Premiile Fundației pentru Acidemia Propionică $50,000 Grant de continuare pentru Guo-Fang Zhang de la Universitatea Duke

Premiile Fundației pentru Acidemia Propionică $50,000 Grant de continuare

Propionil-CoA și propionilcarnitina mediază complicații cardiace la pacienții cu acidemia propionică

Guo-Fang Zhang, Dr.

Universitatea Duke, Durham NC, USA

Termen de acordare: 4/1/2023-3/31/2024

Boala cardiacă are o prevalență ridicată în rândul pacienților cu acidemia propionică (PA). Mecanismul patologic rămâne în mare parte necunoscut, în special datorită naturii dezvoltării cronice. Este o provocare să prezicem dezvoltarea bolilor cardiace la pacienții cu PA doar prin mutațiile PCC, propionyl-CoA carboxylase (PCC) activitatea enzimatică sau modificări metabolice acute în plasmă sau urină, deoarece nu există o corelație puternică între fenotipul cardiac (severitatea bolii) și genotip, din cazurile clinice au fost observate decompensări metabolice sau activitate enzimatică reziduală.

Acizii grași cu diferite lungimi de lanț sunt combustibili majori pentru inimă. Datele noastre anterioare au demonstrat că propionatul, mai degrabă decât aminoacizii, este o sursă majoră de propionil-CoA cardiac. În plus, deficitul de PCC reduce eliminarea hepatică a propionatului derivat din microbiom și promovează sinteza acizilor grași cu lanț impar, ambele impun stres metabolic asupra inimii. Acumularea de propionil-CoA derivată din propionat și acizi grași cu lanț impar ar putea întrerupe metabolismul energetic cardiac. De jos
ATP inhibă în continuare propionil-CoA carboxilarea conform studiului nostru recent de ischemie. Metabolismul energetic afectat și acumularea de propionil-CoA formează un cerc vicios.

Cu un grant pentru al treilea an de la PAF, vom colabora cu doctorii Eva Richard Rodríguez și Lourdes R. Desviat de la Universitatea Autonomă din Madrid despre modul în care metabolismul energetic în PCCA- sau PCCB- iPSC-cardiomiocitele derivate de la pacienți umani sunt modificate prin analiza izotopilor stabili, în special sub stresul propionatului și a acizilor grași cu lanț impar. Un alt scop este de a îmbunătăți metabolismul energetic cardiac prin țintirea metabolismului propionatului și al acizilor grași cu lanț impar.

Premiile PAF Grantul inițial de cercetare Houten DeVita

PAF Awards $50,000 Nouă subvenție de cercetare

PI: Sander Houten, Ph.D., Departamentul de Genetică și Științe Genomice,

Institutul Icahn pentru Știința Datelor și Tehnologia Genomică, Școala de Medicină Icahn de pe Muntele Sinai, NY, US

Co-PI: Robert J. DeVita, Ph.D., Departamentul de Științe Farmacologice, Institutul de descoperire a drogurilor,

Școala de Medicină Icahn de pe Muntele Sinai, NY, US

“Reducerea substratului ca strategie terapeutică nouă pentru acidemia propionică ”

Metabolismul aminoacizilor și în special degradarea valinei și izoleucinei sunt o sursă semnificativă de propionil-CoA, substratul propionil-CoA carboxilazei. Tratamentul actual al acidemiei propionice are ca scop scăderea degradării valinei și izoleucinei prin diete medicale și evitarea postului. Dr. Houten și DeVita, anchetatorii acestui proiect, își propun să dezvolte o terapie de reducere a substratului farmacologic pentru acidemia propionică care limitează degradarea acestor aminoacizi. Ei propun să inhibe acil-CoA dehidrogenaza cu lanț scurt / ramificat (SBCAD) și izobutiril-CoA dehidrogenază (ACAD8), care sunt implicate în degradarea izoleucinei și a valinei, respectiv. Inhibarea acestor enzime este considerată sigură, spre deosebire de acidemia propionică, Se consideră că defectele moștenite ale SBCAD și ACAD8 sunt condiții benigne. În modelele de linie celulară, inhibarea SBCAD folosind un KO genetic sau un inhibitor a fost eficientă și a condus la o scădere pronunțată a substratului propionil-CoA carboxilază. Anchetatorii anticipează găsirea câtorva inhibitori ai loviturilor SBCAD și ACAD8 care pot fi optimizați în continuare și servesc drept punct de plecare pentru un program mai larg de descoperire a medicamentelor translaționale pentru tratamentul acidemiei propionice.

