線粒體內發現的新型 DNA 損傷 這些是為細胞提供能量的小結構。它可能有助於解釋身體如何檢測和應對壓力。這項工作由加州大學河濱分校的研究人員領導，並發表在 美國國家科學院院刊這表明這些發現可能與線粒體功能缺陷相關的疾病有關。包括癌症和糖尿病
線粒體含有自己的遺傳物質，稱為線粒體 DNA (mtDNA)。這種遺傳密碼對於製造細胞能量以及在細胞內外傳輸重要信號至關重要。儘管科學家們很早就知道線粒體DNA很容易受損，但其生物學細節尚未完全了解。一項新研究確定了一種特定的危險來源：穀胱甘肽 DNA (GSH-DNA) 加合物。
加合物是一種大型化學粘合劑，當細胞無法修復此類損傷時，致癌物質等化合物直接與 DNA 結合，就會形成加合物。可能會發生突變。並且患病的概率也會增加。
線粒體 DNA 顯示出極度脆弱。
在使用培養的人類細胞進行的實驗中，研究小組發現這些 GSH-DNA 加合物在 mtDNA 中的積累水平比核 DNA 高 80 倍。這種巨大的差異凸顯了線粒體 DNA 暴露於這種形式損傷的程度。
該研究的資深作者、加州大學河濱分校化學副教授趙琳琳指出，線粒體 DNA 約佔細胞總 DNA 的 1-5%。它具有圓形結構，有 37 個基因，僅遺傳自母親。相比之下，核DNA (nDNA) 是線性的，並且是從父母雙方遺傳的。
“mtDNA 比 nDNA 更容易受到損傷，”趙說。 “每個線粒體都有多個 mtDNA 副本，可以提供後備保護。mtDNA 修復系統不如核 DNA 系統強大或高效。”
該研究的第一作者、趙實驗室的博士生陳宇軒將線粒體比作細胞的引擎和通訊中心。
“當發動機手冊——線粒體DNA——被損壞時，並不總是由於拼寫錯誤。這是一種突變，”陳說。 “有時它就像一張粘在紙上的便利貼。這使得閱讀和使用變得困難。這就是這些 GSH-DNA 加合物的作用。”
粘性 DNA 損傷如何影響細胞功能？
科學家們注意到，當這些粘性病變累積時，它們會破壞正常的線粒體功能。產生能量所需的蛋白質減少。而參與應激反應和線粒體修復的蛋白質則有所增加。這表明細胞正在試圖抵抗損傷。
該團隊還依靠先進的計算機建模來了解加合物如何影響線粒體 DNA 的結構。
“我們發現粘性標籤會使線粒體 DNA 的靈活性降低，變得更加僵化，”Chen 說。 “標記”損壞的 DNA 以將其移除，以防止複制和轉發”
對壓力、免疫力和疾病的影響
趙表示，GSH-DNA 加合物的發現為研究 mtDNA 如何在體內充當警報信號創造了新的機會。
“線粒體問題和與線粒體 DNA 受損相關的炎症與神經退行性疾病和糖尿病等疾病有關，”他說。 “當 mtDNA 受損時，它可以從線粒體中逃逸並引發免疫和炎症反應。我們發現的新 mtDNA 修飾可以開闢新的研究方向，以了解它們如何影響免疫功能和炎症。”
趙和陳與加州大學河濱分校和德克薩斯大學 MD 安德森癌症中心的科學家合作。
該研究由美國國立衛生研究院和加州大學河濱分校資助。
