I disturbi mitocondriali possono essere causati dalla variazione patogena del DNA mitocondriale (mtDNA) ( cioè mutazione), generalmente in uno stato eteroplasmatico. Nell’eteroplasmia, alcuni mtDNA sono sani, “buoni” e alcuni sono malsani, “cattivi”. Un sottogruppo di mutazioni sporadiche del mtDNA manca di una parte sostanziale della sequenza normale, caratterizzata da singole delezioni su larga scala nel mtDNA, che causa oftalmoplegia esterna progressiva (PEO). Sindrome di Sayre (KSS) e sindrome di Pearson (PS). Non esistono terapie o cure efficaci per i pazienti affetti da una delezione del mtDNA.
L’incapacità di rimuovere le sequenze di mtDNA che causano malattie rimane un blocco nel trattamento dei disturbi trasmessi dal mtDNA. L’evidenza suggerisce che eliminare il mtDNA cattivo o aggiungere un buon mtDNA può causare effetti positivi. Mentre altri approcci sperimentali sono in fase di sviluppo, un trattamento efficace richiederà probabilmente più approcci. Cerchiamo di sviluppare una strategia specifica per rimuovere il mtDNA cattivo utilizzando molecole simili al DNA chiamate acidi nucleici peptidici (PNA).
In passato, i PNA sono stati utilizzati per tentare di rimuovere il DNA mitocondriale cattivo; tuttavia, questo approccio è fallito perché i PNA non sono riusciti a raggiungere il mtDNA. Un ulteriore problema con questo approccio è che i PNA hanno una capacità limitata di penetrare il DNA genomico. Recentemente, nuove sostanze chimiche e concetti che coinvolgono PNA gamma-sostituiti (γPNA) hanno notevolmente migliorato questo e hanno permesso l’editing del DNA animale intero e terapie cellulari somatiche, prove di DNA penetrazione, e blocco della replicazione del DNA. Tuttavia, la sfida attuale è stabilire un’efficiente consegna in due fasi nella cellula e quindi nei mitocondri.
In questo studio, utilizzeremo approcci di nuova generazione per risolvere il problema del targeting del mtDNA per una sequenza γPNA specifica per la delezione “comune” del mtDNA trovata nei pazienti (γ-P3). I nostri dati preliminari mostrano il successo dell’adattamento di una strategia polimerica recentemente descritta che produce una migliore consegna di γ-PNA nella cellula. L’obiettivo 1 svilupperà strategie per ottimizzare la somministrazione mediata da polimeri di un γ-P3 fluorescente e stabilire formulazioni ottimali per la somministrazione cellulare. I dati preliminari non mostrano alcuna tossicità nei modelli animali con somministrazione di polimeri. L’obiettivo 2 sintetizzerà e testerà γ-P3 con una sequenza di importazione mitocondriale su mitocondri isolati da animali e cellule per stabilire prove di interazione con il mtDNA “cattivo”. L’obiettivo 3 determinerà se la somministrazione ottimizzata di γ-P3 può ridurre la delezione comune del mtDNA da una cellula eteroplasmatica per migliorare la funzione mitocondriale. Possiamo testare direttamente l’interazione γ-P3 con il modello e il blocco di replica corretti.
Il completamento con successo di questo lavoro consentirà futuri studi in vitro in tipi cellulari più rilevanti direttamente applicabili alla terapia del paziente, ma difficili da lavorare per un rapido sviluppo di γ-PNA.