Actualizare de progres aprilie 2022

În ianuarie 2021, am fost recunoscători că am primit o bursă de cercetare de la PAF, ceea ce ne-a permis să începem dezvoltarea reducerii substratului farmacologic ca o nouă abordare terapeutică pentru acidemia propionică. Pentru acest proiect, Emitem ipoteza că putem realiza o reducere relevantă clinic a acumulării de substraturi de propionil-CoA carboxilază prin inhibarea enzimelor care joacă un rol în degradarea aminoacizilor cu lanț ramificat.. Specific, propunem inhibarea acil-CoA dehidrogenaza cu catenă scurtă/ramificată (SBCAD) și izobutiril-CoA dehidrogenază (ACAD8), care sunt implicate în degradarea izoleucinei și a valinei, respectiv. Se estimează că inhibarea acestor enzime este sigură, deoarece defectele moștenite ale SBCAD și ACAD8 sunt considerate a fi afecțiuni benigne.. În modelele de linie celulară, inhibarea SBCAD folosind un KO genetic sau un inhibitor a fost eficientă, conducând la o scădere pronunțată a metaboliților derivați de propionil-CoA. Inhibarea ACAD8 a fost mai puțin eficientă, care poate fi explicată prin suprapunerea specificității substratului între diferite acil-CoA dehidrogenaze. Scopul acestui proiect este de a identifica inhibitori cu molecule mici ai SBCAD și ACAD8 care pot fi validați în continuare pentru a servi drept puncte de plecare pentru un program de translație mai larg de descoperire a medicamentelor pentru tratamentul acidemiei propionice.. Pentru a atinge acest scop, am folosit grantul de cercetare de la PAF pentru a dezvolta in vitro teste biochimice și celulare utile pentru a verifica substanțele chimice pentru a stabili dacă o moleculă mică are posibilitatea de a fi un inhibitor eficient de SBCAD sau ACAD8. De asemenea, am efectuat o screening virtuală pentru a genera o listă de molecule inhibitoare candidate pentru SBCAD și ACAD8. Dintre acești potențiali inhibitori SBCAD, 91 au fost achiziționate și testate în testul SBCAD. Unfortunately, niciunul dintre compuși nu a reușit să inhibe SBCAD cu afinitate mare, probabil ca urmare a limitărilor la modelarea computațională a structurii enzimei.. Acest rezultat indică faptul că este necesar un screening mai mare, imparțial, cu randament ridicat pentru a identifica inhibitorii de molecule mici afectați pentru SBCAD.. Testul nostru enzimatic pare bine potrivit pentru această abordare și această abordare a fost aplicată cu succes altor două ținte enzimatice aflate în investigație de către echipă. (DHTKD1 [1] și domeniul LOR al AASS (nepublicat)).

Progresul realizat cu fondurile PAF ne-a permis să propunem acest proiect de cercetare pentru programul de granturi mici NIH (R03) de la Institutul Național de Sănătate și Dezvoltare Umană a Copilului Eunice Kennedy Shriver (NICHD). Acest grant a fost acordat în septembrie 2021, ceea ce ne-a permis să continuăm această muncă pentru următoarea 2 ani. În colaborare cu dr. Vockley și Mohsen (Universitatea din Pittsburgh), am aplicat și pentru un Grant pentru Proiect de Cercetare NIH (R01; Potențialul terapeutic al inhibării acil-CoA dehidrogenazelor implicate în degradarea valinei și izoleucinei). Această propunere este în prezent în discuție.

PAF Awards $49,953 Nouă subvenție de cercetare – Crăciun

PAF Awards $49,953 Grant de cercetare nou în 2021

PI: Pawel Swietach, Profesor de fiziologie, Departamentul de Fiziologie, Anatomie & Genetica, Universitatea din Oxford, Anglia

„Propionilarea aberantă a proteinelor și semne distincte de histone în acidemia propionică: noi mecanisme de boală și factori de risc pentru boli cardiace ”

Provocarea pusă pe inimile noastre – să ne contractăm și să ne relaxăm într-o secvență corectă și cu forța adecvată – este formidabilă. Soluția biologică elegantă la această problemă mecanică este un organ care pompează milioane de litri de sânge pentru a susține viața timp de multe decenii.. Totuși, calitatea și durata vieții unei persoane sunt strâns legate de sănătatea cardiacă. Datorită descoperirilor științifice, sunt disponibile acum tratamente mai bune pentru bolile cardiace, permițând pacienților să trăiască o viață mai lungă și mai fericită. Scopul nostru la Centrul de Excelență în Cercetare al Fundației Britanice pentru Inimă de la Universitatea Oxford este să ne asigurăm că progresul științific se adresează unui spectru larg de tulburări., indiferent de incidența lor.

Problemele cardiace sunt frecvente în acidemia propionică (PA). Din nefericire, cardiomiopatia dilatată și sindromul QT lung sunt adesea cauza decesului în copilărie. Pentru a trata și preveni aceste probleme cardiace, trebuie mai întâi să înțelegem mecanismele de bază. Odată ce aceste procese sunt descrise, scopul nostru este de a identifica ținte pentru medicamente sau intervenții. Credem că această ambiție este realizabilă datorită cunoștințelor bogate despre inimă și a vastului repertoriu de medicamente aprobate pentru terapie în diverse alte afecțiuni cardiace.. Multe dintre aceste medicamente ar putea fi „reutilizate” pentru tulburările asociate PA, dând speranță multor familii pentru un tratament în timp util.

