Planejado o primeiro teste de ratos com expressão alotópica

As mitocôndrias são as "estações de energia" da célula, descendentes de bactérias simbióticas antigas. Eles mantiveram um pequeno fragmento do genoma bacteriano que codifica treze genes necessários para o funcionamento das mitocôndrias. A maioria dos outros genes passou para o núcleo celular durante a evolução, à medida que as mitocôndrias se tornaram cada vez mais integradas à célula. Infelizmente, o DNA mitocondrial é mais propenso a danos do que o DNA nuclear, e algumas formas de danos podem levar a mutações e mau funcionamento das mitocôndrias. As mitocôndrias mutantes capturam rapidamente a célula, deslocando suas versões funcionais no processo de expansão clonal. Então essa célula se torna exportadora de radicais livres, o que leva a várias patologias relacionadas à idade. Os lipídios peróxidos , por exemplo, são a causa da aterosclerose .

O objetivo do programa de pesquisa MitoSENS é fazer backup de todos os genes mitocondriais no núcleo celular usando terapia genética , um processo conhecido como expressão alotópica. Em princípio, evitará alterações nas mitocôndrias, fornecendo uma fonte alternativa de proteínas necessárias ao seu bom funcionamento. Claro, isso é mais fácil dizer do que fazer. Os genes precisam ser alterados para que as proteínas possam migrar para as mitocôndrias, e otimizar a inserção e a migração é uma tarefa difícil. Infelizmente, devido ao baixo nível de financiamento, o trabalho progrediu lentamente ao longo dos anos desde que a expressão alotópica foi mostrada pela primeira vez.

Campanha MitoSENS no Lifespan.io

Olá pessoal! Desta vez, temos duas notícias. Primeiro, estamos preparando uma história sobre um novo truque que aplicamos para melhorar a expressão alotópica dos genes mitocondriais. Ainda estamos explorando se estamos 100% certos antes de escrever uma publicação e fazer uma declaração, mas estamos muito próximos. Sim, isso significa que realizamos a expressão alotópica de um número maior de genes. Mantenha contato!

Em segundo lugar, estamos no estágio de planejamento do nosso primeiro teste de mouse e pedimos que você o ajude a iniciá-lo! Incluirá o teste de duas tecnologias que a SENS Research Foundation ajudou a inventar: a tecnologia exclusiva de camundongos transgênicos e a aplicação do que aprendemos em 2016 . Temos certeza de que nosso trabalho mostrará ao mundo que a expressão alotópica é real e o futuro está nela. Em um futuro próximo, você verá um anúncio de um novo teste.

Matthew Oakey O'Connor, PhD, Diretor do MitoSENS

Entrevista com Matthew O'Connor na Longecity

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Nesta semana, estamos falando sobre o trabalho da Fundação de Pesquisa SENS, que lida com a eliminação de danos moleculares e celulares. O envelhecimento mitocondrial é uma parte importante do processo de envelhecimento humano. O programa SENS que resolve esse problema, o MitoSENS, é um dos projetos de bioengenharia mais ambiciosos e tecnicamente desafiadores. Eventos importantes ocorreram recentemente, e você aprenderá sobre eles em nossa entrevista com o chefe do programa MitoSENS, Dr. Matthew O'Connor.

Longecidade : Você está no ar!

Matthew O'Connor : Oi, obrigado por me convidar!

Longecity : Você poderia falar um pouco sobre o MitoSENS?

Matthew O'Connor : Claro. Estamos desenvolvendo terapia genética que corrige mutações mitocondriais. A idéia é que as mitocôndrias tenham seu próprio DNA, seus próprios genes, apenas 13 genes que codificam proteínas, mas todos são importantes. Os problemas começam quando surgem mutações, herdadas de sua mãe ou relacionadas à idade.

Longecidade : E mutações relacionadas à idade afetam quase todo mundo, certo?

Matthew O'Connor : Certo. Ainda não temos 100% de certeza, mas tudo indica que a função mitocondrial diminui com a idade e que esse é um aspecto importante do envelhecimento que todos experimentam em seus próprios músculos, por exemplo, à medida que se tornam mais fracos com a idade.

Longitude : Em nossa última reunião, você tinha apenas o conceito de mover genes mitocondriais para o núcleo. O conceito do MitoSENS era transferir alguns desses genes para o núcleo da célula, no qual eles estariam melhor protegidos e continuariam realizando seu trabalho. O que há de novo com você? Você mudou dos dois primeiros genes que visava?

Matthew O'Connor : O DNA mitocondrial é mais propenso a danos porque as mitocôndrias se especializam em criar energia, em vez de proteger e armazenar o DNA. Essa é a tarefa do núcleo em que todos os nossos cromossomos vivem. As mitocôndrias produzem energia e os subprodutos da produção de energia são radicais livres que destroem o DNA sensível. Portanto, tentamos inserir um backup de qualquer um dos treze genes no núcleo. Você mencionou duas em que trabalhamos. Tivemos uma publicação no final de 2016, na qual mostramos claramente que podemos pegar uma célula de um paciente com mutações em dois dos treze genes e corrigi-las usando nossa terapia genética.

