أجرينا مقابلة مع الدكتورة أموسا بوميناسان من مؤسسة SENS Research في مؤتمر إنهاء الأمراض المتعلقة بالعمر لعام 2019 حول بحثها في العلاج الترميمي الميتوكوندريا ، وأهمية التجارب على الحيوانات النموذجية ، وآرائها حول مستقبل أبحاث الشيخوخة.
حصلت الدكتورة أموسا بوميناسان على درجة الماجستير والدكتوراه في الكيمياء الحيوية من جامعة بيون والمختبر الكيميائي الوطني في الهند ، على التوالي. واصلت البحث عن الميتوكوندريا في جامعة بنسلفانيا وجامعة روتجرز في الولايات المتحدة. درست بالتفصيل آليات الاندماج والانقسام في الميتوكوندريا ، والتوليف الحيوي لمجموعات الحديد والكبريت وتوصيل البروتينات إلى الميتوكوندريا كجزء من تدريبها بعد الإرساء في جمعية القلب الأمريكية.يقود Amusa حاليًا برنامج MitoSENS في ماونتن فيو ، كاليفورنيا. يدرس فريقها البحثي طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) ويطور طرقًا لاستعادة الوظائف المفقودة نتيجة لهذه الطفرات من خلال التعبير الوراثي لجينات الميتوكوندريا. يمكن أن تؤدي طفرات mtDNA الوراثية إلى أمراض شديدة وموهنة ، مثل NARP ، ومتلازمة Lei ، و MELAS.باستخدام تقنياته ، نجح فريق MitoSENS بالفعل في التعبير المستقر عن الجين ATP8 ، ويتطلع إلى تكرار النجاح لجميع الجينات الـ 13 في المستقبل القريب. هدفهم هو تطوير علاج جيني آمن وفعال لعلاج الخلل في الميتوكوندريا.مقابلة
توماس وارنر لينر : بدأ فريق البحث الخاص بك في تطوير طريقة متقدمة للتعبير التماثلي لـ mtDNA في عام 2015 ، وقد أظهر بالفعل نتائج واعدة للغاية. ما هي العوائق التي تحول دون التعبير التماثلي التي تتغلب عليها هذه الطريقة الجديدة وماذا يعني ذلك في رأيك لمزيد من البحث عن الحيوانات النموذجية؟أموسا بوميناسان : كانت العقبة الرئيسية التي تم التغلب عليها أننا عبرنا على الأقل عن الجينات الـ 13. استخدمنا نهجًا واحدًا لإجراء بعض التصحيحات الجادة على جميع الجينات الـ 13 ، ولكن هذا النهج قد يعمل بشكل مختلف بالنسبة لهم. ربما سيتعين علينا إعادة تصميم النهج المشار إليه لكل جين بسبب ميزاته.لذلك ، تختلف جميع الجينات الـ 13 في الطول ، وكراهية الماء ، والمجمعات التي تستهدفها. العائق الرئيسي هو عامل مسعور. تغطي البروتينات غشاء الميتوكوندريا الداخلية في عدة طبقات ، وتحتاج إلى الحصول عليها من الخارج. يتم تصنيع هذه البروتينات الـ 13 في مصفوفة ودمجها في مجمعاتها. ولكن مع تعبير خافض ، يتم تصنيعها في العصارة الخلوية ويجب أن تمر عبر غشاءين ، ثم تصل إلى المكان الصحيح. تحتوي الميتوكوندريا نفسها على إنزيمات (إنزيمات تحفز نقل الأيونات أو الجزيئات من خلال الأغشية) للأغشية الخارجية والداخلية ، والتي تعمل بشكل مختلف. اعتمادا على الوجهة ، سيتم إشراك آليات مختلفة.يجب علينا تطوير البروتينات بالتتابع ، واحدًا تلو الآخر ، أو تغيير كل منها حتى يتعرف على المسار الصحيح وينخرط فيه. سنقوم بتصحيحات عامة لجميع الجينات الـ 13 ، بالإضافة إلى ذلك ، سنقوم بتصحيحات شخصية لكل منها لجعلها تعمل. الخطوة الأولى هي رؤية النتيجة على الأقل - وقد اكتملت هذه الخطوة.