Митохондрии – «энергетические станции» клетки, потомки древних симбиотических бактерий. Они сохранили небольшой фрагмент бактериального генома, кодирующего тринадцать генов, нужных для функционирования митохондрий. Большинство иных генов перешли в ядро клетки в процессе эволюции, так как митохондрии становились все более интегрированными в клетку. К сожалению, митохондриальная ДНК более подвержена повреждениям, чем ядерная, и некоторые формы повреждений могут приводить к мутациям и сбоям в работе митохондрий. Мутантные митохондрии быстро захватывают клетку, вытесняя их функциональные версии в процессе клональной экспансии. Затем эта клетка становится экспортером свободных радикалов, что приводит к целому ряду возрастных патологий. Перекисные липиды, например, являются причиной атеросклероза.
Целью исследовательской программы MitoSENS является создание резервных копий всех митохондриальных генов в ядре клетки при помощи генной терапии, процесс, известный как аллотопическая экспрессия. Она в принципе предотвратит изменения в митохондриях за счёт предоставления резервного источника белков, нужных для их правильной работы. Конечно, это легче сказать, чем сделать. Гены нужно изменить так, чтобы белки могли мигрировать в митохондрии, а оптимизация вставки и миграции – сложная задача. Увы, из-за низкого уровня финансирования работа прогрессировала медленно за годы, прошедшие с тех пор, как впервые была показана аллотопическая экспрессия.
Кампания MitoSENS на Lifespan.io
Всем привет! На этот раз у нас есть две новости. Во-первых, мы готовим рассказ о новом трюке, который мы применили, чтобы улучшить аллотопическую экспрессию митохондриальных генов. Мы все ещё изучаем, правы ли мы на 100%, прежде чем писать публикацию и делать заявление, но мы очень близки. Да, это означает, что мы провели аллотопическую экспрессию большего числа генов. Будьте на связи!
Во-вторых, мы находимся на этапе планирования нашего первого испытания на мышах, и мы просим вас помочь в его запуске! Оно будет включать в себя испытание двух технологий, которые SENS Research Foundation помог изобрести: уникальная технология трансгенных мышей и применение того, что мы узнали в 2016 году. Наша работа, мы уверены, покажет миру, что аллотопическая экспрессия реальна, и за ней будущее. В ближайшее время вы увидите объявление о новом испытании.
Мэттью «Оки» О'Коннор, PhD, глава программы MitoSENS
Интервью с Мэттью О'Коннором на Longecity
На этой неделе мы рассказываем вам про работу SENS Research Foundation, занимающегося устранением молекулярных и клеточных повреждений. Старение митохондрий – важная часть процесса старения человека. Программа SENS, решающая эту проблему, MitoSENS, является одним из наиболее амбициозных и технически сложных биоинженерных проектов. Недавно произошли важные события, и вы узнаете о них в нашем интервью с главой программы MitoSENS, доктором Мэтью О'Коннором.
Longecity: Вы в эфире!
Мэтью О'Коннор: Привет, спасибо за приглашение!
Longecity: Могли бы вы рассказать немного про MitoSENS?
Мэтью О'Коннор: Конечно. Мы разрабатываем генную терапию, исправляющую митохондриальные мутации. Идея в том, что митохондрии имеют собственную ДНК, собственные гены, всего 13 генов, кодирующих белки, но все они важны. Проблемы начинаются, когда в них возникают мутации, либо унаследованные от вашей матери, либо возрастные.
Longecity: И возрастные мутации затрагивают почти всех, правильно?
Мэтью О'Коннор: Верно. Мы ещё не уверены на 100%, но всё указывает, что митохондриальная функция уменьшается с возрастом, и что это важный аспект старения, который каждый испытывает на себе, например, в своих мышцах, поскольку они становятся слабее с возрастом.
Longecity: В прошлую нашу встречу у вас была лишь концепция перемещения митохондриальных генов в ядро. Концепция MitoSENS заключалась в том, чтобы перенести некоторые из этих генов в ядро клетки, в нём они были бы лучше защищены, и продолжали бы делать свою работу. Что у вас нового? Вы перешли от первых двух генов, на которые вы нацелились?
Мэтью О'Коннор: Митохондриальная ДНК более подвержена повреждению, потому что митохондрии специализируются на создании энергии, а не на защите и хранении ДНК. Это задача ядра, в котором живут все наши хромосомы. Митохондрии производят энергию, а побочным продуктом производства энергии являются свободные радикалы, разрушающие чувствительную ДНК. Поэтому мы пытались вставить резервную копию любого из тринадцати генов в ядре. Вы упомянули два, над которыми мы работали. У нас была публикация в конце 2016 года, в которой мы ясно показали, что можем взять клетку у пациента с мутациями в двух из тринадцати генов и исправить их, применяя нашу генную терапию.
