轉：
     • 在卵細胞（母系配子）中，H19 基因的啟動子區域（特別是 CpG islands）是未甲基化的。
     • 當 H19 基因未甲基化時，它能夠被正常轉錄，產生 H19 lncRNA。
     • 同時，未甲基化的 H19 啟動子區域也包含一個印記控制區 (Imprinting Control Region, ICR)，它能夠結合一種稱為 CTCF 的蛋白質。
     • CTCF 結合到未甲基化的 ICR 上，會形成一個「絕緣子」(insulator) 的作用，阻止位於 ICR 上游（通常是父系來源的）的增強子 (enhancer) 影響下游的 Igf2 基因。
     • 在精細胞（父系配子）中，H19 基因的啟動子區域（ICR）則被高度甲基化。
     • 甲基化會阻止 CTCF 結合到 ICR 上。
     • 當 ICR 被甲基化且 CTCF 不結合時，位於 ICR 上游的增強子就可以自由地結合到 Igf2 基因的啟動子上，促進 Igf2 的轉錄。

此題考查大腸桿菌 (E. coli) 的乳糖操縱子 (lac operon) 在不同基因型和不同環境條件下（有無乳糖、有無葡萄糖）的基因表現情況。

核心觀念：lac operon 的調控機制，包括阻遏蛋白 (repressor) 的作用、啟動子 (promoter) 的功能、操縱位點 (operator) 的功能、以及誘導物 (inducer) 乳糖和阻遏物 (repressor) 葡萄糖的影響。

解題步驟：
在回答前，先確立一些基本原則：

1. I 基因 (lacI)： 編碼阻遏蛋白 (repressor protein)。
   • I+：正常產生阻遏蛋白。
   • I-：無法產生阻遏蛋白（突變型）。
2. P 基因 (promoter)： 啟動子。
   • P+：功能正常。
   • P-：突變，RNA 聚合酶無法結合，轉錄無法起始。
3. O 基因 (operator)： 操縱位點。
   • O+：正常。
   • O-：阻遏蛋白無法結合，操縱子總是處於誘導狀態（除非有其他調控）。
4. Z 基因 (lacZ)： 編碼 β-galactosidase。
   • Z+：能表現 β-galactosidase。
   • Z-：無法表現 β-galactosidase。
5. 乳糖 (Lactose)： 是誘導物。
   • 無乳糖 (-Lactose)： 阻遏蛋白結合到 operator，抑制轉錄。
   • 有乳糖 (+Lactose)： 乳糖（或其異構物 allolactose）與阻遏蛋白結合，使其構形改變，無法結合 operator，轉錄得以進行（如果 promoter 正常）。
6. 葡萄糖 (Glucose)： 是優先能源。
   • 無葡萄糖 (-Glucose)： cAMP 水平高，CAP 蛋白質與 cAMP 結合，形成 CAP-cAMP 複合物，與啟動子結合，增強 RNA 聚合酶的結合和轉錄效率。
   • 有葡萄糖 (+Glucose)： cAMP 水平低，CAP-cAMP 複合物形成少，CAP 蛋白質無法有效結合啟動子，轉錄效率低。

分析各題型：

(a) I+P+O+Z+

• 基因型： 正常型操縱子。
• Lactose (+)：
  • 有乳糖 → 阻遏蛋白與乳糖結合，失活，不結合 operator。
  • P+O+Z+ 正常。
  • 表現 (√)。
• Lactose (-)：
  • 無乳糖 → 阻遏蛋白結合到 operator。
  • P+O+Z+ 正常。
  • 阻遏蛋白結合 operator → 抑制轉錄。
  • 不表現 (X)。
• A1: (√), A2: (X)

此題考查類固醇激素 (steroid hormone) 的信號傳導機制、激素受體 (hormone receptor) 的結構與功能，以及基因調控的專一性。

核心觀念：

1. 類固醇激素作用於細胞內受體，形成激素-受體複合物，然後作為轉錄因子調控特定基因的表現。
2. 激素受體通常包含配體結合域 (ligand-binding domain) 和 DNA 結合域 (DNA-binding domain)。
3. 基因的表現受其啟動子區域的特定順序元件（響應元件 response element）調控，這些元件決定了哪些轉錄因子可以結合。

a) 類固醇激素作用機轉及誘導不同蛋白表現的解釋 (10分)

機制概述：
類固醇激素（如 testosterone 和 hydrocortisone）是脂溶性分子，它們可以穿過細胞膜，進入細胞質或細胞核。在細胞內，它們會與特定的細胞內受體（通常是核受體 nuclear receptor）結合。這個激素-受體複合物會被活化，然後作為轉錄因子，結合到標的基因啟動子區域的特定 DNA 序列（稱為激素響應元件 hormone response element, HRE）上，從而調控基因的轉錄。