Pentru acest proiect finanțat de PAF, am adunat un consorțiu de oameni de știință care sunt dornici să-și dedice experiența studierii PA. Expertiza laboratorului meu este în fiziologia celulară cardiacă în contextul tulburărilor acido-bazice. Ni se alătură Tom Milne, care este profesor asociat în epigenetică la Oxford, Holger Kramer, un expert în proteomică, și Steve Krywawych, principal biochimist la Great Ormond Street Hospital din Londra. Resursele și facilitățile puse la dispoziția acestui proiect includ un model de mouse de PA, prin amabilitatea lui Michael Barry și Lourdes Desviat, metode de caracterizare a funcției cardiace de la celulă la nivelul organelor, precum și măsurători ale modificărilor la nivel de proteine și gene. Această abordare interdisciplinară, dar concentrată, ne permite să identificăm ținte potențiale pentru tratamentul PA. Intr-adevar, descoperirile noastre preliminare indică o astfel de enzimă, iar scopul acestui proiect este de a testa și valida ipoteza noastră.

AP este asociată cu modificări metabolice majore, și multe dintre aceste substanțe nu sunt doar intermediare într-un lanț de evenimente, dar poate avea acțiuni biologice puternice, care nu sunt întotdeauna intuitiv de prezis. Proiectul nostru va investiga modul în care acumularea de propionat afectează genele cardiace printr-o reacție chimică care provoacă schele ADN (numite histone) pentru a „deschide” gene care în mod normal nu ar trebui să fie exprimate într-o inimă sănătoasă. Multe gene vor fi afectate de acest lucru, dar unele sunt mai strâns legate de tulburarea cardiacă. După identificarea acestor gene plumb, vom testa măsura în care blocarea acestora ar putea fi curativă. În paralel, vom investiga dacă propionatul poate reacționa și cu alte ținte din celulă, precum proteinele care susțin contracția. Intr-adevar, munca noastră sugerează că o cale promițătoare pentru cercetare se referă la așa-numita cuplare excitație-contracție, un proces care transformă electricitatea cardiacă într-un răspuns mecanic.

Suntem încântați să facem parte din familia de cercetare PA și dorim să profităm de această ocazie pentru a invita pacienții, îngrijitori, și susținători la laboratorul nostru pentru o vizită.

Actualizați 8/2022 – Raport final

PROPIONILARE ABERANTĂ A PROTEINEI ȘI MARCHE DE HISTONE DISTINTE ÎN ACIDEMIA PROPIONICĂ: NOI MECANISME DE BOLĂ ŞI FACTORI DE RISC PENTRU

BOLI CARDIACA
Raport final – august 2022
PI: Pawel Swietach (Universitatea Oxford)

Raport neconfidențial pentru difuzare

Pacienți afectați de acidemia propionică (PA) prezente cu tulburări ale nivelului metaboliților, în special propionat. Acest mic (cu trei atomi de carbon) molecula este produsă în mod normal
de la descompunerea substanţelor din dietă, precum aminoacizii cu catenă ramificată și acizii grași cu număr impar. In PA, totuși, genele responsabile de procesarea propionatului sunt
inactivate de mutații moștenite. O viziune de lungă durată postulează că mediul biochimic care rezultă este responsabil pentru disfuncția mai multor organe afectate în PA..
Înțelegerea modului în care inima este afectată în PA este deosebit de importantă, deoarece multe decese din copilărie au fost legate de bolile cardiace. Totuși, mecanismul precis
legarea tulburărilor metabolice cu bolile de inimă în PA este neclară. Fără aceste informații detaliate, este dificil să propui noi cure și să îmbunătățești managementul bolii înainte
sunt disponibile terapii genetice viabile. Moreover, cunoașterea mecanismelor moleculare are un impact mai larg asupra sănătății cardiace, deoarece au fost și creșteri ale propionatului
descrise în alte boli, precum diabetul.

Scopul proiectului nostru PAF a fost de a investiga modul în care tulburările metabolice din PA afectează proteinele prin așa-numitele modificări post-translaționale., i.e. „editare” chimică
care le pot afecta funcțiile. Folosind un model de mouse de PA, am arătat că histones, schela proteică a ADN-ului, suferă două tipuri de modificări în inimă: propionilarea și acetilarea. Am demonstrat apoi modul în care aceste acțiuni afectează expresia genelor în inimă. Impresionant, am constatat că mai multe gene, implicat anterior în bolile cardiace, devin activate aberant în PA, și speculăm că atenuarea acestui răspuns genetic determinat de PA poate atenua modificările patologice experimentate de pacienți.. Prin observațiile noastre asupra modelului de șoarece al PA, am identificat o nouă cale biochimică care oferă un mijloc alternativ de procesare a excesului de propionat în inimă. Activarea acestei căi a fost asociată cu o prezentare a bolii mai puțin severă la șoareci. Emitem ipoteza că această cale ar putea fi exploatată terapeutic la pacienții cu PA, iar obiectivele noastre imediate pentru viitor sunt să identificăm cea mai bună abordare pentru exploatarea acestui rezervor de protecție pentru propionat din inimă..

