Modelando o gargalo genético mitocondrial in vitro

Resumo

Doenças causadas por mutações no DNA mitocondrial (mtDNA) afetam aproximadamente 1 em 4.300 pessoas. Além disso, quase todas as pessoas carregam níveis muito baixos de mtDNA mutado, que pode ser transmitido através da linhagem materna e associado a doenças degenerativas durante o envelhecimento. A herança de mtDNAs mutado em células germinativas depende do gargalo mitocondrial, que resulta em mudanças drásticas na frequência de variantes de mtDNA em uma geração. No entanto, as forças contrárias parecem agir durante estágios específicos do desenvolvimento da linha germinativa para filtrar as mutações patogênicas no mtDNA. As mitocôndrias na linhagem germinativa diferem daquelas dos tecidos somáticos por sua morfologia fragmentada, formato arredondado e tamanho pequeno, sugerindo que a fusão mitocondrial é regulada negativamente. Além disso, o número de moléculas de mtDNA por mitocôndria é diminuído na linha germinativa até um nível próximo à haplóide. Essas características podem contribuir com o efeito de gargalo genético e o filtro que impede a expansão da mutação. Atualmente, é difícil estimar o nível de mutação que será transmitido por uma mulher com mtDNA mutado. Além disso, no caso de oócitos contendo altos níveis de mtDNA mutado, a terapia de reposição mitocondrial (MRT) tem sido proposta como única forma de gerar descendentes saudáveis. No entanto, isso requer uma doadora de oócito saudável, o que é um desafio. Além disso, estudos pré-clínicos com o MRT mostraram uma "reversão" inesperada do genótipo original em cerca de 15% dos casos. Uma compreensão completa dos mecanismos subjacentes que levam a mudanças no nível de mtDNA mutado poderia ser usada para ajudar a gerar descendentes saudáveis, potencialmente até mesmo evitando a necessidade de manipulação in vitro de embriões. Assim, propomos estabelecer um modelo de gargalo mitocondrial com base na especificação in vitro de células germinativas primordiais (PGCLCs) de células-tronco embrionárias de camundongos (ESCs). Além disso, manipularemos a dinâmica mitocondrial durante a especificação de PGCLC para avaliar seu impacto na segregação de variantes patogênicas de mtDNA.