Primer ensayo de ratones de expresión alotópica planeado

Las mitocondrias son las "estaciones de energía" de la célula, los descendientes de las antiguas bacterias simbióticas. Retuvieron un pequeño fragmento del genoma bacteriano que codifica trece genes necesarios para el funcionamiento de las mitocondrias. La mayoría de los otros genes pasaron al núcleo celular durante la evolución, a medida que las mitocondrias se integraron cada vez más en la célula. Desafortunadamente, el ADN mitocondrial es más propenso al daño que el ADN nuclear, y algunas formas de daño pueden conducir a mutaciones y mal funcionamiento de las mitocondrias. Las mitocondrias mutantes capturan rápidamente la célula, desplazando sus versiones funcionales en el proceso de expansión clonal. Luego, esta célula se convierte en un exportador de radicales libres, lo que conduce a una serie de patologías relacionadas con la edad. Los lípidos de peróxido , por ejemplo, son la causa de la aterosclerosis .

El objetivo del programa de investigación MitoSENS es hacer una copia de seguridad de todos los genes mitocondriales en el núcleo celular mediante la terapia génica , un proceso conocido como expresión alotópica. En principio, evitará cambios en las mitocondrias al proporcionar una fuente de respaldo de proteínas necesarias para su correcto funcionamiento. Por supuesto, esto es más fácil decirlo que hacerlo. Es necesario cambiar los genes para que las proteínas puedan migrar a las mitocondrias, y optimizar la inserción y la migración es una tarea difícil. Por desgracia, debido al bajo nivel de financiación, el trabajo ha progresado lentamente a lo largo de los años desde que se mostró por primera vez la expresión alotópica .

Campaña MitoSENS en Lifespan.io

Hola a todos! Esta vez tenemos dos novedades. Primero, estamos preparando una historia sobre un nuevo truco que hemos aplicado para mejorar la expresión alotópica de los genes mitocondriales. Todavía estamos explorando si estamos al 100% justo antes de escribir una publicación y hacer una declaración, pero estamos muy cerca. Sí, esto significa que llevamos a cabo la expresión alotópica de un mayor número de genes. ¡Mantente en contacto!

En segundo lugar, estamos en la etapa de planificación de nuestra primera prueba de mouse, ¡y le pedimos que nos ayude a lanzarla! Incluirá probar dos tecnologías que la Fundación de Investigación SENS ayudó a inventar: la tecnología única de ratones transgénicos y la aplicación de lo que aprendimos en 2016 . Nuestro trabajo, estamos seguros, le mostrará al mundo que la expresión alotópica es real y que el futuro está en ella. En un futuro próximo verá un anuncio de una nueva prueba.

Matthew Oakey O'Connor, PhD, Jefe de MitoSENS

Entrevista con Matthew O'Connor sobre Longecity

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Esta semana les contamos sobre el trabajo de la Fundación de Investigación SENS, que trabaja para reparar el daño molecular y celular. El envejecimiento mitocondrial es una parte importante del proceso de envejecimiento humano. El programa SENS que resuelve este problema, MitoSENS, es uno de los proyectos de bioingeniería más ambiciosos y técnicamente más desafiantes. Han tenido lugar eventos importantes recientemente, y aprenderá sobre ellos en nuestra entrevista con el director del programa MitoSENS, el Dr. Matthew O'Connor.

Longecity : ¡Estás en el aire!

Matthew O'Connor : Hola, ¡gracias por invitarme!

Longecity : ¿Podrías contar un poco sobre MitoSENS?

Matthew O'Connor : Por supuesto. Estamos desarrollando una terapia génica que corrige las mutaciones mitocondriales. La idea es que las mitocondrias tienen su propio ADN, sus propios genes, solo 13 genes que codifican proteínas, pero todos son importantes. Los problemas comienzan cuando surgen mutaciones en ellos, ya sea heredados de su madre o relacionados con la edad.

Longecidad : y las mutaciones relacionadas con la edad afectan a casi todos, ¿verdad?

Matthew O'Connor : Correcto. Todavía no estamos 100% seguros, pero todo indica que la función mitocondrial disminuye con la edad , y que este es un aspecto importante del envejecimiento que todos experimentan en sus propios músculos, por ejemplo, a medida que se debilitan con la edad.

Longecidad : en nuestra última reunión, solo tenía el concepto de mover genes mitocondriales al núcleo. El concepto de MitoSENS era transferir algunos de estos genes al núcleo de la célula, en el que estarían mejor protegidos y continuarían haciendo su trabajo. ¿Qué hay de nuevo contigo? ¿Te has movido de los dos primeros genes a los que apuntaste?

Matthew O'Connor : el ADN mitocondrial es más propenso a sufrir daños porque las mitocondrias se especializan en crear energía en lugar de proteger y almacenar el ADN. Esta es la tarea del núcleo en el que viven todos nuestros cromosomas . Las mitocondrias producen energía y los subproductos de la producción de energía son radicales libres que destruyen el ADN sensible. Por lo tanto, tratamos de insertar una copia de seguridad de cualquiera de los trece genes en el núcleo. Mencionaste dos en los que trabajamos. Teníamos una publicación a finales de 2016 en la que mostramos claramente que podemos tomar una célula de un paciente con mutaciones en dos de los trece genes y corregirlos usando nuestra terapia génica.

