MitoPlate 粒線體功能研究- 基因編輯為FRDA患者帶來一線曙光 @ 豐技生技's Blog

FRDA 的全名是 Friedreich’s ataxia ，是一種體染色體隱性遺傳的神經退化性疾病。也是罕見疾病-脊髓小腦運動失調症的其中一種疾病類型。是由於frataxin（FXN）基因的內插子中，出現GAA重複序列突變，導致粒線體鐵結合蛋白frataxin的表現量顯著下降。

為了要了解FXN正常基因的移植是否能改善這個神經性退化疾病，並了解粒線體功能可否恢復正常，美國加州大學聖地牙哥分校，小兒遺傳學系Dr. Stephanie Cherqui 的研究團隊進行了一系列的研究，並發現基因編輯可以恢復粒線體功能，並有效緩解神經疾病，為FRDA的治療提供了未來藥物開發的基礎。
(以下研究結果圖片源自: Molecular Therapy- Methods & Clinical Development VOLUME 17, P1026-1036, JUNE 12, 2020

小鼠實驗模型了解致病機制
研究發現造血幹細胞與造血先驅細胞（ Hematopoietic stem and progenitor cells, HSPC）的移植可以阻止FRDA疾病小鼠模型-YG8R中的神經變性。這個機制是由於造血幹細胞/前驅細胞中，帶有正常的粒線體鐵結合蛋白frataxin，這些蛋白可以從衍生的小膠質細胞/巨噬細胞轉移到神經元/肌細胞，進而阻止神經疾病的發生。

人體細胞實驗確認治療效果
為了瞭解正常細胞移植對於人體是否也會有如同小鼠實驗一樣的效果，研究團隊利用CRISPR-Cas9系統，收集FRDA患者的周邊血淋巴細胞進行基因編輯，將GAA重複序列突變移除，並進行自體HSPC移植的細胞實驗。

以CRISPR-Cas9進行GAA基因編輯可恢復FRDA淋巴母細胞的Frataxin表現量和粒線體功能
研究團隊首先確認CRISPR RNA（crRNA），可有效去除FRDA患者淋巴母細胞中的GAA重複序列，並可使 fratxin蛋白表現量增加，讓粒線體活性正常化。並同時採集健康的人以及FRDA患者周邊血液，分離出的造血幹細胞/前驅細胞，優化了基因編輯方法，在體外和體內試驗都證明了基因編輯細胞的正常造血作用。確認基因編輯的程序沒有引起細胞毒性或脫靶效應，但在基因編輯的細胞中有發現p53誘導的細胞增生反應較一般幹細胞緩慢。

Biolog’s MitoPlate I-1 測量電子傳遞速度以及代謝路徑，輕鬆檢測粒線體功能
MitoPlate 內含多種電子傳遞鏈的抑制劑，且可搭配各種substrate，了解代謝路徑。在這篇研究中，團隊利用complex I, II, or III的抑制劑、了解succinate的代謝路徑。(如下圖)

上圖實驗中，研究員比較了健康族群、FRDA患者、基因編輯的FRDA患者細胞，發現淋巴細胞succinate的代謝，會隨著complex II 和 complex III 抑制劑的增加劑量，而使電子傳遞速度大幅下降。