Когда химический стресс повреждает ДНК, это может вызвать целый каскад сбоев, вызывающих заболевания сердца и сосудов, нейродегенеративные патологии и хронические воспалительные процессы. Новое химическое средство, разработанное в Калифорнийском университете в Риверсайде, прерывает этот каскад, помогая сохранить ДНК до того, как повреждение приведет к заболеванию.
Исследование, опубликованное в международном издании Angewandte Chemie, было сосредоточено на митохондриальной ДНК, которая существует отдельно от ДНК в ядре клетки. В то время как ядерная ДНК содержит подавляющее большинство генетического кода, митохондрии несут свои собственные геномы меньшего размера, которые необходимы для выполнения клеточных функций, включая выработку энергии.
Митохондриальная ДНК (мтДНК) существует в каждой клетке в нескольких копиях, но при повреждении эти копии часто разрушаются без возможности восстановления. Если эту деградацию не пресечь, она может нарушить функцию тканей и спровоцировать воспаление. Исследователи разработали химический нанозонд, который связывается с поврежденными участками митохондриальной ДНК и блокирует ферментативные процессы, которые приводят к ее деградации. Такой подход, не устраняет повреждения, но уменьшает риск потери мтДНК.
В клетках по умолчанию существуют пути восстановления мтДНК. Но деградация происходит чаще, чем восстановление, из-за избыточности молекул мтДНК в митохондриях. Новая стратегия заключается в том, чтобы остановить потери до того, как они станут проблемой.
Лечащая наночастица включает в себя два ключевых компонента: один распознает поврежденную ДНК и присоединяется к ней, а другой обеспечивает ее доставку непосредственно в митохондрии, оставляя ядерную ДНК незатронутой.
Авторы исследования синтезировали молекулу, объединив свои знания в области химического синтеза и обширный опыт лабораторных работ в области восстановления ДНК и митохондрий. В лабораторных тестах, а также в исследованиях с использованием живых клеток, нанозонд значительно снижал потерю мтДНК после повреждения в результате воздействия токсичных химических веществ, таких как нитрозамины. Это распространенные загрязнители окружающей среды, содержащиеся в консервантах пищевых продуктов, сигаретном дыме и неочищенной питьевой воде.
В клетках, обработанных целебной молекулой, уровень мтДНК остается более высоким, что может иметь решающее значение для поддержания выработки энергии в особо уязвимых тканях, таких как сердце и головной мозг.
Потеря митохондриальной ДНК все чаще ассоциируется с целым рядом заболеваний - от синдромов полиорганного истощения митохондрий до хронических воспалительных состояний, таких как диабет, болезнь Альцгеймера, артрит и воспалительные заболевания кишечника. Когда фрагменты мтДНК попадают из митохондрий в остальную часть клетки, они могут действовать как сигналы бедствия, активирующие иммунные реакции. В результате в тканях развивается воспаление.
Важно отметить, что защищенная ДНК оставалась функциональной, несмотря на химическую маркировку. Поначалу существовало опасение, что добавление химических веществ извне может помешать ДНК работать должным образом.
К нашему удивлению, мтДНК все еще была способна поддерживать транскрипцию, процесс, который клетки используют для превращения ДНК в РНК, а затем в белки. Это открывает возможности для терапевтического применения нашего нанозонда.
Проект основан на более чем двухлетних исследованиях клеточных механизмов, управляющих обработкой мтДНК. Хотя для изучения клинического потенциала необходимы дополнительные исследования, новая молекула позволяет надеяться на смену исследовательской и терапевтической парадигмы защиты генома в условиях стресса.
Недавно Hi-Tech Mail рассказал о разработке диагностического нанозонда, который при встрече с раковыми клетками начинает излучать тревожный желтый свет.
