Research PaperCodonoptimering är en viktig parameter för effektivt allotopiskt uttryck av mtDNA-gener☆

Mutationer i mitokondrie-DNA kan vara ärftliga eller uppkomma de novo och leda till flera försvagande myopatier som inte har något botande alternativ och få eller inga effektiva behandlingar. Allotopiskt uttryck av omkodade mitokondriella gener från kärnan har potential som en genterapistrategi för sådana tillstånd, men framstegen på detta område har hindrats av tekniska utmaningar. Här har vi använt kodonoptimering som ett verktyg för att omkonstruera de proteinkodande generna i det mänskliga mitokondriella genomet för robust och effektivt uttryck från kärnan. Alla 13 kodonoptimerade konstruktioner uppvisade väsentligt högre proteinuttryck än minimalt omkodade gener när de uttrycktes transient, och steady-state mRNA-nivåer för optimerade genkonstruktioner var 5-180 gånger anrikade jämfört med omkodade versioner i stabilt selekterade vildtypsceller. Åtta av tretton mitokondriekodade proteiner för oxidativ fosforylering (OxPhos) bibehöll proteinuttrycket efter stabilt urval, med mitokondriell lokalisering av uttrycksprodukter. Vi bedömde också nyttan av denna strategi för att rädda cellmodeller för mitokondriella sjukdomar och fann att räddningskapaciteten hos allotopiska uttryckskonstruktioner var genspecifik. Allotopiskt uttryck av kodonoptimerad ATP8 i sjukdomsmodeller kunde återställa proteinnivåer och andningsfunktion, men räddningen av den patogena fenotypen för en annan gen, ND1, var endast delvis framgångsrik. Dessa resultat innebär att även om kodonoptimering i sig inte är tillräcklig för funktionellt allotopiskt uttryck av de flesta mitokondriella gener, är det en viktig aspekt vid utformningen av dem.