توماس وارنر لينر : ما هي المعايير التي وجهت MitoSENS عند اختيار الجينات للعمل على التعبير التماثل؟أموسا بوميناسان: إحدى العقبات هي التحقق من أن التكنولوجيا الخاصة بنا تعمل حقًا ، ولهذا نحتاج إلى أنظمة نموذجية. السبب الذي سمح لنا بإثبات أن ATP8 يعمل هو وجود خط خلية مريض مع طفرة خطيرة تساوي صفر لـ ATP8. تظهر طفرات MtDNA في البشر على مستويات مختلفة ، ولكن من غير المعتاد أن يفتقر المريض تمامًا إلى بعض البروتين. هذا حدث نادر. لكن الحمض النووي للميتوكوندريا موجود في heteroplasmy . إن نسبة الميتوكوندريا الطافرة والعادية هي عامل يحدد النمط الظاهري للمرض. أو يتم تقييد المرض بسبب حقيقة أن mtDNAs العادية تثبط DNA المتحول.أحد أسباب اقتناعنا بالأداء الصحيح لـ ATP8 هو أننا تمكنا من الحصول على خط خلية صفري وإظهار أن البروتين الخارجي يصل إلى المكان الصحيح ويعيد العديد من وظائفه. في الواقع ، خط الخلية الأيمن متاح لنا - نجاح نادر. حسنًا ، لماذا لا تستغل هذا؟توماس وارنر لينر : مراجعة نشرت في أبريل من هذا العام من قبل مجموعة من العلماء الصينيين ناقشت فوائد استخدام ذبابة ذبابة الفاكهة كنموذج لدراسة طفرات mtDNA. هل يمكن أن توضح لماذا تفضل مجموعة MitoSENS إجراء بحثها على الفئران بدلاً من الذباب؟أموسا بوميناسان: كما علمنا في هذا المؤتمر ، الذباب ، على مستوى الكيمياء الحيوية ، تأكد من عمل طرق معينة ، ولكنك تحتاج إلى ثدييات أعلى للذهاب إلى التجارب السريرية على البشر. مرة أخرى ، حدث أن لدينا نموذج لمرض الفأر لجين ATP8. هذا نموذج جيد جدًا بدون تحور صفري ؛ لا يزال البروتين متاحًا ، ولكنه بروتين منخفض الوظائف.أعراض المرض خفيفة ولكنها مهمة جدا. إنها مميزة لمرض السكري أو مقاومة الأنسولين. من وجهة نظر سلوكية ، الفئران ليست مقاومة الإجهاد. ونتيجة لذلك ، إذا كان ATP8 يعمل بشكل مفصل وإذا استطعنا توليفه في نواة خلية الماوس واستعادة وظائفه ، فيمكننا بسهولة أن نثبت أن حالة الجسم قد عادت إلى وضعها الطبيعي ، سواء من وجهة نظر بيوكيميائية أو سلوكية. هذا هو السبب في أننا نفضل الماوس كحيوان نموذجي.توماس وارنر لينر : لماذا يعد تطوير واستخدام الماوس القابل للتعديل إلى أقصى حد خطوة مهمة في تطوير العلاج المضاد للشيخوخة؟أموسا بوميناسان: كما تعلم ، تقوم SENS بتمويل الماوس القابل للتعديل إلى أقصى حد. حاليا ، عادة ما يتم العلاج الجيني باستخدام ناقلات الفيروسات المرتبطة بالغدة ، وعلاجهم مؤقت. حتى الآن ، أكد الدكتور بلاسكو ذلك. هناك مزايا في أن التأثير مؤقت - يبدو أنه يضعف في الوقت المناسب. ولكن في سياق التعبير التقويمي ، نود أن يكون التأثير مستقرًا ودائمًا. بفضل الماوس القابل للتعديل إلى أقصى حد ، يمكننا وضع جينات كاملة في الجينوم. باستخدام الفيروسات المرتبطة بالأدينو ، تكون محدودًا بالحمولة التي يمكنك المساهمة بها في الجينوم. وهدفنا هو إدخال الجينات الـ 13 في الجينوم بمرور الوقت. هذا شريط عالي ، ولكن هذا بالضبط ما نريد تحقيقه.لتحقيق ذلك ، أنشأنا الماوس القابل للتعديل إلى أقصى حد من أجل وضع جين واحد على الأقل. نريد في المستقبل وضع جينات أخرى في الجينوم الخاص بها بحيث يتم التحكم في نسخها وترجمتها بنفس الطريقة التي يتم التحكم بها في جينات الميتوكوندريا الأخرى الموجودة في النواة. الماوس الأكثر قابلية للتعديل هو الأنسب لهذا.