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1、线粒体损伤与检测方法研究进展论文.freeltDNA;凋亡Abstract:Mitochondriaarecellactivitiesofthe"energyfactories",inavarietyofpathogenicfactorsappearvulnerabletoavarietyofmitochondrialstructureandfunctionofinjury,entofthediseaseplaysanimportantrole.Thisarticleonthestructureandfunctionof
2、mitochondrialdamageanditsdetectionmethodsarerevieitochondrialinjurymtDNAApoptosis线粒体在生物的生长、发育、代谢、衰老、疾病、死亡以及生物进化等方面都有非常重要的意义,而在各种致病因素作用下线粒体极易出现各种结构和功能损伤。在细胞凋亡过程中,内源性核酸内切酶、Caspase蛋白酶家族、信号转导系统、凋亡相关基因、氧自由基、Ca2+、NO、能量代谢、线粒体都参与了凋亡的发生线粒体与细胞凋亡间存在着密切关系,这在疾病的发展中起着十分重要的影响,因
3、此对线粒体损伤的检测也有非常关键的意义。1mtDNA损伤及其修复1.1ROS对mtDNA的氧化损伤人类mtDNA编码维持细胞电子传递链和ATP生成等生理活动所必需的13种多肽、22种转运RNA(tRNA)和2种核糖体RNA(rRNA)。mtDNA遭受氧化应激,将导致解偶联蛋白2(UCP-2)基因、电位依赖性阴离子通道1(VDAC-1)、PRDX3基因和Raf基因等基因的受损,.freeltDNA受到不可修复的氧化应激,将导致线粒体呼吸链的中断、膜电位的崩溃和ATP合成障碍,导致细胞凋亡。即ROS可导致mtDNA损伤,mt
4、DNA损伤导致线粒体多肽表达改变,继发电子传递链功能下降,ATP生成减少,线粒体膜电位下降,ROS生成增多,细胞色素C和凋亡诱导因子(AIF)的释放,最终导致细胞死亡。GonzaloR等认为,mtDNA的突变影响了线粒体复合酶Ⅰ的活性,从而经电子漏生成的O2-会显著增多,使线粒体ROS过量产生,而抗氧化酶的活性没有改变,从而导致线粒体内脂质和mtDNA的氧化加强。1.2mtDNA损伤修复mtDNA损伤包括DNA单链断裂、双链断裂、碱基修饰、DNA链间交联等。修复是指DNA化学组成和核苷酸序列重新恢复的一种过程。mtDNA
5、中碱基切除修复最为普遍,并辅以其他方式修复多种损伤。如通过尿嘧啶DNA糖苷酶、AP核酸内切酶、DNA聚合酶和连接酶等完成尿嘧啶和无碱基位点修复;利用甲酰嘧啶DNA糖苷酶、8-oxodGDNA糖苷酶(mtODE)、腺嘌呤DNA糖苷酶(ADG)和hMutγ(变位酶γ)等对mtDNA氧化损伤进行修复;还有转换修复、错配和烷化损伤的修复以及重组修复等。如链内交联被认为是通过重组修复机制修复,酵母线粒体光合酶利用光使DNA中紫外光诱导产生的环苯嘧啶二聚体单体化,大鼠肝脏线粒体O6-甲基-鸟嘌呤DNA甲基转移酶切除mtDNA中O6-
6、甲基-2′-脱氧鸟嘌呤,一些试剂如链尿菌素、亚硝基脲用于基因特异分析中证实了mtDNA烷化损伤的特异性切除,但线粒体缺乏核苷酸切除修复机制。有人已利用一些纯化酶,如UDG、AP内切酶、DNA聚合酶和连接酶等构建了mtBER机制,并用于检测不同DNA损伤和揭示线粒体修复的生化机制。弄清什么类型DNA修复蛋白存在于线粒体,如何调节、如何抵达线粒体等已不十分遥远,这无疑对线粒体疾病的基因治疗有重要意义。2线粒体损伤与细胞凋亡线粒体在细胞凋亡中的作用包括:释放Caspases激活因子如Cyto-c;丧失电子转移功能并减少能量的产
7、生;线粒体跨膜电位的消失以及与BCL-2蛋白家族促凋亡和抑制凋亡功能相关等方面。实验证明,γ辐射、Ceramide(凋亡信号转导中的重要分子,介于促凋亡信号和凋亡过程之间)、Fas与配体结合等均可导致线粒体在电子转移方面功能的紊乱,从而影响呼吸链,ATP产量下降。这种能量代谢上的障碍主要发生在细胞凋亡的晚期,线粒体在细胞凋亡过程中最重要的一点在于它可释放能够激活Caspases的蛋白。从线粒体释放的Cyto-c与Apaf-1、Procaspase9结合在一起形成“凋亡体”,其结果是Caspase9的激活。除Cyto-c之
8、外,线粒体还可释放其他介导细胞凋亡的分子:Procaspase3和AI(Apoptosis-inducingfactor)。AIF在体外可作用于Procaspase3,并且其本身可能就是一个Caspase。线粒体发生上述改变的机制在于线粒体膜上一种叫PT通道(Permeabilitytransitonpore)的形成
