Kutatási cikkA kodonoptimalizálás az mtDNS-gének hatékony allotópos kifejeződésének lényeges paramétere☆

A mitokondriális DNS-ben bekövetkező mutációk örökölhetők vagy de novo fordulhatnak elő, ami számos olyan legyengítő myopathiához vezet, amelyeknél nincs gyógyítási lehetőség és kevés vagy semmilyen hatékony kezelés. Az átkódolt mitokondriális gének atommagból történő allotópos expressziója potenciális génterápiás stratégiát jelent az ilyen állapotok kezelésére, azonban az e téren elért fejlődést technikai kihívások hátráltatják. Itt a kodonoptimalizálást alkalmaztuk eszközként a humán mitokondriális genom fehérjekódoló génjeinek átdolgozására a sejtmagból történő robusztus és hatékony expresszió érdekében. Mind a 13 kodon-optimalizált konstrukció lényegesen magasabb fehérjeexpressziót mutatott, mint a minimálisan átkódolt gének, amikor tranziens módon fejeződtek ki, és az optimalizált génkonstrukciók stabilan szelektált vad típusú sejtekben 5-180-szoros mRNS-szintet mutattak az átkódolt változatokhoz képest. Tizenhárom mitokondriumban kódolt oxidatív foszforiláció (OxPhos) fehérjéből nyolc fehérje stabil szelekciót követően is megőrizte fehérjeexpresszióját, a kifejeződési termékek mitokondriális lokalizációja mellett. Megvizsgáltuk e stratégia hasznosságát a mitokondriális betegségek sejtmodelljeinek megmentésében is, és megállapítottuk, hogy az allotópos expressziós konstrukciók megmentő képessége génspecifikus. A kodonoptimalizált ATP8 allotópos expressziója betegségmodellekben helyre tudta állítani a fehérjeszintet és a légzési funkciót, azonban egy másik gén, az ND1 patogén fenotípusának mentése csak részben volt sikeres. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy bár a kodon-optimalizálás önmagában nem elegendő a legtöbb mitokondriális gén funkcionális allotópos kifejeződéséhez, mégis lényeges szempont a tervezésük során.