Documento de investigaciónLa optimización del codón es un parámetro esencial para la expresión alotópica eficiente de los genes del ADNmt☆

Las mutaciones en el ADN mitocondrial pueden ser heredadas o producirse de novo dando lugar a varias miopatías debilitantes sin opción curativa y con pocos o ningún tratamiento eficaz. La expresión alotópica de genes mitocondriales recodificados desde el núcleo tiene potencial como estrategia de terapia génica para tales condiciones, sin embargo el progreso en este campo se ha visto obstaculizado por desafíos técnicos. Aquí empleamos la optimización de codones como herramienta para rediseñar los genes codificadores de proteínas del genoma mitocondrial humano para una expresión robusta y eficiente desde el núcleo. Las 13 construcciones optimizadas con codones mostraron una expresión proteica sustancialmente superior a la de los genes mínimamente codificados cuando se expresaron de forma transitoria, y los niveles de ARNm en estado estable de las construcciones genéticas optimizadas fueron entre 5 y 180 veces superiores a las versiones recodificadas en células de tipo salvaje seleccionadas de forma estable. Ocho de las trece proteínas de fosforilación oxidativa codificadas por la mitocondria (OxPhos) mantuvieron la expresión proteica tras la selección estable, con localización mitocondrial de los productos de expresión. También evaluamos la utilidad de esta estrategia para rescatar modelos celulares de enfermedades mitocondriales y descubrimos que la capacidad de rescate de las construcciones de expresión alotópica era específica para cada gen. La expresión alotópica del codón optimizado de ATP8 en modelos de enfermedad pudo restaurar los niveles de proteína y la función respiratoria, sin embargo, el rescate del fenotipo patogénico de otro gen, ND1, sólo tuvo un éxito parcial. Estos resultados implican que, aunque la optimización del codón por sí sola no es suficiente para la expresión alotópica funcional de la mayoría de los genes mitocondriales, es una consideración esencial en su diseño.