Erster Versuch mit Mäusen mit allotopischer Expression geplant

Mitochondrien sind die „Energiestationen“ der Zelle, die Nachkommen antiker symbiotischer Bakterien. Sie behielten ein kleines Fragment des Bakteriengenoms bei, das dreizehn Gene codiert, die für die Funktion der Mitochondrien notwendig sind. Die meisten anderen Gene gingen während der Evolution in den Zellkern über, da Mitochondrien immer mehr in die Zelle integriert wurden. Leider ist mitochondriale DNA anfälliger für Schäden als nukleare DNA , und einige Formen von Schäden können zu Mutationen und Fehlfunktionen der Mitochondrien führen. Mutante Mitochondrien fangen die Zelle schnell ein und verdrängen ihre funktionellen Versionen im Zuge der klonalen Expansion. Dann wird diese Zelle ein Exporteur von freien Radikalen, was zu einer Reihe von altersbedingten Pathologien führt. Peroxidlipide sind beispielsweise die Ursache für Atherosklerose .

Ziel des MitoSENS-Forschungsprogramms ist es, alle mitochondrialen Gene im Zellkern mithilfe der Gentherapie zu sichern, einem Prozess, der als allotope Expression bekannt ist. Im Prinzip wird es Veränderungen in Mitochondrien verhindern, indem es eine Ersatzquelle für Proteine ​​bereitstellt, die für deren ordnungsgemäße Funktion erforderlich sind. Das ist natürlich leichter gesagt als getan. Gene müssen verändert werden, damit Proteine ​​in die Mitochondrien wandern können, und die Optimierung der Insertion und Migration ist eine schwierige Aufgabe. Leider hat die Arbeit aufgrund der geringen Finanzierung im Laufe der Jahre, seit der allotopische Ausdruck erstmals gezeigt wurde, nur langsame Fortschritte gemacht.

MitoSENS- Kampagne auf Lifespan.io

Hallo allerseits! Diesmal haben wir zwei Neuigkeiten. Zunächst bereiten wir eine Geschichte über einen neuen Trick vor, den wir angewendet haben, um die allotope Expression mitochondrialer Gene zu verbessern. Wir prüfen immer noch, ob wir zu 100% in Ordnung sind, bevor wir eine Veröffentlichung schreiben und eine Erklärung abgeben, aber wir stehen uns sehr nahe. Ja, dies bedeutet, dass wir eine größere Anzahl von Genen allotopisch exprimiert haben. Bleiben Sie in Kontakt!

Zweitens befinden wir uns in der Planungsphase unseres ersten Maustests und bitten Sie, beim Start zu helfen! Dazu gehören das Testen von zwei Technologien, die die SENS Research Foundation erfunden hat: die einzigartige Technologie transgener Mäuse und die Anwendung dessen, was wir 2016 gelernt haben . Wir sind sicher, dass unsere Arbeit der Welt zeigen wird, dass allotopischer Ausdruck real ist und die Zukunft darin liegt. In naher Zukunft wird ein neuer Test angekündigt.

Matthew Oakey O'Connor, PhD, Leiter von MitoSENS

Interview mit Matthew O'Connor über Longecity

Aufnahme in mp3

Diese Woche erzählen wir Ihnen von der Arbeit der SENS Research Foundation, die sich mit der Beseitigung molekularer und zellulärer Schäden befasst. Mitochondriales Altern ist ein wichtiger Teil des menschlichen Alterungsprozesses. Das SENS-Programm MitoSENS, das dieses Problem löst, ist eines der ehrgeizigsten und technisch anspruchsvollsten Bioengineering-Projekte. Vor kurzem haben wichtige Ereignisse stattgefunden, die Sie in unserem Interview mit dem Leiter des MitoSENS-Programms, Dr. Matthew O'Connor, erfahren werden.

Langlebigkeit : Du bist in der Luft!

Matthew O'Connor : Hallo, danke, dass Sie mich eingeladen haben!

Longecity : Können Sie etwas über MitoSENS erzählen?

Matthew O'Connor : Natürlich. Wir entwickeln eine Gentherapie, die mitochondriale Mutationen korrigiert. Die Idee ist, dass Mitochondrien ihre eigene DNA haben, ihre eigenen Gene, nur 13 Gene, die Proteine ​​codieren, aber sie sind alle wichtig. Probleme beginnen, wenn Mutationen in ihnen auftreten, die entweder von Ihrer Mutter geerbt oder altersbedingt sind.

Langlebigkeit : Und altersbedingte Mutationen betreffen fast jeden, oder?

