Stabilire la patogenicità delle mutazioni del DNA mitocondriale (mtDNA) è difficile a causa della loro rarità, dell'eteroplasmia che coinvolge livelli variabili di genomi mutati e di tipo selvatico in diversi tessuti, dei diversi meccanismi fisiopatologici e delle complesse interazioni con i fondi genomicinucleari 1,2,3,4 . Per questi motivi, le linee cellulari cybridi transmitocondriali rimangono il metodo di riferimento per stabilire la patogenicità delle varianti mtDNA, dove i "cybridi" rappresentano la fusione del nucleo di una cellula con i mitocondri di un'altracellula 5,6,7,8,9,10 (Figura 1 ). Le linee cellulari cybridi contengono un fondo nucleare isogenico e mitocondri con una percentuale specificata di eteroplasmia per la variante mtDNA sotto studio11,12. In questo modo, test funzionali come la respirometria (tramite polarografia) o l'attività enzimatica di trasporto elettronico (tramite spettrofotometria) possono essere eseguiti su linee di cybridi con livelli di eteroplasmia compresi tra lo 0% e il 100% per determinare i potenziali effetti patogeni di una data variante mtDNA, nonché l'influenza relativa degli aplogruppi mitocondriali che possono differire tra le lineecybridi 1. Altri tipi cellulari possono essere utilizzati per studiare la patogenicità e sono meglio utilizzati per integrare la generazione di cibridi e l'analisi funzionale, poiché ogni tipo cellulare ha i propri vantaggi e svantaggi. I fibroblasti del paziente provengono direttamente dal paziente ma sono limitati nell'eteroplasmia ereditaria e non hanno un controllo nucleare isogenico per eliminare gli effetti genici nucleari. Il montaggio mtDNA sta diventando più popolare ma soffre di modifiche off-target e di siti modificabili limitati nelmtDNA 13. Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) possono essere differenziate per studiare l'effetto di una mutazione su diversi tipi cellulari, come neuroni e cellule gangliari retiniche, ma l'induzione della pluripotenza può portare alla perdita della variante mtDNA di interesse o a ulteriori varianti de novo 14. Lo studio Cybrid prevede la generazione di un sistema più artificiale basato su uno sfondo nucleare di una linea cellulare tumorale (classicamente osteosarcoma 143B), ma che classicamente cresce bene, rendendolo adatto all'uso in studi di screening ad alto rendimento di interventi candidati. Le limitazioni alla generazione di cybridi ad alto livello di eteroplasmia includono la qualità delle piastrine, l'eteroplasmia iniziale e gli svantaggi selettivi dei mitocondri mutanti, che vengono discussi ampiamente in questo protocollo.
Sebbene la generazione di cybridi sia il punto di riferimento per la determinazione funzionale della patogenicità delle varianti mtDNA, pochi laboratori generano cybridi per lo studio della malattia mitocondriale 9,10,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25, 26,27. Piuttosto, vengono generati più cibridi per studiare il cancro e l'invecchiamento28,29. Qui, utilizziamo uno studio di caso su un paziente sospetto di malattia mitocondriale per dimostrare strategie di ottimizzazione sviluppate per facilitare la generazione di cybridi da piastrine di pazienti con mtDNA, inclusi processi di selezione e preparazioni cellulari necessarie per stabilire linee cellulari di cybridi con livelli elevati rispetto a bassi di eteroplasmia per la variante mtDNA bersaglio. In particolare, dimostriamo la metodologia per generare linee cellulari di cybridi per una subunità complessiva I (CI) MT-ND1 variante m.3985G>A, in cui conduciamo studi biochimici che dimostrano la natura patogena di questa variante. La Figura 2 mostra la timeline per la generazione dei cybridi, dove i principali passi metodologici includono fusione, selezione e metodi di isolamento per ottenere colonie distinte.