Mutacje w mitochondrialnym DNA mogą być dziedziczone lub występować de novo prowadząc do kilku wyniszczających miopatii bez możliwości leczenia i kilku lub żadnych skutecznych metod terapii. Allotopowa ekspresja przekodowanych genów mitochondrialnych z jądra ma potencjał jako strategia terapii genowej w takich schorzeniach, jednak postęp w tej dziedzinie został zahamowany przez wyzwania techniczne. Tutaj zastosowaliśmy optymalizację kodonów jako narzędzie do przeprojektowania genów kodujących białka ludzkiego genomu mitochondrialnego do solidnej, wydajnej ekspresji z jądra. Wszystkie 13 konstruktów zoptymalizowanych kodonowo wykazywało znacznie wyższą ekspresję białka niż minimalnie przekodowane geny podczas przejściowej ekspresji, a poziomy mRNA w stanie stacjonarnym dla zoptymalizowanych konstrukcji genowych były 5-180-krotnie wzbogacone w stosunku do przekodowanych wersji w stabilnie wyselekcjonowanych komórkach wildtype. Osiem z trzynastu kodowanych przez mitochondria białek fosforylacji oksydacyjnej (OxPhos) utrzymywało ekspresję białek po stabilnej selekcji, z mitochondrialną lokalizacją produktów ekspresji. Oceniliśmy również przydatność tej strategii w ratowaniu modeli komórkowych chorób mitochondrialnych i stwierdziliśmy, że zdolność ratunkowa allotopowych konstrukcji ekspresyjnych jest specyficzna dla danego genu. Allotopowa ekspresja zoptymalizowanego kodonowo ATP8 w modelach chorobowych może przywrócić poziom białka i funkcję oddechową, jednak ratowanie patogennego fenotypu dla innego genu, ND1, było tylko częściowo udane. Wyniki te sugerują, że chociaż sama optymalizacja kodonów nie jest wystarczająca do funkcjonalnej, allotopowej ekspresji większości genów mitochondrialnych, to jest ona istotnym czynnikiem w ich projektowaniu.
.