Entrevistamos a la Dra. Amusa Buminasan de la SENS Research Foundation en la conferencia Ending Age-Related Diseases 2019 sobre su investigación sobre la terapia restauradora mitocondrial, la importancia de los experimentos con animales modelo y sus puntos de vista sobre el futuro de la investigación sobre el envejecimiento.
La Dra. Amusa Buminasan recibió su Maestría y Doctorado en Bioquímica de la Universidad de Pune y el Laboratorio Nacional de Química en India, respectivamente. Ella continuó investigando mitocondrias en la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Rutgers en los Estados Unidos. Estudió en detalle los mecanismos de fusión y división en las mitocondrias, la biosíntesis de grupos de hierro y azufre y el suministro de proteínas a las mitocondrias como parte de su pasantía post-dock en la American Heart Association.Amusa actualmente lidera el programa MitoSENS en Mountain View, California. Su equipo de investigación está estudiando mutaciones del ADN mitocondrial (ADNmt) y está desarrollando métodos para restaurar la funcionalidad perdida como resultado de estas mutaciones por la expresión alotópica de los genes mitocondriales. Las mutaciones hereditarias de ADNmt pueden conducir a enfermedades graves y debilitantes, como NARP, síndrome de Lei y MELAS.Usando sus tecnologías, el equipo de MitoSENS ya ha logrado una expresión estable del gen ATP8 y espera repetir el éxito de los 13 genes en un futuro próximo. Su objetivo es desarrollar una terapia génica segura y efectiva para el tratamiento de la disfunción mitocondrial.Entrevista
Thomas Warner Lehner : Su equipo de investigación comenzó a desarrollar un método avanzado para la expresión alotópica de ADNmt en 2015, y ya ha mostrado resultados muy prometedores. ¿Qué obstáculos para la expresión alotópica supera este nuevo método y qué, en su opinión, significa esto para futuras investigaciones sobre animales modelo?Amusa Buminasan : El principal obstáculo que se superó fue que al menos expresamos los 13 genes. Utilizamos un enfoque único para hacer algunas correcciones serias a los 13 genes, pero este enfoque puede funcionar de manera diferente para ellos. Quizás tendremos que rediseñar el enfoque indicado para cada gen debido a sus características.Entonces, los 13 genes difieren en longitud, hidrofobicidad y los complejos a los que se dirigen. El principal obstáculo es el factor de hidrofobicidad. Las proteínas cubren la membrana mitocondrial interna en varias capas, y debe obtenerlas del exterior. Estas 13 proteínas se sintetizan en una matriz y se integran en sus complejos. Pero con la expresión alotópica, se sintetizan en el citosol y deben pasar a través de dos membranas y luego llegar al lugar correcto. Las mitocondrias per se tienen translocasas (enzimas que catalizan la transferencia de iones o moléculas a través de las membranas) de las membranas externa e interna, que funcionan de manera diferente. Dependiendo del destino, diferentes mecanismos estarán involucrados.Debemos desarrollar las proteínas secuencialmente, una tras otra, o cambiar cada una de ellas para que reconozcan y se comprometan con el camino correcto. Haremos correcciones generales a los 13 genes y, además, haremos correcciones personales a cada uno de ellos para que sean funcionales. El primer paso es al menos ver el resultado, y este paso se ha completado.Thomas Warner Lehner : ¿Qué criterios guiaron a MitoSENS al elegir genes para trabajar en la expresión alotópica?Amusa Buminasan: Uno de los obstáculos es verificar que nuestra tecnología realmente funcione, y para esto necesitamos sistemas modelo. La razón que nos permitió mostrar que ATP8 funciona es la presencia de una línea celular del paciente con una mutación grave que es cero para ATP8. Las mutaciones de MtDNA en humanos aparecen en diferentes niveles, pero es bastante inusual que un paciente carezca por completo de alguna proteína. Este es un evento raro. Pero el ADN mitocondrial existe en la heteroplasmia . La proporción de mitocondrias mutantes y normales es un factor que determina el fenotipo de la enfermedad. O la enfermedad