Matthew O'Connor : Richtig. Wir sind uns noch nicht 100% sicher, aber alles deutet darauf hin, dass die Mitochondrienfunktion mit dem Alter abnimmt und dass dies ein wichtiger Aspekt des Alterns ist, den jeder auf seinen eigenen Muskeln erfährt, wenn sie beispielsweise mit dem Alter schwächer werden.

Langlebigkeit : In unserem letzten Treffen hatten Sie nur das Konzept, mitochondriale Gene in den Kern zu bewegen. Das Konzept von MitoSENS bestand darin, einige dieser Gene in den Zellkern zu übertragen, wo sie besser geschützt werden und ihre Arbeit fortsetzen würden. Was ist neu bei dir? Haben Sie sich von den ersten beiden Genen entfernt , auf die Sie abzielten?

Matthew O'Connor : Mitochondriale DNA ist anfälliger für Schäden, da Mitochondrien sich darauf spezialisiert haben, Energie zu erzeugen, anstatt DNA zu schützen und zu speichern. Dies ist die Aufgabe des Kerns, in dem alle unsere Chromosomen leben. Mitochondrien produzieren Energie und Nebenprodukte der Energieerzeugung sind freie Radikale , die empfindliche DNA zerstören. Daher haben wir versucht, ein Backup eines der dreizehn Gene im Kern einzufügen. Sie haben zwei erwähnt, an denen wir gearbeitet haben. Ende 2016 hatten wir eine Veröffentlichung, in der wir deutlich zeigten, dass wir einem Patienten mit Mutationen in zwei der dreizehn Gene eine Zelle entnehmen und mit unserer Gentherapie korrigieren können.

Langlebigkeit : So konnten Sie mitochondriale Mutationen korrigieren und die mitochondriale Funktion in diesen Zellen wiederherstellen. Das klingt ziemlich gut!

Matthew O'Connor : Ja, alles war sehr klar. Wir konnten einen Anstieg der Energieerzeugung durch Mitochondrien nachweisen, wir konnten den Sauerstoffverbrauch nachweisen. Der Grund, warum wir atmen und Sauerstoff verbrauchen, ist, dass unsere Mitochondrien ihn zur Energieerzeugung benötigen. Wir konnten eine Verbesserung ihres Überlebens zeigen. Wir konnten Zellen unter zwei verschiedenen Bedingungen züchten: anaerob, wie es Krebszellen normalerweise tun, oder wie Bakterien wachsen und unter Bedingungen, unter denen sie nur aerob überleben könnten, wenn sie mit Mitochondrien Sauerstoff verbrauchen könnten. Unter aeroben Bedingungen überlebten nur korrigierte Zellen und alle mutierten Zellen starben.

Langlebigkeit : Sie hatten also Erfolg mit diesen ersten beiden Genen, auf die Sie abzielten. Was ist mit den anderen 11 Genen? Gibt es Pläne, in naher Zukunft mit einem von ihnen zusammenzuarbeiten?

Matthew O'Connor : Ja, tatsächlich arbeiten wir bereits in unterschiedlichem Maße an allen, und ich kann Ihnen ein wenig über den Erfolg erzählen. Wir haben Targeting-DNA-Vektoren für alle 13 Gene entwickelt, die für Proteine ​​kodieren, und wir haben sie auf ihre Fähigkeit getestet, Proteine ​​zu produzieren und sie an Mitochondrien zu lenken. Nicht alle funktionieren gut, und wir können den Sieg immer noch nicht erklären. Aber wir machen Fortschritte und werden in naher Zukunft darüber berichten. Wir werden zeigen, welche am besten und welche schlechter funktionieren. Wir werden über die Strategien sprechen, an denen wir arbeiten, um den laufenden Prozess der Genentwicklung und das Targeting von Mitochondrien zu verbessern.

Langlebigkeit : Ich bin kein Bioingenieur. Können Sie also den Mechanismus erklären, durch den Proteine ​​in Mitochondrien gefunden werden? Wie läuft das

