Derivação de células pluripotentes induzidas a partir de pacientes com doenças mitocondriais como modelo para o estudo da herança mitocondrial

Resumo

Disfunções mitocondriais causadas por mutações no DNA mitocondrial (mtDNA) representam um importante grupo de patologias humanas. No entanto, não é possível predizer com acurácia o risco de uma mulher acometida por uma mutação no mtDNA transmitir a patologia para seus descendentes. Isso se deve, em parte, ao desconhecimento dos mecanismos moleculares que controlam a herança mitocondrial. Com o desenvolvimento de metodologias que possibilitam a derivação de células pluripotentes induzidas (iPSCs) a partir de células somáticas cultivadas in vitro, as iPSCs se tornaram um interessante modelo para o estudo da herança mitocondrial. À semelhança das células-tronco embrionárias (ESCs), a reprogramação nuclear induzida para produção de iPSCs resulta em modificações na mitocôndria que passam a apresentar cristas subdesenvolvidas, baixa atividade mitocondrial e reduzida quantidade de mitocôndrias e mtDNAs por célula. A derivação de iPSCs de pacientes com mutações patogênicas no mtDNA tem revelado que a porcentagem de moléculas mutantes diminui ao longo do cultivo, resultando na completa eliminação do mtDNA mutante. Estes resultados corroboram achados in vivo com humanos e camundongos, e sugerem a existência na linhagem germinativa de mecanismos específicos para eliminação de mtDNAs mutantes. Assim, o objetivo deste trabalho é investigar em iPSCs derivadas de pacientes com desordens mitocondriais a existência de um mecanismo celular que elimina as moléculas de mtDNA com mutações patogênicas. Para tanto, serão utilizados fibroblastos heteroplásmicos portadores da mutação pontual A3243G no mtDNA causadora de encefalomiopatia mitocondrial, acidose lática e episódios tipo acidente vascular cerebral (MELAS); fibroblastos heteroplásmicos portadores de uma deleção de 4,9 kb no mtDNA causadora da Síndrome de Kearns-Sayre (KSS); e, fibroblastos homoplásmicos portadores de mtDNA selvagem. Essas três linhagens celulares serão utilizadas para derivação de iPSCs e comparadas ao longo do cultivo in vitro quanto ao número de cópias de mtDNA e heteroplasmia mitocondrial. Caso a porcentagem de mtDNAs mutantes diminua nas iPSCs, investigaremos se há envolvimento de mecanismos autofágicos nesta diminuição. Para isso, a linhagem de iPSCs que apresentar tal indício será tratada com promotor (rapamicina) ou inibidor (mdivi-1) de autofagia e estes dois grupos experimentais serão comparados com um controle não tratado quanto ao número de cópias de mtDNA e heteroplasmia mitocondrial. Esperamos com esse trabalho expandir nosso conhecimento a respeito dos mecanismos envolvidos na herança mitocondrial, especialmente nos casos onde mutações patogênicas estão presentes. O uso de iPSCs neste estudo parece ser uma boa alternativa para o estudo da herança mitocondrial, já que o acesso a material biológico (e.g., oócitos, embriões e ESCs) proveniente de pacientes portadores de doenças mitocondriais é raro e dificultado por questões éticas, e praticamente não existem modelos animais para doenças mitocondriais.