În concluzie, proiectul PAF are (i) a oferit noi perspective mecanice asupra modului în care propionatul afectează inima folosind metode de ultimă generație în metabolomică, transcriptomica,
biologia cromatinei, si fiziologie, și (ii) a dezvăluit noi căi pentru procesarea propionatului care ocolesc enzimele mutante la pacienții cu PA.

Grant pentru continuarea premiilor PAF pentru Guofang Zhang la Universitatea Duke

Guofang Zhang, Dr., Universitatea Duke

„Propionil-CoA și propionylcarnitine medieze complicații cardiace la pacienții cu acidemia propionic“

Actualizare martie 2023

Boala cardiacă are o prevalență ridicată în rândul pacienților cu acidemia propionică (PA). Mecanismul patologic rămâne în mare parte necunoscut, în special datorită naturii dezvoltării cronice. Este o provocare să prezicem dezvoltarea bolilor cardiace la pacienții cu PA pur și simplu prin PCC mutatii, propionyl-CoA carboxylase (PCC) activitatea enzimatică sau modificări metabolice acute în plasmă sau urină, deoarece nu există o corelație puternică între fenotipul cardiac (severitatea bolii) și genotip, din cazurile clinice au fost observate decompensări metabolice sau activitate enzimatică reziduală.

Acizii grași cu diferite lungimi de lanț sunt combustibili majori pentru inimă. Datele noastre anterioare au demonstrat că propionatul, mai degrabă decât aminoacizii, este o sursă majoră de propionil-CoA cardiac. În plus, deficitul de PCC reduce eliminarea hepatică a propionatului derivat din microbiom și promovează sinteza acizilor grași cu lanț impar, ambele impun stres metabolic asupra inimii. Acumularea de propionil-CoA derivată din propionat și acizi grași cu lanț impar ar putea întrerupe metabolismul energetic cardiac. ATP scăzut inhibă și mai mult propionil-CoA carboxilarea conform studiului nostru recent de ischemie. Metabolismul energetic afectat și acumularea de propionil-CoA formează un cerc vicios.

Actualizare august 2020

Boala cardiacă este una dintre complicațiile adesea asociate cu acidemia propionică (PA). Înțelegerea mecanismului patologic este esențială pentru a preveni dezvoltarea complicației. Cercetările noastre anterioare au arătat că acumularea de propionil-CoA inhibă metabolismul acizilor grași, care este un combustibil major pentru energia cardiacă.. Pierderea flexibilității comutatorului de combustibil ar putea interfera cu metabolismul energiei cardiace și poate dezvolta complicații cardiace, în special sub diferite solicitări. Cercetarea noastră a fost finanțată de PAF pentru a investiga mecanismul patologic al cardiomiopatiei asociate cu PA în 2019. În anul 1 al premiului PAF, am început să cartografiam sursa metabolică de propionil-CoA din inimă. În mod surprinzător, aminoacizii (izoleucină, threonine, methionine, valină) și proteinele despre care se știe că sunt substraturi ale propionil-CoA au o contribuție neglijabilă la producția de propionil-CoA în inimă. Totuși, datele noastre nu exclud posibilitatea ca acești aminoacizi să contribuie în mod substanțial la producția de propionil-CoA în alte organe, ca ficatul. Propionatul circulant este o sursă majoră de propionil-CoA cardiac. De asemenea, se potrivește observației că inima preferă acizii grași, inclusiv acizii grași cu lanț scurt, ca substraturi energetice. Mai mult decât 99% propionatul provenit din microbiom este eliminat/metabolizat eficient la prima trecere prin ficat la rozătoarele sănătoase. Prin urmare, propionatul circulant se mentine la un nivel foarte scazut dupa ficat. Deficiența PCC atenuează capacitatea hepatică de a elimina propionat și crește nivelul de propionat circulant, ceea ce exacerbează acumularea de propionil-CoA în inimă. Rezultatele noastre arată rolul de „filtrare metabolică” al ficatului în menținerea eficientă a metabolismului energetic cardiac.

Pentru a înțelege mecanismul patologic al complicației cardiace asociate cu PA, un model de complicații cardiace mediate de PA este esențial. În an 2 al premiului PAF, mai întâi vom dezvolta și confirma un model de șoarece cu complicație cardiacă înainte de studiul mecanismului patologic. Cu colaborarea cu Dr. Michael Barry, vom caracteriza funcţia cardiacă şi fenotipul metabolic al Pcca-/-(A138T) mouse-ul care este un model animal PA creat de Dr. Michael Barry. Vom induce complicații cardiace cu Pcca-/-(A138T) soareci prin diete sau stres daca este necesar. After that, vom examina modul în care metabolismul energetic cardiac este perturbat folosind fluxul metabolic bazat pe izotopi stabili și abordări ARN-Seq. În plus, vom investiga în continuare modul în care expansiunea propionilcarnitinei în inimă ar putea epuiza acetilcarnitina cardiacă, tampon acetil-CoA, și afectează consumul de energie acută cardiacă. Scopul pe termen lung al cercetării noastre este de a găsi o țintă terapeutică asupra metabolismului propionil-CoA cardiac pentru a atenua complicațiile cardiace asociate cu PA..

