Research PaperCodon optimization is an essential parameter for the efficient allotopic expression of mtDNA genes☆

Mutations in mitocondrial DNA can be inherited or occur de novo leading to several debilitating myopathies with no curative option and few or no effective treatments. L’espressione allotopica di geni mitocondriali ricodificati dal nucleo ha un potenziale come strategia di terapia genica per tali condizioni, tuttavia il progresso in questo campo è stato ostacolato da sfide tecniche. Qui abbiamo impiegato l’ottimizzazione del codone come strumento per reingegnerizzare i geni codificanti le proteine del genoma mitocondriale umano per l’espressione robusta ed efficiente dal nucleo. Tutti i 13 costrutti ottimizzati dal codone hanno esibito un’espressione proteica sostanzialmente più alta rispetto ai geni minimamente codificati quando espressi transitoriamente, e i livelli di mRNA allo stato stazionario per i costrutti genici ottimizzati erano 5-180 volte arricchiti rispetto alle versioni ricodificate in cellule wildtype selezionate in modo stabile. Otto di tredici proteine di fosforilazione ossidativa codificate nei mitocondri (OxPhos) hanno mantenuto l’espressione proteica dopo la selezione stabile, con localizzazione mitocondriale dei prodotti di espressione. Abbiamo anche valutato l’utilità di questa strategia nel salvataggio di modelli cellulari di malattie mitocondriali e abbiamo trovato la capacità di salvataggio dei costrutti di espressione allotopica per essere specifici del gene. L’espressione allotopica del codone ottimizzato ATP8 in modelli di malattia potrebbe ripristinare i livelli di proteine e la funzione respiratoria, tuttavia, il salvataggio del fenotipo patogeno per un altro gene, ND1 è stato solo parzialmente riuscito. Questi risultati implicano che anche se l’ottimizzazione del codone da sola non è sufficiente per l’espressione allotopica funzionale della maggior parte dei geni mitocondriali, è una considerazione essenziale nella loro progettazione.