丙酸血症基金会奖项 $50,000 杜克大学张国芳继续奖学金

丙酸血症基金会奖项 $50,000 延续补助金

丙酰辅酶A和丙酰肉碱介导丙酸血症患者的心脏并发症

Guo-Fang 张, 博士

Duke University, 北卡罗来纳州达勒姆, USA

资助期限: 4/1/2023-3/31/2024

心脏病在丙酸血症患者中的患病率很高 (PA). 病理机制在很大程度上仍然未知, 特别是由于慢性发展的性质. 仅通过 PCC 突变来预测 PA 患者心脏病的发展具有挑战性, propionyl-CoA carboxylase (PCC) 酶活性或血浆或尿液中的急性代谢变化，因为心脏表型之间没有很强的相关性 (疾病的严重程度) 和基因型, 从临床病例中观察到代谢失代偿或残余酶活性.

不同链长的脂肪酸是心脏的主要燃料. 我们之前的数据表明，丙酸而非氨基酸是强心丙酰辅酶 A 的主要来源. 此外, PCC 的缺乏减少了微生物组衍生的丙酸盐的肝脏处理并促进了奇数链脂肪酸的合成, 两者都对心脏施加代谢压力. 源自丙酸和奇数链脂肪酸的丙酰辅酶 A 积累可中断心脏能量代谢. 低
根据我们最近的缺血研究，ATP 进一步抑制丙酰辅酶 A 羧化. 能量代谢受损和丙酰辅酶A积累形成恶性循环.

在 PAF 的第三年赠款支持下, 我们将与 Eva Richard Rodríguez 博士和 Lourdes R 博士合作. 马德里自治大学 Desviat 关于 PCCA 中的能量代谢- or PCCB- 来自人类患者的 iPSC 心肌细胞通过稳定同位素分析发生改变, 特别是在丙酸和奇数链脂肪酸的压力下. 另一个目标是通过针对丙酸和奇数链脂肪酸代谢来改善心脏能量代谢.

PAF授予初始研究奖Houten DeVita

PAF Awards $50,000 新研究补助金

PI: 桑德·豪登（Sander Houten）, 博士, 遗传与基因科学系,

伊坎数据科学与基因组技术研究所, 西奈山伊坎医学院, NY, US

联合PI: 罗伯特·J. 德维塔, 博士, 药理学系, 药物发现研究所,

西奈山伊坎医学院, NY, US

“减少底物是丙酸血症的一种新型治疗策略”

氨基酸代谢，尤其是缬氨酸和异亮氨酸的降解是丙酰辅酶A的重要来源, 丙酰辅酶A羧化酶的底物. 丙酸血症的当前治疗旨在通过医学饮食和避免禁食来减少缬氨酸和异亮氨酸的降解. 侯登博士和德维塔, 这个项目的调查员, 旨在为丙酸血症开发一种药物学底物减少疗法，以限制这些氨基酸的降解. 他们提议抑制短/支链酰基辅酶A脱氢酶 (计算机辅助设计) 和异丁酰辅酶A脱氢酶 (ACAD8), 参与异亮氨酸和缬氨酸的降解, 分别. 人们认为抑制这些酶是安全的，因为与丙酸血症相反, SBCAD和ACAD8的遗传缺陷被认为是良性条件. 细胞系模型, 使用遗传KO或抑制剂抑制SBCAD是有效的，并导致丙酰辅酶A羧化酶底物的明显减少. 研究人员期望找到一些可以进一步优化的SBCAD和ACAD8命中抑制剂，它们可以作为更广泛的用于治疗丙酸血症的转化药物发现计划的起点.