為何能誘導不同蛋白？

1. 專一性的激素受體： Testosterone 和 hydrocortisone 分別與不同的類固醇激素受體結合。

   • Testosterone 與 androgen receptor (AR) 結合。
   • Hydrocortisone (一種 glucocorticoid) 與 glucocorticoid receptor (GR) 結合。
     雖然這兩種受體同屬於類固醇激素受體家族，結構相似，但它們的配體結合域對各自的激素具有高度專一性。

2. 專一性的激素響應元件 (HRE)： 雖然 AR 和 GR 結構相似，但它們結合的 DNA 序列（HRE）也存在差異。

   • AR 結合的 DNA 序列是 androgen response element (ARE)。
   • GR 結合的 DNA 序列是 glucocorticoid response element (GRE)。
     雖然 ARE 和 GRE 在結構上有相似之處（通常是反向重複序列），但它們的具體序列差異足以保證受體能夠準確識別並結合到各自的響應元件上。

3. 標的基因的專一性：

   • Testosterone 通過 AR 結合到肝細胞中 2-microglobulin (2-MG) 基因的 ARE 上，激活其轉錄，產生 2-MG 蛋白。
   • Hydrocortisone 通過 GR 結合到肝細胞中 Tyrosine Aminotransferase (Tat) 基因的 GRE 上，激活其轉錄，產生 Tat 蛋白。

總結：
同一種細胞（肝細胞）同時擁有 AR 和 GR 受體，以及相應的 ARE 和 GRE 響應元件。當 testosterone 進入細胞，它與 AR 結合，形成複合物，識別並結合 2-MG 基因的 ARE，誘導 2-MG 的表現。當 hydrocortisone 進入細胞，它與 GR 結合，形成複合物，識別並結合 Tat 基因的 GRE，誘導 Tat 的表現。這樣，通過專一性的激素-受體識別和受體-DNA 響應元件識別，實現了對不同基因的選擇性調控，從而誘導不同蛋白的表現。

b) 改造受體進行 Domain-Swap 實驗的結果 (5分)

實驗設計：
將 testosterone receptor (AR) 和 hydrocortisone receptor (GR) 的 Zinc finger domains 互換。

• Zinc finger domain： 這是類固醇激素受體家族的 DNA 結合域 (DNA-binding domain)，負責識別並結合 DNA 上的激素響應元件 (HRE)。
• 改造後的受體：
  • 受體 1：AR 的部分結構 + GR 的 Zinc finger domain (負責 DNA 結合)。
  • 受體 2：GR 的部分結構 + AR 的 Zinc finger domain (負責 DNA 結合)。

預期結果：

1. 處理細胞，使其表現「改造後的受體 1 (AR + GR 的 Zinc finger)」：
   • 使用 Testosterone： Testosterone 會與 AR 的配體結合域結合，但這個複合物將要結合的 DNA 序列是 GR 的 Zinc finger domain 所能識別的 GRE，而不是 AR 原本能識別的 ARE。因此，Testosterone-AR(改造後) 複合物無法有效結合 2-MG 基因的 ARE，也無法有效結合 Tat 基因的 GRE（因為 GR 的 Zinc finger domain 結合的是 GRE，而 Testosterone 結合的是 AR 的配體結合域，後者可能無法有效協同 GR 的 Zinc finger 結合 GRE）。
     • 更精確的解釋： Testosterone 只能結合 AR 的配體結合域。如果 AR 的 DNA 結合域被 GR 的 Zinc finger 取代，那麼這個改造的 AR 複合物將試圖結合 GRE。然而，GR 的 Zinc finger domain 結合 GRE 的效率和特異性，以及 AR 的配體結合域與 GR 的 Zinc finger domain 之間的協同作用，可能會導致結合效率非常低，甚至無法結合。因此，2-MG 基因的表現不會被誘導。

此題考查 RNA 干擾 (RNA interference, RNAi) 的作用機制及其應用。

核心觀念：
RNAi 是一種在真核生物中普遍存在的、由雙鏈 RNA (dsRNA) 誘導的基因沉默機制。它通過降解目標 mRNA 或抑制其轉譯來降低特定基因的表現。

作用機轉 (Mechanism of RNAi)：

RNAi 的作用機轉主要涉及以下幾個關鍵步驟和分子：

1. dsRNA 的來源：

   • 外源性 dsRNA： 例如病毒感染產生的 dsRNA，或實驗中引入的 dsRNA（如 siRNA）。
   • 內源性 dsRNA： 由細胞內特定的基因轉錄產生，或者由 microRNA (miRNA) 前驅體加工而來。

2. dsRNA 的加工 (Dicing)：

   • 外源性或內源性的長 dsRNA 會被一種稱為 Dicer 的核酸酶切割。
   • Dicer 是一種 RNAse III 型核酸酶，它將長 dsRNA 切割成約 21-25 個核苷酸對的短雙鏈 RNA 分子，稱為 小干擾 RNA (small interfering RNA, siRNA)。
   • miRNA 的前驅體 (pre-miRNA) 也會被 Dicer 加工，產生 miRNA。

