RPCI肿瘤学的副教授 Dhyan Chandra和他的同事们开展了一项多学科的研究，这该研究中，他们使用了两种不同但互补的方法。他们的目标是界定细胞凋亡引起的线粒体结构和功能的变化，细胞凋亡是程序化细胞死亡的一种形式，在这里它是由DNA损伤引起的。细胞凋亡对正常组织的功能和内环境的稳定来说必不可少。研究显示，失调的细胞凋亡与癌症、免疫机能紊乱、神经退行性疾病和心血管疾病的发生相关。

因为在生理条件下对凋亡或病变细胞的鉴别尚不明确，研究人员认为有必要开发新的能鉴别及监测细胞凋亡过程中发生变化的细胞结构的方法。研究团队利用振动拉曼显微光谱学方法（一种无需标记和无创的方法）在单细胞水平对细胞凋亡进程中的结肠癌细胞进行探测。

“拉曼显微光谱学方法依赖于细胞样本的分子成分造成的单色光的非弹性分散，”文章的共同作者Paras N. Prasad说。“光与细胞中不同类型的分子之间的相互作用产生了拉曼光谱，它实质上体现了细胞内被检测的区域的化学指纹。”

研究团队比较了单个凋亡细胞和非凋亡细胞线粒体的拉曼光谱，以监测线粒体分子内容物整体的变化。他们同时用生化方法对这些变化进行了测定。分析结果显示，DNA发生损伤后，蛋白构象发生了变化以及线粒体的生物分子内容物发生了改变，这些变化可以作为单个细胞的凋亡标志。

“我们因此确定了线粒体的生物分子内容物和凋亡进程之间的动力学关联，这种关联在此之前是未知的，” Chandra说。“这项研究创建了一种无创的新方法来监测单个细胞的生理状态。”

研究人员观察到，作为对DNA损伤的应答，线粒体会积累更高水平的DNA和蛋白质，而其他分子（如脂类和RNA）的水平会下降。此外，作为对压力的应答，特殊构象的蛋白会在线粒体上积累。

“癌症的发生涉及线粒体结构和功能的缺陷，而正常细胞的线粒体没有这些缺陷。我们的研究结果使得新工具的开发成为可能，这种新工具将用来检测含有缺陷线粒体的细胞。”Chandra说。“因此，在癌症早期鉴别受损细胞对于检测及治疗不同类型的实体瘤非常关键。”

这项名为“Transformations of the Macromolecular Landscape at Mitochondria During DNA-Damage-Induced Apoptotic Cell Death”的研究在线发表于Cell Death and Disease杂志。