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學習重點 DNA甲基化是表觀遺傳調控的重要機制。在哺乳類基因組中，甲基化主要發生於 5′-CpG-3′ 雙核苷酸中的胞嘧啶。 被甲基化的是胞嘧啶的第5號碳，產物為5-甲基胞嘧啶（5mC）。甲基不是加在第1號碳，也不是加在相鄰的鳥嘌呤上。 判斷序列中的CpG位置時，要沿5′→3′方向找出胞嘧啶C，並確認它的3′端緊接鳥嘌呤G。不能看到單獨的C或G就下判斷。 5-aza-2′-deoxycytidine（decitabine）是核苷類似物型DNA甲基轉移酶（DNMT）抑制劑。它嵌入DNA後結合並抑制DNMT，使DNA去甲基化，讓被沉默的抑癌基因重新表現。 要能和hydroxyurea、imatinib mesylate、temozolomide等藥物的機轉明確區分。 核心觀念 一、CpG位點與DNA甲基化 DNA甲基化屬於表觀遺傳變化。基因的DNA鹼基序列本身不變，但甲基化狀態會影響轉錄因子結合與染色質狀態，進而改變基因表現。許多基因的啟動子區有CpG島，若其中的CpG位點過度甲基化，染色質會變得緊密，基因因此沉默。在白血病、骨髓分化不良症候群（MDS）等血液腫瘤中，抑癌基因啟動子的過度甲基化是重要的致病機轉之一。 在哺乳類基因組中，DNMT通常把甲基基團加到CpG雙核苷酸內胞嘧啶的第5號碳，形成5-甲基胞嘧啶。判讀方式如下表： 觀察項目 正確判讀 甲基化位置 CpG中胞嘧啶C的第5號碳 CpG的排列方向 沿所列DNA鏈由5′端往3′端讀取，C後面緊接G（「p」代表兩者間的磷酸雙酯鍵） G是否被甲基化 典型CpG甲基化不甲基化G，G只是用來界定CpG雙核苷酸 甲基化後產物 5-甲基胞嘧啶（5mC） 判讀範例：5′-GCGATCA-3′ 從5′端依序編號：G(1) C(2) G(3) A(4) T(5) C(6) A(7)。 序列中有兩個C，分別在第2與第6個核苷酸。 第2個核苷酸的C後面接第3個核苷酸的G，構成CpG，所以是甲基化位置。 第6個核苷酸的C後面接A，構成CA而非CpG，所以不是典型甲基化位置。 結論是：會發生甲基化的是序列中出現的第一個C。要注意「第一個C」和「整個序列的第1個核苷酸」不同。本序列的第1個核苷酸是G，而它位於C的5′端，形成的是GpC，不是CpG。 二、5-aza-2′-deoxycytidine的作用機轉 5-aza-2′-deoxycytidine（decitabine）是胞嘧啶核苷類似物。它的嘧啶環第5位由氮取代碳，因此無法接受甲基。同類藥物還有5-azacytidine（azacitidine），兩者臨床上都用於MDS及部分急性骨髓性白血病，合稱低甲基化藥物（hypomethylating agents）。 Decitabine的作用過程如下： 藥物在細胞內磷酸化活化，DNA複製時被摻入DNA。 DNMT辨識DNA中的類似物並試圖甲基化，結果與之形成共價結合的複合物，被「捕捉」住。 功能性DNMT因此被耗竭或降解，細胞維持甲基化的能力下降。 隨細胞分裂，新合成的DNA股無法複製原有甲基化模式，產生被動性去甲基化。 啟動子CpG甲基化降低後，原本被沉默的抑癌基因得以恢復轉錄。 要注意，decitabine不會把DNA上既有的甲基直接切除。它是透過抑制DNMT，讓甲基化在細胞複製過程中逐漸被稀釋，所以必須作用於持續分裂的細胞。 三、容易混淆的其他藥物 藥物 主要機轉 與DNMT抑制劑的差別 5-aza-2′-deoxycytidine（decitabine） 核苷類似物摻入DNA，結合並抑制、耗竭DNMT，造成DNA去甲基化 符合「結合並抑制DNMT而導致去甲基化」的機轉 Hydroxyurea 抑制核糖核苷酸還原酶，減少去氧核苷酸供應，抑制DNA合成 作用標的不是DNMT Imatinib mesylate 酪胺酸激酶抑制劑，典型標的為BCR-ABL（慢性骨髓性白血病） 抑制訊息傳遞與細胞增殖，不是DNMT抑制劑 Temozolomide 烷化劑，會在DNA鹼基（如鳥嘌呤）上加上甲基，造成DNA損傷 屬於「把甲基加到DNA上造成損傷」，與抑制DNMT導致去甲基化的方向相反 常考陷阱 把CpG看成單獨的C或G：CpG是沿5′→3′方向排列的C-G雙核苷酸，只看到C或G不足以判定甲基化位點。 把甲基化位置說成鳥嘌呤：典型CpG甲基化發生在胞嘧啶的第5號碳，形成5mC，G不會被甲基化。選項中出現「第一個G」或「第二個G」都要排除。 忽略序列方向：必須確認C的3′端緊接G。GpC（G在前、C在後）不算CpG。 混淆「第一個C」與「第一個核苷酸」：在5′-GCGATCA-3′中，第一個核苷酸是G。第一個出現的C位於第2個核苷酸，它與後面的G形成CpG，才是甲基化位置。 把CA當成CpG：第二個C後接A，不構成CpG，不是典型甲基化位點。 看到「甲基」就選temozolomide：temozolomide是烷化劑，作用是在DNA上加甲基造成損傷，不是抑制DNMT導致去甲基化。 把hydroxyurea、imatinib誤認為表觀遺傳藥物：前者抑制核糖核苷酸還原酶，後者抑制BCR-ABL酪胺酸激酶，兩者都與DNMT無關。 認為decitabine會直接移除甲基：它的機轉是抑制DNMT，讓DNA複製時無法維持甲基化，屬於被動性去甲基化。 記憶口訣 「C後接G，C五加甲基」：甲基化位置是CpG中的C，加在第5號碳。 「氮雜去氧嵌DNA，捕捉DNMT去甲基，沉默抑癌再表現」：5-aza-2′-deoxycytidine嵌入DNA並結合抑制DNMT，造成去甲基化。 「羥脲斷原料，伊馬抑激酶，替莫加甲基」：hydroxyurea抑制核苷酸合成，imatinib抑制酪胺酸激酶，temozolomide是烷化劑，三者都不是DNMT抑制劑。