Хабрахабр

[Перевод] SENS Research Foundation планирует первые испытания на мышах аллотопической экспрессии

Они сохранили небольшой фрагмент бактериального генома, кодирующего тринадцать генов, нужных для функционирования митохондрий. Митохондрии – «энергетические станции» клетки, потомки древних симбиотических бактерий. К сожалению, митохондриальная ДНК более подвержена повреждениям, чем ядерная, и некоторые формы повреждений могут приводить к мутациям и сбоям в работе митохондрий. Большинство иных генов перешли в ядро клетки в процессе эволюции, так как митохондрии становились все более интегрированными в клетку. Затем эта клетка становится экспортером свободных радикалов, что приводит к целому ряду возрастных патологий. Мутантные митохондрии быстро захватывают клетку, вытесняя их функциональные версии в процессе клональной экспансии. Она в принципе предотвратит изменения в митохондриях за счёт предоставления резервного источника белков, нужных для их правильной работы. Перекисные липиды, например, являются причиной атеросклероза.
Целью исследовательской программы MitoSENS является создание резервных копий всех митохондриальных генов в ядре клетки при помощи генной терапии, процесс, известный как аллотопическая экспрессия. Гены нужно изменить так, чтобы белки могли мигрировать в митохондрии, а оптимизация вставки и миграции – сложная задача. Конечно, это легче сказать, чем сделать. Увы, из-за низкого уровня финансирования работа прогрессировала медленно за годы, прошедшие с тех пор, как впервые была показана аллотопическая экспрессия.

На этот раз у нас есть две новости. Всем привет! Мы все ещё изучаем, правы ли мы на 100%, прежде чем писать публикацию и делать заявление, но мы очень близки. Во-первых, мы готовим рассказ о новом трюке, который мы применили, чтобы улучшить аллотопическую экспрессию митохондриальных генов. Будьте на связи! Да, это означает, что мы провели аллотопическую экспрессию большего числа генов.

Оно будет включать в себя испытание двух технологий, которые SENS Research Foundation помог изобрести: уникальная технология трансгенных мышей и применение того, что мы узнали в 2016 году. Во-вторых, мы находимся на этапе планирования нашего первого испытания на мышах, и мы просим вас помочь в его запуске! В ближайшее время вы увидите объявление о новом испытании. Наша работа, мы уверены, покажет миру, что аллотопическая экспрессия реальна, и за ней будущее.

Мэттью «Оки» О'Коннор, PhD, глава программы MitoSENS

Интервью с Мэттью О'Коннором на Longecity

Запись в mp3

Старение митохондрий – важная часть процесса старения человека. На этой неделе мы рассказываем вам про работу SENS Research Foundation, занимающегося устранением молекулярных и клеточных повреждений. Недавно произошли важные события, и вы узнаете о них в нашем интервью с главой программы MitoSENS, доктором Мэтью О'Коннором. Программа SENS, решающая эту проблему, MitoSENS, является одним из наиболее амбициозных и технически сложных биоинженерных проектов.

Longecity: Вы в эфире!

Мэтью О'Коннор: Привет, спасибо за приглашение!

Longecity: Могли бы вы рассказать немного про MitoSENS?

Мы разрабатываем генную терапию, исправляющую митохондриальные мутации. Мэтью О'Коннор: Конечно. Проблемы начинаются, когда в них возникают мутации, либо унаследованные от вашей матери, либо возрастные. Идея в том, что митохондрии имеют собственную ДНК, собственные гены, всего 13 генов, кодирующих белки, но все они важны.

Longecity: И возрастные мутации затрагивают почти всех, правильно?

Мы ещё не уверены на 100%, но всё указывает, что митохондриальная функция уменьшается с возрастом, и что это важный аспект старения, который каждый испытывает на себе, например, в своих мышцах, поскольку они становятся слабее с возрастом. Мэтью О'Коннор: Верно.

Концепция MitoSENS заключалась в том, чтобы перенести некоторые из этих генов в ядро клетки, в нём они были бы лучше защищены, и продолжали бы делать свою работу. Longecity: В прошлую нашу встречу у вас была лишь концепция перемещения митохондриальных генов в ядро. Вы перешли от первых двух генов, на которые вы нацелились? Что у вас нового?

Это задача ядра, в котором живут все наши хромосомы. Мэтью О'Коннор: Митохондриальная ДНК более подвержена повреждению, потому что митохондрии специализируются на создании энергии, а не на защите и хранении ДНК. Поэтому мы пытались вставить резервную копию любого из тринадцати генов в ядре. Митохондрии производят энергию, а побочным продуктом производства энергии являются свободные радикалы, разрушающие чувствительную ДНК. У нас была публикация в конце 2016 года, в которой мы ясно показали, что можем взять клетку у пациента с мутациями в двух из тринадцати генов и исправить их, применяя нашу генную терапию. Вы упомянули два, над которыми мы работали.

