Pokroky v úpravě mitochondriální DNA: Nové možnosti pro léčbu nemocí a stárnutí
Technologie úpravy bází, jako jsou různé přístupy založené na CRISPR, představuje účinný nástroj pro provádění malých změn v sekvencích DNA. Funguje však pouze v jaderném genomu. Vědci nedávno demonstrovali úpravu bází, která funguje pro stovky mitochondriálních genomů přítomných v buňce. To je dobrá zpráva pro pacienty s jednotlivými škodlivými zděděnými mitochondriálními mutacemi, ale zůstává otázkou, zda lze úpravu bází užitečně aplikovat na problém stochastického poškození DNA při stárnutí. Jak opravit milion různých mutací v bilionech různých genomů? Tato schopnost se v současné době zdá být mimo dosah. Jiné cesty se jeví jako dosažitelnější, například nahrazení populací kmenových buněk mladými, minimálně poškozenými buňkami, což by umožnilo tkáním pomalu se zbavovat mutační zátěže v průběhu času, nebo dodání velkého množství nepoškozených mitochondrií, které buňky přijmou, aby nahradily stávající poškozené populace.
Mutace v mitochondriálním genomu mohou způsobit mateřsky dědičné nemoci, rakovinu a stavy související se stárnutím. Nedávný technologický pokrok nyní umožňuje vytváření a opravy mutací v mitochondriálním genomu, ale stále zůstává relativně neznámé, jak mohou pacienti s primárním mitochondriálním onemocněním z této technologie těžit. Vědci demonstrují potenciál double-stranded DNA deaminase toxin A-derived cytosine base editor (DdCBE) pro vývoj modelů nemocí a terapeutických strategií pro mitochondriální onemocnění v primárních lidských buňkách.
Zavedení mutace m.15150G > A do jaterních organoidů vedlo k liniím organoidů s různou mírou heteroplazmie a odpovídajícím snížením produkce ATP, což poskytuje jedinečný model pro studium funkčních důsledků různých úrovní heteroplazmie této mutace. Korekce mutace m.4291T > C ve fibroblastech odvozených od pacienta obnovila mitochondriální membránový potenciál. DdCBE generoval udržitelné úpravy s vysokou specificitou a čistotou produktu.
Pro přípravu na klinické použití vědci zjistili, že úprava mitochondriálních bází zprostředkovaná mRNA vedla ke zvýšené účinnosti a buněčné životaschopnosti ve srovnání s úpravou zprostředkovanou DNA. Navíc prokázali účinnou dodávku editorů mitochondriálních bází mRNA pomocí lipidových nanočástic, což je v současné době nejpokročilejší nevirový in vivo systém dodávání genových produktů. Tato studie tak demonstruje potenciál úpravy mitochondriálních bází nejen k vytváření jedinečných in vitro modelů pro studium těchto nemocí, ale také k funkční korekci mitochondriálních mutací v buňkách odvozených od pacienta pro budoucí terapeutické účely.