Un nou tip de deteriorare a ADN-ului mitocondrial a fost dezvăluit

Un studiu condus de University of California - Riverside și publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences a analizat modul în care aductele de ADN glutationilat (GSH–ADN) se acumulează în genomul mitocondrial și influențează funcționarea organitului. Autorii au investigat atât formarea acestor aducte, cât și mecanismele de reglare și consecințele lor asupra expresiei proteice mitocondriale și potențialului inflamator.
Mitocondriile sunt esențiale pentru metabolismul celular și semnalizarea intracelulară. Genomul mitocondrial (mtADN), deși compact, codifică componente critice ale lanțului respirator și prezintă heteroplazie și vulnerabilitate ridicată la stresul oxidativ. Spre deosebire de genomul nuclear, mtADN dispune de mecanisme de reparare limitate și acumulează rapid leziuni.

Una dintre cele mai importante forme de leziune o reprezintă sit-urile abazinice (AP), intermediari ai reparării prin excizie de bază. Aceste sit-uri reactivate pot genera compuși instabili, precum 3’-PUA, care pot reacționa cu glutation, rezultând aducte GSH–ADN. Deși astfel de aducte au fost identificate anterior în genomul nuclear, rolul lor biologic era necunoscut.

Mitocondriile nu doar acumulează leziuni, ci pot elibera fragmente de mtADN în citoplasmă, unde acestea acționează ca molecule semnalizatoare ale stresului (DAMP), stimulând inflamația. Având în vedere rolul cunoscut al leziunii oxidate 8-oxodG în activarea imunității înnăscute, autorii au explorat dacă și aductele GSH–ADN pot avea efecte similare.

Despre studiu

Metodologie generală

Studiul a utilizat:

măsurători prin spectrometrie de masă cu diluție izotopică pentru cuantificarea aductelor GSH–ADN;
modele celulare umane expuse la diferite surse de stres genotoxic (ex. inducerea AP-urilor prin UNG1-Y147A, tratamentul cu MNU);
linii celulare knockout pentru APE1 și TDP1, enzime-cheie în repararea leziunilor 3’;
analize proteomice (SILAC) pentru evaluarea modificărilor de expresie proteică mitocondrială;
simulări de dinamică moleculară pentru a caracteriza efectele structurale ale aductelor asupra ADN-ului și a complexelor ADN–TFAM.

Cuantificarea aductelor GSH–ADN

Autorii au comparat nivelurile aductelor în genomul nuclear și în cel mitocondrial, analizând atât condiții bazale, cât și expuneri la stres. Procedura a implicat derivatizarea chimică a leziunilor și utilizarea standardelor interne etichetate izotopic pentru măsurări exacte la nivel de nucleotid.

Rolul enzimelor de reparare APE1 și TDP1

Pentru a clarifica contribuția diferitelor enzime la prevenirea acumulării de aducte, au fost utilizate linii celulare cu deficit de APE1 sau TDP1. S-au efectuat teste cinetice cu substraturi definite pentru a evalua eficiența catalitică asupra leziunilor 3’-GS-ddR.

Influența TFAM și a poliaminelor

Autorii au evaluat modul în care TFAM (factorul de transcripție mitocondrial A), principalul organizator al nucleoidului, și poliaminele mitocondriale (spermină, spermidină) modulatează formarea aductelor GSH–ADN.

Impactul asupra proteinelor mitocondriale

Proteomul mitocondrial a fost analizat în condiții de acumulare a aductelor, pentru a evalua modificările funcționale secundare la nivelul expresiei proteice.

Analiza structurală prin simulări MD

S-au efectuat simulări pentru a studia modul în care aductele modifică flexibilitatea ADN-ului și stabilitatea complexelor TFAM–ADN.

Rezultate

1. Aductele GSH–ADN se acumulează masiv în genomul mitocondrial

Studiul arată că mtADN conține niveluri de 13–300 ori mai mari de aducte GSH–ADN decât genomul nuclear. Creșterea artificială a sit-urilor AP a dus la o creștere de 5 ori a aductelor în mtADN, confirmând formarea lor directă din intermediari ai BER.

2. APE1 este principalul factor protector împotriva acumulării aductelor

Liniile knockout pentru APE1 au prezentat o acumulare masivă a aductelor în mtADN, atribuibilă eficienței catalitice superioare a APE1 și abundenței sale crescute în mitocondrii. TDP1 contribuie în special la prevenirea acumulării bazale, dar are eficiență mai scăzută decât APE1.

