Bilateral BBSRC-FAPESP: mecanismos moleculares que modulam a transmissão pela linhagem germinativa de variantes de mtDNA

Resumo

Mitocôndrias constituem a principal fonte de energia dentro das células. Elas são compostas por mais de ~1100 proteínas que são codificadas por dois genomas diferentes: o DNA nuclear e o DNA mitocondrial (mtDNA). O mtDNA é apenas herdado de nossas mães, e codifica para 13 proteínas mitocondriais que são essenciais para a produção de energia. Em humanos, o mtDNA varia consideravelmente entre pessoas diferentes (denominadas variações de nucleotídeo único no mtDNA, ou mtSNVs). Estudando o mtDNA em 358.916 indivíduos no UK Biobank, nós recentemente demonstramos que as mtSNVs influenciam como órgãos saudáveis funcionam, incluindo o rim e o fígado, quão longeva é a nossa vida, e se nós desenvolvemos doenças comumente relacionadas ao envelhecimento. Assim, saber como variantes de mtDNA surgem na população humana tem importantes implicações para o entendimento de quem nós somos e como funcionamos durante a vida.Analisando dados do projeto 100.000 genomas, nós temos demonstrado que o nosso mtDNA é moldado, ou "selecionado", a medida que ele é transmitido da mãe para cada filho sob a influência do genoma nuclear, mas não se conhece precisamente quando e como isso ocorre. Neste projeto nós objetivamos determinar os principais mecanismos.Nós iremos estudar camundongos porque nós temos demonstrado que os mecanismos de herança do mtDNA são muito similares aos de humanos, e os experimentos que propomos não são nem factíveis nem tecnicamente possíveis em humanos.Aproveitando novas técnicas genéticas e utilizando células únicas, nós iremos estudar a transmissão de mtSNVs em quatro estágios: quando as células germinativas se desenvolvem, quando elas maturam, quando são fecundadas, e durante o desenvolvimento embrionário inicial.Primeiro, nós iremos gerar camundongos transmitindo mtSNVs. Em seguida, nós iremos determinar se há seleção em cada um dos quatro estágios por análise da heteroplasmia em milhares de células individuais. Nós então usaremos abordagens de genômica funcional envolvendo células individuais para determinar os genes nucleares mais prováveis de estarem envolvidos na modulação da transmissão de mtDNA. Finalmente, nós modificaremos esses genes em camundongos para demonstrar que eles influenciam diretamente a herança de mtSNVs.Esse trabalho irá avançar nosso entendimento acerca dos mecanismos celulares fundamentais que determinam a evolução do mtDNA humano e a diversidade genética na população humana, com implicações para a saúde e longevidade. (AU)