סוג לא ידוע בעבר של נזק ל-DNA במיטוכונדריה, תחנות הכוח הזעירות שבתוך התאים שלנו, יכול לשפוך אור על האופן שבו הגוף שלנו חש ומגיב ללחץ. ממצאי המחקר בהובלת UC Riverside מתפרסמים היום ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים ויש להם השלכות פוטנציאליות על מגוון מחלות הקשורות לתפקוד לקוי של המיטוכונדריה, כולל סרטן וסוכרת.
למיטוכונדריה יש חומר גנטי משלהן, המכונה DNA מיטוכונדריאלי (mtDNA), החיוני להפקת האנרגיה המניעה את גופנו ולשלוח אותות בתוך ומחוץ לתאים. אמנם זה זמן רב ידוע כי mtDNA נוטה לנזק, מדענים לא הבינו עד הסוף את התהליכים הביולוגיים. המחקר החדש מזהה אשם: תוספים של DNA גלוטתיוניל (GSH-DNA).
אדדוקט הוא תג כימי מגושם שנוצר כאשר כימיקל, כגון חומר מסרטן, נצמד ישירות ל-DNA. אם הנזק לא יתוקן, הוא עלול להוביל למוטציות ב-DNA ולהגביר את הסיכון למחלה.
בעיה "דביקה" ל-DNA המיטוכונדריאלי
החוקרים מצאו בניסויים שלהם בתאים אנושיים מתורבתים כי אדדוקטים אלו מצטברים ברמות גבוהות עד פי 80 ב-mtDNA מאשר ב-DNA של גרעין התא, מה שמצביע על כך ש-mtDNA פגיע במיוחד לסוג זה של נזק.
Linlin Zhao, סופר בכיר ופרופסור חבר לכימיה ב-UCR, הסביר כי mtDNA מהווה רק חלק קטן – כ-1-5% – מכלל ה-DNA בתא. הוא עגול בצורתו, יש לו רק 37 גנים, והוא מועבר רק מהאם. לעומת זאת, DNA גרעיני (nDNA) הוא ליניארי בצורתו ועובר בירושה משני ההורים.
mtDNA נוטה יותר לנזק מאשר nDNA. לכל מיטוכונדריון יש עותקים רבים של mtDNA, המספק הגנה מסוימת לגיבוי. מערכות התיקון של mtDNA אינן חזקות או יעילות כמו אלה של DNA גרעיני".
Linlin Zhao, סופרת בכירה ופרופסור חבר לכימיה ב-UCR
החוקר הראשי והמחבר הראשון, יו הסואן צ'ן, דוקטורנט במעבדתו של ג'או, השווה את המיטוכונדריה למנוע התא ולמרכז האיתות של התא.
"כשהמדריך של המנוע – ה-mtDNA – ניזוק, זה לא תמיד בגלל טעות כתיב, מוטציה", אמר חן. "לפעמים, זה יותר כמו פתק דביק שנתקע לדפים, מה שמקשה על הקריאה והשימוש. זה מה שעושים ה-GSH-DNA adducts האלה."
מפגיעה ב-DNA למחלה
החוקרים קשרו את הצטברות הנגעים הדביקים לשינויים משמעותיים בתפקוד המיטוכונדריאלי. הם הבחינו בירידה בחלבונים הדרושים לייצור אנרגיה ועלייה בו-זמנית בחלבונים המסייעים בתגובת לחץ ותיקון מיטוכונדריאלי, מה שמצביע על כך שהתא נלחם נגד הנזק.
החוקרים השתמשו גם בסימולציות ממוחשבות מתקדמות כדי להדגים את השפעת ההדבקות.
"מצאנו שהתגים הדביקים יכולים למעשה להפוך את ה-mtDNA לפחות גמיש ויותר נוקשה", אמר צ'ן. "ייתכן שזו הדרך שבה התא 'מסמן' DNA פגום לסילוק, ומונעת ממנו להעתיק ולהעביר הלאה".
ממצאי הצוות טומנים בחובם הבטחה להבנת מחלות. לדברי ג'או, הגילוי של תוספי GSH-DNA פותח גבול חדש למחקר כיצד mtDNA פגום יכול לפעול כאות לחץ.
"בעיות עם מיטוכונדריה ודלקת הקשורות ל-mtDNA פגום נקשרו למחלות כמו ניוון עצבי וסוכרת", אמר. "כאשר mtDNA ניזוק, הוא יכול לברוח מהמיטוכונדריה ולעורר תגובות חיסוניות ודלקתיות. הסוג החדש של שינוי mtDNA שגילינו יכול לפתוח כיווני מחקר חדשים כדי להבין כיצד הוא משפיע על פעילות חיסונית ודלקת".
ג'או וצ'ן הצטרפו למחקר על ידי חוקרים ב-UCR ובאוניברסיטת טקסס MD Anderson Cancer Center.
המחקר נתמך על ידי מענקים מהמכונים הלאומיים לבריאות ו-UCR.
