Development of mitochondrial gene-editing strategies and their potential applications in mitochondrial hereditary diseases: a review

基因组编辑 异质性 线粒体DNA 生物 遗传学 转录激活物样效应核酸酶 锌指核酸酶 计算生物学 基因 线粒体 RNA编辑 核酸酶 基因组 粒线体疾病 回文 基因表达
作者
Yanyan Gao,Linlin Guo,Fei Wang,Yin Wang,Peifeng Li,Dejiu Zhang
出处
期刊:Cytotherapy [Elsevier BV]
卷期号:26 (1): 11-24 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jcyt.2023.10.004
摘要

Mitochondrial DNA (mtDNA) is a critical genome contained within the mitochondria of eukaryotic cells, with many copies present in each mitochondrion. Mutations in mtDNA often are inherited and can lead to severe health problems, including various inherited diseases and premature aging. The lack of efficient repair mechanisms and the susceptibility of mtDNA to damage exacerbate the threat to human health. Heteroplasmy, the presence of different mtDNA genotypes within a single cell, increases the complexity of these diseases and requires an effective editing method for correction. Recently, gene-editing techniques, including programmable nucleases such as restriction endonuclease, zinc finger nuclease, transcription activator-like effector nuclease, clustered regularly interspaced short palindromic repeats/clustered regularly interspaced short palindromic repeats–associated 9 and base editors, have provided new tools for editing mtDNA in mammalian cells. Base editors are particularly promising because of their high efficiency and precision in correcting mtDNA mutations. In this review, we discuss the application of these techniques in mitochondrial gene editing and their limitations. We also explore the potential of base editors for mtDNA modification and discuss the opportunities and challenges associated with their application in mitochondrial gene editing. In conclusion, this review highlights the advancements, limitations and opportunities in current mitochondrial gene-editing technologies and approaches. Our insights aim to stimulate the development of new editing strategies that can ultimately alleviate the adverse effects of mitochondrial hereditary diseases.
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