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 всё 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
Запись в mp3
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 и 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 выслать 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 изменения гена в ядре. Но если вы хотите изменить гены 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 – не лучший способ. 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. И последний вопрос: 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.
