Принудительная митофагия повышает эффективность митохондриальной заместительной терапии

Митохондриальную заместительную терапию (mitochondrial replacement therapy, MRT) используют для предотвращения передачи мутаций митохондриальной ДНК (мтДНК) потомкам. Однако MRT требует переноса ядра, а значит, сохраняется риск того, что митохондрии с мутантной мтДНК тоже попадут в реконструированный эмбрион, после чего их количество может достигнуть достаточного уровня для проявления патологии. Ученые из Китая показали, как можно снизить этот риск с помощью принудительной митофагии, то есть деградации митохондрий. Эффективность метода показали на клетках HeLa, мышиных и человеческих эмбрионах.

После изначальной неудачи с физиологической митофагией авторы переключились на зависимую от стресса митофагию. В этом случае рецептор SQSTM1 напрямую взаимодействует с семейством белков LC3, после чего отмеченные митохондрии селективно поглощаются аутофагосомами.

Ученые «заякоривали» SQSTM1 на внешней митохондриальной мембране с помощью трансмембранного пептида (CISD1-RFP-SQSTM1) в клетках HeLa. Через 48 часов деградировала половина митохондрий и мтДНК. Однако на ранних стадиях отмеченные митохондрии собирались вокруг ядра, что может создать трудности при MRT. Поэтому систему CISD1-RFP-SQSTM1 оптимизировали и получили систему CISD1-Binding. Токсичности для клетки отмечено не было.

Авторы показали, что CISD1-Binding вызывает принудительную митофагию при введении в зиготу мыши. Уже через 1,5 часа после введения мРНК отмеченные CISD1-Binding митохондрии привлекали GFP-LC3, а на стадии четырех клеток сливались с лизосомами. На стадии морулы количество мтДНК снижалось на 56%.

Принудительная митофагия работала с технологией MRT и переносом пронуклеуса у мышей. В контрольных реконструированных бластулах переносилось 3,89% донорской мтДНК, а после митофагии — 0,09%. Уровень гетероплазмии в разных тканях у потомков составлял в среднем 4,56% и 0,09% соответственно.

Система CISD1-Binding не была токсичной для эмбрионов. Мышата, полученные в результате принудительной митофагии и MRT, развивались нормально и хорошо проходили поведенческие тесты.

Принципиальную возможность применения технологии проверили на аномальных человеческих эмбрионах, полученных в результате IVF. Белки CISD1-Binding также привлекали LC3 через два часа после введения мРНК, а отмеченные митохондрии сливались с лизосомами на стадии ранней морулы. В 77% реконструированных бластул не находили донорской мтДНК; без применения системы CISD1-Binding во всех бластулах обнаруживалась мтДНК из митохондрий, ассоциированных с пронуклеусом. Таким образом, принудительная митофагия работает на человеческих эмбрионах. Авторы считают, что их технология повысит успех MRT.