4 月进度更新 2022

一月 2021, 我们很高兴收到 PAF 的研究资助, 这使我们能够开始开发药理底物减少作为丙酸血症的新治疗方法. 对于这个项目, 我们假设我们可以通过抑制在支链氨基酸降解中起作用的酶来实现临床相关的丙酰辅酶A羧化酶底物积累的减少. 具体来说, 我们建议抑制短/支链酰基辅酶A脱氢酶 (计算机辅助设计) 和异丁酰辅酶A脱氢酶 (ACAD8), 参与异亮氨酸和缬氨酸的降解, 分别. 预计抑制这些酶是安全的，因为 SBCAD 和 ACAD8 的遗传缺陷被认为是良性疾病. 细胞系模型, 使用遗传 KO 或抑制剂抑制 SBCAD 是有效的, 导致丙酰辅酶A衍生代谢物显着减少. ACAD8 的抑制效果较差, 这可以通过不同酰基辅酶A脱氢酶之间的底物特异性重叠来解释. 该项目的目标是确定 SBCAD 和 ACAD8 的小分子抑制剂，这些抑制剂可以进一步验证，作为治疗丙酸血症的更广泛的转化药物发现计划的起点. 为了实现这个目标, 我们使用 PAF 的研究资助来开发体外用于筛选化学物质以确定小分子是否有可能成为有效的 SBCAD 或 ACAD8 抑制剂的生化和细胞测定. 我们还进行了虚拟筛选以生成 SBCAD 和 ACAD8 的候选抑制剂分子列表. 在这些潜在的 SBCAD 抑制剂中, 91 购买并在 SBCAD 分析中测试. Unfortunately, 由于酶结构计算模型的限制，没有一种化合物能够以高亲和力抑制 SBCAD. 该结果表明，需要更大的无偏高通量筛选来识别 SBCAD 的命中小分子抑制剂. 我们的酶测定似乎非常适合这种方法，并且这种方法已成功应用于团队正在研究的另外两个酶靶标 (DHTKD1 [1] 和 AASS 的 LOR 域 (未发表)).

PAF 基金取得的进展使我们能够为 NIH 小额赠款计划提出这个研究项目 (R03) Eunice Kennedy Shriver 国家儿童健康与人类发展研究所 (NICHD). 该补助金于 9 月颁发 2021, 这使我们能够在下一次继续这项工作 2 years. 与博士合作. 沃克利和莫森 (匹兹堡大学), 我们还申请了 NIH 研究项目资助 (R01; 抑制参与缬氨酸和异亮氨酸降解的酰基辅酶A脱氢酶的治疗潜力). 该提案目前正在考虑中.

PAF Awards $49,953 新研究补助金 – 圣诞节

PAF Awards $49,953 新的研究资助 2021

PI: 帕维尔·斯维塔奇（Pawel Swietach）, 生理学教授, 生理学系, 解剖学 & 遗传学, 牛津大学, 英国

“丙酸血症中异常的蛋白质丙酰化和明显的组蛋白标记: 心脏病的新疾病机制和危险因素”

我们内心的挑战——以正确的顺序和足够的力量收缩和放松——是艰巨的. 这个机械问题的优雅生物学解决方案是一个器官，它可以泵出数百万升的血液来维持生命几十年. 但, 一个人的生活质量和跨度与心脏健康密切相关. 感谢科学突破, 现在有更好的治疗心脏病的方法, 让患者活得更长久、更幸福. 我们在牛津大学英国心脏基金会卓越研究中心的目标是确保科学进步解决广泛的疾病, 不论其发生率.

心脏问题常见于丙酸血症 (PA). 可悲的是, 扩张型心肌病和长 QT 综合征通常是导致儿童死亡的原因. 为了治疗和预防这些心脏问题, 我们必须首先了解潜在的机制. 一旦描述了这些过程, 我们的目标是确定药物或干预措施的目标. 我们相信这一雄心是可以实现的，这要归功于关于心脏的丰富知识以及批准用于治疗各种其他心脏病的大量药物. 许多这些药物可以“重新用于” PA 相关疾病, 给许多家庭带来及时治疗的希望.

对于这个由PAF资助的项目, 我们已经组建了一个科学家联盟，他们渴望将他们的专业知识用于研究 PA. 我实验室的专长是在酸碱紊乱背景下的心脏细胞生理学. 牛津大学表观遗传学副教授汤姆·米尔恩（Tom Milne）加入了我们, 霍尔格·克雷默（Holger Kramer）, 蛋白质组学专家, 和史蒂夫·克里瓦维奇（Steve Krywawych）, 伦敦大奥蒙德街医院首席生物化学家. 可用于该项目的资源和设施包括PA的鼠标模型, 由Michael Barry和Lourdes Desviat提供, 从细胞到器官水平表征心脏功能的方法, 以及测量蛋白质和基因水平的变化. 这种跨学科但重点突出的方法使我们能够确定 PA 治疗的潜在目标. 的确, 我们的初步发现指向一种这样的酶, 这个项目的目的是测试和验证我们的假设.

