研究揭示了线粒体DNA突变相关疾病治疗的潜在靶点

巴西科学家的一项研究指出，细胞衰老过程中，特别是肝脏中，可能存在调节突变线粒体DNA积累的生物机制。这种机制被称为自噬，这是一个细胞清洗的过程，破坏细胞器，包括线粒体，并回收它们的组成部分。这一发现解决了该领域的一个范式，并提出了与线粒体DNA相关的疾病出现的假说，为治疗的发展铺平了道路。

这项研究得到了FApESp的支持，并发表在《Autophagy》杂志上的一篇文章中。

线粒体负责细胞呼吸，加工基质，为机体提供能量。它们有自己的基因组，完全继承自母亲，不像在细胞核中发现的DNA，从父母双方继承。线粒体DNA也容易发生突变，其中一些可能导致疾病。据估计，全球每5000人中至少就有一人受线粒体DNA突变引起的疾病影响。其中一种疾病是MELAS综合征(线粒体脑病、乳酸酸中毒和类似中风发作)，可导致癫痫发作、疼痛、意识改变和局灶性神经功能缺损等症状。

这篇文章的最后一位作者马科斯·基亚拉蒂说:“除了线粒体DNA突变直接导致的疾病外，还有一些疾病至少部分是由突变造成的。”他补充说，这些疾病包括糖尿病、帕金森氏症和阿尔茨海默氏症，这表明这项研究可能为在不同疾病背景下涉及自噬的治疗铺平道路。

老化

研究表明，线粒体DNA突变是衰老的一部分。Chiaratti说:“生物医学中最古老的问题之一就是为什么会这样。”先前的研究已经排除了将责任归咎于线粒体DNA复制或细胞增殖的理论。考虑到自噬在细胞生命周期和线粒体循环中的重要性，Chiaratti和同事们决定看看它是否在线粒体DNA突变中发挥作用。“自噬是一种时尚。关于这个话题的科学文献越来越多，”他说。2016年诺贝尔生理学或医学奖授予了日本细胞生物学家Yoshinori Ohsumi，以表彰他在自噬机制方面的发现。

方法

几乎所有的人类都有少量的突变DNA。在一个细胞中，突变型和野生型(非突变型)线粒体DNA的共存被称为异质性。在这项研究中，Chiaratti等人使用了异质率为30%的小鼠:一个被称为NZB/BINJ(或NZB)的突变株占其线粒体基因组的30%，其余为C57BL/6N(或BL6)，被认为是“正常”的。

研究人员将这些老鼠与其他缺乏肝脏中特异atg7基因的老鼠杂交。如果没有这个基因，使自噬成为可能的必要机制就会消失。Chiaratti说:“我们仅仅在繁殖上就花了将近一年的时间。

在这段时间之后，他们有两组老鼠:一组是带有NZB线粒体DNA和七号基因的对照组;以及一组有NZB，但在肝细胞中没有atg7基因，因此肝脏中的自噬是不可能的(肝脏特异性atg7敲除)。

研究人员进行了实验，以观察随着时间的推移，自噬是否会影响突变线粒体DNA的积累。出生10天后，两组小鼠的组织中发现了类似水平的NZB，但21天后，对照组小鼠的肝脏中开始积累NZB，而敲除组小鼠的比例与之前相同。100天后,当老鼠被认为是成年人,控制甚至更高水平的NZB而淘汰赛出生时几乎相同的水平,使两组之间的差异更加明显,表明自噬发挥作用与年龄相关的线粒体DNA突变的积累。

然后，研究人员开始通过对缺乏prkn基因的小鼠进行实验来验证这一发现，prkn基因负责自噬的一个特定阶段。prkn敲除小鼠发生自噬，但有缺陷。Chiaratti说:“我们再次将这些小鼠与对照组进行了比较。”虽然prkn敲除小鼠最终确实积累了NZB线粒体DNA，但其积累量比对照组小。“这强化了自噬与此相关的理论，因为操纵与之相关的另一个基因导致了数据的变化。”

研究人员还发现，在对照组中，自噬主要清除了BL6线粒体DNA，这可能解释了NZB水平更高的原因。在进一步探索这种可能性时，他们发现NZB的存在增强了肝细胞的线粒体呼吸能力。“因此，我们假设自噬可能有助于消除功能较差的线粒体，同时保护适者生存，这当然是积极的，”Chiaratti说。

研究的另一个阶段需要从小鼠中分离成纤维细胞(一种结缔组织细胞)，并在体外观察到它们中的NZB线粒体DNA水平随着时间的推移而下降。然而，当使用刺激自噬的药物时，这种下降被逆转了。Chiaratti说:“这进一步证明了自噬对线粒体DNA调控的重要性。”

下一个步骤

虽然在这些实验中，NZB被认为是突变的，但结果表明，它对肝脏无害。相反，如前所述，它能增强肝细胞的线粒体呼吸能力。Chiaratti说:“现在我们需要用不同的线粒体dna来研究这种现象，这些线粒体dna被认为是病态的。”

如果自噬也被证明与此相关，研究人员就可以开始测试刺激细胞清洁机制的治疗方法，以对抗受线粒体功能影响的疾病。Chiaratti补充说，未来研究的其他可能性将包括自噬在除肝脏和分离的成纤维细胞之外的身体其他组织中线粒体DNA积累中的作用。