está restringida debido al hecho de que los ADNmt normales suprimen el ADN mutante.Una de las razones por las que estábamos convencidos del funcionamiento correcto de ATP8 es que logramos obtener una línea celular cero y mostrar que la proteína exógena llega al lugar correcto y restaura muchas de sus funciones. De hecho, la línea celular correcta está disponible para nosotros, un éxito poco común. Bueno, ¿por qué no aprovechar esto?Thomas Warner Lehner : Una revisión publicada en abril de este año por un grupo de científicos chinos discutió los beneficios del uso de moscas Drosophila como modelo para estudiar mutaciones de ADNmt. ¿Puede explicar por qué el grupo MitoSENS prefiere realizar su investigación en ratones en lugar de moscas?Amusa Buminasan: Como aprendimos en esta conferencia, las moscas, a nivel bioquímico, se aseguran de que ciertos métodos funcionen, pero se necesitan mamíferos superiores para realizar ensayos clínicos en humanos. Nuevamente, sucedió que tenemos un modelo de enfermedad de ratón para el gen ATP8. Este es un muy buen modelo sin una mutación cero; la proteína todavía está disponible, pero es una proteína de baja funcionalidad.Los síntomas de la enfermedad son leves, pero muy importantes. Son característicos de la diabetes o la resistencia a la insulina. Desde un punto de vista conductual, los ratones no son resistentes al estrés. Debido a esto, si el ATP8 alotópico funciona y si podemos sintetizarlo en el núcleo celular del ratón y restaurar sus funciones, podemos demostrar fácilmente que el estado del cuerpo ha vuelto a la normalidad, tanto desde un punto de vista bioquímico como conductual. Por eso preferimos el ratón como animal modelo.Thomas Warner Lehner : ¿Por qué el desarrollo y el uso del ratón máximamente modificable es un paso significativo en el desarrollo de la terapia antienvejecimiento?Amusa Buminasan: Como saben, SENS está financiando el Ratón Máximamente Modificable. Actualmente, la terapia génica generalmente se lleva a cabo utilizando vectores de virus adenoasociados, su terapia es temporal. Incluso ahora, el Dr. Blasco ha confirmado esto. Hay ventajas en que el efecto es temporal: parece debilitarse con el tiempo. Pero en el contexto de la expresión alotópica, nos gustaría que el efecto sea estable y permanente. Gracias al ratón máximamente modificable, podemos poner genes completos en el genoma. Al usar virus adenoasociados, está limitado por la carga útil que puede contribuir al genoma. Y nuestro objetivo es introducir los 13 genes en el genoma a lo largo del tiempo. Esta es una barra alta, pero eso es precisamente lo que queremos lograr.Para lograr esto, creamos el Ratón Máximamente Modificable para colocar al menos un gen en él. Queremos, en el futuro, colocar otros genes en su genoma para que su transcripción y traducción se controlen de la misma manera que se controlan otros genes mitocondriales ubicados en el núcleo. El mouse de máxima modificación es el más adecuado para esto.Thomas Warner Lehner: Una alternativa a la expresión alotópica es la expresión xenotrópica de proteínas de otras especies que funcionan de manera similar. Se mostró un ejemplo de expresión xenotrópica exitosa en la ascidia oxidasa alternativa, que restableció por completo la viabilidad de algunos Drosophila mutados. ¿Podría decir cuáles son las ventajas de la expresión alotópica en comparación con la expresión xenotrópica cuando se trata del uso de la terapia en humanos?Amusa Buminasan: Queremos que esto sea lo más humanizado posible. Estos genes son extraños en el genoma nuclear. Es posible que ya haya introducido nuevos perfiles inmunes que este gen alienígena genera. Ahora, si desea utilizar la expresión xenotrópica, esto hará aún más cambios. En cuanto a las pruebas, tendremos que verificar todos los genes de otros organismos que han caído en el núcleo. Podemos hacer estos cambios, pero queremos que los cambios sean lo más humanizados posible.Muchos de estos genes, que migraron al núcleo durante la evolución, adquirieron varios cambios que les permitieron transformarse. En algunos animales, el Complejo