Szacowanie stanu zdrowia na podstawie kondycji DNA mitochondriów
Mitochondrialny DNA (mtDNA) koduje białka, które są istotne dla skutecznego przekształcenia żywności w energię w celu dostarczenia jej komórkom. Co najmniej jedna na 5 000 osób rodzi się z mutacjami mtDNA, które prowadzą do chorób metabolicznych. Uszkodzenie mtDNA często skutkuje powstaniem problemów bioenergetycznych, które mogą mieć wpływ na przeżycie komórek i tkanek. Ponadto, wraz z wiekiem, mutacje mtDNA akumulują się w wielu narządach. Wspierany przez UE projekt RevMito został uruchomiony w celu odkrycia, jak naukowcy mogliby poprawić zdrowie komórek z uszkodzonym mtDNA. „Ten projekt Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych pozwolił nam poczynić znaczne postępy – przejść od zrozumienia uszkodzeń mtDNA przy wykorzystaniu podejść bazujących na mikrobiologii do pionierskiej bioinformatyki. Może ona pomóc lekarzom w ocenie, czy pacjent cierpi na chorobę metaboliczną”, mówi Cory Dunn, koordynator projektu. Praca zespołu nad obliczeniowym prognozowaniem chorobotwórczości wariantu mtDNA jest obecnie poddawana weryfikacji, zanim wyniki zostaną opublikowane, a sama technologia została udostępniona na zasadzie licencji gospodarzowi projektu, Uniwersytetowi Helsińskiemu.
Od drożdży przez kolibry po diagnostykę pacjentów
Początkowo projekt opierał się na założeniu, że poziom odżywienia komórek mógłby kontrolować uszkodzenie mtDNA, ponieważ mtDNA stanowi centrum komórkowej aktywności metabolicznej. Do licznych eksperymentów zespół wykorzystał drożdże, ponieważ, jak wyjaśnia Dunn: „Ludzie i drożdże mają wiele wspólnych białek i szlaków, a więc to, czego dowiemy się korzystając z tego podejścia, można często zastosować do ludzkiego zdrowia”. Ponadto komórki Saccharomyces cerevisiae (gatunku wykorzystanych drożdży) szybko ulegają podziałowi w warunkach laboratoryjnych, co pozwala błyskawicznie poznać wyniki. W ramach projektu RevMito usunięto wybrane geny drożdży, a następnie zbadano je w innych warunkach, aby stwierdzić, które z nich mogą sprzyjać lub utrudniać przeżycie komórek pozbawionych mtDNA. Zbadano również genetyczne profile komórek drożdży przy wykorzystaniu transkryptomiki. Wyniki prac potwierdziły tezę, że ilość obecnej w organizmie glukozy wpływa na uszkodzenie mtDNA. Następnie, aby lepiej zrozumieć konsekwencje zróżnicowania mtDNA, zespół zwrócił uwagę na kolibry, ponieważ podczas lotu, ze względu na swój rozmiar i wagę, wykorzystują one więcej energii niż inne ptaki lub ssaki. Naukowcy pracujący nad projektem RevMito opracowali i zastosowali metody oparte na oprogramowaniu, aby odkryć zmiany mtDNA, które mogą być powiązane z energią tlenową kolibrów. Zespół współpracował następnie z biologiem strukturalnym, aby lepiej zrozumieć potencjalny wpływ zmian mtDNA na bioenergetykę kolibrów.
W kierunku najnowszych narzędzi diagnostycznych
Wyzwaniem, przed którym stoją naukowcy jest fakt, że na co dzień wiele osób posiada niespotykane warianty mtDNA, które mogą być powiązane z chorobą, a genetyczne właściwości genomów mitochondrialnych utrudniają badaczom powiązanie genotypu z objawami. Zespół naukowców pracujący w ramach projektu RevMito, bazując na podejściach obliczeniowych opracowanych podczas badań kolibrów, zbudował klasyfikator oparty na języku, który mógłby pomóc pracownikom klinicznym w ustaleniu, które warianty mtDNA powodują choroby metaboliczne. „Przewidzenie chorobotwórczości częstych wariantów genetycznych jest kluczowym aspektem medycyny genomicznej. Dalsze badania nad naszymi wynikami są konieczne, abyśmy mogli w pełni wykorzystać potencjał nowatorskich metod diagnostycznych”, mówi Dunn. Ponieważ choroby mitochondrialne pozostają trudne do zdiagnozowania i leczenia, w laboratorium projektu RevMito nadal prowadzone są podstawowe badania nad tym klasyfikacją mutacji mtDNA oraz łagodzeniem wpływu uszkodzenia mtDNA na komórki.
Słowa kluczowe
RevMito, mitochondria, mitochondrialne DNA, choroba, koliber, drożdże, gen, mutacje, metaboliczny, komórka, mtDNA, bioenergetyczny