Longecidade : Então você foi capaz de corrigir mutações mitocondriais, restaurar a função mitocondrial nessas células. Isso parece muito bom!

Matthew O'Connor : Sim, tudo estava muito claro. Pudemos mostrar um aumento na produção de energia pelas mitocôndrias, fomos capazes de mostrar o consumo de oxigênio. A razão pela qual respiramos, consumimos oxigênio, é porque nossas mitocôndrias precisam dela para produzir energia. Fomos capazes de mostrar uma melhora em sua sobrevivência. Conseguimos cultivar células sob duas condições diferentes: anaerobicamente, como as células cancerígenas costumam fazer, ou como as bactérias crescem e sob condições em que elas só poderiam sobreviver aerobicamente se consumissem oxigênio usando mitocôndrias. Sob condições aeróbicas, apenas as células corrigidas sobreviveram e todas as células mutantes morreram.

Longecidade : Então você teve sucesso com esses dois primeiros genes que você alvejou. E os outros 11 genes? Algum plano para trabalhar com algum deles em um futuro próximo?

Matthew O'Connor : Sim, na verdade já estamos trabalhando em todos eles em vários graus, e posso falar um pouco sobre o sucesso. Desenvolvemos vetores de DNA direcionados para todos os 13 genes que codificam proteínas e testamos sua capacidade de produzir proteínas e direcioná-las para mitocôndrias. Nem todos eles funcionam bem, e ainda não podemos declarar vitória. Mas estamos progredindo e apresentaremos relatórios sobre isso no futuro próximo. Mostraremos quais funcionam melhor e quais funcionam pior. Falaremos sobre as estratégias nas quais estamos trabalhando, a fim de melhorar o processo contínuo de desenvolvimento de genes e atingir as mitocôndrias.

Longecity : Eu não sou um bioengenheiro, então você poderia explicar o mecanismo pelo qual as proteínas são encontradas nas mitocôndrias? Como está indo isso?

Matthew O'Connor : As mitocôndrias codificam apenas 13 proteínas, o núcleo codifica mais de mil proteínas que são transportadas para as mitocôndrias. Portanto, é mais provável que seu transporte seja um processo normal, e a parte incomum é a síntese de proteínas nas mitocôndrias. Estudamos como o núcleo normalmente funciona e estamos tentando alterar as proteínas mitocondriais para que se comportem como proteínas nucleares. Os dois problemas mais simples, por exemplo, o DNA mitocondrial são escritos em uma linguagem um pouco diferente. Ela ainda usa as mesmas quatro letras: A, T, G e C , mas a maneira como são lidas é um pouco diferente. A primeira coisa que precisamos fazer é traduzir os genes para a linguagem do kernel. A segunda coisa que precisamos fazer é colocar a sequência de direcionamento no início do gene, denominada sequência de direcionamento mitocondrial ou MTS. Pegamos o MTS de outro gene e o inserimos no início de qualquer um dos 13 genes para direcionar a proteína expressa às mitocôndrias. E testamos muito MTS em nosso laboratório.

Longecidade : Isso parece bastante complicado, tecnicamente. Você trabalha nisso há vários anos, qual é o principal problema na aceleração dessa potencial terapia antienvelhecimento?

Matthew O'Connor : Então, as duas coisas que acabei de dizer são a parte relativamente fácil e a parte difícil é otimizar a maneira como o código funciona com o MTS e outras sequências reguladoras que cercam o gene, como o gene entra no genoma, quantas vezes ele é inserido . Os muitos aspectos diferentes que estudamos, são a parte mais difícil, incluindo nosso entendimento de como a evolução criou esse sistema e descobrir como podemos aplicá-lo aos genes mitocondriais. Nós projetamos e redesenhamos o tempo todo, tentando diferentes mudanças nos genes para tentar descobrir como melhorar sua expressão, direcionando proteínas para as mitocôndrias e importando-as para mitocôndrias, medindo sua função.

Longidade : as pessoas que seguem pesquisas no campo do rejuvenescimento sabem que tudo isso é lento, cansativo e difícil. Existem ferramentas novas e mais eficientes?

