Visualization of Mitochondrial Mechanisms Involved in Common Deletion of Mitochondrial DNA-Induced Mitochondrial Dysfunction and Apoptosis and Potential Strategies for Therapy

粒線體DNA 4977.b.p.斷損(又稱大片段或常見型DNA 斷損)常使細胞致命，臨床上並可引起各種特定的人類粒線體疾病如Pearson』s syndromes,Kearns-Sayre syndrome, chronic progressive external ophthalmoplegia (CPEO)及老化。常見型DNA 斷損會專一破壞粒線體電子傳遞鏈complexⅠⅣⅤ合併造成顯著ATP 供應缺乏。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。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。然而目前常見型DNA 斷損如何導致粒線體功能失調和細胞凋亡的確切機轉卻仍不清楚。在過去幾年，本實驗室已證明常見型DNA 斷損會導致粒線體高活性養族的生成，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，並釋放數種致死蛋白包括細胞色素c 以引發下游細胞凋亡機制。但是以上這些由常見型DNA 斷損引起的粒線體病理機轉間的交互影響卻仍不清楚。因此，本研究擬以粒線體常見型DNA 斷損細胞株為材料來研究常見型DNA 斷損導致的粒線體高活性養族生成，粒線體鈣離子濃度失調及粒線體膜電位去極化等病理機轉間的互動與細胞凋亡之關連。此外，本計畫並提出可能的治療策略來改善粒線體的功能，包括以粒線體為標地的保護劑和以使用雷射結合光致敏物質的光動力作用專一移除含有病變粒線體DNA 的可能性。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 釋放間的前後互動，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:PC9508-1887
External Project ID:NSC95-2320-B182-050-MY2