PA与主要的代谢变化有关, 这些物质中的许多不仅仅是事件链中的中间体, 但可以具有强大的生物学作用，这些作用并不总是可以凭直觉预测. 我们的项目将研究丙酸盐的积累如何通过导致 DNA 支架的化学反应影响心脏基因 (称为组蛋白) “打开”正常情况下不应在健康心脏中表达的基因. 很多基因都会受到影响, 但有些与心脏病更密切相关. 确定这些先导基因后, 我们将测试在何种程度上可以阻止这些疾病的治愈. 在平行下, 我们将研究丙酸酯是否还能与细胞中的其他靶标反应, 例如支持收缩的蛋白质. 的确, 我们的工作表明，一个有前途的研究途径与所谓的激励-收缩耦合有关。, 将心脏电转化为机械反应的过程.

我们很高兴成为PA研究大家庭的一员，并希望借此机会邀请患者, 照顾者, 和我们实验室的支持者进行参观.

更新 8/2022 – 总结报告

丙酸血症中异常的蛋白质丙酰化和独特的组蛋白标记: 新的疾病机制和风险因素

心脏病
最终报告 - 八月 2022
PI: 帕维尔·斯维塔奇（Pawel Swietach） (牛津大学)

用于传播的非机密报告

丙酸血症患者 (PA) 存在代谢物水平紊乱, 尤其是丙酸盐. 这个小 (三碳) 分子正常产生
来自饮食中物质的分解, 例如支链氨基酸和奇数脂肪酸. In PA, 但, 负责丙酸盐加工的基因是
因遗传突变而失活. 长期以来的观点认为，随之而来的生化环境是造成 PA 受影响的多个器官功能障碍的原因.
了解心脏在 PA 中如何受到影响尤为重要, 因为许多儿童死亡与心脏病有关. 但, 精确的机制
将代谢紊乱与 PA 中的心脏病联系起来尚不清楚. 如果没有这些详细信息, 以前很难提出新的治疗方法和改善疾病管理
可行的基因疗法可用. Moreover, 了解分子机制对心脏健康具有更广泛的影响, 因为丙酸盐的升高也已经
描述于其他疾病, 比如糖尿病.

我们 PAF 项目的目的是研究 PA 中的代谢紊乱如何通过所谓的翻译后修饰影响蛋白质, 即. 化学“编辑”
会影响他们的功能. 使用 PA 的鼠标模型, 我们证明了组蛋白, DNA的蛋白质支架, 在心脏中经历两种类型的改变: 丙酰化和乙酰化. 然后我们证明了这些行为如何影响心脏中的基因表达. 引人注目, 我们发现几个基因, 先前与心脏病有关, 在 PA 中异常激活, 我们推测抑制这种 PA 驱动的遗传反应可能会减轻患者经历的病理变化. 通过我们对 PA 小鼠模型的观察, 我们发现了一种新的生化途径，它提供了一种处理心脏中过量丙酸盐的替代方法. 该通路的激活与小鼠较轻的疾病表现相关. 我们假设该途径可用于治疗 PA 患者, 我们未来的直接目标是确定利用心脏中丙酸盐保护性水库的最佳方法.

总之, PAF 项目有 (一世) 使用代谢组学中最先进的方法，对丙酸如何影响心脏提供了新颖的机制见解, 转录组学,
染色质生物学, 和生理学, 和 (ii) 揭示了绕过 PA 患者突变酶的丙酸加工新途径.

