108 年 國立成功大學臨床醫學研究所《分子生物學》

此題為基本名詞解釋題，主要測試考生對分子生物學與相關領域重要術語的理解程度。

(1) Frameshift：
frameshift 突變是一種基因突變，發生於 DNA 或 RNA 的編碼區，當插入或刪除的鹼基數不是三個的倍數時，就會導致讀碼框（reading frame）移動。這會改變突變點之後所有密碼子的解讀，進而改變翻譯出的蛋白質胺基酸序列，通常會產生無功能甚至有害的蛋白質。
【答案】因插入或刪除的鹼基數非三的倍數，導致讀碼框移動，改變後續胺基酸序列的突變。

(2) Exosome：
exosome 是一種細胞外囊泡（extracellular vesicle），直徑約 30-150 奈米，由細胞通過多泡體（multivesicular body, MVB）釋放到細胞外。 exosomes 含有細胞來源的蛋白質、脂質、核酸（如 mRNA 和 microRNA），可以與接收細胞相互作用，傳遞訊息，影響接收細胞的功能。在生理和病理過程中都扮演重要角色。
【答案】由細胞釋放的囊泡，直徑約 30-150 nm，含有蛋白質、脂質、核酸，可作為細胞間訊息傳遞的媒介。

(3) iPS cells：
iPS cells，即誘導型多潛能幹細胞（induced pluripotent stem cells），是指通過體外實驗，將體細胞（如皮膚細胞）重新程式化（reprogramming）而獲得的一種具有多潛能的細胞。這些細胞在形態、基因表達和生長特性上與胚胎幹細胞（embryonic stem cells, ESCs）相似，能夠分化成身體內幾乎所有類型的細胞。
【答案】將體細胞經誘導重新程式化後，獲得的具有多潛能、可分化成身體多種細胞的幹細胞。

(4) SNP：
SNP，即單核苷酸多型性（Single Nucleotide Polymorphism），是基因組中一個單一核苷酸鹼基的變異，發生頻率至少為 1% 的族群。

此題主要測試考生對分子生物學研究中常用技術的理解。

(1) CRISPR：
CRISPR，全稱 CRISPR-Cas9 系統，是一種強大的基因編輯工具。它利用一個導引 RNA (gRNA) 來定位到目標 DNA 序列，然後 Cas9 核酸酶會在該位置切割 DNA，產生雙股斷裂。細胞隨後會利用自身的修復機制來修復斷裂，這個過程可以被用來插入、刪除或修改基因序列。
【答案】利用導引 RNA 和 Cas9 酶實現精確基因編輯的技術。

(2) Two dimensional gel electrophoresis：
2D 膠體電泳（Two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE）是一種分離蛋白質的技術，通常用於蛋白質體學研究。第一維通常是等電點電泳（isoelectric focusing, IEF），根據蛋白質的等電點（pI）進行分離；第二維是十二烷基硫酸鈉-聚丙烯醯胺凝膠電泳（SDS-PAGE），根據蛋白質的分子量進行分離。通過這兩種分離模式的結合，可以極大地提高蛋白質的分辨率。
【答案】一種根據蛋白質等電點和分子量對蛋白質進行分離的電泳技術。

(3) Whole genome sequencing：
全基因組定序（Whole genome sequencing, WGS）是指對一個生物體的所有 DNA 序列進行測序。這包括了基因編碼區（exons）和非編碼區（introns）的所有 DNA 鹼基。WGS 可以提供最全面的基因組訊息，用於識別基因變異、研究基因結構、發現新的基因或調控元件等。
【答案】對生物體所有 DNA 序列進行測序，以獲取最全面的基因組資訊。

(4) Super resolution microscopy：
超高解析度顯微鏡（Super resolution microscopy）是一類突破了傳統光學顯微鏡衍射極限（約 200 奈米）的顯微成像技術。這些技術（如 STED, PALM, STORM 等）能夠實現奈米級的解析度，從而觀察到細胞內更精細的結構和分子動態，例如單分子定位、細胞器結構等。

此題主要測試考生對幾種重要的非編碼 RNA 分子及其調控機制的理解。

核心觀念：這些非編碼 RNA 在基因表達調控中扮演關鍵角色，主要通過與 mRNA 結合，影響其穩定性或轉譯效率，進而調控下游基因的表現。

microRNA (miRNA)：
定義：microRNA 是一類長度約 21-23 個核苷酸的短非編碼 RNA 分子。
調控機制：miRNA 在細胞核內由 RNA 聚合酶 II 轉錄成初級轉錄本（pri-miRNA），然後在 Drosha 複合物的作用下加工成前驅體 miRNA（pre-miRNA）。pre-miRNA 被輸出到細胞質，在那裡由 Dicer 酶進一步加工成成熟的 miRNA-miRNA* 雙鏈。隨後，成熟的 miRNA 與 RISC（RNA-induced silencing complex）複合物結合，形成 miRNA-RISC 複合物。此複合物通過與目標 mRNA 的 3' 非轉譯區（3' UTR）上的互補序列（通常是部分互補）結合，抑制目標 mRNA 的轉譯或導致其降解，從而達到基因沉默的效果。