Longecidad : por lo que pudo corregir las mutaciones mitocondriales, restaurar la función mitocondrial en estas células. Eso suena bastante bien!

Matthew O'Connor : Sí, todo estaba muy claro. Pudimos mostrar un aumento en la producción de energía por las mitocondrias, pudimos mostrar el consumo de oxígeno. La razón por la que respiramos, consumimos oxígeno, es porque nuestras mitocondrias lo necesitan para producir energía. Pudimos mostrar una mejora en su supervivencia. Pudimos cultivar células en dos condiciones diferentes: anaeróbicamente, como suelen hacerlo las células cancerosas, o cómo crecen las bacterias y en condiciones en las que solo podrían sobrevivir aeróbicamente si pudieran consumir oxígeno usando mitocondrias. En condiciones aeróbicas, solo las células corregidas sobrevivieron y todas las células mutantes murieron.

Longecidad : por lo que tuvo éxito con estos dos primeros genes a los que apuntó. ¿Qué pasa con los otros 11 genes? ¿Algún plan para trabajar con alguno de ellos en el futuro cercano?

Matthew O'Connor : Sí, de hecho ya estamos trabajando en todos ellos en distintos grados, y puedo contarles un poco sobre el éxito. Desarrollamos vectores de ADN dirigidos para los 13 genes que codifican las proteínas, y los probamos para determinar su capacidad de producir proteínas y dirigirlas a las mitocondrias. No todos funcionan bien, y todavía no podemos declarar la victoria. Pero estamos progresando, y lo informaremos en un futuro cercano. Mostraremos cuáles funcionan mejor y cuáles funcionan peor. Hablaremos sobre las estrategias en las que estamos trabajando para mejorar el proceso continuo de desarrollo de genes y el objetivo de las mitocondrias.

Longecidad : no soy un bioingeniero, ¿podría explicar el mecanismo por el cual se encuentran las proteínas en las mitocondrias? ¿Cómo va esto?

Matthew O'Connor : las mitocondrias codifican solo 13 proteínas, el núcleo codifica más de mil proteínas que se transportan a las mitocondrias. Por lo tanto, es más probable que su transporte sea un proceso normal, y la parte inusual es la síntesis de proteínas en las mitocondrias. Hemos estudiado cómo funciona normalmente el núcleo y estamos tratando de cambiar las proteínas mitocondriales para que se comporten como proteínas nucleares. Los dos problemas más simples, por ejemplo, el ADN mitocondrial están escritos en un lenguaje ligeramente diferente. Ella todavía usa las mismas cuatro letras: A, T, G y C , pero la forma en que se leen es ligeramente diferente. Lo primero que debemos hacer es traducir los genes al lenguaje del núcleo. La segunda cosa que debemos hacer es colocar la secuencia de orientación al comienzo del gen, llamada secuencia de focalización mitocondrial o MTS. Tomamos MTS de otro gen y lo insertamos al comienzo de cualquiera de nuestros 13 genes para dirigir la proteína expresada a las mitocondrias. Y probamos muchos MTS en nuestro laboratorio.

Longecidad : Eso suena bastante complicado, técnicamente. ¿Has estado trabajando en esto durante varios años, que es el principal problema para acelerar esta potencial terapia antienvejecimiento?

Matthew O'Connor : Entonces, las dos cosas que acabo de decir son la parte relativamente fácil, y la parte difícil es optimizar la forma en que funciona el código con MTS y otras secuencias reguladoras que rodean al gen, cómo el gen ingresa al genoma, cuántas veces se inserta . Los muchos aspectos diferentes que estudiamos son la parte difícil, incluida nuestra comprensión de cómo la evolución creó este sistema, y ​​descubrir cómo podemos aplicarlo a los genes mitocondriales. Diseñamos y rediseñamos todo el tiempo, probando diferentes cambios en los genes para tratar de descubrir cómo mejorar su expresión, dirigiendo proteínas a las mitocondrias, y luego importarlas a las mitocondrias, medir su función.

Longecidad : las personas que siguen investigaciones en el campo del rejuvenecimiento saben que todo esto es lento, agotador y difícil. ¿Hay alguna herramienta nueva y más eficiente?

