Pathological Mechanisms Involved in Mitochondrial DNA Defect Induced Mitochondrial Dysfunction and Apoptosis and Potential Strategies for Therapy

粒線體DNA 突變常使細胞致命，並可引起各種特定的人類粒線體疾病。然而目前粒線體DNA 突變導致粒線體功能失調和細胞凋亡的確切機轉卻仍不清楚。近年來，諸多證據顯示粒線體不僅是細胞能量的供應站，並具有仲裁細胞生死的能力。它的病變會使粒線體鈣離子濃度失調及粒線體膜電位去極化，進而中斷細胞能量的生成，並造成粒線體去氧核醣核酸的突變及釋放細胞色素c 以引發下游細胞凋亡機制。此外，粒線體身兼細胞內高活性氧族的主要製造廠與受害標的之角色，更使它在許多疾病的病理成因佔上一席舉足輕重之地位。因此，本研究擬以三種特定位置之粒線體DNA 突變之細胞株為材料，包括粒線體DNA 4977.b.p.斷損﹑粒線體complex I DNA 病變及粒線體DNA 8933T→G 之點突變的細胞株來研究特定的粒線體DNA 突變如何改變粒線體及細胞的功能與細胞凋亡之關連。本計畫並提出兩種可能的治療策略來改善粒線體的功能，包括以restrictionendonuclease SmaI 來去除粒線體DNA 8933T→G 點突變的基因治療和使用雷射結合光致敏物質或奈米光粒子的光動力作用專一移除病變粒線體。本計畫為能在單一活細胞的粒線體上直接剖析粒線體DNA 突變之病理作用機轉，將應用單及雙-或-多光子雷射掃瞄顯微影像技術，配合數種新型的螢光蛋白與粒線體螢光染劑，以期將使細胞生物的研究領域拓展至單一活細胞內的胞器層面。相較於單光子光徑激發，本計畫所採之雙-或-多光子的單體積點激發，獨具有低光化學毒性的特性，因此特別適合活細胞長時間的動態觀察，這將使幾項與粒線體功能密切相關的因子，包括高活性氧族，粒線體鈣離子濃度，粒線體膜電位，粒線體過度性通透孔及細胞色素c 釋放間的互動，得以一一仔細在單一活細胞的粒線體上被勘察。本計畫的研究成果不僅可以為粒線體DNA 突變的病理機轉及臨床治療定位，而對粒線體生理功能的深層探索，更可提供掌控細胞凋亡程式的解碼，並在粒線體疾病相關之預防與治療上提供新的生機。

Project ID:PC9308-2061
External Project ID:NSC93-2320-B182-041