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La myopathie mitochondriale, l’encéphalopathie, l’acidose lactique et les épisodes similaires à un accident vasculaire cérébral (MELAS) sont des maladies mitochondriales caractérisées par un dysfonctionnement neurologique, des épisodes similaires à un accident vasculaire cérébral et divers symptômes systémiques. La cause la plus fréquente est une variante m.3243A>G du gène de l’ARNt de la leucine mitochondriale, MT-TL11. On pense que cette variante altère la modification de la taurine au niveau de l’anticodon, réduisant ainsi l’efficacité de la traduction de la leucine et contribuant au dysfonctionnement mitochondrial dans MELAS 2,3,4. Notamment, des améliorations des symptômes ont été signalées après l’administration de taurine à forte dose 5,6. Cependant, la présence de non-répondeurs suggère que des mécanismes physiopathologiques supplémentaires, non encore identifiés, peuvent contribuer à la maladie chez les individus porteurs du variant m.3243A>G.
Pour élucider les mécanismes pathologiques causés par les variantes génétiques, il est idéal d’utiliser des modèles expérimentaux dans lesquels toutes les variables sont identiques, à l’exception de la variante causale, ce qui permet des comparaisons phénotypiques précises. Les lignées cellulaires modifiées par le génome et les modèles animaux avec des variantes corrigées sont souvent utilisés comme témoins pour les troubles des gènes nucléaires. Cependant, la réparation des variants de l’ADNmt reste techniquement difficile, même avec des technologies avancées d’édition du génome7. Par conséquent, l’établissement de modèles expérimentaux avec des antécédents nucléaires identiques reste un défi. Pour résoudre ce problème, nous avons utilisé deux lignées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) dérivées du même patient avec MELAS qui ne diffèrent que par leurs niveaux d’hétéroplasmie (c’est-à-dire la proportion d’ADN mitochondrial portant le variant 8 de MT-TL1 m.3243A>G), et généré des organoïdes cérébraux comme modèle de maladie. Bien que les niveaux d’hétéroplasmie puissent fluctuer au cours du passage ou de la différenciation cellulaire, influençant potentiellement les phénotypes et provoquant une variabilité d’un lot à l’autre dans les résultats expérimentaux, les cellules dérivées de patients portant des variantes de gènes mitochondriaux restent précieuses pour l’étude de la pathogenèse de la maladie.
Dans cette étude, nous avons généré des organoïdes cérébraux à partir d’iPSC dérivées d’un patient atteint de MELAS et étudié leur physiopathologie pour mieux comprendre les mécanismes de la maladie. En utilisant deux lignées d’iPSC avec des niveaux d’hétéroplasmie élevés et faibles, nous avons observé des différences significatives dans l’efficacité de l’induction neuronale, qui étaient corrélées avec le degré d’hétéroplasmie. Nos résultats suggèrent que les organoïdes cérébraux basés sur les iPSC dérivés de patients fournissent une plate-forme précieuse pour élucider les mécanismes sous-jacents à MELAS et pour faciliter le dépistage de médicaments.