Longecity: Значит, вы смогли исправить митохондриальные мутации, вернуть митохондриальные функции в этих клетках. Звучит весьма неплохо!
Мэтью О'Коннор: Да, всё было очень ясно. Мы смогли показать увеличение производства энергии митохондриями, мы смогли показать потребление кислорода. Причина, по которой мы дышим, потребляем кислород, состоит в том, что он нужен нашим митохондрииям, чтобы производить энергию. Мы смогли показать улучшение их выживания. Мы смогли вырастить клетки в двух разных условиях: анаэробно, как обычно делают раковые клетки или как растут бактерии и в условиях, когда они могли выживать лишь аэробно, если они могли потреблять кислород, используя митохондрии. В аэробных условиях выживали лишь исправленные клетки, и все мутантные клетки гибли.
Longecity: Таким образом, у вас был успех с этими двумя первыми генами, на которые вы нацелились. А как насчёт иных 11 генов? Какие-либо планы по работе с любым из них в ближайшее время?
Мэтью О'Коннор: Да, на самом деле мы уже работаем над всеми ими в разной степени, и я могу рассказать вам немного об успехе. Мы разработали векторы ДНК нацеливания для всех 13 генов, кодирующих белки, и мы протестировали их на способность продуцировать белки и направлять их в митохондрии. Не все из них работают хорошо, и мы ещё не можем объявить победу. Но у нас намечается прогресс, и мы сообщим о нём в ближайшее время. Мы покажем, какие из них лучше всего работают, а какие работают хуже. Мы поговорим о стратегиях, над которыми мы работаем, с целью улучшения непрерывного процесса разработки генов и их нацеливания на митохондрии.
Longecity: Я не биоинженер, так что могли бы вы разъяснить механизм, при помощи которого белки оказываются в митохондриях? Как это происходит?
Мэтью О'Коннор: Митохондрии кодируют лишь 13 белков, ядро кодирует более тысячи белков, которые транспортируются в митохондрии. Так что их транспортировка – скорее обычный процесс, а необычная часть – синтез белка в митохондриях. Мы изучили то, как обычно работает ядро, и пытаемся изменить митохондриальные белки, чтобы они вели себя как ядерные белки. Две простейшие проблемы, например, – митохондриальная ДНК написана на немного ином языке. Она по-прежнему использует те же четыре буквы: A, T, G и С, но способ чтения их немного различается. Первое, что нам нужно сделать, это перевести гены на язык ядра. Второе, что нам нужно сделать, это поставить нацеливающую последовательность в начале гена, называемую mitochondrial targeting sequence или MTS. Мы берём MTS у иного гена и вставляем её в начале любого из наших 13 генов, чтобы нацелить экспрессируемый белок на митоходрию. И мы проверили много MTS в нашей лаборатории.
Longecity: Это звучит довольно сложно, технически. Вы работали над этим в течение нескольких лет, что является самой главной проблемой в ускорении этой потенциальной омолаживающей терапии?
Мэтью О'Коннор: Итак, две вещи, которые я только что рассказал, являются относительно лёгкой частью, а сложная часть – оптимизация способа работы кода с MTS и иными регуляторными последовательностями, которые окружают ген, как ген попадает в геном, сколько раз он вставлен. Много разных аспектов, которые мы изучаем, они и есть сложная часть, включая наше понимание, как эволюция создала эту систему, и выяснение того, как мы можем применить её к митохондриальным генам. Мы всё время проектируем и перепроектируем, пробуя разные изменения в генах, чтобы попытаться выяснить, как улучшить их экспрессию, нацеливание белков на митохондрии, а затем импорт в митохондрии, измеряем их функцию.
Longecity: Люди, которые следят за исследованиями в сфере омоложения, знают, что всё это медленно, утомительно и сложно. Есть ли какие-нибудь новые более эффективные инструменты?
Мэтью О'Коннор: Есть два инструмента, которые помогают нам. Один из них заключается в том, что в нынешнюю эпоху синтетической биологии вы можете заказать всего за пару тысяч долларов любую последовательность ДНК с нуля. Поэтому в наше время, в отличие от времени, когда я учился в аспирантуре, мы можем просто набрать на компьютере код, который мы хотим создать, и синтезировать его. В прежние времена, чтобы создать новую версию, мы использовали множество разных хаков, которые занимали недели и месяцы, но в наше время нужно лишь напечатать её и отправить на email. Это было огромным благом для нас и нашей способности проверять новые идеи. Второй – CRISPR, он не новый в молекулярной биологии, но новый в нашем проекте, он позволяет нам контролировать, где в ядерном геноме мы вставляем наши гены. Он убирает лишнюю изменчивость, которую раньше обязаны были учитывать инженеры, пытаясь вставить свой ген в геном. Обычно это происходит случайно, в любое место, и это аспект, который может усложнить ситуацию. В наше время мы начинаем контролировать процесс, вставляя гены более конкретно при помощи CRISPR.
