MITO-Porter Yönteminin Mitokondriyal Mutasyonlarda Kullanımı

Mitokondri genomunda gerçekleşen mutasyonlar mitokondriyal hastalık olarak refere edilmektedir. Duyma kaybı, kanser, diyabet, nörodejeneratif hastalıklar, mitokondriyal ensefalomiyopati gibi hastalıklar mitokondriyal hastalıklara girebilmektedir [1]. Mitokondriyal gen hastalıkları, mutant mitokondriyal DNA (mtDNA) ve normal mtDNA birlikte bulunmasından dolayı homoplazmik mutasyonlar sınıfına girmektedir. Mutantlı ve mutantsız mtDNA’nın aynı anda bulunduğu durumlarda mutasyon hızı belirli bir eşiği geçtiğinde mitokondriyal fonksiyonların etkilenmesinden dolayı hastalık belirtileri görülmeye başlar [2].

Şekil 1. Mitokondrinin yapısı [3]


Bu tür hastalıklar genellikle vitamin takviyeleri ile tedavisi yapılmaktadır. Vitamin takviyesi gibi tedavi yöntemleri yerine inovatif terapötik stratejisi olan mitokondriyal gen terapisi son yıllarda popülerleşmeye başlamıştır. Bir mitokondride mtDNA’nın yaklaşık 2-10 adet kopyası bulunmaktadır. Hücre bazında alırsak 200-2000 mtDNA kopyası bulunmaktadır. Tedavi yöntemi olarak mutantlı mtDNA’nın normal mtDNA’ya oranını azaltarak eşiğin altına düşülmesi hedeflenmektedir.

Son yıllarda geliştirilen allotropik ekspresyon metodunda mitokondriden derive edilen genlerin nükleusa iletilmesi ve ardından santral dogma sürecinde oluşturulan protein ya da RNA’nın mitokondriyal hedefleme sinyali (MTS) ile mitokondriye iletimidir. Günümüze kadar mitokondriye gönderiler NADH dehidrogenaz 4 (ND4) proteini, respiratory kompleks I’in parçası, sitokrom c oksidaz II (COX2), respiratory kompleks IV’ün parçası, ATPaz 6 ve ATPaz 8’in allotropik ekspresyonu ile yapılmaktaydı. Bu özet makale de ise mitokondriyal hastalıkların tedavisi hakkında kısa bir özet ve tedavi yöntemi olarak vaat eden MITO-Porter’ın yüzeysel bir şekilde açıklanacak.

Gönderimi üzerinde çalışılan çoğu mitokondriyal protein çözülemediği için bahsi geçen sistemde mitokondriye ulaşamamakta ve çökelmektedir. Allotropik ekspresyonda gerçekleşen RNA ekspresyonu ve mitokondriyal transportunda kullanılan MTS ile iletim sırasında kilit görevi gören dış membran translokazı (TOM) / iç membran translokazı (TIM)’in oldukça ufak delikleri bulunmaktadır. Bu nedenle katlanmış proteinler gibi büyük proteinler mitokondrinin membranından geçememektedir. Sorunun çözümü için katlanmamış rRNA gibi moleküllerin mitokondriyal membrandan geçişi teoretize edilmektedir [1].

Geçmiş çalışmalardan birinde (şekil 2) mitokondride bulunan tRNA gerçekleşen tRNA’nın tRNALeu (UUG) yani A3243G mutasyonu hakkında terapötik metot denemiştir. Bu çalışmada yabanıl tip (WT) RNA mitokondriye allotropik ekspresyon metodu ile iletilmiştir. Sonuç olarak mitokondriyal proteinlerin ekspresyonlarında artış kaydedilmiş ve mitokondriyal solunum kapasitesinde artış görülmüştür. Ancak allotropik ekspresyonun gerçekleştirilebilmesi için oldukça fazla adım ve prosedür gerekmesi sebebiyle yeterince pratik değildir [2].

