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La miopatía mitocondrial, la encefalopatía, la acidosis láctica y los episodios similares a un accidente cerebrovascular (MELAS) son enfermedades mitocondriales que se caracterizan por disfunción neurológica, episodios similares a accidentes cerebrovasculares y diversos síntomas sistémicos. La causa más común es una variante m.3243A>G en el gen del ARNt de leucina mitocondrial, MT-TL11. Se cree que esta variante perjudica la modificación de la taurina en el anticodón, reduciendo así la eficiencia de traducción de la leucina y contribuyendo a la disfunción mitocondrial en MELAS 2,3,4. En particular, se han informado mejoras en los síntomas después de la administración de taurina en dosis altas 5,6. Sin embargo, la presencia de no respondedores sugiere que mecanismos fisiopatológicos adicionales, aún no identificados, pueden contribuir a la enfermedad en individuos que albergan la variante m.3243A>G.
Para dilucidar los mecanismos de la enfermedad causados por variantes genéticas, es ideal utilizar modelos experimentales en los que todas las variables sean idénticas excepto la variante causal, lo que permite realizar comparaciones fenotípicas precisas. Las líneas celulares editadas por el genoma y los modelos animales con variantes corregidas se utilizan a menudo como controles de los trastornos genéticos nucleares. Sin embargo, la reparación de las variantes de ADNmt sigue siendo un desafío técnico, incluso con tecnologías avanzadas de edición del genoma7. Por lo tanto, el establecimiento de modelos experimentales con antecedentes nucleares idénticos sigue siendo un desafío. Para abordar este problema, utilizamos dos líneas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) derivadas del mismo paciente con MELAS que difieren solo en sus niveles de heteroplasmia (es decir, la proporción de ADN mitocondrial que lleva la variante 8 de MT-TL1 m.3243A>G), y generamos organoides cerebrales como modelo de enfermedad. Aunque los niveles de heteroplasmia pueden fluctuar durante el paso o la diferenciación celular, lo que puede influir en los fenotipos y causar variabilidad de lote a lote en los resultados experimentales, las células derivadas de pacientes portadoras de variantes genéticas mitocondriales siguen siendo valiosas para investigar la patogénesis de la enfermedad.
En este estudio, generamos organoides cerebrales a partir de iPSC derivadas de un paciente con MELAS e investigamos su fisiopatología para comprender mejor los mecanismos de la enfermedad. Utilizando dos líneas de iPSC con niveles altos y bajos de heteroplasmia, observamos diferencias significativas en la eficiencia de la inducción neural, que se correlacionaron con el grado de heteroplasmia. Nuestros hallazgos sugieren que los organoides cerebrales basados en iPSC derivados de pacientes proporcionan una plataforma valiosa para dilucidar los mecanismos subyacentes a MELAS y para facilitar la detección de fármacos.