细胞内的微小"发电厂"——线粒体中存在一种先前未知的DNA损伤类型，这可能有助于我们了解身体如何感知和应对压力。加州大学河滨分校(UC Riverside)主导的这项研究结果今天发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上，对一系列与线粒体功能障碍相关的疾病（包括癌症和糖尿病）具有潜在意义。
线粒体拥有自己的遗传物质，称为线粒体DNA(mtDNA)，这对于产生为身体提供能量以及在细胞内外传递信号至关重要。虽然长期以来人们知道mtDNA容易受损，但科学家并未完全理解其生物过程。这项新研究确定了一个"罪魁祸首"：谷胱甘肽化DNA(GSH-DNA)加合物。
加合物是指当一种化学物质（如致癌物）直接附着在DNA上时形成的大型化学标签。如果损伤未被修复，可能导致DNA突变并增加患病风险。
线粒体DNA的"粘性"问题
研究人员在培养的人类细胞实验中发现，这些加合物在线粒体DNA(mtDNA)中的积累量比在细胞核DNA中的水平高出多达80倍，这表明mtDNA特别容易受到这种类型的损伤。
UCR化学系高级作者、副教授林林赵(Linlin Zhao)解释说，mtDNA仅占细胞中所有DNA的一小部分——约1-5%。它的形状为环状，只有37个基因，且仅从母亲遗传。相比之下，核DNA(nDNA)呈线性形状，从父母双方遗传。
"mtDNA比nDNA更容易受损。每个线粒体都有许多mtDNA拷贝，这提供了一些备份保护。mtDNA的修复系统不如核DNA的修复系统强大或高效。"
林林赵(Linlin Zhao)，高级作者、UCR化学系副教授
该研究的主要研究者兼第一作者、赵实验室的博士生陈宇轩(Yu Hsuan Chen)将线粒体比作细胞的发动机和信号中心。
"当发动机的手册——mtDNA——受损时，不一定是拼写错误，即突变，"陈说。"有时更像是粘在页面上的便签，使手册难以阅读和使用。这就是这些GSH-DNA加合物正在做的事情。"
从DNA损伤到疾病
研究人员将这些"粘性"损伤的积累与线粒体功能的显著变化联系起来。他们观察到，能量生产所需的蛋白质减少，而帮助应激反应和线粒体修复的蛋白质同时增加，这表明细胞正在对抗这种损伤。
研究人员还使用高级计算机模拟来模拟这些加合物的效果。
"我们发现这些粘性标签实际上可以使mtDNA变得不那么灵活，更加僵硬，"陈说。"这可能是细胞'标记'受损DNA以便处理的一种方式，防止其被复制和传递。"
研究团队的发现对于理解疾病具有重要意义。据赵教授介绍，GSH-DNA加合物的发现为研究受损mtDNA如何作为应激信号开辟了新的研究前沿。
"与受损mtDNA相关的线粒体问题和炎症已被连接到神经退行性疾病和糖尿病等疾病，"他说。"当mtDNA受损时，它可以从线粒体中逃逸并触发免疫和炎症反应。我们发现的这种新型mtDNA修饰可能开辟新的研究方向，以了解它如何影响免疫活性和炎症。"
赵教授和陈博士的研究得到了UCR和德克萨斯大学MD安德森癌症中心(University of Texas MD Anderson Cancer Center)研究人员的支持。
这项研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)和UCR的资助。
来源：加州大学河滨分校(University of California - Riverside)
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