Estabelecer a patogenicidade das mutações do DNA mitocondrial (mtDNA) é desafiador devido à sua raridade, heteroplasma envolvendo níveis variáveis de genomas de mtDNA mutado e selvagem em diferentes tecidos, diversos mecanismos fisiopatológicos e interações complexas com fundos do genomanuclear 1,2,3,4 . Por essas razões, as linhas celulares trans-mitocondriais de cíbridas permanecem o método padrão ouro para estabelecer a patogenicidade das variantes do mtDNA, onde os "cíbridos" representam a fusão do núcleo de uma célula com as mitocôndriasde outra célula 5,6,7,8,9,10 (Figura 1 ). As linhas celulares de cybridas contêm um fundo nuclear isogênico e mitocôndrias com uma porcentagem especificada de heteroplasmia para a variante mtDNA no estudo11,12. Dessa forma, ensaios funcionais como respirometria (por polarografia) ou ensaios de atividade enzimática de transporte de elétrons (por espectrofotometria) podem ser realizados em linhas cíbridas com níveis entre 0% e 100% de heteroplasmia para determinar os potenciais efeitos patogênicos de uma determinada variante de mtDNA, bem como a influência relativa dos haplogrupos mitocondriais que podem diferir entre as linhascíbridas 1. Outros tipos celulares podem ser usados para estudar patogenicidade e são melhor usados para complementar a geração de cíbridos e a análise funcional, já que cada tipo celular tem suas próprias vantagens e desvantagens. Fibroblastos do paciente se originam diretamente do paciente, mas são limitados na heteroplasma hereditária e não possuem controle nuclear isogênico para eliminar os efeitos do gene nuclear. A edição de mtDNA está se tornando mais popular, mas sofre com a edição fora do alvo e com poucos sites editáveis nomtDNA 13. Células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) podem ser diferenciadas para estudar o efeito de uma mutação em diferentes tipos celulares, como neurônios e células ganglionares da retina, mas a indução da pluripotência pode levar à perda da variante de mtDNA de interesse ou resultar em variantes de novoadicionais 14. O estudo Cybrid envolve a geração de um sistema mais artificial baseado em uma linha celular cancerígena (classicamente osteossarcoma 143B) de fundo, mas que classicamente cresce bem, tornando-o adequado para estudos de triagem de alto rendimento de intervenções candidatas. Limitações para a geração de ciprídeos em níveis altos de heteroplasmia incluem qualidade plaquetária, heteroplasma inicial e as desvantagens seletivas das mitocôndrias mutantes, que são discutidas detalhadamente neste protocolo.
Embora a geração de cíbridos seja o padrão ouro para a determinação funcional da patogenicidade da variante do mtDNA, poucos laboratórios geram cíbridos para o estudo da doença mitocondrial 9,10,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25, 26,27. Em vez disso, mais cíbridos são gerados para estudar o câncer e o envelhecimento28,29. Aqui, utilizamos um estudo de caso de paciente suspeito de doença mitocondrial para demonstrar estratégias de otimização desenvolvidas para facilitar a geração de cíbridos a partir de plaquetas de pacientes com mtDNA, incluindo processos de seleção e preparações celulares necessárias para estabelecer linhas celulares de cybridas com níveis altos versus baixos de heteroplasma para a variante mdDNA alvo. Especificamente, demonstramos a metodologia para gerar linhagens celulares de cibridas para uma subunidade complexa I (CI) variante MT-ND1 m.3985G>A, na qual realizamos estudos bioquímicos que demonstram a natureza patogênica dessa variante. A Figura 2 mostra a linha do tempo para a geração de cíbridos, onde os principais passos metodológicos incluem fusão, seleção e métodos de isolamento para produzir colônias distintas.