Borrado de las mutaciones en el ADN mitocondrial

Por Jenny Rood, publicado en The Scientist, el 25 de abril de 2015

Unos investigadores han desarrollado un método para eliminar selectivamente el ADN mitocondrial en la línea germinal y en embriones unicelulares  de ratón.

Las mutaciones en la ADN mitocondrial (ADNmt) se pueden señalar y eliminar específicamente por medio de una estimulación de nucleasas que actúan como activadoras de transcripción (TALENs) en ovocitos y embriones unicelulares de ratón, y en células híbridas procedentes de fusión de células humanas y de ratón. Sería el  principio de un método que se podría utilizar un día para tratar ciertos desórdenes mitocondriales hereditarios en el el hombre, según un estudio publicado el 23 de abril en Cell.

“Es un paso extremadamente importante,” dijo Valerio Carelli de la Universidad de Bolonia, Italia. “Los resultados son muy relevantes y muy convincentes.”

Cada célula humana posee entre 1.000 y 100.000 mitocondrias. A menudo, las mitocondrias de la misma célula tienen diversos genomas, o” haplotipos”, una condición conocida como “heteroplasmia”. Ciertos haplotipos incluyen mutaciones que afectan a la función y dan lugar a enfermedades mitocondriales, particularmente en órganos necesitados de aporte energético tales como el cerebro y el corazón. Debido a que las mitocondrias se segregan aleatoriamente cuando se dividen las células es imposible determinar de forma precoz en el desarrollo embrionario cómo una mezcla de mitocondrias de tipo normal y alteradas, heredadas de la madre, afectará al desarrollo de un organismo.

Para librar a las mitocondrias de estas dañosas mutaciones, los investigadores han utilizado enzimas de restricción así como unas nucleasas de dedo de zinc (ZFNs) y TALENs, que se pueden diseñar de tal modo que reconozcan cualquier secuencia de ADN. Estas enzimas son capaces de reconocer de entre la mezcla de mitocondrias de las células heteroplásmicas, las secuencias de ADN alteradas, para después cortarlas y eliminarlas selectivamente.  

Michal Minczuk, que ha desarrollado la tecnología de la corrección conocida como ZFN mtDNA-editing, e investigador del Medical Research Council (MRC) Mitochondrial Biology (Cambridge, U.K.), explica que: “Dado que las células guardan un número constante de moléculas de ADN mitocondrial, después de la eliminación de las moléculas dañadas, las de tipo normal del se replican y repueblan  las célula,”

Ahora, un equipo internacional conducido por los investigadores del Salk Institute for Biological Studies en La Jolla, California, ha utilizado por primera vez una tecnología para marcar el ADN mitocondrial con enzimas de restricción y mediante la técnica de TALENs en la línea germinal de mamíferos y en  embriones en estadio temprano de ratón. Se trata de inyectar los ARN mensajeros que codificaban cada enzima en las células del ratón portadoras de dos haplotipos distintos de ADN mitocondrial para eliminar selectivamente la variante marcada del genoma mitocondrial. Tras ello, los embriones corregidos se desarrollaron y llegaron a dar ratones normales. El equipo no obsevó ningún efecto negativo.

Con el fin de determinar si las enzimas se podrían utilizar para corregir el ADN mitocondrial humano, los investigadores fusionaron células de ratón con células de fibroblastos de pacientes con algún tipo de alteración genética mitocondrial: neuropatía óptica hereditaria de Leber's, debilidad neurogénica muscular, ataxia o retinitis pigmentosa. A diferencia del experimento del ratón, después de la inyección del ARN mensajero del TALEN el ADN mitocondrial mutante seguía siendo perceptible, aunque a niveles inferiores,. El ADN mitocondrial transformado causa generalmente solamente la enfermedad si más del 60 % al 75 % de las mitocondriaa de una célula abrigan el error, tan “la reducción que observamos era bastante superior a la necesaria para que desaparezca el fenotipo alterado”, señaló Juan Carlos Izpisua Belmonte co-autor del trabajo del Salk Institute.

Los científicos esperan ofrecer la técnica como alternativa al procedimiento del reemplazo mitocondrial, también conocida como de “fecundación in vitro triparental” que recibió luz verde recientemente en el parlamento del Reino Unido. Belmonte dijo que inyectar un ARN mensajero es similar a las inyecciones rutinarias de esperma en las clínicas de fecundación in vitro y por lo tanto más práctico que el complicado proceso de agregar el núcleo de un óvulo de una madre con enfermedad mitocondrial a un óvulo enucleado de una mujer donante con mitocondrias normales.

Doug Turnbull de la universidad de Newcastle, Reino Unido promotor del reemplazo mitocondrial, elogió el nuevo avance en un E-mail calificándolo como “elegante y emocionante”, pero advirtió que la técnica “no podría aplicarse a mujeres que poseen en sus óvulos cantidades grandes de ADN mitochondrial mutado o todo su ADN mitocondrial mutado”. Carelli convino, pero señaló su convicción de que el procedimiento enzimático sería mucho mejor para las enfermedades por heteroplasmia mitocondrial, porque no requiere de un tercer donante. A diferencia de la donación mitocondrial, el método enzimático no requiere combinar diversas fuentes de mitocondrias.

El grupo de Belmonte está probando su técnica para corregir embriones desechados de pacientes portadores de ADN mitocondrial mutado. Carelli ha dicho que hay que demostrar que durante el procedimiento no quedan afectadas seriamente las mitocondrias. Minczuk se pregunta si el método trabajaría también en haplotipos enfermos como ocurre en variantes sanas de ratón. Otra cuestión ética es la llamada a la moratoria para trabajar en la línea germinal humana, mantenida por muchos científicos.

Belmonte prevé que la técnica podría también desempeñar un papel en la terapia génica para otros desórdenes. “Si podemos corregir el ADN mitocondrial para mejorar el genma mitocondrial, estoy convencido de que esto tendrá un impacto en muchos otros procesos”.

Referencia

P. Reddy et al., “Selective elimination of mitochondrial mutations in the germline by genome editing,” Cell, doi:10.1016/j.cell.2015.03.051, 2015. [enlace]