Matthew O'Connor : Mitochondrien codieren nur 13 Proteine, der Kern codiert mehr als tausend Proteine, die zu Mitochondrien transportiert werden. Ihr Transport ist also eher ein normaler Prozess, und der ungewöhnliche Teil ist die Proteinsynthese in Mitochondrien. Wir haben untersucht, wie der Kern normalerweise funktioniert, und wir versuchen, mitochondriale Proteine ​​so zu verändern, dass sie sich wie Kernproteine ​​verhalten. Die beiden einfachsten Probleme, zum Beispiel die mitochondriale DNA, sind in einer etwas anderen Sprache geschrieben. Sie verwendet immer noch die gleichen vier Buchstaben: A, T, G und C , aber die Art und Weise, wie sie gelesen werden, ist etwas anders. Als erstes müssen wir die Gene in die Kernelsprache übersetzen. Das zweite, was wir tun müssen, ist die Targeting-Sequenz am Anfang des Gens zu platzieren, die als mitochondriale Targeting-Sequenz oder MTS bezeichnet wird. Wir nehmen MTS von einem anderen Gen und setzen es am Anfang eines unserer 13 Gene ein, um das exprimierte Protein auf Mitochondrien auszurichten. Und wir haben viel MTS in unserem Labor getestet.

Langlebigkeit : Das klingt technisch ziemlich kompliziert. Haben Sie mehrere Jahre daran gearbeitet, was das Hauptproblem bei der Beschleunigung dieser potenziellen Anti-Aging-Therapie ist?

Matthew O'Connor : Die beiden Dinge, die ich gerade gesagt habe, sind der relativ einfache Teil, und der schwierige Teil ist die Optimierung der Funktionsweise des Codes mit MTS und anderen regulatorischen Sequenzen, die das Gen umgeben, wie das Gen in das Genom gelangt und wie oft es eingefügt wird . Die vielen verschiedenen Aspekte, die wir untersuchen, sind der schwierige Teil, einschließlich unseres Verständnisses, wie die Evolution dieses System geschaffen hat, und der Frage, wie wir es auf mitochondriale Gene anwenden können. Wir entwerfen und gestalten ständig neu, versuchen verschiedene Veränderungen in den Genen, um herauszufinden, wie sie ihre Expression verbessern können, zielen auf Proteine ​​in Mitochondrien ab und importieren sie dann in Mitochondrien, um ihre Funktion zu messen.

Langlebigkeit : Menschen, die Forschungen auf dem Gebiet der Verjüngung verfolgen, wissen, dass dies alles langsam, anstrengend und schwierig ist. Gibt es neue, effizientere Tools?

Matthew O'Connor : Es gibt zwei Tools, die uns helfen. Eine davon ist, dass Sie in der heutigen Ära der synthetischen Biologie jede DNA-Sequenz in nur ein paar tausend Dollar von Grund auf neu bestellen können. Daher können wir in unserer Zeit, anders als zu meiner Zeit in der Graduiertenschule, einfach den Code auf dem Computer eingeben, den wir erstellen und synthetisieren möchten. Früher haben wir zum Erstellen einer neuen Version viele verschiedene Hacks verwendet, die Wochen und Monate gedauert haben. Heutzutage müssen Sie sie nur noch ausdrucken und per E-Mail senden. Dies war ein großer Segen für uns und unsere Fähigkeit, neue Ideen zu testen. Das zweite ist CRISPR , es ist nicht neu in der Molekularbiologie , aber neu in unserem Projekt, es ermöglicht uns zu kontrollieren, wo wir unsere Gene in das Kerngenom einfügen. Es beseitigt die zusätzliche Variabilität, die Ingenieure berücksichtigen mussten, wenn sie versuchten, ihr Gen in das Genom einzufügen. Normalerweise geschieht dies zufällig überall, und dies ist ein Aspekt, der die Situation komplizieren kann. Heutzutage beginnen wir, den Prozess zu steuern, indem wir Gene spezifischer unter Verwendung von CRISPR einfügen.

Langlebigkeit : Es gibt heutzutage viele Unternehmen, die sich mit einem Aspekt des Alterns befassen, und es scheint, dass plötzlich einige Hindernisse oder unerwartete Dinge auf ihrem Weg auftauchen. Ich weiß, dass Sie bei der Planung der Entwicklung von MitoSENS sehr sorgfältig vorgegangen sind. Was war mehrere Jahre lang am überraschendsten oder welche plötzlichen Probleme traten auf?

