Auszeichnungen der Propionic Acidemia Foundation $50,000 Fortsetzungsstipendium für Guo-Fang Zhang an der Duke University

Auszeichnungen der Propionic Acidemia Foundation $50,000 Fortsetzungsstipendium

Propionyl-CoA und Propionylcarnitin vermitteln Herzkomplikationen bei Patienten mit Propionazidämie

Guo-Fang Zhang, PhD

Duke University, Durham NC, USA

Laufzeit der Gewährung: 4/1/2023-3/31/2024

Herzerkrankungen haben eine hohe Prävalenz bei Patienten mit Propionazidämie (PA). Der pathologische Mechanismus ist noch weitgehend unbekannt, insbesondere aufgrund der Natur der chronischen Entwicklung. Es ist schwierig, die Entwicklung von Herzerkrankungen bei PA-Patienten allein anhand der PCC-Mutationen vorherzusagen, propionyl-CoA carboxylase (PCC) Enzymaktivität oder akute metabolische Veränderungen im Plasma oder Urin, da keine starke Korrelation zwischen dem kardialen Phänotyp besteht (Schweregrad der Erkrankung) und Genotyp, metabolische Dekompensationen oder restliche Enzymaktivität wurden in klinischen Fällen beobachtet.

Fettsäuren mit unterschiedlichen Kettenlängen sind wichtige Brennstoffe für das Herz. Unsere früheren Daten zeigten, dass Propionat eher als Aminosäuren eine Hauptquelle für kardiales Propionyl-CoA ist. Außerdem, Der Mangel an PCC reduziert die hepatische Entsorgung von Propionat aus dem Mikrobiom und fördert die Synthese von ungeradkettigen Fettsäuren, beide belasten das Herz metabolisch. Die Akkumulation von Propionyl-CoA aus Propionat und ungeradkettigen Fettsäuren könnte den Energiestoffwechsel des Herzens unterbrechen. Das Tief
Laut unserer aktuellen Ischämiestudie hemmt ATP die Propionyl-CoA-Carboxylierung weiter. Der gestörte Energiestoffwechsel und die Anhäufung von Propionyl-CoA bilden einen Teufelskreis.

Mit einem dritten Jahresstipendium von PAF, Wir werden mit Drs. Eva Richard Rodríguez und Lourdes R. zusammenarbeiten. Desviat von der Autonomen Universität Madrid zum Energiestoffwechsel bei PCCA- or PCCB- Von menschlichen Patienten stammende iPSC-Kardiomyozyten werden durch stabile Isotopenanalyse verändert, besonders unter der Belastung durch Propionat und ungeradkettige Fettsäuren. Ein weiteres Ziel besteht darin, den Energiestoffwechsel des Herzens zu verbessern, indem auf den Propionat- und ungeradkettigen Fettsäurestoffwechsel abzielt.

PAF Awards Erstes Forschungsstipendium Houten DeVita

PAF Awards $50,000 Neues Forschungsstipendium

PI: Sander Houten, Ph.D., Institut für Genetik und Genomwissenschaften,

Icahn-Institut für Datenwissenschaft und Genomik, Icahn School of Medicine am Berg Sinai, NY, US

Co-PI: Robert J.. DeVita, Ph.D., Institut für Pharmakologische Wissenschaften, Drug Discovery Institute,

Icahn School of Medicine am Berg Sinai, NY, US

“Substratreduktion als neuartige Therapiestrategie für Propionazidämie “

Der Aminosäurestoffwechsel und insbesondere der Abbau von Valin und Isoleucin sind eine bedeutende Quelle für Propionyl-CoA, das Substrat der Propionyl-CoA-Carboxylase. Die derzeitige Behandlung der Propionazidämie zielt darauf ab, den Abbau von Valin und Isoleucin durch medizinische Ernährung und Vermeidung des Fastens zu verringern. Dr. Houten und DeVita, die Ermittler zu diesem Projekt, Ziel ist es, eine pharmakologische Substratreduktionstherapie für Propionsäure zu entwickeln, die den Abbau dieser Aminosäuren begrenzt. Sie schlagen vor, kurz- / verzweigtkettige Acyl-CoA-Dehydrogenase zu hemmen (SBCAD) und Isobutyryl-CoA-Dehydrogenase (ACAD8), die am Isoleucin- und Valinabbau beteiligt sind, beziehungsweise. Die Hemmung dieser Enzyme wird als sicher angesehen, da sie im Gegensatz zur Propionazidämie steht, Vererbte Defekte von SBCAD und ACAD8 gelten als gutartige Zustände. In Zelllinienmodellen, Die Hemmung von SBCAD unter Verwendung eines genetischen KO oder eines Inhibitors war wirksam und führte zu einer deutlichen Abnahme des Propionyl-CoA-Carboxylase-Substrats. Die Forscher gehen davon aus, einige Trefferinhibitoren von SBCAD und ACAD8 zu finden, die weiter optimiert werden können und als Ausgangspunkt für ein umfassenderes Programm zur Entdeckung translationaler Arzneimittel zur Behandlung von Propionsäureämie dienen.

