相信不少人都聽過「人體冷凍術」這個充滿科幻感的概念吧，也就是將一個人迅速冰凍保存，等待未來幾十年甚至幾百年後，醫療技術足夠發達時，再將其解凍復活，治癒現今無法克服的疾病。但現階段的技術仍處於瓶頸——我們可以將人體冷凍保存，卻沒有能力安全地解凍並恢復生命功能。然而，大自然中早已存在著能完美實現這一技術的「高手」
北美冷凍專家
在北美有一種青蛙叫木蛙(Rana sylvatica)，廣泛分布於加拿大甚至是北極圈。當冬天來臨時，氣溫急遽下降到攝氏零度以下，此時木蛙的皮膚開始結冰，慢慢的整個身體就會凍得像一支冰棒一樣。在這段時間，木蛙的一切生理活動都會停止運作，包括心跳、呼吸、腦內活動以及肌肉運動。等到春天到來氣溫回升，木蛙就會漸漸解凍，只需要幾個小時就會甦醒過來，身體的每個部位都好髮無傷，簡直是科幻電影裡的情節。
這不禁讓人好奇，木蛙是如何做到這一點的？牠們體內是否存在什麼特殊的「秘方」，能幫助牠們安然度過冬天？加拿大的卡爾頓大學(Carleton University)研究團隊正從生化以及分子生物學的角度，揭開牠們的冷凍耐受秘密。讓我帶大家一步步探索吧！抗凍的小秘密：DNA甲基化
要在冰凍中生存非常具有挑戰性，最直接面臨的兩個問題就是缺水以及缺氧。第一個缺水的問題因為木蛙的體內幾乎有65%至70%的水都被凍成冰了這些冰都累積在細胞外還有器官以外的空間，此時木蛙應對的方式是在肝臟製造出大量的葡萄糖，這些葡萄糖會被運送至各個器官作為抗凍劑(cryoprotectant)。抗凍劑這個概念可以做一個小實驗來理解，大家可以放兩杯水到冷凍庫，但其中一杯加入大量的糖，可以發現沒有加糖的水會最快結成冰塊。這是因為一杯溶液的濃度上升凝固點隨之下降。第二個缺氧的問題是因為木蛙的血管都凍成冰塊了，血液運送的氧氣以及一些營養物質都會被阻礙。此時木蛙的應對方式是把大量會用到能量的事情全部關閉，讓有氧代謝轉變成無氧代謝。
冷凍時面臨的兩種壓力：缺水/缺氧(本人製作)
在冷凍時所有的代謝都會被抑制，讓蛙蛙可以保存有限的能量，避免細胞複製或是生成蛋白質等會用到非常多能量的事情。要讓代謝降低有一個機制那就是DNA甲基化，簡單說這是一個抑制基因表達的一個過程。在DNA上特定基因做上一個化學標記(這裡指的是甲基-CH3)，這個標記能夠決定基因要開啟還是關閉。大家可以把它想像成一本書，DNA就像是一本百科全書，每一段文字都是基因的某一個片段，甲基化就像是畫螢光筆起來的段落，提醒我「這部分很重要，要讀！」或者「這部分現在不需要看，跳過它。」
各位甲基化蛋白質們
在整個DNA甲基化的過程中主要會由 DNA Methyltransferases (DNMT)這個蛋白質家族來執行這項任務。DNMT家族的成員有DNMT1 、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。接下來要進入到一個稍微難懂的生化作用，大家要做好準備囉。
這些蛋白質要如何完成DNA甲基化呢？首先有一種胺基酸叫甲硫胺酸(Methionine)和一個ATP(把它想像成一個有能量的貨幣)結合會形成S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine，縮寫為SAM)，在SAM上有一個甲基(-CH3)，在這個時候DNMT家族的蛋白就會把SAM上的甲基轉移到DNA的一個胞嘧啶(cytosine)上，這個胞嘧啶就是大家國中教的DNA上的鹼基ATCG其中的C。
如何把甲基轉移到DNA上(本人製)
參與DNA甲基化的另一種蛋白質家族是methyl-CpG-binding proteins(MBD)，這個蛋白質家族的其中三位成員分別是MBD1、MBD2、MeCP2具有一個區域(domain)，他們大概執行的任務是當DNMT結合到DNA時能夠招募這些MBD到CpG islands上，CpG islands指的是DNA上的一個區域，這個區域有非常多胞嘧啶(cytosine)連著鳥嘌呤(guanine)中間夾磷酸酯鍵(p)。MBD結合到DNA上時就能夠控制異染色質轉錄的抑制或促進。
去甲基化的夥伴們
有甲基化那就有相反的去甲基化啦，也就是把原本在DNA上標記的甲基移除這就是去甲基化。當然去甲基化也是要有一些夥伴才能夠完成這項任務的，當中Ten-Eleven Translocases(TET)這個蛋白質家族就是當中非常得力的小幫手。其中TET家族的成員有TET1、TET2、TET3，這些蛋白質主要的功能就是把原本在胞嘧啶上的甲基不斷的氧化，最後藉由Thymine DNA glycosylase這個蛋白切除最後面甲基的位置。
相信這裡一定聽得霧傻傻的，因此準備了一張完整甲基化及去甲基化的生化路徑圖供大家參考，大家可以在這邊先慢慢理解，我以最淺顯易懂的方式先帶大家了解甲基化和去甲基化的機制，等大家消化完試圖理解這背後的機制，下集再來討論這隻厲害的青蛙在面臨冰凍時所調控的機制究竟如何，期待大家都能用心看完。
