線粒體（為細胞提供能量的微小結構）內一種新發現的 DNA 損傷類型可能有助於解釋身體如何檢測壓力並做出反應。這項工作由加州大學河濱分校的研究人員領導，並發表在該雜誌上 美國國家科學院院刊他認為這一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。
線粒體攜帶自己的遺傳物質，稱為線粒體 DNA (mtDNA)。這種遺傳密碼對於產生細胞能量以及在細胞內外發送重要信號至關重要。儘管科學家們早就知道線粒體DNA很容易受損，但其生物學細節尚未完全了解。這項新研究確定了一種特定的損傷來源：穀胱甘肽 DNA (GSH-DNA) 加合物。
加合物是當化合物（例如致癌物）直接與 DNA 結合時形成的大化學鍵。當細胞無法修復此類損傷時，就會發生突變，患病的可能性就會增加。
線粒體 DNA 顯示嚴重衰減
在使用培養的人類細胞進行的實驗中，研究小組發現線粒體DNA中GSH-DNA加合物的積累水平比核DNA高出80倍。這一顯著差異凸顯了線粒體 DNA 對此類損傷的脆弱性。
該研究的資深作者、加州大學洛杉磯分校化學助理教授趙琳琳指出，線粒體 DNA 只佔細胞總 DNA 的 1-5% 左右。它具有圓形結構，包含 37 個基因，並且完全遺傳自母親。相比之下，核DNA (nDNA) 是線性的，是從父母雙方遺傳而來的。
“線粒體 DNA 比核 RNA 更容易受到損傷，”趙說。 “每個線粒體都含有許多線粒體DNA拷貝，這提供了一些後備保護。線粒體DNA的修復系統不像核DNA那樣強大或有效。”
該研究的第一作者、趙實驗室的博士生陳玉軒將線粒體比作細胞的引擎和通訊中心。
“當駕駛手冊——mtDNA——被損壞時，並不總是由於拼寫錯誤或突變造成的，”陳說。 “有時，它就像一張便簽貼在頁面上，使其難以閱讀和使用。這就是 GSH-DNA 方法的作用。”
粘性 DNA 損傷如何影響細胞功能
科學家觀察到，隨著這些粘性病變的積累，它們破壞了線粒體的正常活動。能量產生所需的蛋白質減少，而參與應激反應和線粒體修復的蛋白質增加，表明細胞正在試圖抵消損傷。
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。
“我們發現粘性標籤可以使線粒體 DNA 的靈活性降低，變得更加剛性，”Chen 說。 “這可能是細胞識別受損DNA並進行處理的方式，防止其被複製和傳播。”
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受損的線粒體 DNA 如何在體內發揮警告信號創造了新的機會。
“線粒體問題和與受損 mtDNA 相關的炎症與神經退行性疾病和糖尿病等疾病有關，”他說。 “當線粒體 DNA 受損時，它可以逃離線粒體並引發免疫和炎症反應。我們發現的新型線粒體 DNA 修飾可以開闢新的研究方向，以了解它如何影響免疫活動和炎症。”
趙和陳與加州大學舊金山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。