I funciona debido a una sola proteína, como NDI1en levadura Pero en una célula humana, para su funcionamiento, se necesitan 47 proteínas, 7 de ellas se sintetizan a partir de ADN mitocondrial y las 40 restantes a partir de ADN nuclear.No querrá expresar una proteína extraña (NDI1) y luego tratar de restaurar su funcionalidad. Desde un punto de vista puramente experimental, puede hacer esto, pero usarlo como terapia en personas no es una buena idea si desea mantener la integridad de todo el complejo bioquímico. Ni siquiera puedo imaginar qué dificultades pueden surgir en el proceso. La terapia génica es compleja en sí misma, y ahora imagine la terapia génica como algo así como un gen de la levadura.Thomas Warner Lehner : ¿Qué términos realistas para la apariencia de la terapia humana podrías nombrar?Amusa Buminasan: En realidad, esta terapia ya existe, pero para la versión transcodificada. Es decir, ya tenemos un precedente. Todo lo que tenemos que hacer es demostrar que nuestra versión es mejor y tiene un mejor perfil inmune. Es por eso que queremos hacerlo en animales modelo, para mostrar cuánto mejor es. No puedo nombrar las fechas, esta es una pregunta muy difícil. Durante la conferencia, alguien ya me preguntó. Si los estudios en animales van bien, entonces cinco años. No cinco años antes de la terapia humana, sino cinco años para demostrar que el método es bastante bueno, para comenzar el desarrollo de la terapia humana basada en él.Thomas Warner Lehner: Hay varios factores que favorecen la acumulación de mutaciones en el ADNmt con el tiempo. ¿Es necesario complementar la expresión alotópica de los genes de ADNmt con otras terapias que reduzcan el número de mutaciones que surgen con el tiempo para ver un efecto notable en el envejecimiento?Amusa Buminasan : Buena pregunta. Si complementa la expresión alotópica con lo que ya tiene, por ejemplo, idebenona, elamipretida o algo similar, esto será útil. Todos ellos son antioxidantes y mejoran la función de la fosforilación oxidativa .Sin embargo, es una cuestión de terapia génica en pacientes; su enfermedad puede no contribuir a la adopción de esta terapia. Su complejo bioquímico no es completamente funcional, pero la terapia complementaria afecta solo una parte de la cascada, mientras que las mitocondrias generalmente no funcionan como deberían. Es posible que desee corregir su enfermedad a un cierto nivel, y solo después de eso aplique la terapia génica para asegurarse de que la terapia génica funcione.Con respecto al envejecimiento, la cuestión discutible es si las mutaciones de ADNmt son un factor importante en el envejecimiento o no. Nuestro objetivo es ayudar a los pacientes y, si es posible, ir más allá.Thomas Warner Lehner : ¿Qué, en su opinión, la investigación en biotecnología contra el envejecimiento es más necesaria ahora para avanzar tanto como sea posible en esta área en los próximos 10 años?Amusa Buminasan : Creo que necesitamos buenos biomarcadores. Esto es lo que falta en el campo. Todos quieren soluciones rápidas. Hay varias áreas de investigación, y cada investigador considera que es importante para la lucha contra el envejecimiento, pero no creo que estén bien. Creo que el envejecimiento se parece más al colapso de todo el complejo con el tiempo. Por lo tanto, necesitamos mejores marcadores y quizás una mejor comprensión de lo que significa estar sano (en la vejez). Las personas no deben tolerar el hecho de que con la edad envejecerán y luego morirán. Quizás sea necesario llamar la atención del público sobre el problema para que las personas comprendan que es normal desear y ser saludables durante toda la vida.Thomas Warner Lehner : ¿Qué pregunta, de las que nunca le han preguntado antes, le gustaría escuchar de los periodistas?Amusa Buminasan : Esta es una pregunta inesperadamente difícil. No puedo responderlo ahora mismo. Sin embargo, quiero decir algo sobre MitoMouse . En nombre de MitoTeam en SENS, quiero agradecer a LEAF por su ayuda.ReferenciasPfanner, 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.
Traducido por Vladislav Genzhera, Voluntarios SENS