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

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

Un estudio reciente publicado en Biología PLoS Analiza un nuevo método para reducir el riesgo de portar mutaciones del ADNmt y al mismo tiempo aumentar la supervivencia y el desarrollo fetal.

Estancia: Reducción significativa del remanente mitocondrial materno mediante la translocación compleja de cromosomas del huso. Crédito de la imagen: nobeastsofierce/Shutterstock.com

introducción

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

Si bien el ADN mitocondrial es muy corto y contiene sólo 37 genes, pueden surgir mutaciones por herencia o deriva genética durante el desarrollo embrionario. La salud del feto depende entonces del nivel de replicación heteróloga del ADNmt.

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

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

¿Qué es la SCCT?

Una de las técnicas de resonancia magnética estándar es la translocación del complejo cromosómico del huso (SCCT). Aquí, los investigadores manipulan la formación del huso durante la metafase II (MII) de la división celular, en la que los cromosomas se separan de los polos celulares y se unen a las fibras del huso. Los cromosomas maternos y paternos se separan en polos opuestos de la célula.

En SCCT, el huso al que están unidos los cromosomas de origen materno se extrae del óvulo no fertilizado, que representa el ADN de origen materno. Estos cromosomas luego se transfieren mediante una manipulación cuidadosa al óvulo receptor de una mujer donante, del cual se extrajo el núcleo del óvulo vacío.

Luego se produce la fertilización del óvulo 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 blastocistos y líneas celulares embrionarias (ESC) en estos modelos animales mostró que los niveles de ADNmt eran indetectables.

El primer nacimiento humano después de un embarazo mediante SCCT ocurrió en México en 2017 e involucró a tres padres.

Incluso con SCCT, varios experimentos han informado de deriva genética mitocondrial. Esto puede deberse a que el complejo cromosómico del huso (SCC) viene con una pequeña cantidad de citoplasma que contiene algunas mitocondrias, lo que resulta en la transferencia de ADNmt heterólogo o mutante al óvulo receptor. Esto expone a los huevos construidos de esta manera al riesgo de deriva genética. Por tanto, el individuo concebido a partir de estos óvulos tiene un mayor riesgo de desarrollar una enfermedad mitocondrial posterior.

Las limitaciones de estas técnicas llevaron a los investigadores del estudio actual a investigar un nuevo método de micromanipulación durante el SCC. El objetivo de este estudio fue reducir el riesgo de arrastre de ADN mitocondrial, previniendo así los riesgos genéticos y la enfermedad mitocondrial clínica. El nuevo método que proponen en el artículo actual se llama eliminación residual máxima (MRR).

¿Qué es el MRR?

Los SCC se eliminaron de ovocitos humanos y de ratón utilizando una micropipeta. Posteriormente, el citoplasma que rodea el SCC se eliminó mediante una técnica de «giro» en una mezcla patentada. Se evaluaron células madre individuales para garantizar que se lograra la MRR y que los números de copias de ADNmt y la variación del número de copias de genes (CNV) estuvieran intactos.

A continuación, se reconstruyeron ovocitos de ratón utilizando 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 variación del ADN y el número de copias cromosómicas.

La SCCT activó el ovocito reconstruido demasiado pronto y, como resultado, provocó que entrara en meiosis y condujera a una fertilización prematura anormal. Para superar este problema, primero se realizó ICSI y luego MRR.

Este nuevo enfoque aumentó la fertilización exitosa y redujo el tiempo necesario y la cantidad de óvulos que habría que sacrificar. El SCC también permaneció morfológicamente intacto después de estos procedimientos y el análisis de CNV mostró un número de copias cromosómicas normal.

Este nuevo enfoque para eliminar mitocondrias en MRR no afectará la integridad del huso ni de los cromosomas y se puede realizar fácilmente en la translocación nuclear.«.

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

Los óvulos fertilizados se implantaron en los oviductos, lo que dio como resultado una descendencia sana en aproximadamente el 30% de los casos. Esto es muy similar a la efectividad de la transferencia de embriones SCC tradicional. La heterogeneidad del ADNmt fue de aproximadamente el 1,5 % en los descendientes de SCCT-MRR en comparación con aproximadamente el 4,1 % en los fetos de SCC convencionales.

Estas crías crecieron hasta la edad adulta y se aparearon de forma natural con machos de tipo salvaje. La descendencia de la segunda generación también mostró bajos restos de ADNmt de aproximadamente el 0,5%.

Las líneas SCCT-MRR ESC aparecieron y se comportaron como líneas de control y líneas ESC estables, mientras que las SCCT-ESC convencionales mostraron una mayor heterogeneidad del ADNmt. Por lo tanto, este método no condujo a la deriva genética del ADNmt.

MRR-SCCT puede reducir en gran medida la migración del ADNmt del donante de huso al nivel más bajo de estado estacionario en mESC.«.

Estas manipulaciones también se realizaron durante la etapa MII del ovocito, lo que dio como resultado un desarrollo adecuado de embriones SCCT-MRR con un mínimo de arrastre de ADNmt. Usando esta técnica, el arrastre de ADNmt disminuyó al 0,04%, el nivel más bajo jamás reportado en ensayos de SCCT en humanos.

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

¿Cuáles son las implicaciones?

Los niveles de ADNmt disminuyeron constantemente a niveles muy bajos y estables en nucleoplastos, 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 resultados 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 inducidos por la manipulación.

Investigaciones anteriores sobre infertilidad humana han demostrado que una disminución en el arrastre de ADNmt en la etapa de blastocisto todavía va seguida de un aumento del 0,8% al 60% en varios tejidos en el momento del nacimiento. Esta deriva en la covarianza también se ha observado en otros experimentos con ESC humanos.

Por lo tanto, creemos que serán necesarias más investigaciones con ESC humanas antes de la traducción clínica de la estrategia actual MRR-SCCT.«.