3. RNA 誘導的沉默複合物 (RISC) 的組裝：

   • siRNA (或 miRNA) 的雙鏈會被解開。其中一條鏈（通常是與目標 mRNA 序列互補程度更高的一條，稱為「引導鏈」guide strand）會被載入一個稱為 RNA 誘導的沉默複合物 (RNA-induced silencing complex, RISC) 中。
   • RISC 是一個蛋白質複合物，其核心組件是 Argonaute (Ago) 蛋白質。Ago 蛋白質負責識別 siRNA/miRNA 的引導鏈，並執行 RNA 降解或抑制轉譯的功能。

4. 目標 mRNA 的識別與沉默：

   • siRNA 介導的 RNA 降解： 當 siRNA 的引導鏈與目標 mRNA 序列之間存在近乎完美的互補配對時，RISC 中的 Ago 蛋白質（通常是 Ago2，在哺乳動物中）會表現出核酸酶活性（稱為「引導鏈介導的 mRNA 裂解」或「RNA 酶活性」），直接將目標 mRNA 在互補位點附近切割，導致 mRNA 被快速降解。
   • miRNA 介導的轉譯抑制或 mRNA 降解： miRNA 的引導鏈與目標 mRNA 的 3' 非轉譯區 (3' UTR) 之間通常存在不完全的互補配對。這種不完全配對會導致 RISC 抑制目標 mRNA 的轉譯，阻止核糖體結合或移動，從而降低蛋白質合成。在某些情況下，不完全配對也可能導致 mRNA 的去腺苷酸化 (deadenylation) 和隨後的降解。

總結機轉：
dsRNA → Dicer 切割 → siRNA/miRNA → RISC 組裝 (Ago 蛋白 + 引導鏈) → 識別目標 mRNA → (siRN

此題為解釋名詞題，要求對列出的十個生物學術語進行解釋。由於題目只列出了術語，沒有具體要求哪個術語的解釋，我將對每個術語進行簡要解釋。

核心觀念： 這些術語涵蓋了基因調控、DNA 複製、蛋白質結構、RNA 功能等多個分子生物學的重要概念。

解釋：

A. maintenance methylase (維持性甲基化酶)：
* 在 DNA 複製過程中，DNA 甲基化酶家族中的一類酶，負責在 DNA 雙螺旋複製後，將親代 DNA 鏈上的甲基化模式「維持」到子代 DNA 鏈上。例如，在哺乳動物中，Hemimethylated DNA (其中一條鏈甲基化，另一條未甲基化) 會被維持性甲基化酶識別，並將另一條鏈也甲基化，從而確保甲基化模式在細胞分裂過程中得以穩定傳遞。

B. Histone code (組蛋白密碼)：
* 一種表觀遺傳學的假說，認為組蛋白的翻譯後修飾（如乙醯化、甲基化、磷酸化、泛素化等）在組蛋白尾巴上的特定組合和位置，可以被識別並解碼，從而決定染色質的結構狀態（鬆散或緊密）和基因的表現狀態（激活或抑制）。這些修飾的組合被比喻為一種「密碼」，指導細胞做出相應的基因調控決定。

C. Enhanceosome (增強體)：
* 一個由多個蛋白質組成的蛋白質複合物，它們協同結合到 DNA 的增強子 (enhancer) 區域。Enhanceosome 的形成通常需要精確的 DNA 序列和多種轉錄因子，其目的是在空間上將遠端的增強子與近端的啟動子連接起來，通過招募輔助因子（如 Mediator）來極大地增強目標基因的轉錄活性。

D. Chromatin remodeling complex (染色質重塑複合物)：
* 一種蛋白質複合物，它利用 ATP 水解的能量來改變染色質的結構。它們可以移動、重新定位或移除核小體 (nucleosome)，從而改變 DNA 的可及性。這種改變對於基因的轉錄、DNA 複製、修復以及染色體結構的維持都至關重要。

E. Leucine zipper motif (亮氨酸拉鏈結構域)：
* 一種常見的蛋白質結構域，在許多轉錄因子中發現。它由α螺旋組成，其疏水側鏈（主要是亮氨酸）以大約每七個胺基酸重複一次的模式排列。當兩個亮氨酸拉鏈結構域的蛋白質相互靠近時，它們的疏水側鏈會相互作用，形成二聚體 (dimer)。這個二聚體結構可以幫助蛋白質結合到 DNA 上，發揮轉錄因子的作用。

F. Riboswitch (核糖開關)：
* 一種 RNA 結構，通常位於 mRNA 的 5' 非轉譯區 (5' UTR) 或編碼區的起始附近。