PAF授予杜克大学张国芳连续奖

Guofang Zhang, 博士, Duke University

“丙酰辅酶A和丙酰调解患者的丙酸血症心脏并发症”

三月更新 2023

心脏病在丙酸血症患者中的患病率很高 (PA). 病理机制在很大程度上仍然未知, 特别是由于慢性发展的性质. 仅通过 PCC 突变, propionyl-CoA carboxylase (PCC) 酶活性或血浆或尿液中的急性代谢变化，因为心脏表型之间没有很强的相关性 (疾病的严重程度) 和基因型, 从临床病例中观察到代谢失代偿或残余酶活性.

不同链长的脂肪酸是心脏的主要燃料. 我们之前的数据表明，丙酸而非氨基酸是强心丙酰辅酶 A 的主要来源. 此外, PCC 的缺乏减少了微生物组衍生的丙酸盐的肝脏处理并促进了奇数链脂肪酸的合成, 两者都对心脏施加代谢压力. 源自丙酸和奇数链脂肪酸的丙酰辅酶 A 积累可中断心脏能量代谢. 根据我们最近的缺血研究，低 ATP 进一步抑制丙酰辅酶 A 羧化. 能量代谢受损和丙酰辅酶A积累形成恶性循环.

更新八月 2020

心脏疾病是常与丙酸血症相关的并发症之一 (PA). 了解病理机制对于预防并发症的发生至关重要. 我们以前的研究表明，丙酰辅酶A的积累会抑制脂肪酸的代谢，而脂肪酸是心脏能量的主要燃料. 燃油开关灵活性的丧失可能会干扰心脏能量的代谢，并可能导致心脏并发症，尤其是在各种压力下. 我们的研究是由PAF资助的，旨在研究PA所致心肌病的病理机制。 2019. 在这一年 1 PAF奖, 我们开始绘制心脏中丙酰辅酶A的代谢来源. 出奇, 氨基酸 (异亮氨酸, threonine, methionine, 缬氨酸) 已知是丙酰基辅酶A底物的蛋白质和蛋白质对心脏中丙酰基辅酶A产生的贡献可忽略不计. 但, 我们的数据不排除这些氨基酸对其他器官中丙酰辅酶A产生实质性贡献的可能性, 像肝脏. 循环丙酸酯是心脏丙酰辅酶A的主要来源. 这也符合以下观点：心脏更喜欢脂肪酸，包括短链脂肪酸作为能量底物. 多于 99% 来自微生物组的丙酸酯在健康啮齿动物中首次通过肝脏时被有效地去除/代谢. 因此, 肝后丙酸循环维持在非常低的水平. PCC的缺乏会削弱肝脏处置丙酸盐的能力并增加循环丙酸盐的水平, 加剧心脏中丙酰辅酶A的积累. 我们的结果表明，肝脏在维持有效的心脏能量代谢中具有“代谢过滤”作用.

为了了解PA引起的心脏并发症的病理机制, PA介导的心脏并发症模型至关重要. 在一年中 2 PAF奖, 在进行病理机制研究之前，我们将首先开发并确认具有心脏并发症的小鼠模型. 与博士合作. 迈克尔·巴里, 我们将表征心脏功能和Pcca的代谢表型-/-(A138T) 由Dr创建的PA动物模型的小鼠. 迈克尔·巴里. 我们将通过Pcca诱发心脏并发症-/-(A138T) 通过饮食或压力使小鼠（如有必要）. After that, 我们将使用稳定的基于同位素的代谢通量和RNA-Seq方法研究心脏能量代谢如何受到干扰. 此外, 我们将进一步研究心脏中丙酰肉碱的扩张如何消耗心脏的乙酰肉碱, 乙酰辅酶A缓冲液, 并影响心脏急性能量需求. 我们研究的长期目标是找到心脏丙酰辅酶A代谢的治疗靶点，以减轻与PA相关的心脏并发症.

