Design of an Artificial Peptide Inspired by Transmembrane Mitochondrial Protein for Escorting Exogenous DNA into the Mitochondria to Restore their Functions by Simultaneous Multiple Gene Expression

线粒体DNA 线粒体 生物 MT-RNR1型 线粒体融合 细胞生物学 基因 线粒体膜转运蛋白 线粒体核糖体 线粒体内膜 ATP-ADP转位酶 DNAJA3公司 热休克蛋白A9 遗传学 核糖核酸 核糖体 肽序列
作者
Naoto Yoshinaga,Takaaki Miyamoto,Masaki Odahara,Noriko Takeda‐Kamiya,Kiminori Toyooka,Seia Nara,Haruna Nishimura,Feng Ling,Masayuki Su’etsugu,Minoru Yoshida,Keiji Numata
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (8) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202306070
摘要

Abstract Mitochondria are vital organelles regulating essential cellular functions. Human mitochondrial DNA (mtDNA) consists of 37 genes, 13 of which encode mitochondrial proteins, and the remaining 24 genes encode two ribosomal RNAs and 22 transfer RNAs needed for the translation of the mtDNA‐encoded 13 proteins. However, mtDNA often impairs the expression and function of these genes due to various mutations, ultimately causing mitochondrial dysfunction. To recover from this desperate condition, developing the technology to supply all mitochondrial proteins encoded by mtDNA at once is an urgent task, but there is no established strategy for this purpose. In this study, a simple yet effective mitochondrial gene delivery system is proposed comprising an artificial peptide inspired by a transmembrane mitochondrial membrane protein. The designed mitochondria‐targeting peptides presented on the carrier surface effectively guide the encapsulated plasmid to the mitochondria, facilitating mitochondrial uptake and gene expression. The developed system successfully delivers exogenous mtDNA to mtDNA‐depleted cells and leads to simultaneous multigene expression, ultimately restoring mitochondrial functions, including the mitochondrial respiration rate. The established multiple gene expression system in each mitochondrion is a game‐changing technology that can accelerate the development of mitochondrial engineering technologies as well as clinical applications for mitochondrial diseases.

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