כאשר לחץ סביבתי פוגע ב- DNA, הוא יכול להפעיל מפל של כישלונות הקשורים לתנאי לב, התנוונות עצבית ודלקת כרונית. כלי כימי חדש שפותח ב- UC Riverside קוטע את התהליך, ומסייע בשימור ה- DNA לפני שהנזק מוביל למחלות.
המחקר, שפורסם בכתב העת של החברה הכימית הגרמנית המהדורה הבינלאומית Angewandte Chemieממוקד ב- DNA מיטוכונדריאלי, הנפרד מה- DNA ששוכן בגרעין התא. בעוד ש- DNA גרעיני מכיל את הרוב המכריע של הקוד הגנטי, המיטוכונדריה נושאת גנומים קטנים יותר משלהם החיוניים לתפקודים סלולריים, כולל ייצור אנרגיה.
DNA מיטוכונדריאלי (mtDNA) קיים במספר עותקים לתא, אך כאשר מתרחש נזק, לעתים קרובות עותקים אלה מושפלים ולא מתוקנים. אם לא נותר מסומן, השפלה זו יכולה לפגוע בתפקוד רקמות ולהפעיל דלקת.
החוקרים פיתחו בדיקה כימית הנקשרת לאתרים פגומים ב- DNA המיטוכונדריאלי וחוסמת את התהליכים האנזימטיים המובילים להשפלתו. גישה זו, במקום לתקן נזק, מפחיתה את אובדן ה- mtDNA.
לינלין ג'או, פרופסור חבר לכימיה, שהוביל את הפרויקט. "אבל השפלה מתרחשת בתדירות גבוהה יותר מאשר תיקון בגלל יתירות של מולקולות mtDNA במיטוכונדריה. האסטרטגיה שלנו היא להפסיק את האובדן לפני שהיא הופכת לבעיה."
המולקולה החדשה כוללת שני רכיבי מפתח: אחד שמזהה ומתקבל ל- DNA פגום, ואחר שמבטיח שהיא מועברת במיוחד למיטוכונדריה, ומותירה DNA גרעיני לא מושפע.
"עיצבתי את המולקולה על ידי שילוב המומחיות שלי בסינתזה כימית והניסיון הרב של מעבדת ג'או עם תיקון DNA ומיטוכונדריה," אמר אנאלי ג'אנה, עמית פוסט -דוקטורט במעבדת ג'או וסופר המוביל של המחקר.
בבדיקות מעבדה כמו גם במחקרים המשתמשים בתאים חיים, הבדיקה הפחיתה באופן משמעותי את אובדן ה- mtDNA לאחר נזק הנגרם על ידי מעבדה המחקה חשיפה לכימיקלים רעילים כמו ניטרוסמינים, שהם מזהמים סביבתיים נפוצים שנמצאים במזון מעובד, מים ועשן סיגריות. בתאים שטופלו במולקולת הבדיקה, רמות ה- mtDNA נותרו גבוהות יותר, מה שיכול להיות קריטי לשמירה על ייצור אנרגיה ברקמות פגיעות כמו הלב והמוח.
אובדן DNA מיטוכונדריאלי קשור יותר ויותר למגוון מחלות, החל מתסמונות דלדול מיטוכונדריאלי רב-איברים ועד מצבים דלקתיים כרוניים כמו סוכרת, אלצהיימר, דלקת מפרקים ומחלות מעי דלקתיות. כאשר שברי mtDNA נמלטים ממיטוכונדריה לשאר התא, הם יכולים לפעול כאותות מצוקה המפעילים תגובות חיסוניות.
"אם נוכל לשמור על ה- DNA בתוך המיטוכונדריה, ייתכן שנוכל למנוע מאותות במורד הזרם הגורמים לדלקת", אמר ג'או.
חשוב לציין כי החוקרים מצאו כי ה- DNA המוגן נשאר פונקציונלי, למרות שתויג כימית. "חשבנו שהוספת חומר כימי מגושם עשויה למנוע מה- DNA לעבוד כראוי," אמר ג'או. "אבל להפתעתנו, זה עדיין היה מסוגל לתמוך בתעתיק, תאי התהליך משתמשים בכדי להפוך את ה- DNA ל- RNA ואז לחלבונים. זה פותח את הדלת ליישומים טיפוליים."
הפרויקט בונה על יותר משנתיים של מחקר על המנגנונים הסלולריים השולטים על עיבוד mtDNA. בעוד שיש צורך במחקרים נוספים כדי לחקור פוטנציאל קליני, המולקולה החדשה מייצגת שינוי פרדיגמה.
"זו גישה כימית למניעה, ולא רק לתקן", אמר ג'או. "זו דרך חדשה לחשוב כיצד להגן על הגנום תחת לחץ."