PAF格兰特·麦克林

PAF Awards $50,000 新研究补助金

肯·麦克林, 博士, 科罗拉多大学丹佛分校

“化学伴侣治疗以恢复丙酰辅酶A羧化酶折叠突变中的酶活性: 丙酸血症的个性化治疗策略 (PA)“ - 在夏天 2020, PAF获得了 $50,000 授予。”

丙酸血症 (PA) 是一种严重的威胁生命的疾病，目前尚无真正有效的治疗方法. 该疾病是由编码丙酰辅酶A羧化酶的两个基因之一突变引起的 (PCC). 该酶由两种不同的蛋白质组成，它们彼此折叠成一个复杂的结构，这两个分子各有六个. 对于代谢酶来说，这是非常不寻常且复杂的结构，我们实验室的最新工作发现，导致PA的许多特定突变会干扰蛋白质折叠和/或组装过程，导致产生无功能的酶，从而导致问题。因此疾病. 在细胞中, 具有复杂折叠模式的蛋白质通常会被其他称为伴侣蛋白的蛋白质协助折叠. 我们已经观察到，如果使用这些伴侣蛋白正确折叠，许多突变形式的PCC可以恢复正常活动。. 在我们的研究中, 我们将研究多种化学物质，这些化学物质还可以充当分子伴侣并协助蛋白质折叠，以期恢复PCC突变形式的全部活性。. 这项工作将首先在细菌PCC表达系统中进行，以确定有希望的化合物，然后根据进展情况进行, 进入治疗人类PCC患者来源的细胞. 这些研究有可能作为合理设计针对患有导致PA的特定突变的患者的个性化药物策略的第一步。.

PAF研究摘要Elango

PAF Awards $44,253 新研究补助金

拉贾维尔·埃兰戈, 博士, 不列颠哥伦比亚大学

“优化医疗食品中的氨基酸以控制丙酸血症”

丙酸血症 (PA) 主要是由酶缺陷引起的, propionyl-CoA carboxylase (PCC), 在缬氨酸的分解代谢途径中, 异亮氨酸和其他促生前体. PA的饮食管理主要取决于食物中蛋白质的限制，以减少促生氨基酸的供应, 以及特殊医疗食品的使用. 这些医疗食品包含所有必需氨基酸和营养成分, 但没有促生化合物. 最近, 对其使用提出了担忧, 由于支链氨基酸含量不平衡 (BCAA) – 高亮氨酸, 至最小或无缬氨酸和异亮氨酸. BCAA的不平衡混合物会对缬氨酸和异亮氨酸的血浆浓度产生负面影响, 并已建议影响小儿PA患者的生长.

在正在进行的回顾性自然历史研究中 (n = 4), 出生以来在我们中心接受过PA治疗的患者 (或诊断) 到18岁, 我们观察到医疗食品的摄入量较高 (与完整蛋白相比) 导致较低的ht-age年龄Z分数. 根据这些试验数据, 我们建议立即确定需要在医用食品中存在的亮氨酸的最佳量.

因此, 当前研究的具体目标是:

稳定同位素研究
1. 使用稳定的基于同位素的指示剂氨基酸方法确定儿童的BCAA的理想比例，以原则证明方法优化蛋白质合成.
2. 在我们的PA患者队列中使用相同的基于同位素的稳定方法测试BCAA的比率，以确定对蛋白质合成的影响, 和血浆代谢物反应.
确定使用自然的影响 (完整) 与公式 (医疗食品) 人体测量蛋白, 通过对BC省儿童医院治疗的PA患者的自然历史回顾性研究，了解其生化和临床结果.

最近针对PA的饮食指南正在阻止人们依赖医疗食品作为唯一的饮食来源. 但是，大多数患有PA的人都有营养不良的风险，并依赖这些医疗食品作为容易忍受的能量和蛋白质来源. 从而, 确定PA医疗食品中BCAA的最佳比例对于优化蛋白质合成是必要的, 促进合成代谢, 生长并防止有毒代谢产物积累.

我们的实验室, 配备了新型稳定同位素示踪剂，可用于检测蛋白质和氨基酸代谢, 非常适合解决用于PA饮食管理的理想BCAA比例问题，并可能影响健康结果.

丙酸血症基础研究资助 – 理查德

PAF Awards $33,082.12 研究补助金 2019

PAF Awards $30,591 继续补助金 2020

伊娃理查德, 博士, 马德里自治大学, 西班牙

“从诱导多能干细胞衍生为在丙酸血症治疗发展的新模式的心肌细胞”

了解发生在遗传性疾病的细胞和分子机制是对新战略的预防和治疗的研究至关重要. 在此背景下, 诱导多能干细胞 (IPSC) 提供了前所未有的机会，为人类疾病模型. 其中的iPSC技术的根本权力掌握在这些细胞的能力被引导到成为身体中的任何细胞类型, 从而使研究人员能够检查疾病机制和识别和相关的细胞类型测试新的治疗.

该项目的主要目标是专注于人iPSC衍生的心肌细胞的产生 (的hiPSC-CMS) 从丙酸血症 (PA) 患者作为disease.In PA一个新的人类细胞模型, 心脏症状, 即心功能不全和心律失常, 已被确认为导致疾病死亡的主要原因之一渐进迟发性并发症. 使用的hiPSC-CMS我们将研究细胞过程, 诸如已经被确认为PA病理生理学主要贡献者线粒体功能和氧化应激. 此外, 我们的目的是使用高通量技术，如RNA测序和miRNA分析解开新颖改变的途径. 我们也将研究在PA心肌细胞抗氧化剂的潜在的有利影响和线粒体生物活化剂. 从这个项目中获得的结果将是相关的疾病提供洞察到受影响的生物过程, 并且从而提供工具和模型的用于PA新颖辅助治疗的识别.

更新四月 2020 – 伊娃理查德博士

由于丙酸血症 (PA) 基础, 我们已经基于诱导的多能干细胞开发了一种新的PA细胞模型 (IPSC) 目的是定义可能成为潜在治疗靶点的新的PA病理机制. 传统, 疾病病理生理进行了研究永生化或人类细胞系和动物模型. Unfortunately, 永生化细胞通常不响应，因为原代细胞和动物模型不能准确地概括患者的临床症状. So far, 患者成纤维细胞已经被主要用作PA细胞模型，由于其可用性和耐用性, 但他们有很大的局限性. 对体细胞重编程到iPS细胞的能力已经彻底改变了人类疾病模型的方法. 为了研究罕见疾病,
携带患者特异性突变干细胞模型已经成为非常重要的，因为所有的细胞类型可以从iPS细胞分化.

我们已经从患者来源的成纤维细胞中产生了两个iPSC品系并对其进行了表征，这些品系具有PCCA和PCCB基因的缺陷; 和同基因对照，其中使用CRISPR / Cas9技术对PCCB患者的突变进行了基因校正. 这些iPSC品系已成功分化为心肌细胞,
通过目视观察自发性收缩区域和表达几种心脏标志物可以很容易地确定它们的存在. PCCA iPSC衍生的心肌细胞减少了耗氧量, 残留体和脂质滴的堆积, 并增加核糖体生物发生. 此外, 我们发现HERP的蛋白质水平升高, GRP78, GRP75, SIG-1R和MFN2建议
这些细胞的内质网应激和钙微扰. 我们还分析了一系列先前在PA鼠模型的心脏组织中失控的富含心脏的miRNA，并证实了它们的表达改变.

本研究代表了PA患者成纤维细胞重编程产生的源自iPSC的心肌细胞特征的第一份报告. 我们的结果提供了证据，表明几种病理机制可能与心脏功能障碍有关, PA疾病的常见并发症. 这种新的细胞PA模型提供了一种强大的工具，可以揭示疾病的机理和, 潜在地, 使毒品
筛查/药物测试. 尽管过去几十年来治疗方法有所改善, PA患者的预后仍然不理想, 强调需要评估旨在预防或减轻临床症状的新疗法. 需要进行额外的研究以确定这项工作中确定的机制对心脏表型的贡献，以及这些知识如何帮助制定更好的个性化治疗方法
未来的策略.

我们衷心感谢丙酸血症基金会支持我们的调查, 为我们带来了真正激励人心的体验, 感觉我们属于PA研究大家庭. 我们获得的资金已导致PA病理生理学的重要进展, 我们的目标是在不久的将来继续进行这项研究.

