Modelando o gargalo genético mitocondrial humano in vitro

Resumo

Doenças causadas por mutações no DNA mitocondrial (mtDNA) afetam ~ 1 a cada 4.300 pessoas. Além disso, quase todas as pessoas são portadoras de baixos níveis de mtDNA mutado, o que pode ser transmitido através da linhagem materna e associado a doenças degenerativas durante o envelhecimento. A herança de mtDNAs mutados em células germinativas depende do gargalo mitocondrial, o que resulta em mudanças drásticas na freqüência de variantes de mtDNA em uma geração. Ainda, outras forças parecem agir durante estágios específicos do desenvolvimento da linhagem germinativa para filtrar mutações patogênicas no mtDNA. As mitocôndrias na linhagem germinativa humana diferem daquelas dos tecidos somáticos pela sua morfologia fragmentada, forma arredondada e tamanho pequeno, sugerindo a redução da fusão mitocondrial. Além disso, o número de moléculas de mtDNA por mitocôndria é diminuído na linhagem germinativa até um nível próximo à haploidia. Essas características podem contribuir com o efeito de gargalo genético e do filtro que previne a expansão da mutação. Da mesma forma, a indução da reprogramação das células somáticas em células-tronco pluripotentes (iPSCs) envolve a remodelação da rede mitocondrial, resultando em alterações morfológicas e funcionais nas mitocôndrias que se assemelham muito àquelas na linha germinativa. Além disso, o número de cópias de mtDNA e o nível de mtDNA mutado diminuem durante a derivação de iPSC, similar ao efeito de gargalo genético. Isso destaca a importância do remodelamento mitocondrial em células germinativas e coloca as iPSC como um modelo confiável para estudar a herança de mtDNA em seres humanos. Atualmente, é um desafio estimar o nível de mutação que será transmitido por uma mulher portadora de mutações no mtDNA. Além disso, no caso de oócitos que contêm altos níveis de mtDNA mutado, a terapia de reposição mitocondrial (MRT) tem sido a única maneira de gerar descendentes saudáveis. No entanto, isso requer uma doadora saudável de oócitos, o que é um desafio. Além disso, estudos pré-clínicos com o MRT mostraram uma "reversão" inesperada do genótipo original em ~ 15% dos casos. Uma compreensão completa dos mecanismos subjacentes que levam a mudanças no nível de mtDNA mutado pode ser usada para ajudar a gerar descendentes saudáveis, podendo evitar até a manipulação in vitro de embriões. Portanto, propomos estabelecer um modelo humano do gargalo mitocondrial com base na especificação in vitro de células semelhantes a células germinais primárias (PGCLCs) a partir de iPSCs. Além disso, vamos manipular a dinâmica mitocondrial durante a especificação de PGCLC para avaliar o seu impacto na segregação de polimorfismos e variantes de mtDNA patogênicas. (AU)