Fortschritts-Update April 2022

Im Januar 2021, Wir waren dankbar, ein Forschungsstipendium von der PAF zu erhalten, was es uns ermöglichte, mit der Entwicklung der pharmakologischen Substratreduktion als neuartigen therapeutischen Ansatz für Propionazidämie zu beginnen. Für dieses Projekt, Wir gehen davon aus, dass wir eine klinisch relevante Verringerung der Akkumulation von Propionyl-CoA-Carboxylase-Substraten erreichen können, indem wir Enzyme hemmen, die beim Abbau von verzweigtkettigen Aminosäuren eine Rolle spielen. Speziell, wir schlagen vor, kurz-/verzweigtkettige Acyl-CoA-Dehydrogenase zu hemmen (SBCAD) und Isobutyryl-CoA-Dehydrogenase (ACAD8), die am Isoleucin- und Valinabbau beteiligt sind, beziehungsweise. Es wird vorhergesagt, dass die Hemmung dieser Enzyme sicher ist, da vererbte Defekte von SBCAD und ACAD8 als gutartige Zustände angesehen werden. In Zelllinienmodellen, die Hemmung von SBCAD unter Verwendung eines genetischen KO oder eines Inhibitors war wirksam, was zu einer ausgeprägten Abnahme der von Propionyl-CoA abgeleiteten Metaboliten führt. Die Hemmung von ACAD8 war weniger wirksam, was durch eine Überlappung der Substratspezifität zwischen verschiedenen Acyl-CoA-Dehydrogenasen erklärt werden kann. Das Ziel dieses Projekts ist es, niedermolekulare Inhibitoren von SBCAD und ACAD8 zu identifizieren, die weiter validiert werden können, um als Ausgangspunkte für ein breiteres translationales Wirkstoffforschungsprogramm zur Behandlung von Propionazidämie zu dienen. Um dieses Ziel zu erreichen, Wir haben das Forschungsstipendium des PAF verwendet, um die zu entwickeln in-vitro biochemische und zelluläre Assays, die nützlich sind, um nach chemischen Stoffen zu suchen, um festzustellen, ob ein kleines Molekül die Möglichkeit hat, ein wirksamer SBCAD- oder ACAD8-Inhibitor zu sein. Wir haben auch ein virtuelles Screening durchgeführt, um eine Liste von Kandidaten-Inhibitormolekülen für SBCAD und ACAD8 zu erstellen. Von diesen potenziellen SBCAD-Inhibitoren, 91 wurden gekauft und im SBCAD-Assay getestet. Unfortunately, keine der Verbindungen war in der Lage, SBCAD mit hoher Affinität zu hemmen, was wahrscheinlich auf Einschränkungen bei der computergestützten Modellierung der Enzymstruktur zurückzuführen ist. Dieses Ergebnis zeigt, dass ein größeres unvoreingenommenes Hochdurchsatz-Screening notwendig ist, um niedermolekulare Inhibitoren für SBCAD zu identifizieren. Unser Enzymassay scheint für diesen Ansatz gut geeignet zu sein, und dieser Ansatz wurde erfolgreich auf zwei weitere Enzymziele angewendet, die vom Team untersucht werden (DHTKD1 [1] und LOR-Domäne von AASS (unveröffentlicht)).

Die mit den PAF-Mitteln erzielten Fortschritte ermöglichten es uns, dieses Forschungsprojekt für das NIH Small Grant Program vorzuschlagen (R03) des Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHT). Dieses Stipendium wurde im September vergeben 2021, was es uns ermöglichte, diese Arbeit für die nächste fortzusetzen 2 years. In Zusammenarbeit mit Dr. Vockley und Mohsen (Universität Pittsburgh), Wir haben uns auch für ein NIH-Forschungsprojektstipendium beworben (R01; Das therapeutische Potenzial der Hemmung von Acyl-CoA-Dehydrogenasen, die am Abbau von Valin und Isoleucin beteiligt sind). Dieser Vorschlag wird derzeit geprüft.

PAF Awards $49,953 Neues Forschungsstipendium – Weihnachten

PAF Awards $49,953 Neues Forschungsstipendium in 2021

PI: Pawel Swietach, Professor für Physiologie, Abteilung für Physiologie, Anatomie & Genetik, Universität von Oxford, England

„Aberrante Proteinpropionylierung und deutliche Histonmarkierungen bei Propionazidämie: neue Krankheitsmechanismen und Risikofaktoren für Herzerkrankungen “

Die Herausforderung für unser Herz - sich in der richtigen Reihenfolge und mit ausreichender Kraft zusammenzuziehen und zu entspannen - ist gewaltig. Die elegante biologische Lösung für dieses mechanische Problem ist ein Organ, das Millionen Liter Blut pumpt, um das Leben über viele Jahrzehnte zu unterstützen. Jedoch, Die Qualität und Lebensspanne eines Menschen hängt stark von der Herzgesundheit ab. Dank wissenschaftlicher Durchbrüche, Für Herzerkrankungen stehen jetzt bessere Behandlungen zur Verfügung, Patienten ein längeres und glücklicheres Leben ermöglichen. Unser Ziel am British Heart Foundation Centre of Research Excellence der Universität Oxford ist es, sicherzustellen, dass der wissenschaftliche Fortschritt ein breites Spektrum von Störungen angeht, unabhängig von ihrer Inzidenz.

Herzprobleme sind bei Propionazidämie häufig (PA). Traurig, Dilatierte Kardiomyopathie und Long-QT-Syndrom sind häufig die Todesursache bei Kindern. Um diese Herzprobleme zu behandeln und zu verhindern, Wir müssen zuerst die zugrunde liegenden Mechanismen verstehen. Sobald diese Prozesse beschrieben sind, Unser Ziel ist es, Ziele für Medikamente oder Interventionen zu identifizieren. Wir glauben, dass dieses Ziel dank des Wissensschatzes über das Herz und des riesigen Repertoires an Arzneimitteln, die für die Therapie bei verschiedenen anderen Herzerkrankungen zugelassen sind, erreichbar ist. Viele dieser Medikamente könnten für PA-assoziierte Erkrankungen „zweckentfremdet“ werden, vielen Familien Hoffnung auf eine rechtzeitige Behandlung geben.

Für dieses PAF-finanzierte Projekt, Wir haben ein Konsortium von Wissenschaftlern zusammengestellt, die ihr Fachwissen dem Studium der PA widmen möchten. Die Expertise meines Labors liegt in der kardialen Zellphysiologie im Zusammenhang mit Säure-Base-Störungen. Zu uns gesellt sich Tom Milne, Associate Professor für Epigenetik in Oxford, Holger Kramer, ein Experte für Proteomik, und Steve Krywawych, Hauptbiochemiker am Great Ormond Street Hospital in London. Zu den Ressourcen und Einrichtungen, die diesem Projekt zur Verfügung gestellt werden, gehört ein Mausmodell von PA, Mit freundlicher Genehmigung von Michael Barry und Lourdes Desviat, Methoden zur Charakterisierung der Herzfunktion von der Zelle bis zur Organebene, sowie Messungen von Veränderungen auf Protein- und Genebene. Dieser interdisziplinäre, aber fokussierte Ansatz ermöglicht es uns, potenzielle Ziele für die PA-Behandlung zu identifizieren. Tatsächlich, Unsere vorläufigen Ergebnisse weisen auf ein solches Enzym hin, und das Ziel dieses Projekts ist es, unsere Hypothese zu testen und zu validieren.

PA ist mit großen Stoffwechselveränderungen verbunden, und viele dieser Substanzen sind nicht nur Zwischenprodukte in einer Kette von Ereignissen, kann aber starke biologische Wirkungen haben, die nicht immer intuitiv vorherzusagen sind. Unser Projekt wird untersuchen, wie der Aufbau von Propionat die Herzgene durch eine chemische Reaktion beeinflusst, die DNA-Gerüste verursacht (Histone genannt) Gene zu „öffnen“, die normalerweise nicht in einem gesunden Herzen exprimiert werden sollten. Viele Gene werden davon betroffen sein, Einige sind jedoch enger mit der Herzerkrankung verbunden. Nach der Identifizierung dieser Leitgene, Wir werden testen, inwieweit das Blockieren dieser heilend wirken kann. Parallel zu, Wir werden untersuchen, ob Propionat auch mit anderen Zielen in der Zelle reagieren kann, wie Proteine, die die Kontraktion unterstützen. Tatsächlich, Unsere Arbeit legt nahe, dass ein vielversprechender Forschungsweg die sogenannte Anregungs-Kontraktions-Kopplung betrifft, Ein Prozess, der Herzelektrizität in eine mechanische Reaktion umwandelt.

Wir freuen uns, Teil der PA-Forschungsfamilie zu sein und möchten diese Gelegenheit nutzen, um Patienten einzuladen, Betreuer, und Unterstützer unseres Labors für einen Besuch.

Aktualisieren 8/2022 – Abschlussbericht

ABERRANTE PROTEINPROPIONYLIERUNG UND UNTERSCHIEDLICHE HISTONMARKIERUNGEN BEI PROPIONISCHER AKIDEMIE: NEUE KRANKHEITSMECHANISMEN UND RISIKOFAKTOREN FÜR

HERZERKRANKUNG
Abschlussbericht – August 2022
PI: Pawel Swietach (Universität Oxford)

Nicht vertraulicher Bericht zur Verbreitung

Patienten mit Propionazidämie (PA) Es treten Störungen im Metabolitenspiegel auf, insbesondere Propionat. So klein (drei Kohlenstoff) Molekül wird normalerweise produziert
aus dem Abbau von Stoffen in der Nahrung, wie verzweigtkettige Aminosäuren und ungerade Fettsäuren. in PA, jedoch, Gene, die für die Propionatverarbeitung verantwortlich sind
durch vererbte Mutationen inaktiviert. Eine seit langem bestehende Ansicht geht davon aus, dass das daraus resultierende biochemische Milieu für die Funktionsstörung mehrerer von PA betroffener Organe verantwortlich ist.
Es ist besonders wichtig zu verstehen, wie das Herz bei PA betroffen ist, weil viele Todesfälle im Kindesalter mit Herzerkrankungen in Verbindung gebracht werden. Jedoch, der genaue Mechanismus
Die Verknüpfung der Stoffwechselstörung mit Herzerkrankungen bei PA ist unklar. Ohne diese detaillierten Informationen, Es ist schwierig, neue Heilmittel vorzuschlagen und das Krankheitsmanagement vorher zu verbessern
brauchbare Gentherapien sind verfügbar. Moreover, Das Wissen über die molekularen Mechanismen hat umfassendere Auswirkungen auf die Herzgesundheit, weil Erhöhungen von Propionat auch gewesen sind
bei anderen Erkrankungen beschrieben, wie Diabetes.

Ziel unseres PAF-Projekts war es zu untersuchen, wie sich die Stoffwechselstörungen in PA durch sogenannte posttranslationale Modifikationen auf Proteine auswirken, i.e. chemische „Bearbeitung“
die ihre Funktionen beeinträchtigen können. Unter Verwendung eines Mausmodells von PA, Wir haben diese Histone gezeigt, das Proteingerüst der DNA, zwei Arten von Modifikationen im Herzen unterzogen werden: Propionylierung und Acetylierung. Anschließend haben wir gezeigt, wie sich diese Aktionen auf die Expression von Genen im Herzen auswirken. Auffallend, Wir fanden, dass mehrere Gene, zuvor mit Herzerkrankungen in Verbindung gebracht, in PA anomal aktiviert werden, und wir spekulieren, dass die Dämpfung dieser PA-gesteuerten genetischen Reaktion die pathologischen Veränderungen bei Patienten lindern könnte. Durch unsere Beobachtungen des Mausmodells von PA, Wir haben einen neuartigen biochemischen Weg identifiziert, der eine alternative Möglichkeit bietet, überschüssiges Propionat im Herzen zu verarbeiten. Die Aktivierung dieses Signalwegs war bei Mäusen mit einem weniger schweren Krankheitsbild verbunden. Wir gehen davon aus, dass dieser Signalweg bei PA-Patienten therapeutisch genutzt werden könnte, und unsere unmittelbaren Ziele für die Zukunft bestehen darin, den besten Ansatz zur Nutzung dieses schützenden Propionatreservoirs im Herzen zu finden.

Zusammenfassend, das PAF-Projekt hat (ich) lieferte mithilfe modernster Methoden der Metabolomik neue mechanistische Erkenntnisse darüber, wie Propionat das Herz beeinflusst, Transkriptomik,
Chromatin Biologie, und Physiologie, und (ii) enthüllte neue Wege für die Propionatverarbeitung, die die mutierten Enzyme bei PA-Patienten umgehen.

Fortsetzung der PAF Awards an Guofang Zhang an der Duke University

Guofang Zhang, PhD, Duke University

„Propionyl-CoA und Propionylcarnitin Herzkomplikationen bei Patienten mit Propionazidämie vermitteln“

Update März 2023

Herzerkrankungen haben eine hohe Prävalenz bei Patienten mit Propionazidämie (PA). Der pathologische Mechanismus ist noch weitgehend unbekannt, insbesondere aufgrund der Natur der chronischen Entwicklung. Es ist eine Herausforderung, die Entwicklung von Herzerkrankungen bei PA-Patienten einfach durch die vorherzusagen PCC Mutationen, propionyl-CoA carboxylase (PCC) Enzymaktivität oder akute metabolische Veränderungen im Plasma oder Urin, da keine starke Korrelation zwischen dem kardialen Phänotyp besteht (Schweregrad der Erkrankung) und Genotyp, metabolische Dekompensationen oder restliche Enzymaktivität wurden in klinischen Fällen beobachtet.

Fettsäuren mit unterschiedlichen Kettenlängen sind wichtige Brennstoffe für das Herz. Unsere früheren Daten zeigten, dass Propionat eher als Aminosäuren eine Hauptquelle für kardiales Propionyl-CoA ist. Außerdem, Der Mangel an PCC reduziert die hepatische Entsorgung von Propionat aus dem Mikrobiom und fördert die Synthese von ungeradkettigen Fettsäuren, beide belasten das Herz metabolisch. Die Akkumulation von Propionyl-CoA aus Propionat und ungeradkettigen Fettsäuren könnte den Energiestoffwechsel des Herzens unterbrechen. Das niedrige ATP hemmt weiter die Propionyl-CoA-Carboxylierung gemäß unserer jüngsten Ischämie-Studie. Der gestörte Energiestoffwechsel und die Anhäufung von Propionyl-CoA bilden einen Teufelskreis.

