TutkimusjulkaisuKodonien optimointi on olennainen parametri mtDNA-geenien tehokkaalle allotooppiselle ilmentymiselle☆

Mutaatiot mitokondriaalisessa DNA:ssa voivat olla periytyviä tai ne voivat tapahtua de novo, mikä johtaa useisiin heikentäviin sydänlihassairauksiin, joilla ei ole parantavaa vaihtoehtoa eikä vain harvoja tai ei lainkaan tehokkaita hoitoja. Uudelleenkoodattujen mitokondriaalisten geenien allotooppisella ilmentymisellä ytimestä on potentiaalia tällaisten sairauksien geeniterapiastrategiana, mutta tekniset haasteet ovat kuitenkin haitanneet edistymistä tällä alalla. Tässä tutkimuksessa käytimme kodonien optimointia keinona muokata ihmisen mitokondriogenomin proteiineja koodaavia geenejä uudelleen, jotta ne voisivat ilmentyä vankasti ja tehokkaasti ytimestä. Kaikilla 13:lla kodonioptimoidulla konstruktiolla oli huomattavasti korkeampi proteiiniekspressio kuin minimaalisesti koodatuilla geeneillä, kun niitä ekspressoitiin ohimenevästi, ja optimoitujen geenikonstruktioiden mRNA-tasot olivat 5-180-kertaiset verrattuna uudelleen koodattuihin versioihin vakaasti valikoiduissa villityypin soluissa. Kahdeksan kolmestatoista mitokondriokoodatusta oksidatiivisen fosforylaation (OxPhos) proteiinista säilytti proteiiniekspression stabiilin valinnan jälkeen, ja ekspressiotuotteet paikallistuivat mitokondrioihin. Arvioimme myös tämän strategian käyttökelpoisuutta mitokondriosairauksien solumallien pelastamisessa ja totesimme allotyyppisten ekspressiokonstruktioiden pelastuskyvyn olevan geenispesifinen. Koodonioptimoidun ATP8:n allotyyppinen ilmentyminen tautimalleissa pystyi palauttamaan proteiinitasot ja hengitystoiminnan, mutta toisen geenin, ND1:n, patogeenisen fenotyypin pelastaminen onnistui vain osittain. Nämä tulokset viittaavat siihen, että vaikka pelkkä kodonioptimointi ei yksinään riitä useimpien mitokondriaalisten geenien toimivaan allotooppiseen ilmentymiseen, se on olennainen näkökohta niiden suunnittelussa.