Research PaperCodon optimalisatie is een essentiële parameter voor de efficiënte allotope expressie van mtDNA genen☆

Mutaties in het mitochondriaal DNA kunnen erfelijk zijn of de novo optreden wat leidt tot verschillende invaliderende myopathieën zonder curatieve optie en weinig of geen effectieve behandelingen. Allotope expressie van gehercodeerde mitochondriale genen vanuit de celkern heeft potentieel als een gentherapie strategie voor dergelijke aandoeningen, maar vooruitgang op dit gebied is belemmerd door technische uitdagingen. Hier hebben we codon-optimalisatie gebruikt als een hulpmiddel om de eiwit-coderende genen van het menselijke mitochondriale genoom te re-engineeren voor robuuste, efficiënte expressie vanuit de celkern. Alle 13 codon-geoptimaliseerde constructen vertoonden een aanzienlijk hogere eiwitexpressie dan minimaal gecodeerde genen bij transiënte expressie, en steady-state mRNA niveaus voor geoptimaliseerde genconstructen waren 5-180 keer verrijkt ten opzichte van gecodeerde versies in stabiel-geselecteerde wildtype cellen. Acht van dertien mitochondria-gecodeerde oxidatieve fosforylatie (OxPhos) eiwitten behielden eiwitexpressie na stabiele selectie, met mitochondriale lokalisatie van expressieproducten. We evalueerden ook de bruikbaarheid van deze strategie in het redden van mitochondriale ziekte celmodellen en vonden de reddingscapaciteit van allotope expressie constructen gen-specifiek te zijn. Allotope expressie van codon geoptimaliseerd ATP8 in ziektemodellen kon eiwitniveaus en ademhalingsfunctie herstellen, maar redding van het pathogene fenotype van een ander gen, ND1, was slechts gedeeltelijk succesvol. Deze resultaten impliceren dat hoewel codon-optimalisatie alleen niet voldoende is voor functionele allotope expressie van de meeste mitochondriale genen, het een essentiële overweging is in hun ontwerp.