Update August 2020

Herzerkrankungen sind eine der Komplikationen, die häufig mit Propionazidämie verbunden sind (PA). Das Verständnis des pathologischen Mechanismus ist wichtig, um die Entwicklung von Komplikationen zu verhindern. Unsere früheren Untersuchungen haben gezeigt, dass die Akkumulation von Propionyl-CoA den Metabolismus von Fettsäuren hemmt, die ein Hauptbrennstoff für die Herzenergie sind. Der Verlust der Flexibilität des Kraftstoffschalters könnte den Energiestoffwechsel des Herzens beeinträchtigen und möglicherweise Herzkomplikationen entwickeln, insbesondere unter verschiedenen Belastungen. Unsere Forschung wurde von PAF finanziert, um den pathologischen Mechanismus der Kardiomyopathie im Zusammenhang mit PA in zu untersuchen 2019. Im Jahr 1 der PAF Auszeichnung, Wir begannen, die metabolische Quelle von Propionyl-CoA im Herzen zu bestimmen. Überraschenderweise, die Aminosäuren (Isoleucin, threonine, methionine, Valin) und Protein, von dem bekannt ist, dass es Substrate von Propionyl-CoA sind, haben einen vernachlässigbaren Beitrag zur Propionyl-CoA-Produktion im Herzen. Jedoch, Unsere Daten schließen nicht aus, dass diese Aminosäuren wesentlich zur Propionyl-CoA-Produktion in anderen Organen beitragen, wie Leber. Zirkulierendes Propionat ist eine Hauptquelle für kardiales Propionyl-CoA. Es passt auch zur Beobachtung, dass das Herz Fettsäuren einschließlich kurzkettiger Fettsäuren als Energiesubstrate bevorzugt. Mehr als 99% Aus dem Mikrobiom stammendes Propionat wird bei gesunden Nagetieren beim ersten Durchgang durch die Leber effizient entfernt / metabolisiert. Deshalb, Das zirkulierende Propionat bleibt nach der Leber auf einem sehr niedrigen Niveau. Der Mangel an PCC vermindert die Fähigkeit der Leber, Propionat zu entsorgen, und erhöht den Propionatspiegel im Blutkreislauf, was die Propionyl-CoA-Akkumulation im Herzen verschlimmert. Unsere Ergebnisse zeigen die „metabolische Filterfunktion“ der Leber bei der Aufrechterhaltung eines effizienten Energiestoffwechsels des Herzens.

Um den pathologischen Mechanismus der mit PA verbundenen Herzkomplikation zu verstehen, Ein PA-vermitteltes Herzkomplikationsmodell ist unerlässlich. Im Jahr 2 der PAF Auszeichnung, Wir werden zunächst ein Mausmodell mit Herzkomplikationen entwickeln und bestätigen, bevor wir den pathologischen Mechanismus untersuchen. In Zusammenarbeit mit Dr.. Michael Barry, Wir werden die Herzfunktion und den metabolischen Phänotyp von Pcca charakterisieren-/-(A138T) Maus, die ein PA-Tiermodell ist, das von Dr.. Michael Barry. Wir werden mit Pcca Herzkomplikationen auslösen-/-(A138T) Mäuse durch Diäten oder Stress, wenn es notwendig ist. After that, Wir werden untersuchen, wie der kardiale Energiestoffwechsel mithilfe stabiler isotopenbasierter Stoffwechselflüsse und RNA-Seq-Ansätze gestört wird. Außerdem, Wir werden weiter untersuchen, wie die Propionylcarnitin-Expansion im Herzen das kardiale Acetylcarnitin abbauen kann, Acetyl-CoA-Puffer, und beeinflusst die akute Energie des Herzens. Das langfristige Ziel unserer Forschung ist es, ein therapeutisches Ziel für den Propionyl-CoA-Metabolismus des Herzens zu finden, um die mit PA verbundenen Herzkomplikationen zu lindern.

PAF Grant Maclean

PAF Awards $50,000 Neues Forschungsstipendium

Ken Maclean, PhD, Universität von Colorado Denver

„Chemische Chaperonbehandlung zur Wiederherstellung der Enzymaktivität bei Faltungsmutationen von Propionyl-Co-A-Carboxylase: Auf dem Weg zu einer personalisierten Therapiestrategie bei Propionsäure (PA)" - Im Sommer 2020, PAF ausgezeichnet a $50,000 gewähren.”

Propionazidämie (PA) ist eine schwere lebensbedrohliche Krankheit, für die es derzeit keine wirklich wirksame Behandlung gibt. Die Krankheit wird durch Mutation in einem der beiden Gene verursacht, die für das Enzym Propionyl-CoA-Carboxylase kodieren (PCC). Dieses Enzym besteht aus zwei verschiedenen Proteinen, die sich mit jeweils sechs dieser beiden Moleküle zu einer komplexen Struktur falten. Dies ist eine sehr ungewöhnliche und komplexe Struktur für ein metabolisches Enzym. Jüngste Arbeiten in unserem Labor haben gezeigt, dass eine Reihe spezifischer Mutationen, die PA verursachen, Probleme verursachen, indem sie den Proteinfaltungs- und / oder Assemblierungsprozess stören, der zu einem nicht funktionierenden Enzym führt also die Krankheit. In Zellen, Proteine mit komplizierten Faltungsmustern werden häufig bei ihrer Faltung durch andere Proteine unterstützt, die als Chaperone bezeichnet werden. Wir haben beobachtet, dass eine Reihe von mutierten Formen von PCC wieder zu normaler Aktivität zurückkehren können, wenn ihnen geholfen wird, sich unter Verwendung dieser Chaperonproteine korrekt zu falten. In unserer Studie, Wir werden eine Reihe von Chemikalien untersuchen, die auch als Chaperone fungieren und die Proteinfaltung unterstützen können, um die volle Aktivität in mutierten Formen von PCC wiederherzustellen. Diese Arbeit wird zunächst in einem bakteriellen PCC-Expressionssystem durchgeführt, um vielversprechende Verbindungen zu identifizieren, und hängt dann vom Fortschritt ab, Bewegen Sie sich in die Behandlung von Zellen, die von menschlichen PCC-Patienten stammen. Diese Studien haben das Potenzial, als erster erster Schritt bei der rationalen Gestaltung einer personalisierten Medizinstrategie für Patienten mit spezifischen Mutationen, die PA verursachen, zu dienen.