Звучит весьма неплохо! Longecity: Значит, вы смогли исправить митохондриальные мутации, вернуть митохондриальные функции в этих клетках.

Мы смогли показать увеличение производства энергии митохондриями, мы смогли показать потребление кислорода. Мэтью О'Коннор: Да, всё было очень ясно. Мы смогли показать улучшение их выживания. Причина, по которой мы дышим, потребляем кислород, состоит в том, что он нужен нашим митохондрииям, чтобы производить энергию. В аэробных условиях выживали лишь исправленные клетки, и все мутантные клетки гибли. Мы смогли вырастить клетки в двух разных условиях: анаэробно, как обычно делают раковые клетки или как растут бактерии и в условиях, когда они могли выживать лишь аэробно, если они могли потреблять кислород, используя митохондрии.

А как насчёт иных 11 генов? Longecity: Таким образом, у вас был успех с этими двумя первыми генами, на которые вы нацелились. Какие-либо планы по работе с любым из них в ближайшее время?

Мы разработали векторы ДНК нацеливания для всех 13 генов, кодирующих белки, и мы протестировали их на способность продуцировать белки и направлять их в митохондрии. Мэтью О'Коннор: Да, на самом деле мы уже работаем над всеми ими в разной степени, и я могу рассказать вам немного об успехе. Но у нас намечается прогресс, и мы сообщим о нём в ближайшее время. Не все из них работают хорошо, и мы ещё не можем объявить победу. Мы поговорим о стратегиях, над которыми мы работаем, с целью улучшения непрерывного процесса разработки генов и их нацеливания на митохондрии. Мы покажем, какие из них лучше всего работают, а какие работают хуже.

Как это происходит? Longecity: Я не биоинженер, так что могли бы вы разъяснить механизм, при помощи которого белки оказываются в митохондриях?

Так что их транспортировка – скорее обычный процесс, а необычная часть – синтез белка в митохондриях. Мэтью О'Коннор: Митохондрии кодируют лишь 13 белков, ядро кодирует более тысячи белков, которые транспортируются в митохондрии. Две простейшие проблемы, например, – митохондриальная ДНК написана на немного ином языке. Мы изучили то, как обычно работает ядро, и пытаемся изменить митохондриальные белки, чтобы они вели себя как ядерные белки. Первое, что нам нужно сделать, это перевести гены на язык ядра. Она по-прежнему использует те же четыре буквы: A, T, G и С, но способ чтения их немного различается. Мы берём MTS у иного гена и вставляем её в начале любого из наших 13 генов, чтобы нацелить экспрессируемый белок на митоходрию. Второе, что нам нужно сделать, это поставить нацеливающую последовательность в начале гена, называемую mitochondrial targeting sequence или MTS. И мы проверили много MTS в нашей лаборатории.

Вы работали над этим в течение нескольких лет, что является самой главной проблемой в ускорении этой потенциальной омолаживающей терапии? Longecity: Это звучит довольно сложно, технически.

Много разных аспектов, которые мы изучаем, они и есть сложная часть, включая наше понимание, как эволюция создала эту систему, и выяснение того, как мы можем применить её к митохондриальным генам. Мэтью О'Коннор: Итак, две вещи, которые я только что рассказал, являются относительно лёгкой частью, а сложная часть – оптимизация способа работы кода с MTS и иными регуляторными последовательностями, которые окружают ген, как ген попадает в геном, сколько раз он вставлен. Мы всё время проектируем и перепроектируем, пробуя разные изменения в генах, чтобы попытаться выяснить, как улучшить их экспрессию, нацеливание белков на митохондрии, а затем импорт в митохондрии, измеряем их функцию.

Есть ли какие-нибудь новые более эффективные инструменты? Longecity: Люди, которые следят за исследованиями в сфере омоложения, знают, что всё это медленно, утомительно и сложно.

Один из них заключается в том, что в нынешнюю эпоху синтетической биологии вы можете заказать всего за пару тысяч долларов любую последовательность ДНК с нуля. Мэтью О'Коннор: Есть два инструмента, которые помогают нам. В прежние времена, чтобы создать новую версию, мы использовали множество разных хаков, которые занимали недели и месяцы, но в наше время нужно лишь напечатать её и отправить на email. Поэтому в наше время, в отличие от времени, когда я учился в аспирантуре, мы можем просто набрать на компьютере код, который мы хотим создать, и синтезировать его. Второй – CRISPR, он не новый в молекулярной биологии, но новый в нашем проекте, он позволяет нам контролировать, где в ядерном геноме мы вставляем наши гены. Это было огромным благом для нас и нашей способности проверять новые идеи. Обычно это происходит случайно, в любое место, и это аспект, который может усложнить ситуацию. Он убирает лишнюю изменчивость, которую раньше обязаны были учитывать инженеры, пытаясь вставить свой ген в геном. В наше время мы начинаем контролировать процесс, вставляя гены более конкретно при помощи CRISPR.

