从阿尔茨海默病到心力衰竭，许多慢性疾病都与线粒体DNA(mtDNA)损伤有关。
现在，加州大学河滨分校的科学家可能找到了一种在损伤开始前就加以遏制的方法。
研究团队开发了一种化学探针，专门针对线粒体DNA（mtDNA）的损伤。这种小型但至关重要的基因组存在于细胞的能量生产结构中。
mtDNA与细胞核内的DNA不同，后者包含着人体大部分的遗传指令。线粒体通常被称为细胞的"能量工厂"，它们携带自己的一套较小基因，对能量生产等关键功能至关重要。
当mtDNA受到污染或有毒化学物质等环境压力源的损害时，细胞往往会选择降解而不是修复它，从而导致炎症和组织功能障碍。
损伤遭遇化学防御
与尝试修复损伤不同，这种新分子更早介入，与受损部位结合并阻断触发DNA分解的酶。
"细胞中已经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副教授赵琳琳说，"但由于线粒体中mtDNA分子的冗余性，降解发生的频率远高于修复。我们的策略是在损失成为问题之前就阻止它。"
该分子设计包含两个关键部分：一个用于检测并附着在受损DNA上，另一个确保其专门递送至线粒体。这种精确性确保了细胞核DNA不受影响，而细胞的"能量工厂"则在最需要的地方获得保护。
"我通过结合自己在化学合成方面的专业知识以及赵实验室在DNA修复和线粒体方面的丰富经验，设计了这种分子，"赵实验室的博士后研究员、该研究的主要作者阿纳尔·贾纳说。
在实验室测试和活细胞研究中，这种探针显著减少了实验室诱导损伤后的线粒体DNA(mtDNA)损失。
这种损伤模拟了亚硝胺等有毒化学物质的影响，这些物质是加工食品、水和香烟烟雾中常见的环境污染物。
经过探针处理的细胞维持了较高水平的mtDNA，这可能对心脏和大脑等易受损组织的能量生产至关重要。
能量工厂基因组面临威胁
mtDNA的丢失与一系列疾病日益相关，从多器官线粒体耗竭综合征到包括糖尿病、阿尔茨海默病、关节炎和炎症性肠病在内的慢性炎症疾病。
当mtDNA片段从线粒体泄漏到细胞其他部分时，它们会作为应激信号引发免疫反应。
"如果我们能将DNA保留在线粒体内，我们或许能够阻止引发炎症的下游信号，"赵说。
重要的是，研究人员发现对DNA进行化学标记不会影响其功能。
"我们原本认为添加一个庞大的化学基团可能会妨碍DNA正常工作，"赵说，"但令我们惊讶的是，它仍然能够支持转录过程，也就是细胞将DNA转化为RNA，然后再转化为蛋白质的过程。这为治疗应用打开了大门。"
这项研究建立在对调控线粒体DNA的细胞过程超过两年的研究基础上。虽然还需要进一步研究来评估其临床潜力，但这种新分子标志着科学家在压力条件下如何处理DNA保护的方式发生了重大转变。
"这是一种化学预防方法，而不仅仅是修复，"赵说，"这是思考如何在压力下保护基因组的一种新思维方式。"
这项研究的发现已发表在德国化学会期刊《应用化学国际版》上。
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