Ученые из Онкологического центра UCLA Jonsson разработали простой и высокопроизводительный метод переноса изолированных митохондрий и связанной с ними ДНК в клетки млекопитающих. Устройство MitoPunch позволит адаптировать ключевой генетический компонент клеток, изучать и потенциально лечить рак, диабет и нарушения обмена веществ.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports, ученые рассказали, как новое устройство, разработанное UCLA — MitoPunch, — переносит митохондрии в 100 тыс. или более клеток-реципиентов одновременно. Этот результат превосходит все существующие технологии переноса митохондрий. Новое устройство является частью работы ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по изучению мутаций в митохондриальной ДНК. Цель — улучшить функцию клеток человека и моделировать митохондриальные заболевания человека.

«Способность генерировать клетки с желаемыми последовательностями митохондриальной ДНК важна для изучения взаимодействий геномов в митохондриях и ядре для регулирования функций клеток. Она в итоге имеет решающее значение для понимания и потенциального лечения тяжелых заболеваний у пациентов», — объясняет Александр Серсел, докторант Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и соавтор исследования.

Митохондрии, о существовании которых ученые узнали в середине XIX века, на протяжении практически 150 лет считались исключительно энергетическими станциями клетки. Действительно, основной функцией митохондрии является преобразование питательных веществ в полезную энергию с использованием молекул кислорода — синтез молекул АТФ. Этот процесс генерирования энергии внутри клетки известен как клеточное дыхание.

Однако митохондрии также тесно вовлечены в регуляцию жизненно важных клеточных процессов, таких как запрограммированная гибель и рост клеток. Они являются высокодинамичными органеллами, постоянно меняющими морфологию в результате процессов деления и слияния. Еще одной уникальной особенностью митохондрии является наличие собственной ДНК (митохондриальная ДНК), причем наследуется она только от матери.

Технологии манипулирования митохондриальной ДНК отстают от достижений в области манипулирования ДНК в ядре клетки и помогут ученым разработать модели заболеваний и регенеративные методы лечения нарушений, вызванных этими мутациями. Однако современные подходы ограничены и сложны, и, по большей части позволяют доставлять митохондрии с желаемыми последовательностями митохондриальной ДНК только в ограниченное количество клеток.

Устройство MitoPunch простое в эксплуатации и обеспечивает согласованный перенос митохондрий из широкого диапазона митохондрий, выделенных из разных типов донорских клеток, во множество типов клеток-реципиентов, даже для нечеловеческих видов (например, мышей).

Что отличает MitoPunch от других технологий, так это способность конструировать не бессмертные, незлокачественные клетки, такие как клетки кожи человека, для создания уникальных комбинаций митохондриальной ДНК и ядерного генома.

Кроме того, новое устройство очень эффективно и позволяет исследователям изучать митохондриальный геном простым способом — переставляя его из одной клетки в другую. Ученые уверены, что изучение митохондриального генома может быть использовано для лечения заболеваний митохондриальной ДНК.