توماس وارنر لينر: بديل للتعبير التماثلي هو التعبير الغريب التغذية لبروتينات الأنواع الأخرى التي تعمل بطريقة مماثلة. وقد ظهر مثال للتعبير الناجح للأجسام الغريبة في أسيد أوكسيديز البديل ، الذي أعاد جدوى بعض ذبابة الفاكهة المتحولة. هل يمكنك أن تقول ما هي مزايا التعبير التماثلي مقارنة بالتعبير الغريب عندما يتعلق الأمر باستخدام العلاج في البشر.أموسا بوميناسان: نريد أن يكون هذا أنسنة قدر الإمكان. هذه الجينات غريبة في الجينوم النووي. ربما تكون قد أدخلت بالفعل ملفات تعريف مناعية جديدة يولدها هذا الجين الغريب. الآن ، إذا كنت ترغب في استخدام تعبير xenotropic ، فسيؤدي هذا إلى المزيد من التغييرات. من وجهة نظر الاختبار ، سيتعين علينا فحص جميع جينات الكائنات الحية الأخرى التي سقطت في النواة. يمكننا إجراء هذه التغييرات ، لكننا نريد أن تكون التغييرات أكثر إنسانية قدر الإمكان.اكتسبت العديد من هذه الجينات ، التي هاجرت إلى النواة أثناء التطور ، تغيرات مختلفة سمحت لها بالتحول. في بعض الحيوانات ، يعمل المركب الأول بسبب بروتين واحد فقط ، مثل NDI1في الخميرة. ولكن في الخلية البشرية ، من أجل عملها ، هناك حاجة إلى 47 بروتينًا ، يتم تصنيع 7 منها من الحمض النووي للميتوكوندريا ، وال 40 المتبقية من الحمض النووي النووي.لن ترغب في التعبير عن بروتين أجنبي (NDI1) ، ثم محاولة استعادة وظائفه. من وجهة نظر تجريبية بحتة ، يمكنك القيام بذلك ، ولكن استخدامه كعلاج للناس ليس فكرة جيدة إذا كنت ترغب في الحفاظ على سلامة المجمع البيوكيميائي بأكمله. لا يمكنني حتى تخيل الصعوبات التي قد تنشأ في هذه العملية. العلاج الجيني معقد في حد ذاته ، والآن تخيل العلاج الجيني كشيء يشبه الجين من الخميرة.توماس وارنر لينر : ما هي المصطلحات الواقعية لمظهر العلاج البشري التي يمكنك تسميتها؟أموسا بوميناسان: في الواقع ، هذا العلاج موجود بالفعل ، ولكن بالنسبة للنسخة المحولة. أي أن لدينا بالفعل سابقة. كل ما نحتاجه هو إظهار أن نسختنا أفضل ولها ملف تعريف مناعي أفضل. لهذا السبب نريد القيام بذلك على الحيوانات النموذجية - لإظهار مدى تحسنها. لا يمكنني تسمية التواريخ - هذا سؤال صعب للغاية. خلال المؤتمر ، سألني شخص بالفعل. إذا سارت الدراسات على الحيوانات بشكل جيد ، ثم خمس سنوات. ليس قبل خمس سنوات من العلاج البشري ، ولكن خمس سنوات لإثبات أن الطريقة جيدة جدًا ، لبدء تطوير العلاج البشري بناءً على ذلك.توماس وارنر لينر: هناك العديد من العوامل التي تفضل تراكم الطفرات في mtDNA مع مرور الوقت. هل من الضروري استكمال التعبير الوضعي لجينات mtDNA بعلاجات أخرى من شأنها تقليل عدد الطفرات التي تنشأ بمرور الوقت من أجل رؤية تأثير ملحوظ في الشيخوخة؟أموسا بوميناسان : سؤال جيد. إذا كنت تكمل التعبير التماثلي بما لديك بالفعل ، على سبيل المثال ، idebenone أو elamipretide أو شيء مشابه ، فسيكون هذا مفيدًا. كلهم من مضادات الأكسدة وتحسين وظيفة الفسفرة التأكسدية .