کشف نوع جدید آسیب DNA در میتوکندری؛ ارتباط کلیدی با سرطان و دیابت

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا ریورساید در یک مطالعه علمی برجسته، نوع جدیدی از آسیب DNA را در ساختارهای حیاتی تولیدکننده انرژی سلول، یعنی میتوکندری‌ها، کشف کرده‌اند. این یافته که در نشریه معتبر Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده، می‌تواند درک ما را از مکانیسم بیماری‌های پیچیده‌ای مانند سرطان و دیابت متحول سازد.

میتوکندری‌ها که ساختارهای کوچک تولیدکننده انرژی و کلید پیام‌رسانی سلولی هستند، دارای DNA اختصاصی خود با نام DNA میتوکندریایی (mtDNA) هستند. این ماده ژنتیکی برای تولید انرژی و ارسال سیگنال‌های درون‌سلولی و برون‌سلولی حیاتی است. دانشمندان مدت‌ها می‌دانستند که mtDNA بیشتر از DNA هسته‌ای در معرض آسیب قرار دارد، اما مطالعه جدید سرانجام علت این آسیب‌پذیری را شناسایی کرده است.

آسیب‌پذیری ویژه DNA میتوکندریایی (mtDNA)

مطالعه جدید نشان می‌دهد که چسبیدگی‌های گلوتاتیونی یا آدداکت‌های GSH-DNA یکی از عوامل کلیدی این آسیب هستند. آدداکت‌ها زمانی شکل می‌گیرند که یک ماده شیمیایی به DNA متصل شده و یک برچسب حجیم ایجاد کند؛ برچسبی که در صورت عدم ترمیم، می‌تواند احتمال جهش و بروز بیماری را افزایش دهد.

آزمایش‌ها روی سلول‌های کشت‌شده انسانی نشان داد که این برچسب‌ها تا ۸۰ برابر بیشتر در mtDNA انباشته می‌شوند تا در DNA هسته‌ای؛ موضوعی که نشان می‌دهد DNA میتوکندری به‌طور ویژه نسبت به این نوع آسیب حساس است.

ماهیت «چسبنده» آدداکت‌های گلوتاتیونی

لینلین ژائو، استاد شیمی و نویسنده ارشد پژوهش، توضیح می‌دهد که mtDNA تنها ۱ تا ۵ درصد از کل DNA سلول را تشکیل می‌دهد، ساختاری دایره‌ای دارد، شامل ۳۷ ژن است و صرفاً از مادر به ارث می‌رسد. در مقابل، DNA هسته‌ای خطی است و از والدین مشترک به ارث می‌رسد.

تفاوت در سیستم ترمیم

به گفته پژوهشگران، یکی از دلایل اصلی آسیب‌پذیری mtDNA، ضعف سیستم‌های ترمیمی آن است:

• mtDNA: سیستم‌های ترمیم ضعیف‌تر و ناکارآمدتر.
• DNA هسته‌ای: سیستم‌های ترمیم قوی و کارآمد.

یو هسوان چن، نویسنده اول مقاله، میتوکندری را به موتور سلول و mtDNA را به کتابچه راهنمای آن تشبیه می‌کند. او می‌گوید: «گاهی آسیب mtDNA به شکل یک جهش نیست؛ بلکه شبیه یک برگه چسبنده است که به صفحه‌ها می‌چسبد و خواندن آن را سخت می‌کند. این همان کاری است که آدداکت‌های GSH-DNA انجام می‌دهند.»

پیامد‌های عملکردی و ارتباط با بیماری‌ها

پژوهشگران نشان دادند که انباشت این برچسب‌های چسبنده، عملکرد میتوکندری را به طور معناداری تغییر می‌دهد. مهم‌ترین تغییرات مشاهده‌شده عبارتند از:

1. کاهش تولید پروتئین: کاهش تولید پروتئین‌های ضروری برای فرآیند تولید انرژی.
2. افزایش پروتئین‌های استرس: افزایش پروتئین‌های مرتبط با پاسخ به استرس و ترمیم میتوکندری، که نشان‌دهنده تلاش سلول برای مقابله با آسیب است.

مدل‌سازی‌های رایانه‌ای نیز حاکی از آن است که این برچسب‌ها انعطاف‌پذیری mtDNA را کاهش داده و آن را سخت‌تر می‌کنند. چن می‌گوید این سفتی احتمالا راهی برای علامت‌گذاری DNA آسیب‌دیده است تا سلول از تکثیر آن خودداری کند.

مسیرهای جدید درمانی

به باور ژائو، کشف این نوع جدید از تغییرات DNA میتوکندری می‌تواند مسیر‌های تازه‌ای برای مطالعه بیماری‌ها بگشاید. آسیب mtDNA و التهاب ناشی از آن با بیماری‌هایی مانند تخریب عصبی و دیابت مرتبط است. mtDNA آسیب‌دیده می‌تواند از میتوکندری فرار کرده و واکنش‌های ایمنی و التهابی را فعال کند.

ژائو تاکید می‌کند: «نوع جدید تغییری که یافته‌ایم، می‌تواند درک ما را از نحوه اثرگذاری mtDNA آسیب‌دیده بر سیستم ایمنی و التهاب گسترش دهد.» این یافته‌ها نقطه آغاز مسیر‌های پژوهشی تازه‌ای است که انتظار می‌رود در آینده به روش‌های درمانی جدید برای بیماری‌های مرتبط با عملکرد نادرست میتوکندری منجر شود.