Я знаю, что вы были очень осторожны в планировании того, как MitoSENS будет развиваться. Longecity: В наше время существует много компаний, они смотрят на один из аспектов старения, и, кажется, внезапно возникают некоторые препятствия или неожиданные вещи на их пути. В течение нескольких лет, что было самым удивительным, или какие внезапные проблемы возникли?

Например, я говорил об использовании CRISPR для специфического нацеливания гена в ядре. Мэтью О'Коннор: Одна из проблем заключается в том, что модели митохондриальных мутаций весьма ограничены. Таким образом, невозможно манипулировать митохондриальным геномом, а это значит, что никто не может создавать специфические мутации в митохондриальной ДНК. Но если вы хотите нацелить что-то в митохондрии, вы не можете использовать CRISPR, в ней он не работает или, по крайней мере, никто не выяснил, как заставить его работать. Кроме того, в модельных системах – например, таких как мыши, – не так много мутаций, которые обычно изучаются в лаборатории. Мы используем случайные мутации, которые происходят естественным путём. Это не значит, что мы экспериментируем с людьми, мы используем человеческие клетки. Существует очень мало мышиных митохондриальных заболеваний, и поэтому большинство из нас используют людей. И наша группа придирчива к мутациям, которые мы хотим изучать, потому что мы хотим специфические мутации, влияющие лишь на один, может быть, два гена за раз, чтобы мы могли спрашивать простые вопросы. Мы ограничены клетками, которые берутся у пациентов, у кого нашли редкие митохондриальные мутации. Я бы сказал, что одно из самых больших препятствий, которые замедляет нас, отсутствие хороших клеточных линий для работы. Попытка сделать всё сразу оказывается небрежным способом. Мы всё время их ищем – в публикациях и на конференциях.

Longecity: И следующий вопрос: когда вы планируете работать с целыми организмами, а не просто с клетками в чашке?

Мы планируем начать сбор средств на мышиные испытания в ближайшие месяцы. Мэтью О'Коннор: Хороший вопрос, и у меня есть обнадёживающий ответ. Лаборатории обещали выращивать нам трансгенных мышей. Мы пишем финансовые планы. Мы нашли мышей с нужными мутациями. Мы полностью спроектировали мышей, которые нам нужны. Но у нас есть мыши с умеренными мутациями, и мы уже сделали эксперименты на их клетках, и они считаются работающими. Они не такие важные, как те, с которыми мы обычно работаем в клеточных линиях, но с иными мыши бы не выжили, так как митохондриальные мутации весьма вредны для здоровья. Тем не менее, у нас будут мыши с нашим геном, наверное, менее чем через год. Поэтому я думаю, что у нас скоро появятся мыши, но лишь через пару лет мы узнаем, исправили ли мы мутацию.

Последний вопрос здесь: вы работаете с повреждёнными митохондриями, а теория старения SENS говорит, эй, давайте просто исправим ущерб, и всё будет намного лучше. Longecity: Звучит здорово. Антиоксиданты, такие как MitoQ или предшественники NAD+, что вы думаете о них? Есть ли у вас мысли о нынешних продуктах? Считаете ли вы их эффективными?

Я бы сказал, что есть некоторые предварительные исследования, указывающие, что повышение уровня NAD+ при помощи этих БАД реально может оказать какое-то положительное влияние на вашу митохондриальную функцию. Мэтью О'Коннор: Это сложный вопрос, поскольку это не моя сфера, но я расскажу своё мнение. Но они могли бы слегка улучшить производство энергии. Улучшат ли они ваше здоровье или продолжительность жизни – ещё не решённый вопрос. И всё же я считаю, что на эту сферу исследований стоит обратить внимание. Антиоксиданты, нацеленные на митохондрии, являются предположительно рабочими, но я не рекомендую вам бежать за ними в магазины. Но некоторые, похоже, попадают в них. Эпоха, в которой все говорили о принятии мегадоз витамина С и Е, чтобы попытаться убрать все свободные радикалы, производимые митохондриями, ушла, так как они не попадают в ваши митохондрии. Были эксперименты, которые показали, что некоторые из этих целевых антиоксидантов могут излишне хорошо убирать свободные радикалы и фактически наносят ущерб митохондриальной функции. Проблема в том, что это чувствительная система, и лучше в неё не вмешиваться. Поэтому я не бегу в магазины за ними, а слежу за исследованиями.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть