Prévision du premier essai sur les souris d'expression allotopique

Les mitochondries sont les «stations énergétiques» de la cellule, les descendants d'anciennes bactéries symbiotiques. Ils ont conservé un petit fragment du génome bactérien codant pour treize gènes nécessaires au fonctionnement des mitochondries. La plupart des autres gènes sont passés dans le noyau cellulaire au cours de l'évolution, à mesure que les mitochondries s'intégraient de plus en plus à la cellule. Malheureusement, l'ADN mitochondrial est plus sensible aux dommages que l' ADN nucléaire, et certaines formes de dommages peuvent entraîner des mutations et des dysfonctionnements des mitochondries. Les mitochondries mutantes capturent rapidement la cellule, déplaçant leurs versions fonctionnelles dans le processus d'expansion clonale. Ensuite, cette cellule devient un exportateur de radicaux libres, ce qui conduit à un certain nombre de pathologies liées à l'âge. Les lipides peroxydes , par exemple, sont à l'origine de l' athérosclérose .

L'objectif du programme de recherche MitoSENS est de sauvegarder tous les gènes mitochondriaux dans le noyau cellulaire en utilisant la thérapie génique , un processus connu sous le nom d'expression allotopique. En principe, il empêchera les changements dans les mitochondries en fournissant une source de secours des protéines nécessaires à leur bon fonctionnement. Bien sûr, cela est plus facile à dire qu'à faire. Les gènes doivent être modifiés pour que les protéines puissent migrer vers les mitochondries, et l'optimisation de l'insertion et de la migration est une tâche difficile. Hélas, en raison du faible niveau de financement, les travaux ont progressé lentement au fil des ans depuis la première manifestation de l' expression allotopique .

Campagne MitoSENS sur Lifespan.io

Bonjour à tous! Cette fois, nous avons deux nouvelles. Tout d'abord, nous préparons une histoire sur une nouvelle astuce que nous avons appliquée pour améliorer l'expression allotopique des gènes mitochondriaux. Nous cherchons toujours à savoir si nous sommes à 100% juste avant d'écrire une publication et de faire une déclaration, mais nous sommes très proches. Oui, cela signifie que nous avons réalisé l'expression allotopique d'un plus grand nombre de gènes. Restez en contact!

Deuxièmement, nous sommes au stade de la planification de notre premier test de souris et nous vous demandons de l'aider à le lancer! Il s'agira notamment de tester deux technologies que la Fondation de recherche SENS a aidé à inventer: la technologie unique des souris transgéniques et l'application de ce que nous avons appris en 2016 . Notre travail, nous en sommes sûrs, montrera au monde que l'expression allotopique est réelle et que l'avenir lui appartient. Dans un avenir proche, vous verrez l'annonce d'un nouveau test.

Matthew Oakey O'Connor, PhD, directeur de MitoSENS

Entretien avec Matthew O'Connor sur Longecity

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Cette semaine, nous vous parlons du travail de la Fondation de recherche SENS, qui traite de l'élimination des dommages moléculaires et cellulaires. Le vieillissement mitochondrial est une partie importante du processus de vieillissement humain. Le programme SENS qui résout ce problème, MitoSENS, est l'un des projets de bio-ingénierie les plus ambitieux et les plus complexes sur le plan technique. Des événements importants ont récemment eu lieu et vous en apprendrez plus à ce sujet dans notre entretien avec le chef du programme MitoSENS, le Dr Matthew O'Connor.

Longecity : vous êtes à l'antenne!

Matthew O'Connor : Salut, merci de m'avoir invité!

Longecity : Pouvez-vous nous en dire un peu plus sur MitoSENS?

Matthew O'Connor : Bien sûr. Nous développons une thérapie génique qui corrige les mutations mitochondriales. L'idée est que les mitochondries ont leur propre ADN, leurs propres gènes, seulement 13 gènes codant pour des protéines, mais ils sont tous importants. Les problèmes commencent lorsque surviennent des mutations, héritées de votre mère ou liées à l'âge.

Longecity : Et les mutations liées à l'âge affectent presque tout le monde, non?

Matthew O'Connor : D'accord. Nous ne sommes pas encore sûrs à 100%, mais tout indique que la fonction mitochondriale diminue avec l'âge , et qu'il s'agit d'un aspect important du vieillissement que chacun éprouve sur ses propres muscles, par exemple, à mesure qu'ils s'affaiblissent avec l'âge.

Longecity : Lors de notre dernière réunion, vous n'aviez que le concept de déplacer des gènes mitochondriaux dans le noyau. Le concept de MitoSENS était de transférer certains de ces gènes vers le noyau de la cellule, dans lequel ils seraient mieux protégés et continueraient de faire leur travail. Quoi de neuf chez toi? Vous êtes-vous éloigné des deux premiers gènes que vous visiez?

Matthew O'Connor : L'ADN mitochondrial est plus sujet aux dommages parce que les mitochondries se spécialisent dans la création d'énergie plutôt que dans la protection et le stockage de l'ADN. C'est la tâche du noyau dans lequel vivent tous nos chromosomes . Les mitochondries produisent de l'énergie et les sous-produits de la production d'énergie sont des radicaux libres qui détruisent l'ADN sensible. Par conséquent, nous avons essayé d'insérer une sauvegarde de l'un des treize gènes dans le noyau. Vous en avez mentionné deux sur lesquels nous avons travaillé. Nous avons eu une publication fin 2016 dans laquelle nous avons clairement montré que nous pouvons prendre une cellule d'un patient présentant des mutations dans deux des treize gènes et les corriger en utilisant notre thérapie génique.

Longecity : Vous avez donc pu corriger les mutations mitochondriales, restaurer la fonction mitochondriale dans ces cellules. Ça sonne plutôt bien!

Matthew O'Connor : Oui, tout était très clair. Nous avons pu montrer une augmentation de la production d'énergie par les mitochondries, nous avons pu montrer la consommation d'oxygène. La raison pour laquelle nous respirons, consommons de l'oxygène, c'est parce que nos mitochondries en ont besoin pour produire de l'énergie. Nous avons pu montrer une amélioration de leur survie. Nous avons pu cultiver des cellules dans deux conditions différentes: anaérobie, comme le font habituellement les cellules cancéreuses, ou comment les bactéries se développent et dans des conditions où elles ne pourraient survivre en aérobie que si elles pouvaient consommer de l'oxygène en utilisant les mitochondries. Dans des conditions aérobies, seules les cellules corrigées ont survécu et toutes les cellules mutantes sont mortes.

Longecity : Vous avez donc réussi avec ces deux premiers gènes que vous avez ciblés. Et les 11 autres gènes? Envisagez-vous de travailler avec l'un d'eux dans un avenir proche?

Matthew O'Connor : Oui, en fait, nous travaillons déjà sur tous à des degrés divers, et je peux vous parler un peu du succès. Nous avons développé des vecteurs d'ADN de ciblage pour les 13 gènes codant pour des protéines, et nous les avons testés pour leur capacité à produire des protéines et à les diriger vers les mitochondries. Tous ne fonctionnent pas bien et nous ne pouvons toujours pas déclarer la victoire. Mais nous faisons des progrès et nous en rendrons compte dans un proche avenir. Nous montrerons ceux qui fonctionnent le mieux et ceux qui fonctionnent le moins. Nous parlerons des stratégies sur lesquelles nous travaillons afin d'améliorer le processus en cours de développement de gènes et de cibler les mitochondries.

Longecity : Je ne suis pas un bio-ingénieur, alors pourriez-vous expliquer le mécanisme par lequel les protéines se trouvent dans les mitochondries? Comment ça se passe?

Matthew O'Connor : Les mitochondries ne codent que 13 protéines, le noyau code plus de mille protéines qui sont transportées vers les mitochondries. Leur transport est donc plus probablement un processus normal, et la partie inhabituelle est la synthèse des protéines dans les mitochondries. Nous avons étudié le fonctionnement normal du noyau et nous essayons de modifier les protéines mitochondriales afin qu'elles se comportent comme des protéines nucléaires. Les deux problèmes les plus simples, par exemple, l'ADN mitochondrial sont écrits dans une langue légèrement différente. Elle utilise toujours les quatre mêmes lettres: A, T, G et C , mais la façon dont elles sont lues est légèrement différente. La première chose que nous devons faire est de traduire les gènes dans le langage du noyau. La deuxième chose que nous devons faire est de mettre la séquence de ciblage au début du gène, appelée la séquence de ciblage mitochondriale ou MTS. Nous prenons le MTS d'un autre gène et l'insérons au début de l'un de nos 13 gènes pour cibler la protéine exprimée vers les mitochondries. Et nous avons testé beaucoup de MTS dans notre laboratoire.

Longecity : Cela semble assez compliqué, techniquement. Y travaillez-vous depuis plusieurs années, qui est le principal problème pour accélérer cette potentielle thérapie anti-âge?

Matthew O'Connor : Donc, les deux choses que je viens de dire sont la partie relativement facile, et la partie difficile optimise la façon dont le code fonctionne avec le MTS et d'autres séquences réglementaires qui entourent le gène, comment le gène pénètre dans le génome, combien de fois il est inséré . Les nombreux aspects différents que nous étudions sont la partie difficile, y compris notre compréhension de la façon dont l'évolution a créé ce système et la façon de l'appliquer aux gènes mitochondriaux. Nous concevons et repensons tout le temps, essayant différents changements dans les gènes afin d'essayer de comprendre comment améliorer leur expression, ciblant les protéines vers les mitochondries, puis important dans les mitochondries, mesurant leur fonction.

Longecity : Les personnes qui suivent des recherches dans le domaine du rajeunissement savent que tout cela est lent, fatigant et difficile. Existe-t-il de nouveaux outils plus efficaces?

Matthew O'Connor : Il y a deux outils qui nous aident. L'un d'eux est qu'à l'ère actuelle de la biologie synthétique, vous pouvez commander n'importe quelle séquence d'ADN à partir de zéro en seulement quelques milliers de dollars. Par conséquent, à notre époque, contrairement à l'époque où j'étais aux études supérieures, nous pouvons simplement taper le code sur l'ordinateur que nous voulons créer et synthétiser. Autrefois, pour créer une nouvelle version, nous utilisions beaucoup de hacks différents qui prenaient des semaines et des mois, mais de nos jours il vous suffit de l'imprimer et de l'envoyer par e-mail. Ce fut une grande bénédiction pour nous et notre capacité à tester de nouvelles idées. Le second est CRISPR , il n'est pas nouveau en biologie moléculaire , mais nouveau dans notre projet, il nous permet de contrôler où nous insérons nos gènes dans le génome nucléaire. Il supprime la variabilité supplémentaire que les ingénieurs devaient prendre en compte lorsqu'ils essayaient d'insérer leur gène dans le génome. Habituellement, cela se produit par hasard, n'importe où, et c'est un aspect qui peut compliquer la situation. De nos jours, nous commençons à contrôler le processus en insérant des gènes plus spécifiquement en utilisant CRISPR.

Longecity : Il existe de nombreuses entreprises de nos jours, elles se penchent sur un aspect du vieillissement, et il semble que des obstacles ou des choses inattendues apparaissent soudainement sur leur chemin. Je sais que vous avez été très prudent dans la planification de l'évolution de MitoSENS. Pendant plusieurs années, qu'est-ce qui a été le plus surprenant ou quels problèmes soudains sont survenus?

