ForskningspapirCodon optimering er en væsentlig parameter for effektiv allotopisk ekspression af mtDNA gener☆

Mutationer i mitokondrie-DNA kan være arvelige eller forekomme de novo, hvilket fører til flere svækkende myopatier uden nogen kurativ mulighed og få eller ingen effektive behandlinger. Allotopisk ekspression af omkodede mitokondriegener fra kernen har potentiale som en genterapistrategi for sådanne tilstande, men fremskridt på dette område er blevet hæmmet af tekniske udfordringer. Her har vi anvendt kodonoptimering som et værktøj til at omkonstruere de proteinkodende gener i det menneskelige mitokondrielle genom til robust og effektiv ekspression fra kernen. Alle 13 kodon-optimerede konstruktioner udviste væsentlig højere proteinekspression end minimalt rekodede gener, når de blev udtrykt transient, og steady-state mRNA-niveauer for optimerede genkonstruktioner var 5-180 gange beriget i forhold til rekodede versioner i stabilt udvalgte wildtype-celler. Otte af tretten mitokondrialkodede oxidativ fosforyleringsproteiner (OxPhos) opretholdt proteinekspression efter stabil udvælgelse, med mitokondriel lokalisering af ekspressionsprodukter. Vi vurderede også anvendeligheden af denne strategi til at redde mitokondrielle sygdomscellemodeller og fandt, at redningskapaciteten af allotopiske ekspressionskonstruktioner var gen-specifikke. Allotopisk ekspression af kodonoptimeret ATP8 i sygdomsmodeller kunne genoprette proteinniveauer og respiratorisk funktion, men redning af den patogene fænotype for et andet gen, ND1, lykkedes kun delvist. Disse resultater antyder, at selv om kodon-optimering alene ikke er tilstrækkelig til funktionel allotopisk ekspression af de fleste mitokondrielle gener, er det en væsentlig overvejelse i deres udformning.