プロトフェクションとは、タンパク質を介した外来ミトコンドリアDNA（mtDNA）の組織内細胞への導入であり、既存のミトコンドリアDNAを補充または置換する。この技術により、mtDNAゲノム全体、あるいはポリメラーゼ連鎖反応によって生成されたmtDNAの断片を標的ミトコンドリアに導入することができる。[1]
科学者たちはここ数十年、プロトフェクションがミトコンドリア疾患の患者に有益である可能性があるという仮説を立ててきました。この技術は最近開発されたもので、継続的に改良されています。ミトコンドリアDNAは加齢とともに徐々に損傷が進むため、この技術は、古い組織のミトコンドリアを少なくとも部分的に若返らせ、本来の若々しい機能を取り戻す方法となる可能性があります。[1] [2]
方法
プロトフェクションは開発途上の技術であり、継続的に改良が進められています。ミトコンドリアDNAと複合した特異的なタンパク質導入システムが構築されており、これによりミトコンドリアDNAは標的細胞膜を通過し、ミトコンドリアを特異的に標的とすることが可能になります。この導入システムは、タンパク質導入ドメイン、ミトコンドリア局在配列、およびミトコンドリア転写因子Aで構成されています。これらはそれぞれ、プロトフェクションにおいて特定の役割を果たします。
- タンパク質伝達ドメインが必要なのは、それらが細胞の細胞膜を独立して通過できるタンパク質の小さな領域であるためです。
- プロトフェクションには、mtDNA がミトコンドリアに入ることを可能にする特定のミトコンドリア局在配列が使用されます。
- ミトコンドリア転写因子 A は、ミトコンドリアに入る mtDNA をほどくために使用されます。これは、mtDNA の複製に重要です。
このプロセスにより、標的細胞のミトコンドリア内のmtDNAの量が増加する可能性がある。[3]
プロトフェクションが初めて使用されて以来、この伝達システムは微調整と改良を重ねてきました。以前はPTD-MLS-TFAM複合体と呼ばれていた複合体の名称を短縮し、現在はMTD-TFAMと名付けられています。MTDはミトコンドリア伝達ドメインの略で、タンパク質伝達ドメインとミトコンドリア局在配列を含みます。[4]
治療への応用の可能性
ミトコンドリア疾患に関する仮説の一つは、ミトコンドリアの損傷と機能不全が老化に重要な役割を果たしているというものです。プロトフェクションは、レーバー遺伝性視神経症などの遺伝性ミトコンドリア疾患に対する遺伝子治療の開発に有効な実験技術として研究されています。研究により、プロトフェクションは標的細胞のミトコンドリア機能の改善につながることが示されています。[5] [6]
プロトフェクションは、改変または人工ミトコンドリアにも適用できる可能性があります。ミトコンドリアは、エネルギー産生を損なうことなく、フリーラジカルをほとんど、あるいは全く生成しないように改変することができます。最近の研究では、心臓発作などの死滅した組織や死にかけの組織の若返りにミトコンドリア移植が有用である可能性が示されています。心臓発作では、ミトコンドリアが細胞の最初の部分として死滅します。[7]
参考文献
- ^ ab Khan, Shaharyar M.; Bennett, James P. (2004年8月1日). 「ミトコンドリア遺伝子置換療法の開発」(PDF) . Journal of Bioenergetics and Biomembranes . 36 (4): 387– 393. doi :10.1023/B:JOBB.0000041773.20072.9e. PMID 15377877. S2CID 25674350.
- ^ Aravintha Siva, M.; Mahalakshmi, R.; Bhakta-Guha, Dipita; Guha, Gunjan (2019年5月1日). 「ミトコンドリアゲノムの遺伝子治療：変異の除去と疾患の緩和」.ミトコンドリア. 46 : 195–208 . doi :10.1016/j.mito.2018.06.002. PMID 29890303. S2CID 48356579.
- ^ Khan, Shaharyar M.; Bennett Jr., James P. (2004年8月). 「ミトコンドリア遺伝子置換療法の開発」. Journal of Bioenergetics and Biomembranes . 36 (4): 387– 393. doi :10.1023/b:jobb.0000041773.20072.9e. ISSN 0145-479X. PMID 15377877. S2CID 25674350.
- ^ Keeney, Paula M.; Quigley, Caitlin K.; Dunham, Lisa D.; Papageorge, Christina M.; Iyer, Shilpa; Thomas, Ravindar R.; Schwarz, Kathleen M.; Trimmer, Patricia A.; Khan, Shaharyar M.; Portell, Francisco R.; Bergquist, Kristen E.; Bennett, James P. (2009). 「ミトコンドリア遺伝子療法はパーキンソン病細胞モデルにおけるミトコンドリア生理機能を強化する」. Human Gene Therapy . 20 (8): 897– 907. doi :10.1089/hum.2009.023. PMC 2829286. PMID 19374590 .
- ^ Iyer, Shilpa (2013年3月). 「レーバー遺伝性視神経症に対する新たな治療法」. Discovery Medicine . 15 (82): 141– 149. ISSN 1539-6509. PMC 5652312. PMID 23545042 .
- ^ Rao, Raj R.; Iyer, Shilpa (2015). 「幹細胞、神経前駆細胞、そして人工幹細胞」.神経細胞死. 分子生物学の方法. 第1254巻. pp. 255– 267. doi :10.1007/978-1-4939-2152-2_19. ISBN 978-1-4939-2151-5. PMC 5642280 . PMID 25431071 .
- ^ コラタ、ジーナ（2018年7月10日）「斬新な実験で瀕死の臓器が蘇生」ニューヨーク・タイムズ。 2018年7月11日閲覧。
外部リンク
- Protofection に何が起こったのか? 過去数年間の Protofection 開発の背景を説明する記事です。
- ミトコンドリア遺伝子治療はパーキンソン病細胞モデルにおけるミトコンドリア生理機能を増強する
- ミトコンドリア遺伝子置換療法の開発
- レーバー遺伝性視神経症に対する新たな治療法
