Ученым из Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе (UCLA, США) впервые удалось найти универсальный способ корректировки мутаций митохондриальной ДНК человека с помощью молекул РНК. Новый метод внесет значительный вклад в разработку терапии множества митохондриальных заболеваний. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Мутации митохондриального генома человека вовлечены в развитие различных метаболических дефектов, нервно-мышечных заболеваний, а также процессы старения. Методов компенсации этих мутаций к настоящему времени еще не разработано», - говорит один из авторов исследования Майкл Тейтелл (Michael Teitell), профессор патологии и лабораторной медицины, научный сотрудник Центра Регенеративной Медицины и Исследований Стволовых Клеток Эли и Эдит Брод (Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research at UCLA, США).
По данным организации Mito Action, поддерживающей исследования митохондриальных заболеваний, только в США ежегодно рождается от 1 до 4 тыс. детей с митохондриальными заболеваниями, а более чем у 4 тыс. детей они развиваются по достижении возраста 10 лет. У взрослых с нарушениями функций митохондрий связано множество возрастных заболеваний, таких как диабет, болезнь Паркинсона, сердечно-сосудистые заболевания, инсульты, болезнь Альцгеймера и онкологические заболевания.
«Новые данные могут серьезно повлиять на эту область исследований, - говорит Тейтелл. – На разработку метода было потрачено много времени, поскольку некоторые ключевые моменты были изначально упущены. На данный момент эффективность методики была оценена только в экспериментах на линиях человеческих клеток с мутациями в митохондриальной ДНК. Следующим этапом будет трансляция экспериментов на модели на животных и далее на человека».
Настоящее исследование базировалось на результатах предыдущих работ, опубликованных в 2010 г. в журнале Cell, в которых Тейтелл совместно с группой ученых из Центра Исследований Стволовых Клеток (Broad Stem Cell Research Center) под руководством Карлы Кёлер (Carla Koehler) выявили белок, осуществляющий транспортировку РНК в митохондрии.
Митохондрии – клеточные органоиды, служащие энергетическими станциями клетки. Их основная функция заключается в окислении органических соединений и использовании освобожденной при их распаде энергии для синтеза молекул АТФ. Кроме того, митохондрии вовлечены в множество других клеточных процессов, таких как сигналлинг, дифференцировка, апоптоз, контроль клеточного цикла и рост.
Доставка в митохондрии малых РНК из ядра необходима для осуществления процессов репликации, транскрипции и трансляции митохондриального генома, но механизмы доставки РНК в митохондрии остаются слабо изученными.
Исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Cell, позволило выяснить роль белка полинуклеотид фосфорилазы (polynucleotide phosphorylase, PNPASE) в регуляции доставки РНК в митохондрии. Снижение экспрессии PNPASE приводило к снижению уровня доставки ядерной РНК в митохондрии, что ухудшало процессинг митохондриальной РНК. Это, в свою очередь, ингибировало трансляцию белков, необходимых для поддержания митохондриальной электронтранспортной цепи, потребляющей кислород в процессе клеточного дыхания для производства энергии. Итого, снижение количества белков PNPASE приводило к накоплению непроцессированных молекул митохондриальной РНК, в результате чего трансляция белков ингибировалась – производство энергии сокращалось, что замедляло клеточный рост.
«Данные, полученные в ходе исследования, могут лечь в основу генной терапии, предназначенной для компенсации мутаций митохондриального генома, связанных с развитием множества заболеваний», - говорит Кёлер.
Генная терапия часто используется с целью экспрессии определенных белков, влияющих на течение различных заболеваний. Джен Вон (Geng Wang), научный сотрудник Центра Регенеративной Медицины и Исследований Стволовых Клеток, разработал метод доставки в митохондрии специфических ядерных молекул РНК, предназначенных для экспрессии белков, необходимых для восстановления мутаций митохондриальных генов.
Первым делом ученым необходимо было найти способ стабилизировать репаративную РНК, чтоб она могла транспортироваться в ядро и локализоваться на внешней мембране митохондрий. Этого удалось достичь путем создания особой экспортной последовательности, связанной с белком PNPASE. После того, как РНК оказывалась на поверхности митохондрий, необходима была другая транспортная последовательность для доставки молекулы внутрь органеллы. В экспериментах на моделях митохондриальных заболеваний на двух разных клеточных линиях ученым удалось доставить в митохондрии множество разных молекул РНК, где те успешно исправляли нарушения и восстанавливали нормальный уровень производства энергии.
«Результаты исследования показали, что в митохондрии можно доставить множество разных молекул РНК путем присоединения таргетной последовательности, взаимодействующей с белком PNPASE. Это может стать новым методом терапии митохондриальных генетических заболеваний», - говорит Тейтелл.
В ближайшем будущем Тейтелл и Кёлер собираются проверить новый метод на моделях митохондриальных заболеваний на животных, чтобы установить, удастся ли исправить дефекты митохондриальных мутаций на целом организме.
Источник: Cbio.ru