RNAi (RNA interference)：
定義：RNA interference 是一種由雙鏈 RNA（dsRNA）誘導的基因沉默機制。
調控機制：在許多生物體中，RNAi 的起始是通過 Dicer 酶將長雙鏈 RNA（dsRNA）切割成 21-25 個核苷酸的小干擾 RNA（siRNA）。siRNA 隨後會與 RISC 複合物結合，形成 siRNA-RISC 複合物。該複合物會識別並降解與 siRNA 序列完全互補的 mRNA，或者通過抑制其轉譯來達到基因沉默。RNAi 是一個廣泛存在的生物學過程，也常被用於實驗室研究中以誘導基因沉默。

shRNA (short hairpin RNA)：
定義：shRNA 是一種人工設計的短髮夾 RNA 分子，其結構類似於天然的 pre-miRNA。它包含一個莖（stem）和一個環（loop）。

此題主要測試考生對細胞自噬（autophagy）的理解，以及與另一主要蛋白質降解途徑——泛素-蛋白酶體系統（UPS）的區別。

What is autophagy?
Autophagy（自噬）是細胞內一種重要的分解代謝途徑，用於清除受損的細胞器、聚集的蛋白質以及入侵的病原體。這個過程涉及細胞質成分被雙層膜結構（自噬體，autophagosome）包裹，然後自噬體與溶酶體（lysosome）融合，其內容物在溶酶體內的酶作用下被降解，並回收利用其基本組分。自噬對維持細胞穩態、應對壓力（如營養匱乏）以及細胞凋亡中都起著關鍵作用。

What are the differences between autophagy and ubiquitin-proteasome system (UPS)?
Autophagy 和 UPS 都是細胞內蛋白質降解的主要途徑，但它們在底物、機制和調控上有顯著區別：

1. 底物 (Substrate)：
   • Autophagy：主要降解細胞內的「大塊」物質，包括長壽命蛋白質、聚集的蛋白質、受損的細胞器（如粒線體、內質網、過氧化物酶體）、以及入侵的微生物。
   • UPS：主要降解細胞內「短壽命」或「受損」的蛋白質，特別是那些被標記了泛素（ubiquitin）的蛋白質。

此題主要測試考生對細胞治療（cell therapy）的定義、潛在應用及限制的理解。

What is cell therapy?
Cell therapy（細胞治療）是一種利用活細胞作為藥物來治療疾病的方法。這些細胞可以是從患者自身（自體，autologous）、捐贈者（異體，allogeneic）或體外培養的細胞系中獲得的。細胞治療的目標是通過引入、替換、修復或增強身體的細胞功能來恢復或改善組織和器官的健康。

Please give an example of it's potential application and limitation in human diseases.
潛在應用範例：幹細胞治療（Stem cell therapy）
幹細胞治療是細胞治療中最受關注的領域之一。例如，使用造血幹細胞移植（hematopoietic stem cell transplantation, HSCT）來治療某些血液系統疾病，如白血病、淋巴瘤和再生障礙性貧血。在 HSCT 中，患者的骨髓或周邊血液中的幹細胞被清除，然後輸注健康的幹細胞（通常來自捐贈者），這些幹細胞能夠重建患者的造血和免疫系統。

潛在應用：

• 血液系統疾病：如前所述，治療白血病、淋巴瘤、重度聯合免疫缺陷症（SCID）等。
• 神經退行性疾病：利用神經幹細胞或誘導多能幹細胞（iPSCs）分化成的神經細胞，嘗試治療帕金森氏症、亨丁頓氏症、脊髓損傷等。

此題主要測試考生對轉譯醫學（translational medicine）的理解，以及其在醫學領域的重要性與應用。

What is translational medicine?
Translational medicine（轉譯醫學）是一個跨學科的領域，致力於加速基礎科學研究的發現轉化為臨床應用，以及將臨床觀察所得反饋到基礎研究中。其核心目標是「從實驗室到病床」（from bench to bedside），縮短從科學發現到患者受益的時間。它強調基礎研究、臨床研究、流行病學、公共衛生以及產業開發之間的緊密聯繫與協作。

Please describe it's importance and application in medicine.
重要性：

1. 加速新療法開發：轉譯醫學通過促進基礎研究者和臨床醫生的合作，能夠更有效地將實驗室裡的突破性發現轉化為可供臨床試驗的藥物、診斷工具或治療策略，從而更快地為患者帶來希望。
2. 提高臨床試驗成功率：通過早期識別潛在的生物標記物（biomarkers）和精準的患者篩選，轉譯醫學有助於提高臨床試驗的效率和成功率，減少資源浪費。
3. 推動個體化醫療：對疾病分子機制和患者遺傳背景的深入理解，是發展精準醫學和個體化治療的基礎，轉譯醫學在此過程中扮演關鍵角色。
4. 促進跨學科合作：它打破了學科壁壘，鼓勵不同領域的專家（生物學家、化學家、工程師、臨床醫生、流行病學家、藥物開發者等）協同工作，解決複雜的健康問題。