Protocolo optimizado para prevenir la transmisión de enfermedades mediante el arrastre de ADN mitocondrial materno

Varias enfermedades humanas surgen debido a defectos en el ADN mitocondrial (ADNmt), que es distinto del ADN nuclear y se hereda únicamente de los ancestros maternos. La prevención de estas enfermedades mediante la terapia de reemplazo mitocondrial (MR) implica el riesgo de aumentar las mutaciones del ADNmt, que posteriormente pueden conducir a una deriva genética mitocondrial.

Un estudio reciente publicado en Más biología analiza un nuevo método para minimizar potencialmente este riesgo de transferir mutaciones del ADNmt y al mismo tiempo maximizar la supervivencia y el desarrollo del embrión.

Estudiar: Disminución significativa del remanente de mitocondrias maternas mediante la transferencia optimizada del complejo cromosómico del huso. Haber de imagen: nobeastsofierce/Shutterstock.com

Introducción

Dentro de las mitocondrias, los sustratos sufren fosforilación oxidativa para generar trifosfato de adenosina (ATP). Las mitocondrias contienen su propio ADN en forma de cromosoma circular de doble cadena.

Si bien el ADNmt es muy corto, con solo 37 genes, pueden surgir mutaciones por herencia o deriva genética durante el desarrollo embrionario. La salud del embrión depende entonces del nivel de proliferación del ADNmt heteroplasmático.

En niveles elevados, el ADNmt mutante puede predominar y contribuir al desarrollo de síntomas clínicos como ceguera, sordera, diabetes, insuficiencia hepática o debilidad muscular. Estos síntomas pueden manifestarse a cualquier edad.

Esto ha motivado a los investigadores a identificar enfoques que puedan prevenir estas enfermedades evitando su transmisión mediante enfoques como la resonancia magnética. La RM implica la sustitución de las mitocondrias de los gametos implicados en la concepción, o del embrión formado durante la concepción, mediante transferencia de huso u otros métodos.

¿Qué es la SCCT?

Uno de los enfoques de RM de referencia es la transferencia de complejos cromosómicos del huso (SCCT). Aquí, los investigadores manipulan la formación del huso durante la etapa de metafase II (MII) de la división celular, durante la cual los cromosomas se separan en los dos polos de la célula y se unen a las fibras del huso. Los cromosomas paternos y maternos se segregan en los polos opuestos de la célula.

En la SCCT, el huso al que están unidos los cromosomas de origen materno se extrae de un ovocito no fertilizado, que representa el ADN nuclear de origen materno. Estos cromosomas se transfieren posteriormente mediante micromanipulación a un ovocito receptor de una mujer donante, del que se ha extraído el núcleo de un ovocito vacío.

Luego se produce la fertilización del ovocito nuevo o reconstruido. Se ha informado de fertilización y desarrollo exitosos en ovocitos de mono rhesus, seguidos de experimentos similares en ovocitos humanos. El análisis de los blastocistos y las líneas celulares embrionarias (ESC) en estos modelos animales mostró que los niveles de ADNmt eran indetectables.

El primer nacimiento humano después de la concepción con el uso de SCCT ocurrió en México en 2017 e involucró a tres padres.

Incluso con SCCT, se informó de deriva genética mitocondrial en varios experimentos. Esto podría deberse a que el complejo cromosómico del huso (SCC) venía con una pequeña cantidad de citoplasma que contenía algunas mitocondrias, lo que conducía a la transferencia de ADNmt heteroplásmico o mutante al ovocito receptor. Esto expone a los ovocitos construidos de esta manera al riesgo de deriva genética. Por tanto, el individuo concebido a partir de estos ovocitos es más vulnerable al riesgo de sufrir una enfermedad mitocondrial posterior.

Las limitaciones de estas técnicas llevaron a los investigadores del presente estudio a investigar un nuevo método de micromanipulación durante el SCC. El objetivo de este estudio fue minimizar el riesgo de transferencia de ADNmt, previniendo así el riesgo genético y la enfermedad mitocondrial clínica. El nuevo método que proponen en el artículo actual se llama eliminación máxima de residuos (MRR).

¿Qué es el MRR?