Longecity: В наше время существует много компаний, они смотрят на один из аспектов старения, и, кажется, внезапно возникают некоторые препятствия или неожиданные вещи на их пути. Я знаю, что вы были очень осторожны в планировании того, как MitoSENS будет развиваться. В течение нескольких лет, что было самым удивительным, или какие внезапные проблемы возникли?
Мэтью О'Коннор: Одна из проблем заключается в том, что модели митохондриальных мутаций весьма ограничены. Например, я говорил об использовании CRISPR для специфического нацеливания гена в ядре. Но если вы хотите нацелить что-то в митохондрии, вы не можете использовать CRISPR, в ней он не работает или, по крайней мере, никто не выяснил, как заставить его работать. Таким образом, невозможно манипулировать митохондриальным геномом, а это значит, что никто не может создавать специфические мутации в митохондриальной ДНК. Мы используем случайные мутации, которые происходят естественным путём. Кроме того, в модельных системах – например, таких как мыши, – не так много мутаций, которые обычно изучаются в лаборатории. Существует очень мало мышиных митохондриальных заболеваний, и поэтому большинство из нас используют людей. Это не значит, что мы экспериментируем с людьми, мы используем человеческие клетки. Мы ограничены клетками, которые берутся у пациентов, у кого нашли редкие митохондриальные мутации. И наша группа придирчива к мутациям, которые мы хотим изучать, потому что мы хотим специфические мутации, влияющие лишь на один, может быть, два гена за раз, чтобы мы могли спрашивать простые вопросы. Попытка сделать всё сразу оказывается небрежным способом. Я бы сказал, что одно из самых больших препятствий, которые замедляет нас, отсутствие хороших клеточных линий для работы. Мы всё время их ищем – в публикациях и на конференциях.
Longecity: И следующий вопрос: когда вы планируете работать с целыми организмами, а не просто с клетками в чашке?
Мэтью О'Коннор: Хороший вопрос, и у меня есть обнадёживающий ответ. Мы планируем начать сбор средств на мышиные испытания в ближайшие месяцы. Мы пишем финансовые планы. Лаборатории обещали выращивать нам трансгенных мышей. Мы полностью спроектировали мышей, которые нам нужны. Мы нашли мышей с нужными мутациями. Они не такие важные, как те, с которыми мы обычно работаем в клеточных линиях, но с иными мыши бы не выжили, так как митохондриальные мутации весьма вредны для здоровья. Но у нас есть мыши с умеренными мутациями, и мы уже сделали эксперименты на их клетках, и они считаются работающими. Поэтому я думаю, что у нас скоро появятся мыши, но лишь через пару лет мы узнаем, исправили ли мы мутацию. Тем не менее, у нас будут мыши с нашим геном, наверное, менее чем через год.
Longecity: Звучит здорово. Последний вопрос здесь: вы работаете с повреждёнными митохондриями, а теория старения SENS говорит, эй, давайте просто исправим ущерб, и всё будет намного лучше. Есть ли у вас мысли о нынешних продуктах? Антиоксиданты, такие как MitoQ или предшественники NAD+, что вы думаете о них? Считаете ли вы их эффективными?
Мэтью О'Коннор: Это сложный вопрос, поскольку это не моя сфера, но я расскажу своё мнение. Я бы сказал, что есть некоторые предварительные исследования, указывающие, что повышение уровня NAD+ при помощи этих БАД реально может оказать какое-то положительное влияние на вашу митохондриальную функцию. Улучшат ли они ваше здоровье или продолжительность жизни – ещё не решённый вопрос. Но они могли бы слегка улучшить производство энергии. Антиоксиданты, нацеленные на митохондрии, являются предположительно рабочими, но я не рекомендую вам бежать за ними в магазины. И всё же я считаю, что на эту сферу исследований стоит обратить внимание. Эпоха, в которой все говорили о принятии мегадоз витамина С и Е, чтобы попытаться убрать все свободные радикалы, производимые митохондриями, ушла, так как они не попадают в ваши митохондрии. Но некоторые, похоже, попадают в них. Проблема в том, что это чувствительная система, и лучше в неё не вмешиваться. Были эксперименты, которые показали, что некоторые из этих целевых антиоксидантов могут излишне хорошо убирать свободные радикалы и фактически наносят ущерб митохондриальной функции. Поэтому я не бегу в магазины за ними, а слежу за исследованиями.
Автор: Ariel VA Feinerman
