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PNAS:失控的线粒体会引起细胞端粒损伤

来源:本站原创 2019-09-28 08:21

2019年9月28日讯 /生物谷BIOON /——匹兹堡大学希尔曼癌症中心的研究人员为长期以来的观点提供了第一个具体证据,即患病的线粒体污染了它们本应提供能量的细胞。

这篇近日发表在《PNAS》上的论文涉及一项因果实验,目的是启动线粒体连锁反应,这种反应会对细胞造成破坏,一直到遗传水平。

图片来源:Qian et al. (2019), PNAS

匹兹堡大学医学院和希尔曼癌症中心的药理学和化学生物学教授、资深作家Bennett Van Houten博士说:"我喜欢把它叫做'切尔诺贝利效应'--你已经打开了反应堆,现在却不能关掉它。这台清洁燃烧的机器现在正在疯狂地污染环境,而这种污染会反过来损害电子传输功能。这是一个恶性循环。"

Van Houten的团队使用了一项由卡内基梅隆大学的Marcel Bruchez博士发明的新技术,当暴露在光线下时,线粒体内会产生破坏性的活性氧物种,在本例中是单线态氧。

Van Houten说:"这就是切尔诺贝利事故。一旦你把灯关掉,就再也没有单线态氧了,但是你破坏了电子传递链,所以48小时后,线粒体仍然在释放活性氧--但是细胞没有死亡,它们只是坐在那里爆发。"

此时,细胞核受到自由基的冲击。它会收缩和扭曲。细胞停止分裂。然而,DNA似乎出奇地完整。

"如果你把染色体想象成一辆车,端粒的宽度就是车牌的宽度,"匹兹堡大学公共卫生研究生院和希尔曼大学环境与职业健康教授Patricia Opresko博士说。

因此,为了研究线粒体熔毁的遗传效应,研究人员不得不用荧光标记点亮那些微小的端盖,结果他们发现了端粒脆弱和断裂的明显迹象。

然后,在关键的一步,研究人员在线粒体失活的细胞上重复了整个实验。没有线粒体来维持反应,细胞内就没有自由基的积累,也没有端粒的损伤。

"基本上,我们在机器有机会造成任何损害之前就把它关掉了,"Van Houten说。

Van Houten建议,这些发现可以用于改善光动力癌症治疗,包括使用光纤传输的光用活性氧轰击实体肿瘤

他的团队在这些实验中发现的一件事是,抑制ATM(一种信号DNA损伤的蛋白质)会放大线粒体释放出的活性氧的破坏作用。细胞不仅萎缩,而且死亡。

Van Houten说,通过将光动力疗法与ATM抑制相结合,可能设计出一种利用光有效杀死癌细胞的系统。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Wei Qian el al., "Chemoptogenetic damage to mitochondria causes rapid telomere dysfunction," PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1910574116
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