Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Istituto di Medicina Genetica,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Istituto di Medicina Genetica,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Istituto di Medicina Genetica,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Istituto di Medicina Genetica,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en, MD PhD, Johns Hopkins University

Mentre è noto da diversi decenni che la disfunzione dell'enzima propionil-CoA carbossilasi è alla base dell'acidemia propionica,,en,molti adattamenti metabolici fondamentali a valle di questo difetto primario non sono ben definiti,,en,Nella nostra ricerca,,en,abbiamo sviluppato e studiato un nuovo modello cellulare di PA,,en,con l'obiettivo di capire come la cellula è colpita nella PA,,en,e identificare nuovi percorsi per il potenziale targeting per trattamento,,en,Inizialmente abbiamo studiato l'espressione delle proteine ​​nei fibroblasti,,en,cellule della pelle,,en,da individui con PA,,en,e metaboliti nelle urine da individui con PA,,en,e ha scoperto cambiamenti nei percorsi correlati al metabolismo della serina,,en,La serina è un amminoacido importante che è coinvolto nella sintesi degli intermedi di folato,,en,glutatione,,en,e altri importanti metaboliti cellulari,,en (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. Il metabolismo della serina è di particolare interesse perché è stato anche dimostrato di recente essere disregolato in altre malattie mitocondriali,,en,e c'è un crescente interesse su come indirizzare questo percorso per l'intervento terapeutico,,en,Per studiare più da vicino questi risultati,,en,abbiamo sviluppato un nuovo modello cellulare di carenza di propionil-CoA carbossilasi,,en,dove abbiamo usato la tecnologia CRISPR per mutare il gene PCCA in una linea di cellule renali chiamata HEK293,,en,Questa nuova linea cellulare ha importanti caratteristiche biochimiche di PA,,en,inclusa l'assenza della proteina PCCA,,en,propionil-carnitina elevata,,en,metilmalonil-carnitina molto bassa,,en,ed elevata glicina,,en,Abbiamo scoperto che quando queste cellule sono in fase di crescita,,en, 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, esprimono geni coinvolti nella sintesi della serina a livelli più alti rispetto alle cellule che hanno attività propionil-CoA carbossilasi normale,,en,Abbiamo inoltre scoperto che le cellule PA sono molto sensibili alla privazione della serina nei loro terreni di coltura,,en,e crescere più lentamente delle cellule con attività intatta di propionil-CoA carbossilasi,,en,Questa anormalità della crescita non si vede quando le cellule sono cresciute in mezzi che contengono serina,,en,abbiamo esaminato questi stessi percorsi in un modello CRISPR di acidemia metilmalonica,,en,un disturbo strettamente correlato alla PA,,en,e mentre abbiamo trovato qualche sovrapposizione di sensibilità alla serina,,en,i modelli di espressione genica sono diversi,,en,Ciò evidenzia l'unicità biochimica della PA,,en,stiamo completando studi di metabolomica di flusso in queste cellule,,en,che determinerà esattamente a cosa viene metabolizzata questa serina,,en. 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, e ci aspettiamo che questi esperimenti siano completati entro la fine di agosto,,en,Nei nostri prossimi passi,,en,abbiamo in programma di studiare come trattare le cellule con metaboliti diversi può alleviare questo difetto di crescita della serina,,en,Vorremmo ringraziare sinceramente la Propionic Acidemia Foundation per sostenere la nostra ricerca,,en,Il finanziamento che abbiamo ricevuto ha portato a importanti scoperte nel nostro lavoro,,en,e siamo entusiasti di continuare a portare avanti questa ricerca nei prossimi anni,,en. 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.

aggiornato settembre 2018