Matthew O'Connor : Un problème est que les modèles de mutations mitochondriales sont très limités. Par exemple, j'ai parlé d'utiliser CRISPR pour modifier spécifiquement un gène dans le noyau. Mais si vous voulez changer les gènes dans les mitochondries, vous ne pouvez pas utiliser CRISPR, cela ne fonctionne pas, ou du moins personne n'a compris comment le faire fonctionner. Ainsi, il est impossible de manipuler le génome mitochondrial, ce qui signifie que personne ne peut créer de mutations spécifiques dans l'ADN mitochondrial. Nous utilisons des mutations aléatoires qui se produisent naturellement. De plus, dans les systèmes modèles - par exemple, comme les souris - il n'y a pas beaucoup de mutations qui sont généralement étudiées en laboratoire. Il y a très peu de maladies mitochondriales murines, et donc la plupart d'entre nous utilisent des humains. Cela ne signifie pas que nous expérimentons avec des gens, nous utilisons des cellules humaines. Nous sommes limités aux cellules prélevées sur des patients ayant trouvé de rares mutations mitochondriales. Et notre groupe est pointilleux sur les mutations que nous voulons étudier, parce que nous voulons des mutations spécifiques qui n'affectent qu'un, peut-être deux gènes à la fois, afin que nous puissions poser des questions simples. Essayer de tout faire en même temps n'est pas la meilleure façon. Je dirais que l'un des plus gros obstacles qui nous ralentit est le manque de bonnes lignées cellulaires pour le travail. Nous les recherchons toujours - dans les publications et lors de conférences.

Longecity : Et la question suivante: quand prévoyez-vous de travailler avec des organismes entiers, et pas seulement avec des cellules dans une tasse?

Matthew O'Connor : Bonne question, et j'ai une réponse encourageante. Nous prévoyons de commencer à collecter des fonds pour les essais sur souris dans les prochains mois. Nous rédigeons des plans financiers. Les laboratoires ont promis de faire pousser des souris transgéniques pour nous. Nous avons entièrement conçu les souris dont nous avons besoin. Nous avons trouvé des souris avec les mutations souhaitées. Ils ne sont pas aussi importants que ceux avec lesquels nous travaillons habituellement dans des lignées cellulaires, mais avec d'autres souris, ils ne survivraient pas, car les mutations mitochondriales sont très nocives pour la santé. Mais nous avons des souris avec des mutations modérées, et nous avons déjà fait des expériences sur leurs cellules, et elles sont considérées comme fonctionnant. Par conséquent, je pense que nous aurons bientôt des souris, mais seulement après quelques années, nous saurons si nous avons corrigé la mutation. Cependant, nous aurons des souris avec notre gène, probablement dans moins d'un an.

Longecity : sonne bien. Et la dernière question: vous travaillez avec des mitochondries endommagées, et la théorie du vieillissement SENS dit, hé, réparons simplement les dégâts et tout ira bien mieux. Avez-vous des réflexions sur les produits actuels? Les antioxydants tels que les précurseurs MitoQ ou NAD + , qu'en pensez-vous? Les trouvez-vous efficaces?

Matthew O'Connor : C'est une question difficile, car ce n'est pas mon domaine, mais je vais vous donner mon avis. Je dirais que certaines études préliminaires indiquent que l'augmentation du niveau de NAD + avec ces compléments alimentaires peut en fait avoir une sorte d'effet positif sur votre fonction mitochondriale. Qu'ils améliorent votre santé ou votre espérance de vie est un problème non résolu. Mais ils pourraient légèrement améliorer la production d'énergie. Les antioxydants ciblant les mitochondries sont censés fonctionner, mais je ne vous recommande pas de courir dans les magasins pour eux. Néanmoins, je pense que ce domaine de recherche mérite d’être étudié. L'ère où tout le monde parlait de prendre des mégadoses de vitamines C et E pour essayer d'éliminer tous les radicaux libres produits par les mitochondries est révolue, car ils n'entrent pas dans vos mitochondries. Mais certains semblent tomber dedans. Le problème est qu'il s'agit d'un système sensible et qu'il vaut mieux ne pas interférer. Il y a eu des expériences qui ont montré que certains de ces antioxydants ciblés peuvent éliminer de manière excessive les radicaux libres et endommager la fonction mitochondriale. Par conséquent, je ne cours pas pour eux dans les magasins, mais je suis la recherche.