科学家开发出高性能的线粒体转移装置

该方法将帮助研究人员更好地了解线粒体DNA疾病。

加州大学洛杉矶分校强森综合癌症研究所的科学家们开发了一种简单的高通量方法，用于将分离的线粒体及其相关的线粒体DNA转移到哺乳动物细胞中。这种方法使研究人员能够定制细胞的关键遗传成分，以研究并可能治疗使人衰弱的疾病，例如癌症，糖尿病和代谢紊乱。

在线发表在《细胞报告》杂志上的一项研究描述了新的UCLA开发的设备MitoPunch如何将线粒体同时转移到100,000个或更多的受体细胞中，这是对现有线粒体转移技术的重大改进。该设备是UCLA科学家不断努力的一部分，旨在通过开发可改善人类细胞功能或更好地模拟人类线粒体疾病的受控操纵方法来了解线粒体DNA的突变。

“产生具有所需线粒体DNA序列的细胞的能力，对于研究线粒体和细胞核中的基因组如何相互作用以调节细胞功能具有强大的功能，这对于理解和潜在治疗患者的疾病至关重要，”亚历山大·塞尔塞尔（Alexander Sercel）说，加州大学洛杉矶分校戴维·格芬医学院是该研究的第一作者。

线粒体（通常称为细胞的“动力装置”）是从一个人的母亲那里继承而来的。它们依靠线粒体DNA的完整性来执行其基本功能。线粒体DNA的遗传或获得性突变会严重损害能量产生，并可能导致使人衰弱的疾病。

操纵线粒体DNA的技术落后于操纵细胞核中DNA的技术进步，并且可能潜在地帮助科学家开发由这些突变引起的疾病的疾病模型和再生疗法。然而，当前的方法是有限且复杂的，并且在大多数情况下，只能将具有所需线粒体DNA序列的线粒体递送到有限数量和种类的细胞中。

MitoPunch设备易于操作，可将线粒体从从不同供体细胞类型中分离出来的各种线粒体一致地转化为多种受体细胞类型，甚至对于非人类物种（包括从小鼠中分离出的细胞）也是如此。

加州大学洛杉矶分校（UCLA）博士后共同第一作者亚历山大·帕塔南南（Alexander Patananan）表示：“使MitoPunch与其他技术脱颖而出的是，工程改造人类人类皮肤细胞等非永生，非恶性细胞能够产生独特的线粒体DNA-核基因组组合的能力。”学者，现在在安进公司工作。“这项进展使我们能够通过将这些细胞重编程为诱导性多能干细胞，然后分化为功能性脂肪，软骨和骨细胞，从而研究特定线粒体DNA序列对细胞功能的影响。”

MitoPunch是在约翰逊癌症中心主任兼病理学和实验室医学教授Michael Teitell博士，加州大学洛杉矶分校Henry Samueli工程与应用学院机械与航空工程教授Pei-Yu（Eric）Chiou的实验室中创建的加州卡尔弗城的ImmunityBio，Inc.的《科学》杂志和吴婷香。

该团队在2016年开发的现有技术和称为光热纳米刀片的设备的基础上，开发了MitoPunch。但是与需要复杂的激光器和光学系统才能运行的光热纳米刀片不同，MitoPunch的工作原理是利用压力推动一个孤立的线粒体悬浮液穿过一个涂有细胞的多孔膜。研究人员提出，这种施加的压力梯度可在不连续的位置穿刺细胞膜，从而使线粒体直接进入受体细胞，然后修复细胞膜。

“我们知道，当我们首次创建光热纳米刀片时，我们需要一个更高通量，更简单易用的系统，其他实验室可以更容易地组装和操作该系统，” Teitell说道。发育病理学，是UCLA广泛干细胞研究中心的成员。“这种新设备非常有效，可以使研究人员以一种简单的方式研究线粒体基因组-将其从一个细胞交换到另一个细胞中-可用于揭示控制广泛细胞功能的基础生物学，并且有可能一天，为治疗线粒体DNA疾病提供了希望。”

参考：Alexander N. Patananan，Alexander J. Sercel，吴婷香，Fasih M. Ahsan，Alejandro Torres Jr.，Stephanie A.L.的“压力驱动的线粒体转移管道产生所需的遗传组合和命运的哺乳动物细胞”。肯尼迪，艾米·范珀（Amy Vanper），阿曼达·科利尔（Amanda J.贾斯汀·戈洛瓦托（Justin Golovato），路易斯·西斯内罗斯（Luis Cisneros），查尔斯·沃斯克（Charles Vaske），凯瑟琳·普拉斯（Kathrin Plath），沙鲁兹·拉比萨德（Shahrooz Rabizadeh），凯文·R·尼亚齐（Kayvan R.
10.1016 / j.celrep.2020.108562

该研究得到了美国国立卫生研究院，美国心脏协会以及美国空军科学研究所的人类绩效和生物系统计划的支持。