與阿茲海默症和心臟衰竭等多種慢性疾病相關的線粒體DNA（mtDNA）損傷，科學家們在加州大學河濱分校（University of California, Riverside）或許找到了一種在損傷發生之前阻止其進一步惡化的方法。
該團隊開發了一種化學探針，專門針對線粒體DNA的損傷。線粒體DNA是一種小而重要的基因組，存在於細胞的能量產生結構中，與細胞核內的DNA不同，後者包含了身體大部分的遺傳指令。線粒體通常被稱為細胞的能量工廠，攜帶著對能量生產等關鍵功能至關重要的小型基因組。
當線粒體DNA受到污染或有毒化學物質等環境壓力的損害時，細胞往往選擇降解而非修復，這會導致炎症和組織功能障礙。
新的化學探針在損傷發生之前介入，通過與受損位點結合，阻止觸發DNA降解的酶的作用。該項目負責人、UCR化學副教授趙琳琳（Linlin Zhao）表示：“細胞內已經存在修復的途徑，但由於線粒體內mtDNA分子的冗餘性，降解發生的頻率高於修復。我們的策略是防止損失在問題出現之前。”
該探針（mTAP）專門與線粒體DNA修復中間體反應，調節DNA修復和降解過程，從而減少線粒體DNA的損失。該分子由兩個關鍵組件組成：一個檢測並附著於受損DNA，另一個確保其專門送達線粒體，從而保護細胞的能量工廠。
該研究的主要作者、趙實驗室的博士後研究員阿納爾·賈納（Anal Jana）表示：“我通過結合我的化學合成專業知識和趙實驗室在DNA修復及線粒體方面的豐富經驗設計了這個分子。”
在實驗室測試和使用活細胞的研究中，該探針在實驗室誘導的損害後顯著減少了線粒體DNA的損失。這些損害模擬了像亞硝胺等有毒化學物質的影響，這些物質通常存在於加工食品、水和香煙煙霧中。
接受探針處理的細胞保持了較高的mtDNA水平，這對於維持心臟和大腦等脆弱組織的能量生產至關重要。
線粒體DNA的損失與多種疾病日益相關，包括多脏器線粒體耗竭綜合徵和糖尿病、阿茲海默症、關節炎及炎症性腸病等慢性炎症狀況。當mtDNA片段從線粒體漏出到細胞其他部分時，可能會通過作為困擾信號來觸發免疫反應。
趙琳琳指出：“如果我們能夠將DNA保留在線粒體內，我們或許能夠防止那些引發炎症的下游信號。”值得注意的是，研究人員發現，對DNA進行化學標記並未影響其功能。趙琳琳表示：“我們原以為添加一種笨重的化學物質會妨礙DNA的正常運作，但令我們驚訝的是，它仍然能支持轉錄，這是細胞將DNA轉化為RNA，然後轉化為蛋白質的過程。這為治療應用打開了大門。”
該項目基於對調節線粒體DNA的細胞過程進行了兩年多的研究。雖然還需要進一步的研究來評估其臨床潛力，但這一新分子標誌著科學家們在應對壓力下DNA保護方面思維的顯著轉變。趙琳琳表示：“這是一種預防性的化學方法，而不僅僅是修復。這是一種全新的思維方式，用於在壓力下保護基因組。”
該研究的結果已發表在德國化學學會期刊《Angewandte Chemie International Edition》中。
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