3. TFAM inhibă formarea aductelor, iar poliaminele o accelerează

Experimentele biochimice au arătat că:

TFAM concurează cu GSH pentru sit-urile AP, favorizând legături ADN–proteină în detrimentul aductelor GSH–ADN;
poliaminele catalizează formarea aductelor, mai ales în zonele cu ocupare TFAM redusă;
organizarea nucleoidului determină distribuția regională a tipurilor de leziuni.

4. Efecte proteomice: scăderea sintezei mitocondriale și activarea mecanismelor redox

Acumularea aductelor în mtADN a fost asociată cu:

scăderea subunităților ribozomale mitocondriale;
reducerea subunităților complexului I, implicând afectarea bioenergeticii;
creșterea nivelurilor PRDX6, un regulator al homeostaziei redox;
upreglarea ARF5 (trafficking proteic) și DNM1L (dinamică mitocondrială).

5. Aductele cresc flexibilitatea ADN-ului și stabilizează legarea TFAM

Simulările MD au arătat că 3’-GS-ddR:

crește mobilitatea locală și globală a dublului helix;
formează interacțiuni suplimentare cu nucleobazele;
determină scăderea energiei de legare a complexelor TFAM–ADN, sugerând o stabilizare patologică a acestora.

Concluzii

Acest studiu oferă o imagine complexă a modului în care aductele GSH–ADN se formează, se acumulează și influențează biologia mitocondrială. Rezultatele subliniază:

rolul esențial al APE1 în protecția mtADN;
interacțiunea critică între TFAM, poliamine și dinamica reparării ADN;
impactul semnificativ al acestor leziuni asupra expresiei proteice mitocondriale;
posibilul rol al aductelor în activarea inflamației și a răspunsului imun înnăscut.

Faptul că nivelul aductelor GSH–ADN este comparabil cu cel al 8-oxodG, o marcă clasică a stresului oxidativ, sugerează că aceste aducte pot reprezenta un nou tip de semnal mitocondrial al stresului genotoxic.

Data actualizare: 21-11-2025 | creare: 21-11-2025 | Vizite: 82

Bibliografie

Chen, Y. H., et al. (2025). Glutathionylated DNA adducts accumulate in mitochondrial DNA and are regulated by AP endonuclease 1 and tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1. Proceedings of the National Academy of Sciences. doi: 10.1073/pnas.2509312122. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2509312122

Image by freepik on Freepik

Copyright ROmedic: Articolul se află sub protecția drepturilor de autor. Reproducerea, chiar și parțială, este interzisă!

Alte articole din aceeași secțiune:

Incapacitatea organismului de a vindeca ADN-ul deteriorat, pusă pe seama mobilității cromatinei

Mișcarea cromatinei, o componenta chimică de bază a nucleului celular, poate ajuta la repararea eficientă a lez...

Repararea mutațiilor genetice în celulele pacientului este posibilă și durează doar câteva săptămâni

Cercetătorii de la Universitatea din Helsinki și Spitalul Universitar Helsinki au dezvoltat o metodă de corectar...

Un studiu inovator pune în lumină rolul polimerazei teta în repararea ADN-ului și cancer

Cercetătorii de la Scripps Research au realizat un progres important în înțelegerea modului în care polimeraza...

Experiențele din copilărie ar putea modifica definitiv ADN-ul
O nouă tehnică bazată pe CRISPR corectează mai multe erori genetice
Studiu efectuat pe gemeni identici asociază îmbătrânirea mai rapidă cu declinul memoriei
Terapia genică

Din Ghidul de sănătate v-ar putea interesa și:

Factori ce lezează ADN-ul uman

ADN-ul, sau acidul dezoxiribonucleic, este materialul genetic prezent în fiecare celulă a organismului uman, esen...

Cercetătorii au descoperit noi gene asociate cu deteriorarea ADN-ului și diverse boli

Un studiu publicat în revista Nature explorează mecanismele genetice care stau la baza formării micronucleilor �...

Persistența leziunilor ADN și impactul asupra mutațiilor și cancerului

Un nou studiu publicat în Nature de către cercetătorii de la Wellcome Sanger Institute și colaboratorii lo...

Oamenii de știință au surprins imagini uimitoare în timp real ale deteriorării și reparării ADN-ului

Punct vulnerabil ignorat în structura ADN-ului uman și implicațiile sale pentru moștenirea genetică

Forumul ROmedic - întrebări și răspunsuri medicale:

Pe forum găsiți peste 500.000 de întrebări și răspunsuri despre boli sau alte subiecte medicale. Aveți o întrebare? Primiți răspunsuri gratuite de la medici.

intră pe forum