Matthew O'Connor : Hay dos herramientas que nos ayudan. Una de ellas es que en la era actual de la biología sintética, puede ordenar cualquier secuencia de ADN desde cero en solo un par de miles de dólares. Por lo tanto, en nuestro tiempo, a diferencia de cuando estaba en la escuela de posgrado, simplemente podemos escribir el código en la computadora que queremos crear y sintetizarlo. En los viejos tiempos, para crear una nueva versión, utilizamos muchos hacks diferentes que tomaron semanas y meses, pero hoy en día solo necesitas imprimirlo y enviarlo por correo electrónico. Esta fue una gran bendición para nosotros y nuestra capacidad de probar nuevas ideas. El segundo es CRISPR , no es nuevo en biología molecular , pero nuevo en nuestro proyecto, nos permite controlar dónde insertamos nuestros genes en el genoma nuclear. Elimina la variabilidad adicional que los ingenieros tuvieron que tener en cuenta al intentar insertar su gen en el genoma. Por lo general, esto sucede por casualidad, en cualquier lugar, y este es un aspecto que puede complicar la situación. Hoy en día, comenzamos a controlar el proceso insertando genes más específicamente usando CRISPR.

Longecidad : en la actualidad, hay muchas empresas que analizan un aspecto del envejecimiento y parece que de repente aparecen obstáculos o cosas inesperadas en su camino. Sé que fuiste muy cuidadoso al planificar cómo evolucionará MitoSENS. Durante varios años, ¿qué fue lo más sorprendente o qué problemas repentinos surgieron?

Matthew O'Connor : Un problema es que los modelos de mutaciones mitocondriales son muy limitados. Por ejemplo, hablé sobre el uso de CRISPR para modificar específicamente un gen en el núcleo. Pero si desea cambiar los genes en las mitocondrias, no puede usar CRISPR, no funciona, o al menos nadie descubrió cómo hacerlo funcionar. Por lo tanto, es imposible manipular el genoma mitocondrial, lo que significa que nadie puede crear mutaciones específicas en el ADN mitocondrial. Usamos mutaciones aleatorias que ocurren naturalmente. Además, en los sistemas modelo, por ejemplo, como los ratones, no hay muchas mutaciones que generalmente se estudian en el laboratorio. Hay muy pocas enfermedades mitocondriales murinas, por lo que la mayoría de nosotros usamos humanos. Esto no significa que experimentemos con personas, usemos células humanas. Estamos limitados a las células que se toman de pacientes que han encontrado mutaciones mitocondriales raras. Y nuestro grupo es exigente con las mutaciones que queremos estudiar, porque queremos mutaciones específicas que afecten solo uno, quizás dos genes a la vez, para que podamos hacer preguntas simples. Intentar hacerlo todo a la vez no es la mejor manera. Diría que uno de los mayores obstáculos que nos frena es la falta de buenas líneas celulares para el trabajo. Siempre los estamos buscando, en publicaciones y en conferencias.

Longecidad : Y la siguiente pregunta: ¿cuándo planeas trabajar con organismos completos, y no solo con células en una taza?

Matthew O'Connor : Buena pregunta, y tengo una respuesta alentadora. Planeamos comenzar a recaudar fondos para pruebas con ratones en los próximos meses. Estamos escribiendo planes financieros. Los laboratorios prometieron cultivar ratones transgénicos para nosotros. Hemos diseñado completamente los ratones que necesitamos. Encontramos ratones con las mutaciones deseadas. No son tan importantes como aquellos con los que generalmente trabajamos en líneas celulares, pero con otros ratones no sobrevivirían, ya que las mutaciones mitocondriales son muy perjudiciales para la salud. Pero tenemos ratones con mutaciones moderadas, y ya hemos realizado experimentos en sus células, y se considera que funcionan. Por lo tanto, creo que pronto tendremos ratones, pero solo después de un par de años sabremos si corregimos la mutación. Sin embargo, tendremos ratones con nuestro gen, probablemente en menos de un año.

Longecidad : Suena genial. Y la última pregunta: estás trabajando con mitocondrias dañadas, y la teoría del envejecimiento de SENS dice, oye, arreglemos el daño y todo será mucho mejor. ¿Tienes alguna idea sobre los productos actuales? Antioxidantes como los precursores MitoQ o NAD + , ¿qué opinas de ellos? ¿Los encuentras efectivos?

Matthew O'Connor : Esta es una pregunta difícil, ya que no es mi campo, pero le diré mi opinión. Diría que hay algunos estudios preliminares que indican que aumentar el nivel de NAD + con estos suplementos dietéticos en realidad puede tener algún tipo de efecto positivo en su función mitocondrial. Si mejorarán su salud o su esperanza de vida es un problema sin resolver. Pero podrían mejorar ligeramente la producción de energía. Supuestamente los antioxidantes dirigidos a las mitocondrias están funcionando, pero no recomiendo que corras a las tiendas por ellos. Sin embargo, creo que vale la pena prestar atención a esta área de investigación. La era en la que todos hablaron de tomar megadosis de vitamina C y E para tratar de eliminar todos los radicales libres producidos por las mitocondrias, ya que no entran en las mitocondrias. Pero algunos parecen caer en ellos. El problema es que es un sistema sensible y es mejor no interferir. Se han realizado experimentos que han demostrado que algunos de estos antioxidantes específicos pueden eliminar excesivamente los radicales libres y dañar la función mitocondrial. Por lo tanto, no corro a las tiendas por ellos, sino que sigo la investigación.