Research PaperCodon optimization é um parâmetro essencial para a expressão alotópica eficiente do mtDNA genes☆

Mutações no DNA mitocondrial podem ser herdadas ou ocorrer de novo levando a várias miopatias debilitantes sem opção curativa e poucos ou nenhum tratamento eficaz. A expressão alotópica de genes mitocondriais recodificados a partir do núcleo tem potencial como estratégia de terapia genética para tais condições, no entanto, o progresso neste campo tem sido dificultado por desafios técnicos. Aqui empregamos a otimização do códon como uma ferramenta para reengenharia dos genes codificadores de proteínas do genoma mitocondrial humano para uma expressão robusta e eficiente a partir do núcleo. Todas as 13 construções otimizadas com códon exibiram uma expressão protéica substancialmente maior do que os genes minimamente codificados quando expressos transitoriamente, e os níveis de mRNA em estado estável para construções otimizadas de genes foram 5-180 dobras enriquecidas sobre versões recodificadas em células do tipo selvagem estavelmente selecionadas. Oito das treze proteínas mitocondriais codificadas com fosforilação oxidativa (OxPhos) mantiveram expressão protéica após seleção estável, com localização mitocondrial dos produtos de expressão. Também avaliamos a utilidade desta estratégia no resgate de modelos celulares da doença mitocondrial e constatamos que a capacidade de resgate de construções alotópicas de expressão é específica do gene. A expressão alotópica do códon ATP8 otimizado em modelos de doença poderia restaurar os níveis protéicos e a função respiratória, entretanto, o resgate do fenótipo patogênico para outro gene, o ND1, foi apenas parcialmente bem sucedido. Estes resultados implicam que embora a otimização do códon por si só não seja suficiente para a expressão alotópica funcional da maioria dos genes mitocondriais, é uma consideração essencial no seu desenho.