PAF Forschungszusammenfassung Elango

PAF Awards $44,253 Neues Forschungsstipendium

Rajavel Elango, PhD, Universität von British Columbia

“Optimierung von Aminosäuren in medizinischen Lebensmitteln zur Behandlung von Propionazidämie “

Propionazidämie (PA) wird hauptsächlich durch einen enzymatischen Defekt verursacht, propionyl-CoA carboxylase (PCC), im katabolen Weg von Valin, Isoleucin und andere propiogene Vorläufer. Das diätetische Management von PA hängt hauptsächlich von der Proteinrestriktion aus der Nahrung ab, um die Versorgung mit propiogenen Aminosäuren zu verringern, und die Verwendung von speziellen medizinischen Lebensmitteln. Diese medizinischen Lebensmittel enthalten alle essentiellen Aminosäuren und Nährstoffe, aber keine propiogenen Verbindungen. Vor kurzem, Es wurden Bedenken hinsichtlich ihrer Verwendung geäußert, aufgrund des unausgeglichenen Gehalts der verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) – hohes Leucin, zu minimal oder kein Valin und Isoleucin. Die unausgeglichene Mischung von BCAA wirkt sich negativ auf die Plasmakonzentrationen von Valin und Isoleucin aus, und wurde vorgeschlagen, um das Wachstum bei pädiatrischen PA-Patienten zu beeinflussen.

In einer laufenden retrospektiven naturhistorischen Studie (n = 4), Patienten mit PA, die von Geburt an in unserem Zentrum behandelt wurden (oder Diagnose) bis 18 Jahre alt, Wir beobachteten eine höhere Aufnahme von medizinischer Nahrung (im Vergleich zu intaktem Protein) führt zu niedrigeren Z-Werten für das Alter. Basierend auf diesen Pilotdaten, Wir schlagen vor, dass sofort die optimalen Mengen an Leucin bestimmt werden müssen, die in den medizinischen Lebensmitteln vorhanden sein sollen.

Deshalb, Die spezifischen Ziele der aktuellen Studie sind::

Stabilisotopenstudien
1. Bestimmen Sie das ideale Verhältnis zwischen BCAA bei Kindern mithilfe der stabilen isotopenbasierten Indikatoraminosäuremethode, um die Proteinsynthese in einem Proof-of-Principle-Ansatz zu optimieren.
2. Testen Sie das Verhältnis zwischen BCAA unter Verwendung derselben stabilen Isotopen-basierten Methode in unserer Kohorte von PA-Patienten, um den Einfluss auf die Proteinsynthese zu bestimmen, und Plasmametabolitenreaktionen.
Bestimmen Sie die Auswirkungen der Verwendung von natürlichen (intakt) vs Formel (medizinisches Essen) Protein auf anthropometrischen, biochemische und klinische Ergebnisse über eine retrospektive naturhistorische Studie an PA-Patienten, die im BC Children’s Hospital behandelt wurden.

Jüngste Ernährungsrichtlinien für PA raten davon ab, sich auf medizinische Lebensmittel als einzige Nahrungsquelle zu verlassen. Die meisten Menschen mit PA sind jedoch einem Risiko für Unterernährung ausgesetzt und sind auf diese medizinischen Lebensmittel als leicht tolerierbare Energie- und Proteinquelle angewiesen. Somit, Die Bestimmung des optimalen BCAA-Verhältnisses in medizinischen PA-Lebensmitteln ist erforderlich, um die Proteinsynthese zu optimieren, Anabolismus fördern, Wachstum und verhindern die Anreicherung von toxischen Metaboliten.

Unser Labor, Ausgestattet mit der Verwendung neuartiger stabiler Isotopen-Tracer zur Untersuchung des Protein- und Aminosäurestoffwechsels, ist ideal geeignet, um die Frage nach dem idealen BCAA-Verhältnis zu beantworten, das für das diätetische Management von PA verwendet werden kann und möglicherweise Auswirkungen auf die Gesundheitsergebnisse hat.

Propionazidämie Stiftung Forschungsstipendium – Richard

PAF Awards $33,082.12 Forschungsstipendium in 2019

PAF Awards $30,591 Fortsetzung Grant in 2020

Eva Richard, PhD, Universidad Autonoma de Madrid, Spanien

“Kardiomyozyten aus induzierten pluripotenten Stammzellen als neues Modell abgeleitet für Therapieentwicklung in Propionazidämie“

die zellulären und molekularen Mechanismen zu verstehen, die in genetischen Erkrankungen auftreten ist von wesentlicher Bedeutung für die Untersuchung neuer Strategien für deren Prävention und Behandlung. In diesem Kontext, induzierten pluripotenten Stammzellen (IPSC) nie da gewesene Möglichkeiten bieten für die menschliche Krankheit Modellierung. Eine der grundlegenden Kräfte der iPS-Technologie liegt in der Kompetenz dieser Zellen gerichtet wird, jeder Zelltyp im Körper zu werden, so dass Forscher Krankheitsmechanismen und identifizieren und testen neuartige Therapeutika in relevanten Zelltypen untersuchen.

Das Hauptziel dieses Projekts ist auf die Herstellung von menschlichen iPS konzentriert abgeleitete Kardiomyozyten (hiPSC-CMs) von Propionazidämie (PA) Patienten als neues menschliches Zellmodell für die disease.In PA, Herzsymptome, nämlich kardiale Dysfunktion und Arrhythmien, wurde als progressive late-onset Komplikationen führen, dass eine der Hauptursachen von Krankheit Sterblichkeit erkannt. hiPSC-CMS werden wir zelluläre Prozesse studieren, wie die Funktion der Mitochondrien und oxidativer Stress, die als Hauptverursacher für PA Pathophysiologie anerkannt wurden. Außerdem, Unser Ziel ist es, neue Wege veränderten unter Verwendung von Hochdurchsatztechniken wie RNA-Seq und miRNA-Analyse zu entwirren. Wir werden auch die möglichen positiven Auswirkungen eines Antioxidans und ein Mitochondrienbiogenese Aktivator in PA Kardiomyozyten untersuchen. Die Ergebnisse, die aus diesem Projekt ziehen wird für die Krankheit relevant sein Einblick in die betroffenen biologischen Prozesse bereitstellt, und wodurch Werkzeuge und Modelle für die Identifizierung von neuen Behandlungen für adjuvante PA.

