Desbloquear el genoma mitocondrial para la investigación del autismo

POR LAURA DATTARO

Fuente: Spectrum | 01/06/2022

Fotografía: Autism Spectrum

Algunos investigadores sospechan que las pistas sobre el origen del autismo se esconden en el genoma mitocondrial

Algunos investigadores sospechan que las pistas sobre el origen del autismo se esconden en el genoma mitocondrial, un anillo de 37 genes que controlan la capacidad de nuestras células para crear energía. Sin embargo, por muy tentadora que sea esta idea, es difícil de probar, en parte porque muchas estrategias de secuenciación y edición del genoma nuclear no funcionan con el ADN mitocondrial (ADNmt).

Sin embargo, un conjunto de nuevas herramientas que pueden encontrar y editar mutaciones perturbadoras del ADNmt podría llenar ese vacío, haciendo que el genoma mitocondrial sea más accesible para los investigadores del autismo.

Una de estas herramientas, denominada STAMP (Sequencing by Targeted Amplification of Multiplex Probes), debutó en 2020 y puede identificar mutaciones que surgen sólo en algunas copias del ADNmt de una célula, una situación conocida como heteroplasmia. Se ha identificado al menos una mutación heteroplásmica en personas con autismo, y las mutaciones contribuyen a la condición en alrededor del 3 por ciento de las personas autistas, según un próximo análisis que utiliza STAMP.

"Es realmente emocionante ver la reciente expansión de la caja de herramientas del ADNmt", dice Nicole Lake, una investigadora postdoctoral del laboratorio de Monkol Lek en la Universidad de Yale que está desarrollando un método para identificar las mutaciones del ADNmt en las secuencias del genoma completo.

A lo largo de la última década, la Base de Datos de Agregación del Genoma (gnomAD) ha acumulado secuencias del genoma completo de decenas de miles de personas. Dado que excluye a los niños con autismo u otras afecciones neurológicas pediátricas, puede servir de referencia para ayudar a los investigadores a identificar variantes vinculadas con dichas afecciones.

Hasta 2020, gnomAD no incluía datos sobre variantes de ADNmt. Pero una vez que lo hizo, Lake y su equipo desarrollaron un método para utilizar las bases de datos de ADNmt existentes, más pequeñas, en combinación con gnomAD para localizar mutaciones mitocondriales que pudieran estar relacionadas con la enfermedad.

En un análisis de 56.434 genomas completos de gnomAD, 231 portaban una variante de ADNmt conocida como patógena, es decir, aproximadamente 1 de cada 250 personas, o alrededor de medio por ciento. El equipo también identificó 997 variantes no identificadas previamente en las bases de datos mitocondriales existentes. Los resultados se publicaron en Genome Research en enero.

Lake y sus colegas están desarrollando un modelo para localizar las zonas del genoma mitocondrial con más probabilidades de albergar variantes perturbadoras. Los científicos utilizan modelos similares para encontrar genes relacionados con el autismo en el genoma nuclear, dice Lake. "Esperamos que esto también sea una herramienta útil para la investigación del autismo, para ayudar a dilucidar la contribución del ADNmt".

Identificar las variantes del ADNmt potencialmente vinculadas al autismo es sólo el primer paso. Para comprobar los efectos de las mutaciones en el ADN nuclear en células o animales, los investigadores suelen recurrir a la herramienta de edición de genes CRISPR. Pero CRISPR se basa en tramos de material genético de una sola hebra para llevar la herramienta a un punto preciso del genoma, un método que actualmente no funciona en las mitocondrias.

En 2020, los investigadores identificaron una enzima que puede actuar como editor de bases de ADN sin CRISPR, pero sólo en secuencias con determinados pares de bases. Las nuevas versiones de la enzima pueden actuar sobre una mayor variedad de secuencias y han mejorado la eficacia de la edición tanto en el ADN mitocondrial como en el nuclear, según un artículo publicado en Nature Biotechnology en abril.

Los editores actualizados permitieron a los investigadores introducir en células humanas, en una placa, dos mutaciones del ADN mitocondrial previamente relacionadas con distintas afecciones: tumores renales benignos y una enfermedad ocular degenerativa. Las células con cualquiera de las dos mutaciones mostraron una actividad mitocondrial reducida; la introducción de las mutaciones utilizando la versión anterior de la herramienta no tuvo ese efecto, lo que sugiere que esas ediciones no tuvieron éxito.

La herramienta "permitirá a los investigadores estudiar los efectos celulares de variantes específicas del ADNmt, incluidas las identificadas en individuos con autismo", afirma Lake.

Otra nueva técnica podría impulsar los experimentos de sustitución mitocondrial. Desarrollado para evitar la transmisión de mutaciones de ADNmt potencialmente letales de madre a hijo, este método podría tener amplias implicaciones en la investigación, dice Elizabeth Ann Jonas, profesora de medicina interna y neurociencia de la Universidad de Yale, que no participó en el trabajo pero estudia las mitocondrias en modelos de ratón del síndrome X frágil.

La sustitución mitocondrial permite intercambiar el ADNmt de un embrión -heredado íntegramente de la madre- por el de un donante. Pero si incluso unas pocas copias del ADNmt mutado del embrión evaden el reemplazo, pueden replicarse, reduciendo la eficacia general de la técnica.

Para hacer frente a esta "deriva genética", los investigadores aprovecharon un proceso celular llamado mitofagia, que reconoce y elimina el ADNmt mutado de las células dejando las copias sanas. Aprovechan la "mitofagia forzada", como la llaman, para identificar el ADNmt portador de mutaciones no deseadas y degradar esas copias.

En los embriones humanos tratados con mitofagia forzada, menos del 1 por ciento de las copias de ADNmt conservaban mutaciones, frente al 4 por ciento de los controles, según los resultados publicados en abril en Nature Biomedical Engineering.

El reemplazo mitocondrial aún no está aprobado para su uso en personas en Estados Unidos, pero la mitofagia forzada podría proporcionar otra estrategia para editar las mitocondrias en células o animales y estudiar los efectos de las variantes, dice Jonas. Es "muy interesante" para los investigadores del autismo, dice. "Básicamente significa que se pueden eliminar las mitocondrias que se deseen de la célula e insertar otras mitocondrias".

Cite este artículo: https://doi.org/10.53053/TEDM6840

https://www.spectrumnews.org/news/toolbox/unlocking-the-mitochondrial-genome-for-autism-research/