一种化学探针能保护线粒体DNA免受毒性应激损伤，或可在疾病发生前将其阻止。
从阿尔茨海默症到心力衰竭，许多慢性疾病都与线粒体DNA（mtDNA）的损伤有关。
如今，加州大学河滨分校的科学家们可能找到了一种方法，可以在损伤发生之前就将其阻止。
该团队开发了一种化学探针，专门针对线粒体DNA（mtDNA）的损伤。mtDNA是一个微小但至关重要的基因组，存在于细胞的能量生产结构（线粒体）中。
mtDNA与存在于细胞核中的DNA不同，细胞核DNA包含了人体大部分的遗传指令。线粒体通常被称为细胞的“发电站”，它们携带自身的一套较小但至关重要的基因，这些基因对能量生产等关键功能必不可少。
当mtDNA受到污染或有毒化学物质等环境压力源的损害时，细胞通常会降解它，而不是修复它，从而导致炎症和组织功能障碍。
损伤遇上化学防御
这种新分子不是试图修复损伤，而是更早地介入：它与受损位点结合，并阻断触发DNA分解的酶。
“细胞中本已存在尝试修复的途径，”该项目的负责人、加州大学河滨分校化学系副教授赵琳琳（音译）说。“但由于线粒体中存在大量冗余的mtDNA分子，降解比修复更常发生。我们的策略是在损失成为问题之前阻止它。”
该分子经过精心设计，包含两个关键组件：一个用于检测并锁定受损DNA，另一个确保其被特异性递送至线粒体。这种精确性确保了细胞核DNA不受影响，同时为细胞“发电站”最需要保护的地方提供了防护。
“我结合了我在化学合成方面的专业知识以及赵琳琳实验室在DNA修复和线粒体方面丰富的经验，设计了这个分子，”该研究的主要作者、赵琳琳实验室的博士后研究员阿纳尔·贾纳（Anal Jana）说。
在实验室测试和使用活细胞的研究中，该探针在暴露于实验室诱导的损伤后，显著减少了线粒体DNA（mtDNA）的损失。
这种损伤模拟了亚硝胺等有毒化学物质的作用，亚硝胺是加工食品、水和香烟烟雾中常见的环境污染物。
用探针处理过的细胞保持了更高水平的mtDNA，这对于维持心脏和大脑等易损组织的能量生产至关重要。
受威胁的“发电站”基因组
mtDNA的缺失正日益与多种疾病相关联，从多器官线粒体耗竭综合征到包括糖尿病、阿尔茨海默症、关节炎和炎症性肠病在内的慢性炎症性疾病。
当mtDNA片段从线粒体泄漏到细胞其他部分时，它们会作为危险信号触发免疫反应。
“如果我们能将DNA保留在线粒体内，或许就能阻止那些导致炎症的下游信号，”赵琳琳说。
至关重要的是，研究人员发现，对DNA进行化学标记并不会影响其功能。
“我们曾以为添加一个庞大的化学基团可能会妨碍DNA的正常工作，”赵琳琳说。“但出乎意料的是，它仍然能够支持转录（即细胞将DNA转化为RNA，再转化为蛋白质的过程）。这为治疗应用打开了大门。”
该项目建立在两年多对调控线粒体DNA的细胞过程的研究基础上。虽然还需要进一步的研究来评估其临床潜力，但这种新分子标志着科学家们在压力条件下如何保存DNA的方式上发生了重大转变。
“这是一种预防性的化学方法，而不仅仅是修复，”赵琳琳说。“这是在压力下如何保护基因组的一种新思路。”
该研究的成果已发表在德国化学会期刊《德国应用化学》上。
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