PAF Grant Maclean

PAF Awards $50,000 Nouă subvenție de cercetare

Ken Maclean, Dr., Universitatea din Colorado Denver

„Tratamentul chimic cu chaperonă pentru refacerea activității enzimelor în mutațiile pliante ale propionil-co-A carboxilazei: Spre o strategie terapeutică personalizată în acidemia proporțională (PA)" - In vara 2020, PAF acordat un $50,000 acorda.”

Propionic acidemia (PA) este o boală gravă care poate pune viața în pericol pentru care nu există în prezent un tratament cu adevărat eficient. Boala este cauzată de mutația uneia dintre cele două gene care codifică enzima propionil-CoA carboxilază (PCC). Această enzimă este formată din două proteine diferite care se pliază între ele într-o structură complexă cu șase din fiecare dintre aceste două molecule. Aceasta este o structură foarte neobișnuită și complexă pentru o enzimă metabolică și lucrările recente din laboratorul nostru au descoperit că o serie de mutații specifice care provoacă PA provoacă probleme prin interferirea procesului de pliere și / sau de asamblare a proteinelor care duce la o enzimă non-funcțională și astfel boala. În celule, proteinele cu modele complicate de pliere sunt adesea asistate la plierea lor de alte proteine numite chaperone. Am observat că o serie de forme mutante ale PCC pot fi restabilite la activitatea normală dacă sunt ajutate să se plieze corect folosind aceste proteine de chaperonă. În studiul nostru, vom examina o serie de substanțe chimice care pot funcționa, de asemenea, ca chaperone și care pot ajuta la plierea proteinelor în vederea restabilirii activității complete în formele mutante ale PCC. Această lucrare va avea loc inițial într-un sistem bacterian de expresie PCC pentru a identifica compuși promițători și apoi în funcție de progres, treceți la tratarea celulelor umane derivate de pacientul PCC. Aceste studii au potențialul de a servi ca prim pas inițial în proiectarea rațională a unei strategii de medicamente personalizate pentru pacienții cu mutații specifice care provoacă PA.

Rezumat cercetare PAF Elango

PAF Awards $44,253 Nouă subvenție de cercetare

Rajavel Elango, Dr., Universitatea din Columbia Britanică

“Optimizarea aminoacizilor din alimentele medicale pentru a gestiona acidemia propionică ”

Propionic Acidemia (PA) este cauzată în primul rând de un defect enzimatic, propionyl-CoA carboxylase (PCC), în calea catabolică a valinei, izoleucină și alți precursori propriuogeni. Managementul alimentar al PA depinde în principal de restricțiile proteice din alimente pentru a reduce aprovizionarea cu aminoacizi propiogenici, și utilizarea alimentelor medicale speciale. Aceste alimente medicale conțin toți aminoacizii esențiali și substanțele nutritive, dar fără compuși propriogenici. Recent, au fost îngrijorate cu privire la utilizarea lor, datorită conținutului dezechilibrat al aminoacizilor cu lanț ramificat (BCAA) – leucină ridicată, la minim sau deloc valină și izoleucină. Amestecul dezechilibrat de BCAA afectează negativ concentrațiile plasmatice de valină și izoleucină, și a fost propus să afecteze creșterea la pacienții pediatrici cu PA.

Într-un studiu de istorie naturală retrospectivă continuă (n = 4), pacienții cu PA tratat la centrul nostru de la naștere (sau diagnostic) până la vârsta de 18 ani, am observat că un aport mai mare de alimente medicale (comparativ cu proteina intactă) duce la scoruri Z mai mici pentru ht-pentru-vârstă. Pe baza acestor date pilot, propunem să existe o nevoie imediată de a determina cantitățile optime de leucină care trebuie să fie prezentă în alimentele medicale.

Prin urmare, obiectivele specifice ale studiului actual sunt::

Studii de izotopi stabile
1. Determinați raportul ideal dintre BCAA la copii folosind metoda de aminoacizi indicator bazat pe izotopi stabile pentru a optimiza sinteza proteinelor într-o abordare Proof-of-Principiul.
2. Testează raportul dintre BCAA folosind aceeași metodă stabilă pe bază de izotopi în cohorta noastră de pacienți cu PA pentru a determina impactul asupra sintezei proteice, și răspunsurile metabolitului plasmatic.
Determinați impactul utilizării produsului natural (intact) vs formula (alimente medicale) proteine pe antropometrice, Rezultate biochimice și clinice printr-un studiu retrospectiv de istorie naturală a pacienților cu PA tratate la Spitalul Copiilor BC.

Ghidurile alimentare recente pentru PA descurajează dependența de alimente medicale ca o singură sursă dietetică. Cu toate acestea, majoritatea persoanelor cu PA sunt expuse riscului de malnutriție și depind de aceste alimente medicale ca o sursă ușoară de energie și proteine tolerabile.. Prin urmare, determinarea raportului optim de BCAA în alimentele medicale PA este necesară pentru optimizarea sintezei proteice, promovează anabolismul, creșterea și prevenirea acumulării de metaboliți toxici.

