Нови технологии: Наночастица ще ни пази от хронични заболявания

В живите клетки съществуват два вида ДНК – ядрена и митохондриална (мтДНК). Ядрената носи общата генетична информация, докато митохондриалната отговаря за жизнедеятелността на клетката.

Повреждането на мтДНК води до възпалителни процеси и клетъчна деградация. Учени са открили начин да предотвратят това.

Химичният стрес върху ДНК може да предизвика каскада от нарушения, водещи до сърдечносъдови заболявания, невродегенеративни патологии и хронични възпаления.

Ново химично средство, разработено в Калифорнийския университет в Ривърсайд, прекъсва този процес, предпазвайки ДНК преди да настъпят увреждания.

Публикуваното в Angewandte Chemie изследване се фокусира върху митохондриалната ДНК, която е отделна от ядрената.

Докато ядрената ДНК съдържа по-голямата част от генетичния код, митохондриите имат свои собствени по-малки геноми, жизненоважни за клетъчните функции, включително производството на енергия.

Митохондриалната ДНК (мтДНК) съществува в множество копия във всяка клетка, но при повреда тези копия често се разрушават необратимо.

Ако тази деградация не се спре, тя може да наруши тъканните функции и да предизвика възпаление.

Учените са разработили химичен наносензор, който се свързва с повредените участъци на мтДНК и блокира ензимните процеси, водещи до нейната деградация.

Този подход не поправя повредите, но намалява риска от загуба на мтДНК.

Клетките имат естествени механизми за възстановяване на мтДНК.

Деградацията обаче е по-често срещана от възстановяването, поради многобройните молекули мтДНК в митохондриите.

Новата стратегия цели да спре загубата на мтДНК преди тя да се превърне в проблем.

Лечебната наночастица има два ключови компонента: единият разпознава и се свързва с повредената ДНК, а другият я насочва към митохондриите, без да засяга ядрената ДНК.

Авторите на изследването са синтезирали молекулата, комбинирайки познанията си в химичния синтез и опита си в лабораторната работа с ДНК и митохондрии.

В лабораторни и клетъчни тестове, наносензорът значително е намалил загубата на мтДНК след излагане на токсични химикали като нитрозамини.

Това са често срещани замърсители, намиращи се в хранителни консерванти, цигарен дим и непречистена питейна вода.

В третираните клетки нивото на мтДНК остава по-високо, което е ключово за поддържане на енергийното производство в уязвими тъкани като сърцето и мозъка.

Загубата на митохондриална ДНК се свързва с редица заболявания – от синдроми на полиорганна митохондриална недостатъчност до хронични възпалителни състояния като диабет, болест на Алцхаймер, артрит и възпалителни заболявания на червата.

Фрагменти от мтДНК, излизащи от митохондриите, могат да действат като сигнал за бедствие, активирайки имунни реакции и предизвиквайки възпаление в тъканите.

Важно е, че защитената ДНК остава функционална въпреки химическото маркиране.

Първоначално е имало опасения, че добавянето на външни химикали може да попречи на нормалната функция на ДНК.

„За наша изненада, мтДНК все още можеше да поддържа транскрипция – процесът, чрез който клетките превръщат ДНК в РНК, а след това в протеини. Това открива възможности за терапевтично приложение на нашия наносензор“, казва биотехнологът Линлин Джао.

Проектът е базиран на над две години изследвания на клетъчните механизми, управляващи обработката на мтДНК.

Макар да са необходими допълнителни изследвания за клиничния потенциал, новата молекула дава надежда за промяна в изследователската и терапевтична парадигма за защита на генома при стрес.