L’établissement de la pathogénicité des mutations de l’ADN mitochondrial (ADNmt) est difficile en raison de leur rareté, de leur hétéroplasmie impliquant des niveaux variables de génomes d’ADNmt mutés et de type sauvage dans différents tissus, de divers mécanismes physiopathologiques et d’interactions complexes avec les fondements du génomenucléaire 1,2,3,4 . Pour ces raisons, les lignées cellulaires cybrides transmitochondriales restent la méthode de référence pour établir la pathogénicité des variants de l’ADNmt, où les « cybrides » représentent la fusion du noyau d’une cellule avec les mitochondriesd’une autre cellule 5,6,7,8,9,10 (Figure 1). Les lignées cellulaires cybrides contiennent un fond nucléaire isogène et des mitochondries avec un pourcentage spécifié d’hétéroplasmie pour le variant de l’ADNmtétudié 11,12. Ainsi, des tests fonctionnels tels que la respirométrie (par polarographie) ou les tests d’activité enzymatique de transport électronique (par spectrophotométrie) peuvent être réalisés dans des lignées cybrides variant entre 0 % et 100 % d’hétéroplasmie afin de déterminer les effets pathogènes potentiels d’une variante d’ADNmt donné, ainsi que l’influence relative des haplogroupes mitochondriaux pouvant différer entre les lignéescybrides 1. D’autres types cellulaires peuvent être utilisés pour étudier la pathogénicité et sont mieux utilisés pour compléter la génération de cybrides et l’analyse fonctionnelle, car chaque type cellulaire présente ses propres avantages et inconvénients. Les fibroblastes du patient proviennent directement du patient mais sont limités dans l’hétéroplasmie héréditaire et manquent d’un contrôle nucléaire isogénique permettant d’éliminer les effets des gènes nucléaires. L’édition mtDNA devient de plus en plus populaire mais souffre d’un montage hors cible et de sites modifiables limités dans l’ADNmt 13. Les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) peuvent être différenciées pour étudier l’effet d’une mutation sur différents types cellulaires, tels que les neurones et les cellules ganglionnaires rétiniennes, mais l’induction de pluripotence peut entraîner la perte du variant d’ADNmt d’intérêt ou entraîner des variants de novo supplémentaires 14. L’étude Cybride consiste à créer un système plus artificiel basé sur un fond nucléaire de lignée cellulaire cancéreuse (classiquement 143B ostéosarcome), mais qui se développe classiquement bien, ce qui le rend accessible à des études de dépistage à haut débit d’interventions candidates. Les limites à la génération de cybrides à haut niveau d’hétéroplasmie incluent la qualité des plaquettes, l’hétéroplasmie initiale et les désavantages sélectifs des mitochondries mutantes, qui sont longuement discutés dans ce protocole.
Bien que la génération de cybrides soit la référence pour la détermination fonctionnelle de la pathogenicité des variants de l’ADNmt, peu de laboratoires génèrent des cybrides pour l’étude des maladies mitochondriales 9,10,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25, 26,27. Au contraire, davantage de cybrides sont générés pour étudier le cancer et levieillissement 28,29. Ici, nous utilisons une étude de cas sur un patient suspecté de maladie mitochondriale pour démontrer des stratégies d’optimisation développées afin de faciliter la génération de cybrides à partir de plaquettes de patients en ADNmt, incluant les processus de sélection et les préparations cellulaires nécessaires pour établir des lignées cellulaires cybrides avec des niveaux d’hétéroplasmie élevés versus faibles pour le variant cible de l’ADNmt. Plus précisément, nous démontrons la méthodologie pour générer des lignées cellulaires cybrides pour un variant MT-ND1 de la sous-unité complexe I (CI) m.3985G>A, dans laquelle nous réalisons des études biochimiques démontrant la nature pathogène de ce variant. La figure 2 illustre la chronologie de la génération des cybridés, où les principales étapes méthodologiques incluent la fusion, la sélection et l’isolation pour obtenir des colonies distinctes.