Laboratorul nostru, echipat cu utilizarea de noi trasori izotopi stabili pentru a examina metabolismul proteinelor și aminoacizilor, este ideal pentru a aborda problema raportului ideal de BCAA care va fi utilizat pentru gestionarea dietetică a AP și a rezultatelor potențiale asupra sănătății..

Fundația de Cercetare Grant acidemia propionică – Richard

PAF Awards $33,082.12 Grant de cercetare în 2019

PAF Awards $30,591 Grant de continuare în 2020

Eva Richard, Dr., Universidad Autonoma de Madrid, Spania

“Cardiomiocite derivate din celule stem induse pluripotente ca un nou model de dezvoltare terapie in acidemia propionic“

Intelegerea mecanismelor celulare și moleculare care apar in boli genetice este esențială pentru investigarea unor noi strategii pentru prevenirea si tratamentul acestora. În acest context, Celulele stem pluripotente induse (IPSC) oferă oportunități fără precedent pentru modelarea bolilor umane. Una dintre puterile fundamentale ale tehnologiei IPSC se află în competența acestor celule pentru a fi direcționat pentru a deveni orice tip de celule din organism, permițând astfel cercetătorilor să examineze mecanisme de boala si de a identifica și de a testa noi terapeutica in tipuri de celule relevante.

Obiectivul principal al acestui proiect este axat pe generarea de cardiomiocite umane IPSC-derivate (hiPSC CMS) din acidemia propionic (PA) pacientii ca un nou model de celular uman pentru disease.In PA, simptome cardiace, și anume disfuncția cardiacă și aritmii, au fost recunoscute ca complicații progresive cu debut tardiv rezultând într-una dintre principalele cauze ale mortalității bolii. Folosind hiPSC CMS vom studia procesele celulare, cum ar fi funcția mitocondrială și stresul oxidativ, care au fost recunoscute ca fiind principalii contribuitori pentru PA fiziopatologia. În plus, scopul nostru este de a se descurca cai roman modificate folosind tehnici high-throughput precum RNAseq și analiza Mirna. Vom examina, de asemenea, efectele benefice potențiale ale unui antioxidant și un activator de biogenezei mitocondriale în cardiomiocite PA. Rezultatele care derivă din acest proiect vor fi relevante pentru boala oferind o perspectiva asupra proceselor biologice afectate, și oferind astfel instrumente și modele pentru identificarea de noi tratamente adjuvant pentru PA.

Actualizați aprilie 2020 – Eva Richard PhD

Datorită acidemiei propionice (PA) fundație, am dezvoltat un nou model celular de PA bazat pe celule stem pluripotente induse (IPSC) cu scopul de a defini noi patomecanisme PA care ar putea fi ținte terapeutice potențiale. Tradiţional, fiziopatologia bolii a fost studiat în linii de celule imortalizate sau umane și pe modele animale. Unfortunately, celulele imortalizate nu răspund adesea, deoarece celulele primare și modelele animale nu recapitulează exact simptomele clinice ale pacienților. So far, pacientii derivate fibroblaste au fost utilizate în principal ca modele celulare în PA, datorită disponibilității și robustețea lor, dar acestea au limitări importante. Capacitatea de a reprograma celulele somatice la iPSCs a revoluționat modul de modelare a bolilor umane. Pentru a studia bolile rare,
modele de celule stem care transporta mutatii specifice pacientului au devenit extrem de important ca toate tipurile de celule pot fi diferențiate de iPSCs.

Am generat și caracterizat două linii iPSC de la fibroblaste derivate de pacienți cu defecte în genele PCCA și PCCB; și un control izogen în care mutația pacientului cu PCCB a fost corectată genetic folosind tehnologia CRISPR / Cas9. Aceste linii iPSC au fost diferențiate cu succes în cardiomiocite,
iar prezența lor a fost ușor stabilită prin observarea vizuală a regiunilor contractante spontan și prin expresia mai multor markeri cardiaci. Cardiomiocitele derivate din PCCA iPSC au prezentat un consum redus de oxigen, o acumulare de corpuri reziduale și picături de lipide, și a crescut biogeneza ribozomală. În plus, am găsit niveluri crescute de proteine ale HERP, GRP78, GRP75, SIG-1R și MFN2 sugerează
stresul reticulului endoplasmatic și perturbări ale calciului în aceste celule. De asemenea, am analizat o serie de miARN-uri îmbogățite cu inima găsite anterior dereglate în țesutul cardiac al unui model murin PA și le-am confirmat expresia modificată.

Prezentul studiu reprezintă primul raport despre caracterizarea cardiomiocitelor derivate din iPSC generate de reprogramarea fibroblastelor pacienților cu PA. Rezultatele noastre oferă dovezi că mai multe patomecanisme pot avea un rol relevant în disfuncția cardiacă, o complicație frecventă în boala PA. Acest nou model de PA celular oferă un instrument puternic pentru a dezlega mecanismul bolii și, potenţial, pentru a permite droguri
screening / testare de droguri. În ciuda terapiei îmbunătățite în ultimele decenii, rezultatul pacienților cu PA este încă nesatisfăcător, subliniind cerința de a evalua noi terapii care vizează prevenirea sau ameliorarea simptomelor clinice. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a determina contribuția mecanismelor identificate în această lucrare la fenotipul cardiac și modul în care aceste cunoștințe pot ajuta la formularea unei terapii mai bine personalizate.
strategii în viitor.

