La recherche révèle les caractéristiques moléculaires des mutations rares de l’ADNmt

Une technologie de séquençage du génome mitochondrial unicellulaire à haut débit connue sous le nom d’iMiGseq a fourni de nouvelles informations sur les mutations de l’ADN mitochondrial (ADNmt) et offre une plate-forme pour évaluer les stratégies d’édition de l’ADNmt et le diagnostic génétique des embryons avant l’implantation .

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par le biologiste des cellules souches KAUST Mo Li, a maintenant cartographié quantitativement les cartes génétiques de l’ADNmt dans des ovocytes humains individuels (œufs immatures) et des blastoïdes (embryons synthétiques à base de cellules souches). Cela a révélé les caractéristiques moléculaires de mutations rares de l’ADNmt qui causent des maladies héréditaires maternelles.

Les mitochondries, les « centrales » des cellules, jouent un rôle crucial dans la communication et le métabolisme cellulaires. L’ADNmt humain est un génome circulaire contenant 37 gènes, codant pour 13 protéines et une région de boucle D non codante. Les mutations hétéroplasmiques, héritées des ovules, peuvent provoquer des maladies congénitales, telles que le syndrome de Leigh hérité de la mère, et sont associées à des maladies complexes d’apparition tardive.

Le séquençage de nouvelle génération a été utilisé pour séquencer l’ADNmt et les mutations hétéroplasmiques impliquées comme contributeurs importants aux maladies métaboliques. Cependant, la compréhension des mutations de l’ADNmt reste limitée en raison des limites des technologies de séquençage traditionnelles. »

Chongwei Bi, auteur principal

« Notre nouvelle méthode iMiGseq est importante car elle permet le séquençage complet de l’ADNmt individuel dans des cellules individuelles, permettant une analyse impartiale et à haut débit de la résolution de base de l’ADNmt de pleine longueur », déclare Bi. iMiGseq résout plusieurs questions clés dans le domaine.

À l’aide de la technologie de séquençage des nanopores de troisième génération, les chercheurs ont caractérisé l’hétéroplasmie de l’ADNmt dans des cellules individuelles et ont décrit les caractéristiques génétiques de l’ADNmt dans des ovocytes individuels. Ils ont examiné l’ADNmt dans des cellules souches pluripotentes induites dérivées de patients atteints du syndrome de Leigh ou de neuropathie, d’ataxie ou de rétinite pigmentaire (NARP). Cela a révélé des schémas complexes de mutations pathogènes de l’ADNmt, y compris des variantes de nucléotide unique et de grandes variantes structurelles. « Nous avons pu détecter des mutations rares avec des fréquences bien inférieures au seuil de détection traditionnel de 1 % », explique Mo Li.

Dans une autre expérience utilisant la nouvelle technologie, iMiGseq a révélé les risques potentiels d’augmentations importantes inattendues de la fréquence des mutations hors cible, connues sous le nom d’hétéroplasmie, dans une méthode d’édition du génome mitochondrial appelée mitoTALEN, un outil d’édition du génome qui coupe une séquence spécifique dans les mitochondries. ADN. Il est utilisé pour couper une mutation qui provoque l’encéphalomyopathie mitochondriale et le syndrome d’épisode de type accident vasculaire cérébral dans les cellules souches pluripotentes induites dérivées du patient.

« Cela met en évidence les avantages de l’analyse des haplotypes d’ADNmt sur toute la longueur pour comprendre la commutation de l’hétéroplasmie de l’ADN mitochondrial ; d’autres variants génétiques d’ADNmt distants peuvent être affectés par inadvertance par l’édition de mutations génétiques liées à la maladie et il est nécessaire de disposer de méthodes ultra-sensibles pour évaluer la sécurité de stratégies d’édition », déclare Li.

Les chercheurs ont également utilisé iMiGseq pour analyser des ovocytes humains individuels provenant de donneurs sains et des blastoïdes humains individuels, des embryons synthétiques fabriqués à partir de cellules souches, afin d’identifier des mutations rares indétectables avec le séquençage conventionnel de nouvelle génération. Ces mutations hétéroplasmiques de bas niveau, potentiellement héritées par la lignée germinale féminine, sont liées aux maladies mitochondriales et au cancer.

La méthode iMiGseq fournit un nouveau moyen de représenter avec précision les haplotypes d’ADNmt individuels complets dans des cellules individuelles, offrant une plate-forme idéale pour expliquer la cause des maladies liées aux mutations mitochondriales, évaluer la sécurité de diverses stratégies d’édition d’ADNmt et démêler les liens entre les mutations d’ADNmt. , le vieillissement et le développement de maladies complexes.