Fernando Galán Galán

Profesor Titular de Medicina
Especialista en Medicina Interna
Experto en Miopatía Mitocondrial del Adulto
Fibromialgía y Síndrome de Fatiga crónica
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AVANCE EN LA DETERMINACIÓN DE HETEROPLASMIA MITOCONDRIAL EN UNA SOLA CÉLULA

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La dinámica de la heteroplasmia es uno de los aspectos clínicamente más desafiantes y científicamente fascinantes de la enfermedad del mtDNA. Las mediciones de heteroplasmia intercelulares a través de tipos de tejidos y familias no han proporcionado explicaciones del origen, transmisión, variabilidad y mecanismos patogénicos de la heteroplasmia patológica del mtDNA.

La heteroplasmia mitocondrial, que fundamentalmente significa heterogeneidad intracelular del ADN mitocondrial (ADNmt), se ha medido en grupo de células, independientemente de la heterogeneidad intercelular.

Los métodos ordinarios para la heteroplasmia mitocondrial NO PUEDEN DISCRIMINAR  entre

  • una población homogénea intercelular compuesta por células con heterogeneidad intracelular similar para el mtDNA
  • y una población heterogénea intercelular compuesta por células con diferentes tasas de mtDNA mutado.

Para poder hacerlo, se  ha desarrollado un método de alto rendimiento para determinar la heteroplasmia mitocondrial en una sola célula mediante el uso de PCR digital de gotas con polimerasa TaqMan.

Aunque una pequeña proporción del genoma mitocondrial con mutaciones patológicas es generalizada, parece haber un umbral, típicamente del 60 al 80%, para manifestar disfunciones bioquímicas.

La gravedad de las enfermedades se correlaciona con el nivel de heteroplasmia en el caso de mutaciones de genes que codifican proteínas.

Un ejemplo de esto, es el síndrome NARP (Neuropatía, Ataxia, Retinitis Pigmentosa) que es causado por la mutación del gen mitocondrial MT-ATP6.

  • La heteroplasmia menor al 70% no exhibe un fenotipo clínico,
  • La heteroplasmia que varía del 70 al 90% manifiesta NARP sintomático que puede permanecer estable en la vida adulta;
  • Con una heteroplasmia extrema de más del 90% se desarrolla como síndrome de Leigh.

Esta nueva técnica para determinar la heteroplasmia mitocondrial en una sola célula ha sido aplicada recientemente en un artículo “Purifying Selection against Pathogenic Mitochondrial DNA in Human T Cells” (Selección purificante contra ADN mitocondrial patogénico en células T humanas) publicado en The New England Journal of Medicine.

En pacientes con MELAS: Encefalomiopatía Mitocondrial, Acidosis Láctica y  “Stroke- like”episodios similares a apoplejía, asociada a la mutación A3243G, en tRNA Leu (UUR) ARN de transferencia codificado por el gen mitocondrial MT-TL1

Las tecnologías unicelulares emergentes ahora permiten el estudio de la heteroplasmia a escala masiva y de alto rendimiento, lo que permite investigar la heteroplasmia celular simultáneamente en miles de células individuales.

Así, se descubrieron niveles más bajos de heteroplasmia en linfocitos T, que en las células mononucleares de sangre periférica, en conjunto.

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Una posible explicación es la acción de purificar la selección contra el alelo del ADNmt patógeno dentro del linaje de células T.

  • Pero también puede representar un mecanismo compensatorio para proteger contra las respuestas inflamatorias activadas por los linfocitos T con mitocondrias disfuncionales.

CONCLUSIONES

  1. Con respecto al diagnóstico y seguimiento de la enfermedad mitocondrial  y dada la heterogeneidad observada de la heteroplasmia entre los tipos de células, se plantea la hipótesis que el análisis mediante  la heteroplasmia mitocondrial en una sola célula  en linajes sanguíneos definidos, podrían tener mayor valor diagnóstico y pronóstico, que el análisis de la heteroplasmia en sangre total.
  2. Un nuevo ensayo de diagnóstico que utilice el perfil unicelular de células de sangre periférica, podría resultar útil e incluso rentable a medida que disminuyen los costos de secuenciación.
  3. Dado que actualmente no contamos con tratamientos aprobados por la FDA para la enfermedad mitocondrial, comprender los determinantes de la heteroplasmia reducida de los linfocitos T, puede inspirar nuevos enfoques terapéuticos que exploten los mecanismos endógenos que vigilan y purifican los alelos patógenos del mtDNA.

REFERENCIAS

  1. Maeda, R., Kami, D., Maeda, H. et al. High throughput single cell analysis of mitochondrial heteroplasmy in mitochondrial diseases. Sci Rep 10, 10821 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-67686-z
  2. Walker MA et al. Purifying Selection against Pathogenic Mitochondrial DNA in Human T Cells. NEJM 2020 DOI: 10.1056/NEJMoa2001265

PROF. DR. FERNANDO GALAN