九月更新 2019 – 伊娃理查德博士

存在未满足临床需要制定有效的治疗丙酸血症 (PA). 在支持治疗进展基于饮食限制和肉碱已经允许病人活过新生儿期. 但, 总体结果仍然是大多数患者差, 谁从相关疾病进展众多患有并发症, 他们心间的变化, PA发病率和死亡率的重要原因. In our research, 我们开发的PA的新的细胞模型基于诱导多能干细胞 (IPSC) 与限定参与PA的病理生理学新的分子途径的目标这将是潜在的靶向治疗.

传统, 疾病病理生理进行了研究永生化或人类细胞系和动物模型. Unfortunately, immortalizedcells往往不回应原代细胞和动物模型不完全概括患者的症状. So far, 患者成纤维细胞已在PAdue主要usedas细胞模型来theiravailability和健壮性, 但他们有很大的局限性.

对体细胞重编程到iPS细胞的能力已经彻底改变了人类疾病模型的方法. 为了研究罕见疾病, 携带患者特异性突变干细胞模型已经成为非常重要的，因为所有的细胞类型可以从iPS细胞分化. 我们已经与缺陷而产生和常表现为两种iPSC系患者成纤维细胞 PCCA 和 PCCB genes. 这些iPSC系可以分化成模拟疾病的组织特异性标志的心肌细胞. PA心肌细胞的存在已经通过自发性收缩区域的视觉观察被容易地建立, 和几种心脏标志物的表达. 我们观察到，PCCA缺陷的心肌细胞中的降解产物和脂滴出现增长, 和对照相比，细胞表现出线粒体功能障碍. 我们进一步发现在PCCA心肌几种miRNA的下调相比那些控制, 和一些miRNA的靶标，目前正在以研究潜在的细胞病理机制分析. Interestingly, 我们已经进行了几个实验来分析线粒体生物活化剂的作用, MIN-102化合物 (PPAR激动剂, 吡格列酮的衍生物) 在心肌细胞.

初步结果显示，在氧气消耗rateof PCCA和对照细胞的增加. In our next steps, 我们计划完成在PCCA心肌线分析, 表征PCCB心肌细胞和深入研究的MitoQ和MIN-102化合物的治疗潜力.

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

三月更新 2020

“源自诱导性多能干细胞的心肌细胞是丙酸血症治疗发展的新模型。”

伊娃理查德, Associate Professor

传统, 疾病病理生理进行了研究永生化或人类细胞系和动物模型. Unfortunately, 永生化细胞往往不回应原代细胞和动物模型做不完全综述患者的症状. So far, 患者成纤维细胞已经被主要用作PA细胞模型，由于其可用性和耐用性, 但他们有很大的局限性.

对体细胞重编程到iPS细胞的能力已经彻底改变了人类疾病模型的方法. 为了研究罕见疾病, 携带患者特异性突变干细胞模型已经成为非常重要的，因为所有的细胞类型可以从iPS细胞分化. 我们已经产生并表征来自患者的成纤维细胞2个iPSC系与所述缺陷 PCCA 和 PCCB genes. 这些iPSC系可以分化成模拟疾病的组织特异性标志的心肌细胞. 心肌细胞的存在已经通过自发性收缩区域的视觉观察被容易地建立, 和几种心脏标志物的表达. PCCA的iPSC衍生的心肌显示出的自噬过程的残余体和线粒体功能障碍，其特征在于降低的氧消耗和线粒体生物发生的改变的积累的改变由于PPARGC1A的失调. 我们也评估以前心脏功能障碍和几种miRNA相关的心脏富集的miRNA的表达被发现放松管制. 此外, 我们发现增加HERP的蛋白水平, GRP78, Grp75的, 在这些细胞中的Σ-1R和Mfn2的暗示ER应激和钙扰动.

我们正计划分析PCCB心肌细胞的结果与PCCA和控制数据比较. 我们正在努力，以执行电生理获得成熟的心肌细胞 (K +电流) 使用全细胞膜片钳方法. 我们感兴趣的是从控制得到的组织特异性生物能签名比较心肌细胞和PA patients' iPSC的反相蛋白质芯片的研究 (RPPMA). 未来的工作还包括测试线粒体生物活化剂的作用, MIN-102化合物 (PPAR激动剂, 吡格列酮的衍生物) 和线粒体的PA心肌细胞抗氧化目标的MitoQ.