Los SCC de ovocitos humanos y de ratón se eliminaron utilizando una micropipeta muy fina. Posteriormente, se eliminó el citoplasma que rodeaba el CCE mediante una técnica de “swing-away” en una mezcla especial. Se evaluaron los SCC individuales para garantizar que se hubiera logrado el MRR y que los números de copias del ADNmt y la variación del número de copias genéticas (CNV) estuvieran intactos.

Posteriormente, se reconstruyeron ovocitos de ratón con ADNmt de diferentes células. Se examinó el desarrollo de los ovocitos después de la fertilización mediante inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI) en la etapa de blastocisto. También se determinó el nivel de heteroplasmia del ADNmt y el número de copias cromosómicas.

La SCCT desencadenó la activación del ovocito reconstruido demasiado pronto y, como resultado, provocó que entrara en meiosis y condujera a una fertilización anormal prematuramente. Para superar este problema, primero se realizó ICSI y luego MRR.

Este novedoso enfoque aumentó la fertilización exitosa y redujo el tiempo necesario y la cantidad de ovocitos que podrían tener que sacrificarse. El SCC también permaneció morfológicamente intacto después de estos procedimientos y el análisis de CNV mostró un número de copias cromosómicas normal.

Este novedoso método de eliminación mitocondrial de MRR no comprometería la integridad del huso y el cromosoma y podría realizarse fácilmente en la transferencia nuclear..”

El procedimiento SCC-MRR no impidió la fertilización normal y el posterior desarrollo embrionario.

Los ovocitos fertilizados se trasplantaron a oviductos, lo que dio como resultado una descendencia sana en aproximadamente el 30% de los casos. Esto es muy comparable a la eficacia de Transferencia de embriones SCC convencional. La heteroplasmia del ADNmt fue de aproximadamente el 1,5% en la descendencia de SCCT-MRR en comparación con aproximadamente el 4,1% en los embriones de SCC convencionales.

Estas crías crecieron hasta la edad adulta y se aparearon normalmente con machos de tipo salvaje. La descendencia de la segunda generación también mostró un bajo residuo de ADNmt, aproximadamente el 0,5%.

Las líneas SCCT-MRR ESC aparecieron y se comportaron como líneas ESC estables y de control, mientras que las SCCT-ESC convencionales exhibieron una mayor heteroplasmia de ADNmt. Por lo tanto, este método no resultó en una deriva genética del ADNmt.

El MRR-SCCT podría reducir en gran medida la transmisión del ADNmt del donante de huso al nivel más bajo en un estado estable en mESC.”

Estas manipulaciones también se realizaron durante la etapa MII del ovocito, lo que resultó en un desarrollo adecuado de embriones SCCT-MRR con un mínimo de arrastre de ADNmt. Utilizando esta técnica, el arrastre de ADNmt se redujo al 0,04%, que es el nivel más bajo jamás informado en experimentos de SCCT en humanos.

La alta tasa de fertilización, la proporción de embriones que progresaron a la etapa de blastocisto y los niveles de euploidía fueron comparables a los de ovocitos humanos no manipulados derivados de ICSI.

¿Cuáles son las implicaciones?

Los niveles de ADNmt disminuyeron constantemente a niveles muy bajos y estables en los carioplastos, ovocitos reconstruidos y derivados de blastocistos después de SCCT-MRR. Además, los niveles de ADNmt fueron aproximadamente una sexta parte de los resultantes de la SCCT convencional en ratones y se mantuvieron estables en la primera y segunda generación de descendientes.

Estos hallazgos respaldan la hipótesis de que un mayor ADNmt residual se asocia con un mayor riesgo de deriva genética. Este enfoque tampoco parece aumentar el riesgo de defectos cromosómicos del huso causados ​​por la manipulación.

Investigaciones anteriores sobre la infertilidad humana han demostrado que el bajo arrastre de ADNmt en la etapa de blastocisto fue seguido por un aumento del 0,8% hasta un máximo del 60% en varios tejidos en el momento del nacimiento. Esta deriva en la heteroplasmia también se ha observado en otros experimentos con ESC humanas.

Por lo tanto, creemos que serán necesarias más investigaciones que involucren CME humanas antes de la traducción clínica de la estrategia actual MRR-SCCT..”