Update April 2020 – Eva Richard PhD

Dank Propionazidämie (PA) Stiftung, Wir haben ein neues zelluläres PA-Modell entwickelt, das auf induzierten pluripotenten Stammzellen basiert (IPSC) mit dem Ziel, neue PA-Pathomechanismen zu definieren, die potenzielle therapeutische Ziele sein könnten. Traditionell, Krankheit Pathophysiologie hat in immortalisierten oder menschlichen Zelllinien und in Tiermodellen untersucht worden. Unfortunately, immortalisierte Zellen reagieren häufig nicht, da Primärzellen und Tiermodelle die klinischen Symptome der Patienten nicht genau rekapitulieren. So far, Patienten abgeleitete Fibroblasten wurden hauptsächlich als zelluläre Modelle in PA aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Robustheit verwendet, aber sie haben wichtige Einschränkungen. Die Fähigkeit, somatische Zellen zu iPS-Zellen zu umprogrammiert hat die Art und Weise der Modellierung menschliche Krankheiten revolutioniert. Um zu untersuchen, seltene Krankheiten,
Stammzellmodelle patientenspezifische Mutationen tragen sehr wichtig geworden, da alle Zelltypen von iPS-Zellen unterschieden werden können.

Wir haben zwei iPSC-Linien aus von Patienten stammenden Fibroblasten mit Defekten in den PCCA- und PCCB-Genen erzeugt und charakterisiert; und eine isogene Kontrolle, bei der die Mutation des PCCB-Patienten unter Verwendung der CRISPR / Cas9-Technologie genetisch korrigiert wurde. Diese iPSC-Linien wurden erfolgreich in Kardiomyozyten differenziert,
und ihre Anwesenheit konnte leicht durch visuelle Beobachtung spontan kontrahierender Regionen und durch Expression mehrerer Herzmarker festgestellt werden. Von PCCA iPSC abgeleitete Kardiomyozyten zeigten einen verringerten Sauerstoffverbrauch, eine Ansammlung von Restkörpern und Lipidtröpfchen, und erhöhte ribosomale Biogenese. Außerdem, Wir fanden erhöhte HERP-Proteinspiegel, GRP78, GFK75, SIG-1R und MFN2 schlagen vor
endoplasmatischer Retikulumstress und Kalziumstörungen in diesen Zellen. Wir analysierten auch eine Reihe von herzangereicherten miRNAs, die zuvor im Herzgewebe eines PA-Mausmodells dereguliert gefunden wurden, und bestätigten ihre veränderte Expression.

Die vorliegende Studie ist der erste Bericht über die Charakterisierung von Kardiomyozyten, die aus iPSCs stammen, die durch die Reprogrammierung von Fibroblasten von PA-Patienten erzeugt wurden. Unsere Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass mehrere Pathomechanismen eine relevante Rolle bei Herzfunktionsstörungen spielen können, eine häufige Komplikation bei PA-Erkrankungen. Dieses neue zelluläre PA-Modell bietet ein leistungsstarkes Werkzeug zur Aufklärung des Krankheitsmechanismus und, möglicherweise, Droge zu ermöglichen
Screening / Drogentests. Trotz verbesserter Therapie in den letzten Jahrzehnten, Das Ergebnis von PA-Patienten ist immer noch unbefriedigend, Hervorheben der Notwendigkeit, neue Therapien zu evaluieren, die darauf abzielen, die klinischen Symptome zu verhindern oder zu lindern. Zusätzliche Untersuchungen sind erforderlich, um den Beitrag der in dieser Arbeit identifizierten Mechanismen zum kardialen Phänotyp zu bestimmen und um festzustellen, wie dieses Wissen zur Formulierung eines besser personalisierten Therapeutikums beitragen kann
Strategien in der Zukunft.

Wir danken der Propionic Acidemia Foundation aufrichtig für die Unterstützung unserer Untersuchung, Das hat zu einer wirklich motivierenden Erfahrung für uns geführt, Gefühl, wir gehören zur PA-Forschungsfamilie. Die Finanzierung, die wir erhalten haben, hat zu wichtigen Fortschritten in der Pathophysiologie der PA geführt, und unser Ziel ist es, diese Forschung in naher Zukunft fortzusetzen.

Update September 2019 – Eva Richard PhD

Es gibt einen ungedeckten klinischen Bedarf wirksame Therapien für Propionazidämie zu entwickeln (PA). Die Fortschritte in der unterstützenden Behandlung basierend auf diätetische Beschränkung und Carnitinsupplementierung erlaubt haben Patienten jenseits der Neugeborenenperiode zu leben. Jedoch, das Gesamtergebnis bleibt bei den meisten Patienten schlecht, die leiden unter zahlreichen Fortschreiten der Erkrankung Komplikationen im Zusammenhang mit, darunter Herz-Veränderungen, eine Hauptursache für Morbidität und Mortalität PA. In our research, Wir entwickelten ein neues zelluläres Modell von PA basierend auf induzierten pluripotenten Stammzellen (IPSC) mit dem Ziel, neue molekulare Wege der Definition in der Pathophysiologie von PA beteiligt, die potenzielle Behandlung wäre Targeting.

Traditionell, Krankheit Pathophysiologie hat in immortalisierten oder menschlichen Zelllinien und in Tiermodellen untersucht worden. Unfortunately, immortalizedcells oft reagieren nicht als primäre Zellen und Tiermodellen nicht genau die Symptome der Patienten rekapitulieren. So far, Patienten stammenden Fibroblasten wurden hauptsächlich usedas zelluläre Modelle in PAdue zu theiravailability und Robustheit gewesen, aber sie haben wichtige Einschränkungen.

Die Fähigkeit, somatische Zellen zu iPS-Zellen zu umprogrammiert hat die Art und Weise der Modellierung menschliche Krankheiten revolutioniert. Um zu untersuchen, seltene Krankheiten, Stammzellmodelle patientenspezifische Mutationen tragen sehr wichtig geworden, da alle Zelltypen von iPS-Zellen unterschieden werden können. Wir haben generiert und charakterisiert zwei iPSC Linien von Patienten stammende Fibroblasten mit Defekten in PCCA und PCCB genes. Diese iPSC Linien können in Kardiomyozyten differenziert werden, die die gewebespezifischen Kennzeichen der Krankheit nachahmen. Die Anwesenheit von PA Kardiomyozyten wurde durch visuelle Beobachtung von spontan kontrahier Regionen leicht etabliert, und die Expression von mehreren Herzmarker. Wir haben beobachtet, dass PCCA-defiziente Kardiomyozyten in Abbauprodukten eine Steigerung präsentieren und in Lipidtröpfchen, und zeigt eine mitochondriale Dysfunktion im Vergleich zu Kontrollzellen. Wir stellten fest, ferner die Herunterregulierung von mehreren miRNAs in PCCA Kardiomyozyten verglichen diejenigen zu steuern, und mehr miRNAs Ziele werden derzeit analysiert, um darunter liegende Zell Pathomechanismen zu untersuchen. Interestingly, wir haben mehrere Experimente durchgeführt, um die Wirkung der mitochondrialen Biogenese Aktivator zu analysieren, MIN-102 Verbindung (PPAR-Agonisten, Derivat von Pioglitazon) in Kardiomyozyten.

