Протофекция - это опосредованная белком трансфекция чужеродной митохондриальной ДНК (мтДНК) в митохондрии клеток ткани для дополнения или замены уже присутствующей нативной митохондриальной ДНК. Полный геном мтДНК или только фрагменты мтДНК, полученные в результате полимеразной цепной реакции, могут быть перенесены в митохондрии-мишени с помощью техники протофекции. [1]
В течение последних нескольких десятилетий ученые выдвинули гипотезу о том, что протофекция может быть полезной для пациентов с митохондриальными заболеваниями. Этот метод является недавней разработкой и постоянно совершенствуется. Поскольку митохондриальная ДНК становится все более поврежденной с возрастом, это может обеспечить метод, по крайней мере, частичного омоложения митохондрий в старых тканях, восстановления их первоначальной, молодой функции. [2] [3] [4]
Метод
Протофекция - это развивающаяся техника, которая постоянно совершенствуется. Была создана специфическая система трансдукции белка, которая входит в комплекс с мтДНК, что позволяет мтДНК перемещаться через мембрану клетки-мишени и специфически нацеливаться на митохондрии. Система трансдукции используется состоит из домена белка трансдукции , митохондриальных последовательностей локализации и фактор транскрипции митохондриального А . Каждый из них играет определенную роль в защите:
- Домен трансдукции белков необходим, потому что это небольшие участки белков, которые могут независимо пересекать клеточную мембрану клеток.
- Определенные последовательности митохондриальной локализации используются для протофекции, потому что они позволяют мтДНК проникать в митохондрии.
- Фактор транскрипции митохондрий А используется, потому что он раскручивает мтДНК, которая входит в митохондрии, что имеет решающее значение для репликации мтДНК.
Этот процесс может привести к увеличению количества мтДНК, присутствующей в митохондриях клеток-мишеней. [5]
Система трансдукции была настроена и модифицирована с момента первого использования протофекции. Чтобы сократить название комплекса, который раньше назывался комплексом PTD-MLS-TFAM, теперь он называется MTD-TFAM. MTD означает домен митохондриальной трансдукции и включает домен трансдукции белка и последовательности митохондриальной локализации. [6]
Возможные терапевтические применения
Одна из гипотез митохондриальных заболеваний заключается в том, что повреждение и дисфункция митохондрий играют важную роль в старении . Протофекция исследуется как возможный жизнеспособный лабораторный метод для создания генной терапии наследственных митохондриальных заболеваний, таких как наследственная оптическая нейропатия Лебера . Исследования показали, что протофекция может привести к улучшению функции митохондрий в клетках-мишенях. [7] [8]
Протофекция может применяться к модифицированным или искусственным митохондриям. Митохондрии можно модифицировать, чтобы производить мало свободных радикалов или не производить никаких свободных радикалов без ущерба для выработки энергии. Недавние исследования показали, что митохондриальные трансплантаты могут быть полезны для омоложения мертвых или умирающих тканей, например, при сердечных приступах, при которых митохондрии являются первой частью клетки, которая умирает. [9]
Рекомендации
- ^ Хан, Шахарьяр М .; Беннетт, Джеймс П. (1 августа 2004 г.). "Развитие терапии замещения митохондриальных генов" (PDF) . Журнал биоэнергетики и биомембран . 36 (4): 387–393. DOI : 10,1023 / Б: JOBB.0000041773.20072.9e . PMID 15377877 .
- ^ Хан, Шахарьяр М .; Беннет-младший, Джеймс П. (август 2004 г.). «Разработка заместительной терапии митохондриальных генов». Журнал биоэнергетики и биомембран . 36 (4): 387–393. DOI : 10.1023 / B: jobb.0000041773.20072.9e . ISSN 0145-479X . PMID 15377877 .
- ^ Хан, Шахарьяр М .; Беннетт, Джеймс П. (1 августа 2004 г.). "Развитие терапии замещения митохондриальных генов" (PDF) . Журнал биоэнергетики и биомембран . 36 (4): 387–393. DOI : 10,1023 / Б: JOBB.0000041773.20072.9e . PMID 15377877 .
- ^ Аравинта Шива, М .; Mahalakshmi, R .; Бхакта-Гуха, Дипита; Гуха, Гунджан (1 мая 2019 г.). «Генная терапия митохондриального генома: очищающие мутации, успокаивающие недуги» . Митохондрия . 46 : 195–208. DOI : 10.1016 / j.mito.2018.06.002 . PMID 29890303 .
- ^ Хан, Шахарьяр М .; Беннет-младший, Джеймс П. (август 2004 г.). «Разработка заместительной терапии митохондриальных генов». Журнал биоэнергетики и биомембран . 36 (4): 387–393. DOI : 10.1023 / B: jobb.0000041773.20072.9e . ISSN 0145-479X . PMID 15377877 .
- ^ Кини, Паула М .; Куигли, Кейтлин К .; Данэм, Лиза Д .; Papageorge, Christina M .; Айер, Шилпа; Thomas, Ravindar R .; Schwarz, Kathleen M .; Триммер, Патрисия А .; Хан, Шахарьяр М .; Portell, Francisco R .; Bergquist, Kristen E .; Беннетт, Джеймс П. (2009). "Митохондриальная генная терапия увеличивает физиологию митохондрий в модели клеток болезни Паркинсона" . Генная терапия человека . 20 (8): 897–907. DOI : 10.1089 / hum.2009.023 . PMC 2829286 . PMID 19374590 .
- ^ Айер, Шилпа (март 2013 г.). «Новые терапевтические подходы к наследственной оптической невропатии Лебера» . Открытие медицины . 15 (82): 141–149. ISSN 1539-6509 . PMC 5652312 . PMID 23545042 .
- ^ Rao, Raj R .; Айер, Шилпа (2015). «Стволовые клетки, нейронные предшественники и сконструированные стволовые клетки». Смерть нервных клеток . Методы молекулярной биологии. 1254 . С. 255–267. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2152-2_19 . ISBN 978-1-4939-2151-5. PMC 5642280 . PMID 25431071 .
- ^ Колата, Джина (10 июля 2018 г.). «Умирающие органы, возвращенные к жизни в новых экспериментах» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 11 июля 2018 .
Внешние ссылки
- Что случилось с протофекцией? Статья, рассказывающая о контексте последних нескольких лет разработки защиты.
- Митохондриальная генная терапия улучшает физиологию митохондрий в клеточной модели болезни Паркинсона
- Разработка заместительной терапии митохондриальных генов
- Новые терапевтические подходы к наследственной оптической невропатии Лебера