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

丙酸血症基础研究资助国放张

PAF Awards $48,500 Research Grant

Guofang Zhang, 博士, Duke University

“丙酰辅酶A和丙酰调解患者的丙酸血症心脏并发症”

能源生产是连续的机械工作的中心心脏代谢. 平均成年人心脏消耗〜 6 公斤ATP /天. ATP存储在心脏仅足以维持心脏跳动了几秒钟. 从各种基材紧密耦合的心脏能量代谢是通过正常的心脏功能所需的足够的ATP产生关键.

棕榈酸的一个分子 (脂肪酸) 产生比葡萄糖的一个分子更ATP确实后，他们的完整metabolism.Fatty酸有助于〜70％-90％的心脏能源生产处于正常状态. 但, 心脏仍保持燃料开关的高弹性响应于各种可用的底物. 乙酰辅酶A是从经由不同途径的多种燃料基板导出的第一会聚代谢物和进入三羧酸循环 (TCAC) 能源生产. 因此, 乙酰-CoA的水平或乙酰辅酶A /辅酶A的比率严格控制从两个主要的燃料中的代谢通量, 即，葡萄糖和脂肪酸, 在心里. 乙酰辅酶A或辅酶A水平也精细地肉碱乙酰调谐 (收弧) 其催化短链酰基辅酶A和acylcarnitines.Acetylcarnitine电平之间的可逆相互转化为〜10-100倍比乙酰-CoA的更大的在心脏和被看作是乙酰辅酶A的缓冲. CRAT在高耗能的器官包括心脏中高度表达，并通过动态地互变乙酰辅酶A和乙酰成CRAT的每个other.The不足介导的脂肪酸和葡萄糖代谢可能已经显示出改变心脏燃料选择.

丙酸血症 (PA) 往往与心脏并发症. 但, 病理机制仍是未知. 我们已经证明，高外源丙酸导致丙酰辅酶A的积累和心脏燃料开关从脂肪酸在正常灌注大鼠心脏成葡萄糖 (上午. 生理学杂志. 内分泌学. 代谢，2018,315:E622-E633). 在PA丙酰辅酶A羧化酶的缺乏也导致丙酰辅酶A的积累. Next, 我们将试图了解是否以及如何提升丙酰辅酶A在 PCCA-/- 心 (与医生合作. 迈克尔·巴里)可以通过调查燃油开关灵活中断心脏能量代谢, CRAT介导的代谢, 和使用稳定同位素基于-代谢通量分析缓冲乙酰的容量 (Ĵ. 生物学. 化学。, 2015,290:8121-32). 我们希望这个项目的结果将患者的PA提供有意义的治疗建议, 尤其是与心脏并发症.

Novel therapies for Propionic acidemia – update Sept. 2018

Novel therapies for Propionic acidemia

尼古拉Brunetti的-Pierri,,it,基金会马拉松式节目,,it,意大利,,en,“新疗法的丙酸血症”,,en,在六月,,en,被代谢的先天性障碍引起的丙酰辅酶A羧化酶的不足,,en,有没有治愈的PA和可用的治疗往往不能令人满意,,en,选修肝移植越来越多地被用于减少代谢危机和脾气有些疾病的最严重的症状,,en,肝移植是侵入性,,en,具有高发病率,,en,而且需要长期免疫抑制,,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.

9月更新 2018

Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

Targeting Serine and Thiol Metabolism in Propionic Acidemia

希拉里·韦尔农,,en,基因工程药物McKusick-纳森研究所,,en,约翰·霍普金斯大学,,en,马里兰,,en, MD PhD, 约翰斯·霍普金斯大学,,en,在丙酸血症靶向丝氨酸和巯基代谢,,en,在研项目,,en,题为“,,en,瞄准丝氨酸和巯基代谢丙酸血症”,,en,我们将定义丙酸血症的细胞功能障碍的新途径中的作用,,en,人们已经知道了几十年的是丙酸血症的遗传原因是在编码丙酰辅酶A羧化酶的基因之一的异常,,en,导致丙酸的积累，它的代谢产物,,en

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.

9月更新 2018