Vorläufige Ergebnisse zeigten einen Anstieg der Sauerstoffverbrauch rateof PCCA und Kontrollzellen. In our next steps, Wir planen, die Analyse in der PCCA Kardiomyozyten Linie abzuschließen, PCCB Kardiomyozyten charakterisiert und in der Tiefe das therapeutische Potenzial von MitoQ und MIN-102-Verbindungen zu studieren.

We would like to sincerely thank the Propionic Acidemia Foundation for supporting our research.

Update März 2020

"Kardiomyozyten aus induzierten pluripotenten Stammzellen als neues Modell für die Therapieentwicklung bei Propionazidämie."

Eva Richard, Associate Professor

Es gibt einen ungedeckten klinischen Bedarf wirksame Therapien für Propionazidämie zu entwickeln (PA). Die Fortschritte in der unterstützenden Behandlung basierend auf diätetische Beschränkung und Carnitinsupplementierung erlaubt haben Patienten jenseits der Neugeborenenperiode zu leben. Jedoch, das Gesamtergebnis bleibt bei den meisten Patienten schlecht, die leiden unter zahlreichen Fortschreiten der Erkrankung Komplikationen im Zusammenhang mit, darunter Herz-Veränderungen, eine Hauptursache für Morbidität und Mortalität PA. In our research, Wir entwickelten ein neues zelluläres Modell von PA basierend auf induzierten pluripotenten Stammzellen (IPSC) mit dem Ziel, neue molekularen Wegen der Definition in der Pathophysiologie von PA beteiligt, die potenziellen therapeutischen Ziele sein könnte.

Traditionell, Krankheit Pathophysiologie hat in immortalisierten oder menschlichen Zelllinien und in Tiermodellen untersucht worden. Unfortunately, immortalisierten Zellen tun oft nicht reagieren als primäre Zellen und Tiermodellen nicht genau rekapitulieren die Symptome der Patienten. So far, Patienten abgeleitete Fibroblasten wurden hauptsächlich als zelluläre Modelle in PA aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Robustheit verwendet, aber sie haben wichtige Einschränkungen.

Die Fähigkeit, somatische Zellen zu iPS-Zellen zu umprogrammiert hat die Art und Weise der Modellierung menschliche Krankheiten revolutioniert. Um zu untersuchen, seltene Krankheiten, Stammzellmodelle patientenspezifische Mutationen tragen sehr wichtig geworden, da alle Zelltypen von iPS-Zellen unterschieden werden können. Wir haben generiert und charakterisiert zwei iPSC Linien von Patienten stammende Fibroblasten mit Defekten in der PCCA und PCCB genes. Diese iPSC Linien können in Kardiomyozyten differenziert werden, die die gewebespezifischen Kennzeichen der Krankheit nachahmen. Die Anwesenheit von Kardiomyozyten wurde durch visuelle Beobachtung von spontan kontra Regionen leicht etabliert, und die Expression von mehreren Herzmarker. PCCA iPSC abgeleitete Kardiomyozyten zeigte eine Veränderung von autophagy Prozess mit einer Anhäufung von Restkörpern und mitochondriale durch verminderten Sauerstoffverbrauch und die Veränderung der Mitochondrienbiogenese gekennzeichnet Dysfunktion aufgrund einer Deregulation der PPARGC1A. Wir haben auch die Expression von Herz angereicherten miRNAs zuvor im Zusammenhang mit Herzdysfunktion und mehrere miRNAs ausgewertet wurden deregulierten gefunden. Außerdem, wir gefunden haben und Proteinspiegel von Herp erhöht, Grp78, Grp75, sigma-1R und MFN2 darauf hindeutet ER Stress und Calciumstörungen in diesen Zellen.

Wir planen PCCB Kardiomyozyten zu analysieren, die Ergebnisse mit PCCA und Steuerdaten vergleichen. Wir arbeiten reifen Kardiomyozyten zu erhalten, um elektrophysiologischen Studien durchzuführen (K + Ströme) Verwendung einer Ganzzell-Patch-Clamp-Methode. Wir sind in der Untersuchung des gewebespezifischen bioenergetischen Signatur vergleicht Kardiomyozyten interessiert, abgeleitet von Steuerung und PA patients' iPSCs durch Reverse-Phase-Protein-Microarrays (RPPMA). Zukünftige Arbeiten gehört auch die Wirkung der mitochondrialen Biogenese Aktivator testen, MIN-102 Verbindung (PPAR-Agonisten, Derivat von Pioglitazon) und der mitochondrialen Targeting Antioxidans MitoQ in PA Kardiomyozyten.

We would like to sincerely thank the Propionic Acidemia Foundation for supporting our research.

Propionazidämie Foundation Forschungsbeihilfe Guofang Zhang

PAF Awards $48,500 Research Grant

Guofang Zhang, PhD, Duke University

„Propionyl-CoA und Propionylcarnitin Herzkomplikationen bei Patienten mit Propionazidämie vermitteln“

Die Energieerzeugung ist das zentrale Herz Stoffwechsel für eine kontinuierliche mechanische Arbeit. Ein durchschnittliches erwachsenen Menschen Herz verbraucht ~ 6 kg ATP / Tag. ATP Lagerung im Herzen ist nur ausreichend, um den Herzschlag für einige Sekunden aufrecht zu erhalten. Ein eng gekoppeltes Herzenergiestoffwechsel von verschiedenen Substraten ist von entscheidender Bedeutung für eine ausreichende ATP-Produktion durch die normale Herzfunktion erforderlich.

Ein Molekül Palmitinsäure (Fettsäure) erzeugt viel mehr ATP als ein Molekül Glukose hat nach ihren vollständigen metabolism.Fatty Säuren beitragen ~ 70-90% kardialen Energieerzeugung im Normalzustand. Jedoch, Herz hält nach wie vor eine hohe Flexibilität der Brennstoffwechsel als Reaktion auf verschiedene Substrate zur Verfügung. Acetyl-CoA ist die erste von den unterschiedlichen Kraftstoffsubstrate über unterschiedliche Wege abgeleitete konvergente Metabolit und tritt Tricarbonsäurezyklus (TCAC) für die Energieerzeugung. Deshalb, die Höhe der Acetyl-CoA oder das Verhältnis von Acetyl-CoA / CoA steuert eng die Stoffwechselflüsse, die von zwei Haupt Brennstoffen, das heißt, Glucose und Fettsäure, im Herzen. Acetyl-CoA oder CoA-Ebene ist auch fein durch Carnitin-Acetyltransferase abgestimmt (CRATER) daß katalysiert die reversible Umwandlung zwischen kurzkettigen Acyl-CoAs und acylcarnitines.Acetylcarnitine Pegeln ~ 10-100-fach größer als die von Acetyl-CoA in Herz und wird als der Puffer von Acetyl-CoA gesehen. Crat ist hoch in der Hochenergie anspruchsvolle Organe einschließlich Herz exprimiert und vermittelt die Fettsäure- und Glukosemetabolismus möglicherweise durch dynamisch ineinander umwandelnden Acetyl-CoA und Acetylcarnitin in jede other.The Mangel an crat gezeigt wurde, kardiale Kraftstoff Auswahl ändern.

