Protofection

Protofection คือการ transfection อาศัยโปรตีน (protein-mediated) ของดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย (mtDNA) จากภายนอกไปยังไมโทคอนเดรียของเซลล์ในเนื้อเยื่อเพื่อเสริมหรือแทนที่ดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรียที่มีอยู่แล้ว จีโนมที่สมบูรณ์หรือเศษเสี้ยวของ mtDNA ที่เกิดจากปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรสสามารถถ่ายโอนไปยังไมโทคอนเดรียเป้าหมายได้โดยใช้เทคนิคโพรโทเฟกชัน

นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานในช่วงเวลาสองสามทศวรรษที่ผ่านมาว่าเทคนิคโพรโทเฟกชันสามารถใช้ประโยชน์สำหรับผู้ป่วยโรคเกี่ยวกับไมโทคอนเดรีย เทคนิคนี้มีการพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เมื่อดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรียได้รับความเสียหายมากขึ้นเรื่อย ๆ ตามอายุ เทคนิคนี้อาจเป็นวิธีการที่อย่างน้อยทำให้ไมโทคอนเดรียในเนื้อเยื่อที่กลับสู่สภาพเดิมบางส่วน, ฟื้นฟูไมโทคอนเดรียให้กลับมาดังเดิม หรือกลับมาทำงานในสภาพอ่อนเยาว์

วิธีการ 
โพรโทเฟกชัน เป็นเทคนิคที่กำลังพัฒนาปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ประกอบด้วยการสร้างระบบการถ่ายโอนโปรตีนจำเพาะซึ่งเป็นสารเชิงซ้อนของ mtDNA ช่วยให้ mtDNA สามารถเคลื่อนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป้าหมายและกำหนดไมโทคอนเดรียเป้าหมายเฉพาะ ระบบการถ่ายโอนที่ใช้ประกอบด้วยโดเมนการถ่ายโอนโปรตีน (protein transduction domain), ลำดับพันธุกรรมเฉพาะที่ของไมโทคอนเดรีย และแฟกเตอร์เอของการถอดรหัสไมโทคอนเดรีย (mitochondrial transcription factor A) สิ่งเหล่านี้มีบทบาทเฉพาะในเทคนิคโพรโทเฟกชัน:
 จำเป็นต้องมีโดเมนการถ่ายโอนโปรตีนเนื่องจากมีบริเวณเล็ก ๆ เท่านั้นที่โปรตีนสามารถข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระ
 ลำดับพันธุกรรมเฉพาะที่ของไมโทคอนเดรียที่จำเพาะสำหรับเทคนิคโพรโทเฟกชันซึ่งอนุญาตให้ mtDNA สามารถเข้าสู่ไมโทคอนเดรีย
 แฟกเตอร์เอของการถอดรหัสไมโทคอนเดรีย จะทำการคลี่ mtDNA ที่เข้าสู่ไมโทคอนเดรีย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจำลองแบบดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย
กระบวนการนี้สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของจำนวน mtDNA ที่มีอยู่ในไมโทคอนเดรียของเซลล์เป้าหมาย

ระบบการถ่ายโอนได้รับการปรับแต่งและปรับเปลี่ยนตั้งแต่เริ่มมีการใช้เทคนิคโพรโทเฟกชันในครั้งแรก ในการย่อชื่อของสารเชิงซ้อนที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้เรียกว่า PTD-MLS-TFAM แต่ในปัจจุบันเปลี่ยนเป็น MTD-TFAM โดย MTD ย่อมาจากโดเมนการถ่ายโอนไมโทคอนเดรีย (mitochondrial transduction domain) และรวมถึงโดเมนการถ่ายโอนโปรตีนและลำดับพันธุกรรมเฉพาะที่ของไมโทคอนเดรีย

ความเป็นไปได้ในการใช้รักษา 
สมมติฐานหนึ่งสำหรับโรคเกี่ยวกับไมโทคอนเดรียคือความเสียหายและความผิดปกติของไมโทคอนเดรียมีบทบาทสำคัญในการแก่ชรา โพรโทเฟกชันอยู่ในขั้นตอนวิจัยว่าเป็นเทคนิคในห้องปฏิบัติการที่เป็นไปได้สำหรับสร้างการบำบัดด้วยยีนสำหรับโรคเกี่ยวกับไมโทคอนเดรียที่สืบทอดทางพันธุกรรม เช่น โรคเส้นประสาทตาเลเบอร์ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม (Leber's hereditary optic neuropathy) การศึกษาแสดงให้เห็นว่าโพรโทเฟกชันสามารถนำไปสู่การฟื้นฟูการทำงานของไมโทคอนเดรียที่ดีขึ้นในเซลล์เป้าหมาย

เทคนิคโพรโทเฟกชันสามารถนำไปใช้กับไมโทคอนเดรียดัดแปลงหรือไมโทคอนเดรียสังเคราะห์ ไมโทคอนเดรียสามารถถูกปรับเปลี่ยนเพื่อให้ผลิตอนุมูลอิสระเพียงเล็กน้อยหรือไม่ผลิตเลย โดยไม่กระทบต่อการผลิตพลังงาน การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าการปลูกถ่ายไมโทคอนเดรียอาจเป็นประโยชน์ในการทำให้เนื้อเยื่อที่ตายแล้วหรือที่กำลังจะตายกลับสู่สภาพเดิม เช่น ในภาวะหัวใจวาย ซึ่งไมโทคอนเดรียเป็นส่วนแรกของเซลล์ที่ตาย

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 
What Happened to Protofection? บทความที่ให้บริบทเกี่ยวกับการพัฒนา protofection ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
Mitochondrial Gene Therapy Augments Mitochondrial Physiology in a Parkinson's Disease Cell Model
Development of Mitochondrial Gene Replacement Therapy
Novel Therapeutic Approaches for Leber's Hereditary Optic Neuropathy

อณูชีววิทยา
ชีววิทยาของเซลล์