匹茲堡大學希爾曼癌癥中心的研究人員為長期以來的觀點提供了第一個具體證據，即患病的線粒體污染了它們本應提供能量的細胞。
這篇近日發表在PNAS的論文涉及一項因果實驗，目的是啟動線粒體連鎖反應，這種反應會對細胞造成破壞，一直到遺傳水平。
圖片來源：Qian et al. (2019), PNAS
匹茲堡大學醫學院和希爾曼癌癥中心的藥理學和化學生物學教授、資深作家Bennett Van Houten博士說："我喜歡把它叫做'切爾諾貝利效應'--你已經打開了反應堆，現在卻不能關掉它。這臺清潔燃燒的機器現在正在瘋狂地污染環境，而這種污染會反過來損害電子傳輸功能。這是一個惡性循環。"
Van Houten的團隊使用了一項由卡內基梅隆大學的Marcel Bruchez博士發明的新技術，當暴露在光線下時，線粒體內會產生破壞性的活性氧物種，在本例中是單線態氧。
Van Houten說："這就是切爾諾貝利事故。一旦你把燈關掉，就再也沒有單線態氧了，但是你破壞了電子傳遞鏈，所以48小時后，線粒體仍然在釋放活性氧--但是細胞沒有死亡，它們只是坐在那里爆發。"
此時，細胞核受到自由基的沖擊。它會收縮和扭曲。細胞停止分裂。然而，DNA似乎出奇地完整。
"如果你把染色體想象成一輛車，端粒的寬度就是車牌的寬度，"匹茲堡大學公共衛生研究生院和希爾曼大學環境與職業健康教授Patricia Opresko博士說。
因此，為了研究線粒體熔毀的遺傳效應，研究人員不得不用熒光標記點亮那些微小的端蓋，結果他們發現了端粒脆弱和斷裂的明顯跡象。
然后，在關鍵的一步，研究人員在線粒體失活的細胞上重復了整個實驗。沒有線粒體來維持反應，細胞內就沒有自由基的積累，也沒有端粒的損傷。
"基本上，我們在機器有機會造成任何損害之前就把它關掉了，"Van Houten說。
Van Houten建議，這些發現可以用于改善光動力癌癥治療，包括使用光纖傳輸的光用活性氧轟擊實體腫瘤。
他的團隊在這些實驗中發現的一件事是，抑制ATM(一種信號DNA損傷的蛋白質)會放大線粒體釋放出的活性氧的破壞作用。細胞不僅萎縮，而且死亡。
Van Houten說，通過將光動力療法與ATM抑制相結合，可能設計出一種利用光有效殺死癌細胞的系統。
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