Matthew O'Connor : Existem duas ferramentas que nos ajudam. Uma delas é que, na era atual da biologia sintética, você pode ordenar qualquer sequência de DNA do zero em apenas alguns milhares de dólares. Portanto, em nosso tempo, diferentemente do tempo em que eu estava na pós-graduação, podemos simplesmente digitar o código no computador que queremos criar e sintetizar. Antigamente, para criar uma nova versão, usamos muitos hacks diferentes que levavam semanas e meses, mas hoje em dia você só precisa imprimi-lo e enviá-lo por email. Foi uma grande bênção para nós e nossa capacidade de testar novas idéias. O segundo é o CRISPR , não é novo em biologia molecular , mas é novo em nosso projeto, permite controlar onde inserimos nossos genes no genoma nuclear. Isso remove a variabilidade extra que os engenheiros precisavam levar em conta ao tentar inserir seu gene no genoma. Geralmente isso acontece por acaso, em qualquer lugar, e esse é um aspecto que pode complicar a situação. Atualmente, começamos a controlar o processo, inserindo genes mais especificamente usando o CRISPR.

Longecidade : Existem muitas empresas hoje em dia, elas estão analisando um aspecto do envelhecimento, e parece que alguns obstáculos ou coisas inesperadas estão aparecendo de repente em seu caminho. Sei que você teve muito cuidado ao planejar como o MitoSENS evoluirá. Por vários anos, o que foi mais surpreendente ou que problemas repentinos surgiram?

Matthew O'Connor : Um problema é que os modelos de mutações mitocondriais são muito limitados. Por exemplo, falei sobre o uso do CRISPR para modificar especificamente um gene no núcleo. Mas se você deseja alterar os genes nas mitocôndrias, não pode usar o CRISPR, ele não funciona, ou pelo menos ninguém descobriu como fazê-lo funcionar. Assim, é impossível manipular o genoma mitocondrial, o que significa que ninguém pode criar mutações específicas no DNA mitocondrial. Usamos mutações aleatórias que ocorrem naturalmente. Além disso, em sistemas modelo - por exemplo, como ratos - não há muitas mutações que geralmente são estudadas em laboratório. Existem muito poucas doenças mitocondriais murinas e, portanto, a maioria de nós usa seres humanos. Isso não significa que experimentamos pessoas, usamos células humanas. Estamos limitados a células retiradas de pacientes que encontraram raras mutações mitocondriais. E nosso grupo é exigente quanto às mutações que queremos estudar, porque queremos mutações específicas que afetam apenas um, talvez dois genes de cada vez, para que possamos fazer perguntas simples. Tentar fazer tudo de uma vez não é o melhor caminho. Eu diria que um dos maiores obstáculos que nos atrasa é a falta de boas linhas de células para o trabalho. Estamos sempre procurando por eles - em publicações e em conferências.

Longecidade : E a próxima pergunta: quando você planeja trabalhar com organismos inteiros, e não apenas com células em um copo?

Matthew O'Connor : Boa pergunta, e eu tenho uma resposta encorajadora. Planejamos começar a arrecadar fundos para testes com ratos nos próximos meses. Estamos escrevendo planos financeiros. Os laboratórios prometeram cultivar camundongos transgênicos para nós. Nós projetamos completamente os mouses que precisamos. Encontramos ratos com as mutações desejadas. Eles não são tão importantes quanto aqueles com os quais geralmente trabalhamos em linhas celulares, mas com outros ratos eles não sobreviveriam, pois as mutações mitocondriais são muito prejudiciais à saúde. Mas temos camundongos com mutações moderadas e já fizemos experimentos em suas células, e eles são considerados funcionais. Portanto, acho que em breve teremos ratos, mas somente depois de alguns anos saberemos se corrigimos a mutação. No entanto, teremos ratos com nosso gene, provavelmente em menos de um ano.

Longecidade : Parece ótimo. E a última pergunta: você está trabalhando com mitocôndrias danificadas, e a teoria do envelhecimento da SENS diz: ei, vamos consertar o dano e tudo ficará muito melhor. Você tem alguma opinião sobre os produtos atuais? Antioxidantes como os precursores MitoQ ou NAD + , o que você acha deles? Você os acha eficazes?

Matthew O'Connor : Essa é uma pergunta difícil, já que não é da minha área, mas vou lhe dizer minha opinião. Eu diria que existem alguns estudos preliminares indicando que aumentar o nível de NAD + com esses suplementos alimentares pode realmente ter algum tipo de efeito positivo em sua função mitocondrial. Se eles melhorarão sua saúde ou expectativa de vida é uma questão não resolvida. Mas eles poderiam melhorar um pouco a produção de energia. Os antioxidantes direcionados às mitocôndrias estão supostamente funcionando, mas eu não recomendo que você vá às lojas para eles. No entanto, acredito que vale a pena prestar atenção nessa área de pesquisa. A época em que todo mundo falou sobre tomar megadoses de vitamina C e E para tentar remover todos os radicais livres produzidos pelas mitocôndrias se foi, pois elas não entram nas suas mitocôndrias. Mas alguns parecem cair neles. O problema é que é um sistema sensível e é melhor não interferir. Houve experimentos que mostraram que alguns desses antioxidantes direcionados podem remover excessivamente os radicais livres e danificar a função mitocondrial. Portanto, não corro para as lojas, mas sigo a pesquisa.