下列關於真核生物染色質（chromatin）的描述，何者正確？

本題觀念：

本題考查真核生物 染色質（Chromatin） 的結構特性、表觀遺傳修飾（Epigenetic modifications）及其在細胞週期中的動態變化。重點在於區分常染色質與異染色質的形態與功能差異，以及組蛋白修飾（Histone modification）對基因轉錄的調控代碼。

選項分析

• A. 常染色質（euchromatin）是染色質的深染色和結構較緊密的區域

  • 錯誤。
  • 解析：常染色質（Euchromatin）的結構較為鬆散（loosely packed），這使得轉錄因子和聚合酶能夠接觸 DNA 進行轉錄，因此是轉錄活躍的區域。在顯微鏡下使用鹼性染料（如 Hematoxylin）染色時，由於結構鬆散、密度低，呈現淺染色（light staining）。
  • 修正：應改為「淺染色和結構較鬆散的區域」。

• B. 異染色質（heterochromatin）是染色質的淺染色和結構較鬆散的區域

  • 錯誤。
  • 解析：異染色質（Heterochromatin）的結構高度緊密（tightly packed/condensed），基因轉錄通常處於靜默狀態（Silenced）。由於 DNA 密度高，在顯微鏡下呈現深染色（dark staining）。
  • 修正：應改為「深染色和結構較緊密的區域」。

• C. 組蛋白離胺酸（histone H3 lysine 4, H3K4）甲基化（methylation）是常染色質形成的轉錄抑制訊號

  • 錯誤。
  • 解析：組蛋白修飾是「組蛋白密碼（Histone Code）」的一部分。
    • H3K4 甲基化（特別是 H3K4me3）：通常與**轉錄活化（Transcriptional Activation）及常染色質（Euchromatin）**的形成有關，標記在活躍轉錄的基因啟動子（Promoter）區域。
    • 轉錄抑制訊號：典型的抑制性甲基化標記是 H3K9（如 H3K9me3）和 H3K27（如 H3K27me3）的甲基化，這些才與異染色質形成有關。
  • 結論：H3K4 甲基化是「活化」訊號，而非「抑制」訊號。

• D. 染色質結構會隨著細胞週期發生動態性變化

  • 正確。
  • 解析：染色質的結構並非一成不變，而是具有高度動態性（Dynamic）：
    • 間期（Interphase）：染色質主要以較鬆散的絲狀存在（包含常染色質與異染色質），以利於 DNA 複製和基因轉錄。
    • 有絲分裂期（M phase）：染色質會高度濃縮（Condensation）形成可見的染色體（Chromosomes），以便於遺傳物質精確分配到子細胞中。
    • 這種隨細胞週期（Cell cycle）進行的濃縮與去濃縮（Decondensation）循環是真核細胞的典型特徵。

答案解析

正確答案為 D。 選項 A 與 B 將常染色質與異染色質的定義（染色深淺、結構鬆緊）弄反了。選項 C 錯誤地將 H3K4 甲基化歸類為抑制訊號（實為活化訊號）。僅有選項 D 正確描述了染色質隨細胞週期變化的基本生物學事實。

核心知識點

考生應複習以下 染色質與表觀遺傳學 重點：

1. 染色質分類比較：

   • 常染色質 (Euchromatin)：結構鬆散、染色淺、轉錄活躍 (Active)、早期複製 (Early S phase)。
   • 異染色質 (Heterochromatin)：結構緊密、染色深、轉錄靜默 (Silent)、晚期複製 (Late S phase)。分為構成性 (Constitutive，如端粒、著絲點) 與兼性 (Facultative，如巴爾氏體 Barr body)。

2. 組蛋白密碼 (Histone Code) - 轉錄調控方向：

   • 活化 (Activation)：
     • 乙醯化 (Acetylation)：如 H3K9ac（中和正電荷，鬆開 DNA）。
     • H3K4 甲基化：如 H3K4me3（標記活躍 promoter）。
   • 抑制 (Repression)：
     • H3K9 甲基化：如 H3K9me3（形成異染色質，HP1蛋白結合）。
     • H3K27 甲基化：如 H3K27me3（Polycomb 複合物相關）。
     • DNA 甲基化：CpG island 甲基化通常抑制轉錄。

3. 細胞週期動態：

   • 間期：染色質鬆散（功能執行）。
   • 分裂期：染色質濃縮成染色體（遺傳分配）。

參考資料

1. Alberts, B. et al. Molecular Biology of the Cell. 6th/7th ed. (Chapter on Chromatin and Transcription).
2. Robbins & Cotran. Pathologic Basis of Disease. (Chapter 1: The Cell as a Unit of Health and Disease - Epigenetics).
3. Nature Education. Chromatin Packaging and the Cell Cycle. Scitable Link