Propionazidämie (PA) wird oft mit Herzkomplikationen assoziiert. Jedoch, der Pathomechanismus bleibt unbekannt. Wir haben gezeigt, dass hohe exogener propionat auf die Propionyl-CoA-Akkumulation und Herzbrennstoffwechsel von Fettsäure führte in den durchbluteten normalen Rattenherzen Glukose (bin. J Physiol. Endocrinol. Metab., 2018.315:E622-E633). Der Mangel an Propionyl-CoA-Carboxylase in PA induziert auch die Anhäufung von Propionyl-CoA. Next, wir werden versuchen, ob und wie der erhöhte Propionyl-CoA in der verstehen pccA-/- Herz (Zusammenarbeit mit Dr.. Michael Barry)unterbrechen könnte Herzenergiestoffwechsel durch den Brennstoffwechsel Flexibilität zu untersuchen, Crat vermittelten Metabolismus, und Pufferkapazität von Acetylcarnitin Verwendung stabile Isotopen basierenden metabolische Flussanalyse (J. Biol. Chem., 2015,290:8121-32). Wir hoffen, dass das Ergebnis dieses Projektes wird einen sinnvolle therapeutische Empfehlung für Patienten mit PA, insbesondere mit dem Herz Komplikation.

Novel therapies for Propionic acidemia – update Sept. 2018

Novel therapies for Propionic acidemia

Nicola Brunetti-Pierri,,it,Fondazione Telethon,,it,Italien,,en,„Neuartige Therapien für Propionazidämie“,,en,Im Juni,,en,ist eine angeborene Stoffwechselstörung durch einen Mangel an Propionyl-CoA-Carboxylase verursacht,,en,Es gibt keine Heilung für PA und verfügbare Therapien sind oft unbefriedigend,,en,Elektiven Lebertransplantation zunehmend verwendet wird, um Stoffwechselkrisen zu verringern und einige der schwersten Symptome der Krankheit zu mildern,,en,Lebertransplantation ist invasiv,,en,hat eine hohe Morbidität,,en,und erfordert eine langfristige Immunsuppression,,en, MD, Fondazione Telethon, Italy

This proposal was focused on the characterization of a fish model of propionic acidemia (PA) and on the development of novel therapies. The PA medaka fish model was found to recapitulate several clinical and biochemical features of the human disease, including reduced survival and locomotor activity, hepatic lipid accumulation, increased propionylcarnitine, methylcitrate, and propionate. Moreover, PA fishes showed better survival when fed with low-protein diet.

To gain insight into the disease pathogenesis and to search for potentially novel therapeutic targets, we performed an unbiased 3’-mRNA-Seq and NMR-based metabolome analyses. Both analyses showed global differences between PA and wild-type (wt) medaka. Interestingly, metabolism of glycine and serine resulted affected both at transcriptional and metabolites level and further studies are ongoing to investigate the role of these changes in the disease pathogenesis. Moreover, we found a marked increase in protein propionylation in PA fishes compared to wt controls. Protein propionylation is a post-translational modification occurring under normal conditions but its physiological role is unknown. Like protein acetylation, it is likely involved in regulation of gene expression, protein-protein interactions, and enzyme function. Interestingly, NAD-dependent sirtuins that are responsible of deacetylation of multiple proteins and have also de-propionylating activity, were significantly reduced in PA fishes. We speculated that aberrant protein propionylation in PA is toxic and proteomic studies are ongoing to reveal proteins with aberrant propionylation. With the support of this grant several drug candidates have been also investigated with the goal of developing new pharmacological approaches for PA.

In conclusion, we performed extensive phenotyping of the PA fish model that can be useful to unravel novel disease mechanisms and therapeutic targets.

aktualisiert September 2018

Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institut für Genetische Medizin,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institut für Genetische Medizin,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institut für Genetische Medizin,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en, MD PhD, Johns Hopkins University

While it has been known for several decades that dysfunction of the enzyme propionyl-CoA carboxylase underlies propionic acidemia (PA), many key downstream metabolic adaptions to this primary defect are not well defined. In our research, we developed and studied a new cellular model of PA, with the goals of understanding how the cell is affected in PA, and to identify new pathways for potential treatment targeting.

We initially studied both protein expression in fibroblasts (skin cells) from individuals with PA, and metabolites in urine from individuals with PA, and discovered changes in pathways related to serine metabolism. Serine is an important amino acid that is involved in the synthesis of folate intermediates, glutathione, and other important cellular metabolites. Serine metabolism is of particular interest because it has also been shown recently to be dysregulated in other mitochondrial diseases, and there is a growing interest in how to target this pathway for therapeutic intervention.

In order to more closely study these findings, we developed a new cellular model of propionyl-CoA carboxylase deficiency, where we used CRISPR technology to mutate the PCCA gene in a kidney cell line called HEK293. This new model cell line has important biochemical hallmarks of PA, including absence of the PCCA protein, elevated propionyl-carnitine, very low methylmalonyl-carnitine, and elevated glycine. We discovered that when these cells are in the growth phase, they express genes involved in serine synthesis at higher levels than cells that have normal propionyl-CoA carboxylase activity. We further discovered that the PA cells are very sensitive to deprivation of serine in their culture media, and grow slower than cells with intact propionyl-CoA carboxylase activity. This growth abnormality is not seen when the cells are grown in media that contains serine. Interestingly, we looked at these same pathways in a CRISPR model of methylmalonic acidemia, a closely related disorder to PA, and while we found some overlap in sensitivity to serine, the gene expression patterns we different. This highlights the biochemical uniqueness of PA. Currently, we are completing flux metabolomics studies in these cells, which will determine exactly what this serine is being metabolized to, and we expect these experiments to be completed by the end of August. In our next steps, we plan to study how treating the cells with different metabolites may alleviate this serine growth defect.

We would like to sincerely thank the Propionic Acidemia Foundation for supporting our research. The funding we received has led to important breakthroughs in our work, and we are excited to continue to move this research forward in the coming years.

aktualisiert September 2018