ومع ذلك ، إنها مسألة علاج جيني في المرضى ؛ قد لا يسهم مرضهم في اعتماد هذا العلاج. إن مركبها الكيميائي الحيوي لا يعمل بكامل طاقته ، ولكن العلاج التكميلي يؤثر على جزء فقط من الشلال ، في حين أن الميتوكوندريا لا تعمل بشكل عام كما ينبغي. قد ترغب في تصحيح مرضهم إلى مستوى معين ، وفقط بعد ذلك يتم تطبيق العلاج الجيني للتأكد من أن العلاج الجيني يعمل.فيما يتعلق بالشيخوخة ، فإن السؤال القابل للنقاش هو ما إذا كانت طفرات mtDNA هي عامل رئيسي في الشيخوخة أم لا. هدفنا هو مساعدة المرضى ، وإذا أمكن ، المضي قدمًا.توماس وارنر لينر : في رأيك ، ما هو البحث الأكثر ضرورة في مجال التكنولوجيا الحيوية لمكافحة الشيخوخة من أجل التقدم قدر الإمكان في هذا المجال خلال السنوات العشر القادمة؟أموسا بوميناسان : أعتقد أننا بحاجة إلى مؤشرات حيوية جيدة. هذا ما ينقصه الميدان. الكل يريد إصلاحات سريعة. هناك العديد من مجالات البحث ، ويرى كل باحث أهميته الخاصة في مكافحة الشيخوخة ، لكنني لا أعتقد أنها بخير. أعتقد أن الشيخوخة تشبه إلى حد كبير انهيار المجمع بأكمله بمرور الوقت. لذلك ، نحن بحاجة إلى علامات أفضل وربما فهم أفضل لما يعنيه أن تكون بصحة جيدة (في سن الشيخوخة). لا ينبغي أن يتحمل الناس حقيقة أنهم مع تقدمهم في السن ، ثم يموتون. ربما من الضروري لفت انتباه الجمهور إلى المشكلة حتى يفهم الناس أنه من الطبيعي أن تكون لديهم الرغبة وأن يكونوا أصحاء طوال الحياة.توماس وارنر لينر : ما السؤال الذي لم تطرحه من قبل ، هل تود أن تسمع من الصحفيين؟أموسا بوميناسان : هذا سؤال صعب بشكل غير متوقع. لا أستطيع الإجابة عليه الآن. ومع ذلك ، أريد أن أقول شيئًا عن MitoMouse . نيابة عن MitoTeam في SENS ، أود أن أشكر LEAF على مساعدتهم.المراجعPfanner, N., Warscheid, B., Wiedemann N. (2019). Mitochondrial proteins: from biogenesis to functional networks. Nature Reviews: Mol Cell Bio, 20, 267-284.
Stefano, G.B., Bjenning, C., Wang, F., Wang, N., Kream, R.M. (2017). Mitochondrial Heteroplasmy. Advances in experimental medicine and biology, 982, 577-594.
Chen, Z., Zhang, F., Xu, H. (2019). Human mitochondrial DNA diseases and Drosophila models. Journal of Genetics and Genomics, 46(4), 201-212.
Chen, Z., Qi, Y., French, S., Zhang, G., Covian Garcia, R., Balaban, R., Xu, H. (2015). Genetic mosaic analysis of a deleterious mitochondrial DNA mutation in Drosophila reveals novel aspects of mitochondrial regulation and function. Mol. Biol. Cell, 26, 674-684.
Boominathan, A., Vanhoozer, S., Basisty, N., Powers, K., Crampton, A.L., Wang, X., Friedricks, N., Schilling, B., Brand, M.D., O’Connor, M.S. (2016). Stable nuclear expression of ATP8 and ATP6 genes rescues a mtDNA Complex V null mutant. Nucleic Acids Research, 44(19), 9342–9357.
Brandt, U. (2006). Energy converting NADH:quinone oxidoreductase (complex I). Annual Review of Biochemistry, 75, 69–92.
ترجمه فلاديسلاف جينزيرا ، متطوعو SENS