Mitochondriální choroby postihují přibližně 1 z 5 000 lidí po celém světě, což způsobuje oslabující příznaky od svalové slabosti po epizody podobné mrtvici. Některé z těchto stavů jsou výsledkem mutací v mitochondriální DNA (mtDNA), genetickém materiálu umístěném v těchto organelách. U pacientů s běžnou mutací M.3243A> G, která může způsobit Melasův syndrom (mitochondriální myopatie, encefalopatii, laktátovou acidózu a epizody podobné mrtvici) a epizody diabetes mellitus, zůstávají omezené. Základní výzvou při výzkumu mitochondriálních onemocnění je, že pacienti obvykle mají v buňkách směs normální i mutované mtDNA. Tento stav, známý jako heteroplasmy, ztěžuje vývoj cílených terapií, protože poměry mtDNA s normálně-mutací se mohou velmi lišit od tkáně k tkáni.
Současný základní výzkum mutací MTDNA navíc čelí významným překážkám, které pramení z nedostatku modelů nemoci. Složitý vztah mezi mutace Zátěž (procento mutované mtDNA) a závažnost onemocnění zůstávají špatně pochopeny, částečně proto, že neexistují žádné nástroje k přesně manipulaci s hladinami heteroplazmy v obou směrech. Bez schopnosti vytvářet buněčné modely s různými mutačními zatíženími nemohou vědci účinně studovat, jak se měnící procento mutované mtDNA vztahuje k projevu onemocnění.
Proti tomuto pozadí vyvinul výzkumný tým vedený vedoucím asistentem profesorem Naoki Yahatou z ministerstva vývojové biologie, Fujita Health University School of Medicine v Japonsku, technologii, která může modifikovat heteroplasmy v kultivovaných buňkách nesoucích mutaci M.3243A. Jejich článek byl zpřístupněn online 20. března 2025 a bude zveřejněn v svazku 36, vydání 2 časopisu Nukleové kyseliny molekulární terapie 10. června 2025. Byl spoluautorem Dr. Yu-Ichi Goto z Národního centra neurologie a Psychiatrie a Dr. Ryuji Hata z Osaka Prefectural Hospital Organization. V něm podrobně popisují inženýrství a použití optimalizovaných mtDNA zaměřených na efektorová nukleázy podobné efektoru transkripční transkripce (Mptalens)-specializované enzymy, které mohou selektivně zacílit a štěpit specifické sekvence DNA.
Vědci poprvé zřídili kultury pocházejících z pacienta indukované pluripotentní kmenové buňky (IPSCS) obsahující mutaci M.3243A> G a poté navrhl dvě verze svých systémů Mptalen: jednu, která se zaměřuje na mutantní mtDNA pro destrukci a další, která se zaměřuje na normální mtDNA. Tento obousměrné přístup jim umožnil generovat buňky s mutačními zátěžemi v rozmezí od 11% až po 97%, přičemž stále udržuje schopnost buněk diferencovat na různé typy tkání. „Naše studie je první, kdo prokáže zvýšení podílu patogenní mutantní mtDNA programovatelnou nukleádou„Poznámky Dr. Yahata.
Mezi klíčové inovace v jejich přístupu patřilo použití nových nekonvenčních opakovaných di-rezid a povinných heterodimerních faki nukleázových domén, které zvýšily specificitu technologie a snížily nežádoucí degradaci mimo cílové mtDNA. Tým také použil další techniky, jako je suplementace uridinu, k vytvoření stabilních buněčných linií s různými mutačními zatíženími, dokonce i ty, které by obvykle měly růstovou nevýhodu. „Naše výsledky ukazují, že náš optimalizační proces Mptalen vytvořil užitečný nástroj pro změnu hladin heteroplazmy v M.3243A> G-IPSC, což zlepšilo jejich potenciál pro studium patologie mutace. Tato zvýšená účinnost také slibuje použití mptalenů v terapeutických strategiích pro léčbu pacientů trpících m.3243a> g mitochondriálních onemocnění,„Říká Dr. Yahata.
Celkově představuje studie významný pokrok v mitochondriální medicíně z několika důvodů. Za prvé, poskytuje vědcům více izogenních geneticky identických linií geneticky identických linií, které se liší pouze v jejich úrovni heteroplasmy. To umožňuje přesnou studii o tom, jak mutační zátěž ovlivňuje projev onemocnění. Za druhé, naznačuje to, že technologie Mptalen se může stát terapeuticky cennou pro snížení zátěže mutantní mtDNA u pacientů.
„Naše navrhovaná metoda by mohla být upravena pro jiné mutantní mtdny a může přispívat k pochopení jejich souvisejících patologií a rozvoji nových léčebných postupů, což potenciálně prospívá pacientům s různými formami mitochondriálních onemocnění, “ Uzavírá Dr. Yahata.
Zdroj:
Reference časopisu:
Yahata, N., et al. (2025). Optimalizace platinových talens zaměřených na mtDNA pro obousměrné modifikaci hladin heteroplasmy v M.3243A> G-IPSC. Nukleové kyseliny molekulární terapie. doi.org/10.1016/j.omtn.2025.102521.