Mulțumim sincer Fundației Acidemia Propionică pentru susținerea investigației noastre, ceea ce a dus la o experiență cu adevărat motivantă pentru noi, simțind că aparținem familiei de cercetare PA. Finanțarea pe care am primit-o a dus la progrese importante în fiziopatologia AP, iar scopul nostru este să continuăm această cercetare în viitorul apropiat.

Actualizare septembrie 2019 – Eva Richard PhD

Exista o nevoie nesatisfacuta clinice pentru a dezvolta terapii eficiente pentru acidemia propionic (PA). Progresele în tratamentul de susținere bazate pe reducerea aportului alimentar și de carnitină au permis pacientilor sa traiasca dincolo de perioada neonatală. Totuși, rezultatul general rămâne slabă la majoritatea pacienților, care suferă de numeroase complicații legate de progresia bolii, printre acestea modificări cardiace, o cauză majoră de morbiditate și mortalitate PA. In our research, am dezvoltat un nou model celular de AP bazat pe celule stem pluripotente induse (IPSC) cu scopul de a defini noi cai moleculare implicate in fiziopatologia PA, care ar fi un potențial tratament de direcționare.

Tradiţional, fiziopatologia bolii a fost studiat în linii de celule imortalizate sau umane și pe modele animale. Unfortunately, immortalizedcells de multe ori nu raspund ca celule primare și modele animale nu recapitula exact simptome de pacienti. So far, Pacienți care au fost derivate fibroblaste au fost modele de celulare în principal usedas în PAdue la theiravailability și robustețea, dar acestea au limitări importante.

Capacitatea de a reprograma celulele somatice la iPSCs a revoluționat modul de modelare a bolilor umane. Pentru a studia bolile rare, modele de celule stem care transporta mutatii specifice pacientului au devenit extrem de important ca toate tipurile de celule pot fi diferențiate de iPSCs. Am generat și caracterizat două linii de IPSC de la pacienti-derivate fibroblasti cu defecte în PCCA și PCCB gene. Aceste linii IPSC pot fi diferențiate în cardiomiocite care imita semnele distinctive specifice țesutului bolii. Prezența cardiomiocite PA a fost ușor de stabilit prin observarea vizuală a regiunilor contractante spontan, și expresia mai multor markeri cardiaci. Am observat că cardiomyocytes PCCA-deficit prezintă o creștere a produșilor de degradare și în picăturile lipidice, și prezintă disfuncția mitocondrială, comparativ cu celulele de control. Am descoperit în continuare în jos-reglementarea mai multor miRNAs în cardiomiocite PCCA, comparativ cu cele de control, și mai multe obiective de miRNAs sunt in prezent analizate pentru a investiga mecanismele patologice celulare care stau la baza. Interestingly, am efectuat mai multe experimente pentru a analiza efectul activator biogenezei mitocondriale, compus MIN-102 (agonist PPAR, Derivat de pioglitazonă) în cardiomiocite.

Rezultatele preliminare au arătat o creștere a celulelor PCCA si controlul consumului de oxigen rateof. In our next steps, ne propunem pentru a finaliza analiza în linia de cardiomiocite PCCA, caracterizarea cardiomiocite PCCB și să studieze în profunzime potențialul terapeutic al MitoQ și compușii MIN-102.

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

Actualizare martie 2020

Cardiomiocitele derivate din celulele stem pluripotente induse ca un nou model pentru dezvoltarea terapiei în acidemia propionică.

Eva Richard, Profesor Asociat

Tradiţional, fiziopatologia bolii a fost studiat în linii de celule imortalizate sau umane și pe modele animale. Unfortunately, Celulele imortalizate face de multe ori nu raspund ca celule primare și modele animale nu se potrivesc exact simptomele pacienților recapitula. So far, pacientii derivate fibroblaste au fost utilizate în principal ca modele celulare în PA, datorită disponibilității și robustețea lor, dar acestea au limitări importante.

Capacitatea de a reprograma celulele somatice la iPSCs a revoluționat modul de modelare a bolilor umane. Pentru a studia bolile rare, modele de celule stem care transporta mutatii specifice pacientului au devenit extrem de important ca toate tipurile de celule pot fi diferențiate de iPSCs. Am generat și caracterizat două linii de IPSC la pacientii cu derivate fibroblastele cu defecte in PCCA și PCCB gene. Aceste linii IPSC pot fi diferențiate în cardiomiocite care imita semnele distinctive specifice țesutului bolii. Prezența cardiomiocite a fost ușor de stabilit prin observarea vizuală a regiunilor contractante spontan, și expresia mai multor markeri cardiaci. cardiomiocitelor PCCA IPSC derivate au prezentat o alterare a procesului de autofagie, cu o acumulare de corpuri reziduale și disfuncția mitocondrială caracterizate prin consum redus de oxigen și de alterare a biogenezei mitocondriale din cauza unei dereglarea PPARGC1A. De asemenea, am evaluat expresia miRNAs îmbogățit cu inima asociate anterior cu disfuncție cardiacă și mai multe miRNAs s-au găsit dereglată. În plus, am constatat niveluri crescute de proteine de Herp, GRP78, Grp75, sigma-1R și Mfn2 sugerând ER stres și de calciu perturbațiile aceste celule.

