Полученные данные могут проложить путь к новым методам лечения нейродегенеративных заболеваний и рака. Исследование также может иметь важные последствия для клинических достижений в области «донорства митохондрий», известного как «ребенок с тремя родителями», — используемого для исправления дефектов в дефектных митохондриях.
Пятилетнее исследование, проведенное учеными из Университета Шеффилда и опубликованное в Science Advances, показывает, как фермент TDP1, который, как уже известно, играет роль в восстановлении поврежденной ДНК в ядре клетки, также отвечает за восстановление повреждений. к митохондриальной ДНК (мтДНК).
Митохондрии — это электростанции клеток, они генерируют энергию, необходимую для всей клеточной активности, и имеют свою собственную ДНК — генетический материал, на который они полагаются, чтобы производить важные белки для своей функции.
В процессе выработки энергии и производства белков вырабатывается большое количество активных форм кислорода, которые постоянно атакуют ДНК в митохондриях. Эти атаки разрушают их ДНК, однако новые данные показывают, что у митохондрий есть свои собственные инструменты восстановления, которые постоянно активны для поддержания целостности своей собственной ДНК.
Ведущий автор исследования профессор Шериф Эль-Хамиси, исследователь Wellcome Trust и заведующий кафедрой молекулярной медицины в Университете Шеффилда, сказал: «Каждый набор инструментов для восстановления митохондрий имеет уникальные компоненты — ферменты, которые могут разрезать, забивать и запечатывать перерывы. Присутствие этих ферментов важно для производства энергии.
"Нарушения в восстановлении разрывов ДНК в митохондриях влияют на жизненно важные органы, которые в значительной степени зависят от энергии, такие как мозг. Это также имеет значение для заместительной терапии митохондрий, недавно одобренной в Великобритании и известной как «три родителя младенцев»."
Хотя многие исследования были сосредоточены на том, как свободные радикалы повреждают ДНК в ядре клетки, их влияние на митохондриальную ДНК менее изучено, несмотря на то, что это повреждение мтДНК является причиной многих различных типов заболеваний, таких как неврологические расстройства.
Наличие здоровых митохондрий также важно для регенерации тканей, что делает его особенно важным для успешной трансплантации органов.
Команда также определила механизм, с помощью которого мтДНК может быть повреждена, а затем исправлена с помощью белка под названием TOP1, который отвечает за распутывание спиралей мтДНК. Когда длинные пряди запутываются, TOP1 рвется и быстро восстанавливает пряди, чтобы распутать узлы. Если свободные радикалы также атакуют митохондриальную ДНК, то белки TOP1 могут попасть в цепи митохондриальной ДНК, что еще больше затруднит восстановление.
Профессор Эль-Хамиси считает, что полученные данные могут проложить путь к разработке новых методов лечения митохондриальных заболеваний, которые повышают их способность к репарации ДНК, или для лечения рака, при котором можно использовать ингибиторы TDP1 для избирательного предотвращения репарации мтДНК в раковых клетках.
"Рак зависит от очень быстрого деления клеток. Это означает, что им нужно много энергии, поэтому митохондрии будут действительно здоровыми », — сказал профессор Эль-Хамиси.
«Если мы сможем найти способ избирательно повреждать митохондрии в раковых клетках, предотвращая или замедляя их механизм восстановления, это может быть действительно многообещающим."
Полученные данные также могут быть важны для новых клинических достижений, таких как решение Управления оплодотворения и эмбриологии человека (HFEA) разрешить «донорство митохондрий», также известное как «младенцы с тремя родителями», когда мтДНК от донора женского пола передается. вводится эмбриону для исправления митохондриальных дефектов.
«Это исследование предполагает, что клиницисты должны оценить функцию TDP1 и митохондриального TOP1 до митохондриального донорства, чтобы гарантировать успех этой процедуры», — добавил профессор Эль-Хамиси.
«Даже если у нового эмбриона есть здоровая митохондриальная ДНК от донора, он все равно может иметь дефектный TDP1 или митохондриальный TOP1 от реципиента, поскольку они оба производятся ДНК в ядре клетки, поэтому повреждение митохондриальной ДНК все еще может происходить с течением времени. , и вызвать болезнь."
Профессор Аллан Пейси, эксперт по фертильности факультета онкологии и метаболизма Университета Шеффилда, сказал: «Учитывая, что первая британская лицензия на выполнение процедур донорства митохондрий была выдана HFEA в прошлом месяце, публикация этого исследования очень своевременна.
«Важно, чтобы мы знали как можно больше о том, как определять здоровые и дефектные митохондрии, чтобы помочь людям с изнурительным митохондриальным заболеванием."