Matthew O'Connor : Ein Problem ist, dass Modelle mitochondrialer Mutationen sehr begrenzt sind. Ich habe zum Beispiel über die Verwendung von CRISPR gesprochen, um ein Gen im Kern spezifisch zu modifizieren. Wenn Sie jedoch die Gene in den Mitochondrien ändern möchten, können Sie CRISPR nicht verwenden, es funktioniert nicht darin oder zumindest hat niemand herausgefunden, wie es funktioniert. Somit ist es unmöglich, das mitochondriale Genom zu manipulieren, was bedeutet, dass niemand spezifische Mutationen in der mitochondrialen DNA erzeugen kann. Wir verwenden zufällige Mutationen, die natürlich vorkommen. Darüber hinaus gibt es in Modellsystemen - beispielsweise bei Mäusen - nicht viele Mutationen, die normalerweise im Labor untersucht werden. Es gibt nur sehr wenige mitochondriale Erkrankungen der Maus, und so verwenden die meisten von uns Menschen. Dies bedeutet nicht, dass wir mit Menschen experimentieren, wir verwenden menschliche Zellen. Wir sind auf Zellen beschränkt, die Patienten entnommen wurden, die seltene mitochondriale Mutationen gefunden haben. Und unsere Gruppe ist wählerisch in Bezug auf die Mutationen, die wir untersuchen möchten, weil wir bestimmte Mutationen wollen, die jeweils nur ein, vielleicht zwei Gene betreffen, damit wir einfache Fragen stellen können. Der Versuch, alles auf einmal zu tun, ist nicht der beste Weg. Ich würde sagen, dass eines der größten Hindernisse, das uns verlangsamt, das Fehlen guter Zelllinien für die Arbeit ist. Wir sind immer auf der Suche nach ihnen - in Publikationen und auf Konferenzen.

Langlebigkeit : Und die nächste Frage: Wann planen Sie, mit ganzen Organismen zu arbeiten, und nicht nur mit Zellen in einer Tasse?

Matthew O'Connor : Gute Frage, und ich habe eine ermutigende Antwort. Wir planen, in den kommenden Monaten Spenden für Mausversuche zu sammeln. Wir schreiben Finanzpläne. Die Laboratorien versprachen, transgene Mäuse für uns zu züchten. Wir haben die Mäuse, die wir brauchen, vollständig entworfen. Wir fanden Mäuse mit den gewünschten Mutationen. Sie sind nicht so wichtig wie diejenigen, mit denen wir normalerweise in Zelllinien arbeiten, aber bei anderen Mäusen würden sie nicht überleben, da mitochondriale Mutationen sehr gesundheitsschädlich sind. Aber wir haben Mäuse mit moderaten Mutationen, und wir haben bereits Experimente mit ihren Zellen durchgeführt, und sie gelten als funktionierend. Daher denke ich, dass wir bald Mäuse haben werden, aber erst nach ein paar Jahren werden wir wissen, ob wir die Mutation korrigiert haben. Wir werden jedoch Mäuse mit unserem Gen haben, wahrscheinlich in weniger als einem Jahr.

Langlebigkeit : Hört sich toll an. Und die letzte Frage: Sie arbeiten mit beschädigten Mitochondrien, und die SENS-Alterungstheorie sagt: Hey, lassen Sie uns einfach den Schaden beheben und alles wird viel besser. Haben Sie Gedanken zu aktuellen Produkten? Antioxidantien wie MitoQ- oder NAD + -Vorläufer , was halten Sie von ihnen? Finden Sie sie effektiv?

Matthew O'Connor : Dies ist eine schwierige Frage, da es nicht mein Fachgebiet ist, aber ich werde Ihnen meine Meinung sagen. Ich würde sagen, dass es einige vorläufige Studien gibt, die darauf hinweisen, dass eine Erhöhung des NAD + -Spiegels mit diesen Nahrungsergänzungsmitteln tatsächlich eine positive Auswirkung auf Ihre Mitochondrienfunktion haben kann. Ob sie Ihre Gesundheit oder Ihre Lebenserwartung verbessern, ist ein ungelöstes Problem. Sie könnten jedoch die Energieerzeugung leicht verbessern. Antioxidantien, die auf Mitochondrien abzielen, wirken angeblich, aber ich empfehle nicht, dass Sie für sie in die Läden laufen. Dennoch glaube ich, dass es sich lohnt, diesem Forschungsbereich Aufmerksamkeit zu schenken. Die Ära, in der alle davon sprachen, Megadosen Vitamin C und E einzunehmen, um alle von den Mitochondrien produzierten freien Radikale zu entfernen, ist vorbei, da sie nicht in Ihre Mitochondrien gelangen. Aber einige scheinen in sie zu fallen. Das Problem ist, dass es sich um ein sensibles System handelt und es besser ist, sich nicht einzumischen. Es gab Experimente, die gezeigt haben, dass einige dieser gezielten Antioxidantien freie Radikale übermäßig entfernen und tatsächlich die Mitochondrienfunktion schädigen können. Deshalb renne ich nicht für sie in die Läden, sondern folge den Nachforschungen.