Suntem de planificare pentru a analiza cardiomiocite PCCB pentru a compara rezultatele cu PCCA și datele de control. Lucrăm pentru a obține cardiomiocite mature, în scopul de a efectua studii de electrofiziologie (Curenții K +) folosind o metodă patch clamp-celulă întreagă. Suntem interesați în studiul semnăturii compararea cardiomiocite bioenergetice specifice tisulare derivate din controlul și iPSCs PA patients' de microarrays proteine în fază inversă (RPPMA). Activitatea viitoare include, de asemenea, testarea efectului activator biogenezei mitocondriale, compus MIN-102 (agonist PPAR, Derivat de pioglitazonă) si a mitocondrial țintire antioxidante MitoQ în cardiomiocite PA.

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

Propionică acidemia Research Foundation Grant Guofang Zhang

PAF Awards $48,500 Research Grant

Guofang Zhang, Dr., Universitatea Duke

„Propionil-CoA și propionylcarnitine medieze complicații cardiace la pacienții cu acidemia propionic“

Producția de energie este metabolismul central de cardiace pentru lucru mecanic continuu. O inima medie om adult consuma ~ 6 kg ATP / zi. depozitarea ATP în inima este doar suficientă pentru a susține ritmul cardiac timp de câteva secunde. Un metabolism cardiac strâns cuplate la diferite substraturi este esențială pentru producerea de ATP suficient cerute de funcția cardiacă normală.

O molecula de acid palmitic (acid gras) generează mult mai ATP mult de o moleculă de glucoză nu după acizii lor complet metabolism.Fatty contribuie ~ 70-90% producția de energie cardiacă în condiții normale. Totuși, inima menține în continuare o flexibilitate ridicată de schimbare a combustibilului, ca răspuns la diferite substraturi disponibile. Acetil-CoA este primul metabolit convergent derivat din diverse substraturi de combustibil prin diferite căi și intră ciclul de acid tricarboxilic (TCAC) pentru producerea de energie. Prin urmare, nivelul de acetil-CoA sau raportul de acetil-CoA / CoA controlează strâns fluxurile metabolice din doi combustibili majori, adică, glucoză și acid gras, in inima. Acetil-CoA sau nivelul CoA este de asemenea reglat fin prin acetiltransferaza carnitină (CRATER) care catalizează interconversia reversibil între nivelul acil-Coas și acylcarnitines.Acetylcarnitine cu lanț scurt este de ~ 10-100 ori mai mare decât cea a acetil-CoA în inimă și este văzută ca tampon de acetil-CoA. CrAT este puternic exprimata in organele de energie înaltă exigente, inclusiv inimă și mediază acizi grași și metabolismul glucozei, eventual prin intertransformând dinamic acetil-CoA și acetilcarnitina în fiecare deficiență other.The de CrAT a fost demonstrat pentru a schimba selecția de combustibil cardiac.

Propionic acidemia (PA) este adesea asociat cu complicații cardiace. Totuși, mecanismul patologic rămâne necunoscut. Am demonstrat că propionatul exogen ridicată a condus la acumularea propionil-CoA și trecerea combustibilului cardiac de la acid gras la glucoză în inimile de șobolan normale vascularizate (A.m. J Physiol. Endocrinol. Metab., 2018.315:E622-E633). Deficiența de carboxilază propionil-CoA în PA induce, de asemenea, acumularea de propionil-CoA. Următor, vom încerca să înțelegem dacă și cum elevated propionil-CoA în PCCA-/- heart (colaborare cu Dr.. Michael Barry)ar putea intrerupe metabolismul energetic cardiac prin investigarea flexibilitatea comutatorului de combustibil, metabolizării mediate CrAT, și tampon capacitate de acetilcarnitină folosind analiza fluxului metabolic bazate pe izotopi stabili (J. Biol. Chem., 2015,290:8121-32). Sperăm că rezultatul acestui proiect va oferi recomandări terapeutice semnificative pentru pacienții cu AP, în special cu complicația cardiace.

Novel therapies for Propionic acidemia – update Sept. 2018

Novel therapies for Propionic acidemia

Nicola Brunetti-Pierri, 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.

actualizat septembrie 2018

Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institutul de Medicina genetice,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institutul de Medicina genetice,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institutul de Medicina genetice,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institutul de Medicina genetice,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,en,McKusick-Nathans Institutul de Medicina genetice,,en,John Hopkins University,,en,Maryland,,en,Hilary Vernon,,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.

actualizat septembrie 2018