Şekil 2. MITO-Porter sistemi [2]


Günümüze kadar yapılan çalışmalarda RNA’nın sitoplazmadan mitokondriye iletimi kaydedilmiştir ancak RNA, mitokondriye kendiliğinden gitmeyip sitozolik içsel bir proteine ihtiyaç duymaktadır. Bu proteinin ekspresyon miktarı RNA’nın mitokondriye iletimini sınırlamaktadır, iletimin verimliliğini ve hızını düşürmektedir. Daha yüksek miktarlarda RNA iletiminin sağlanması için MITO-Porter isimli lipozom bazlı taşıyıcılar geliştirilmektedir. MITO-Porter, membran füzyonu ile enkapsüle edilmiş moleküllerin mitokondriye iletimini sağlamaktadır ve bu iletim molekülün boyutundan ve fiziksel yapısından bağımsız gerçekleşmektedir. MITO-Porter sayesinde mitokondriye allotropik ekspresyon gerektirmeden direkt olarak nükleik asit transfeksiyonu gerçekleşme ihtimalini oluşturmaktadır.

MITO-Porter hakkında yapılan çalışmalardan birinde (şekil 3) MITO-Porter metodu ile WT pre-WT-tRNAPhe iletilerek mitokondride bulunan tRNAPhe’nin G525A mutasyonunun oranını azaltma üzerine çalışma yapılmıştır. Bu çalışma literatürde nanokapsül kullanılarak mitokondriyal tRNA’nın terapötik kullanımında geçen ilk araştırma olmuştur [2].

Şekil 3. MITO-Porter sistemi ile pre-WT-tRNAPhe iletimi [1]


Yapılan araştırmanın sonucunda verimlilik düşük olsa da normal hücrelerde (NB1RGB) %15 mutasyon olduğu onaylanmıştır. Bu durum göz önünde bulundurulduğunda mitokondriyal iletimin yokluğunda allotropik ekspresyonun hastalıklı hücrelerde mitokondriyal disfonksiyondan kaynaklı olabileceği düşünülmektedir. MITO-Porter ile RNA’nın direkt olarak transfeksiyonu sonucunda mitokondri hedefleme sinyaline sahip olan sekansların mutasyon oranını olmayanlara göre daha efektif bir şekilde azalttığı görülmüştür [2].

MITO-Porter hakkında yapılan aynı takım tarafından yapılmış yeni bir çalışmada ise WT-rRNA(12S) iletimi ile rRNA’da bulunan A1555G mutasyonuna sahip hücrelerdeki mutant rRNA oranının azaltılması hedeflenmiştir. Bu mutasyon arasındaki mekanizma bilinmese de duyma kaybıyla ilişkisi bulunmaktadır. Çalışmanın sonucunda ise başarı görülmüş ve mitokondriyal solunum aktivitesi arttığı kaydedilmiştir. MITO-Porter’ın terapötik olarak kullanımı için gerekli çalışmalara devam edilmektedir [1].

Mitokondriyal genetik hastalıklar birçok organda, özellikle beyinde, disfonksiyona sebep olabilmektedir. Tedavi için nükleik asitin iletimi sırasında kan-beyin bariyeri sebebiyle beyine iletiminde sorun yaşanmaktadır bu sebeple lokal olarak MITO-Porter’ın hastalığa sahip olan dokuya iletimi gelecekte düşünülmektedir. MITO-Porter sistemi gelecekte mitokondriyal ilaç iletim sistemi olarak mitokondriyal gen terapi yöntemi olarak gelecek vaat etmektedir [2].





KAYNAKÇA


[1] Yamada, Y., Maruyama, M., Kita, T., Usami, S. I., Kitajiri, S. I., & Harashima, H. (2020). The use of a MITO-Porter to deliver exogenous therapeutic RNA to a mitochondrial disease’s cell with a A1555G mutation in the mitochondrial 12S rRNA gene results in an increase in mitochondrial respiratory activity. Mitochondrion, 55, 134-144.

[2] Kawamura, E., Maruyama, M., Abe, J., Sudo, A., Takeda, A., Takada, S., ... & Yamada, Y. (2020). Validation of gene therapy for mutant mitochondria by delivering mitochondrial RNA using a MITO-Porter. Molecular Therapy-Nucleic Acids, 20, 687-698.

[3] Mitochondrial DNA. (n.d.). [Illustration]. https://tr.clipart.me/free-vector/mitochondrial-dna

28 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör