Установление патогенности мутаций митохондриальной ДНК (mtDNA) сложно из-за их редкости, гетероплазмы, включающей различные уровни мутировавшихся и диких геномов мтДНК в различных тканях, разнообразных патофизиологических механизмов и сложных взаимодействий с фонами ядерногогенома 1,2,3,4 . По этим причинам трансмитохондриальные клеточные линии остаются золотым стандартом для установления патогенности вариантов мтДНК, где «кибриды» представляют собой слияние ядра одной клетки с митохондриями другойклетки 5,6,7,8,9,10 (Рисунок 1). Линии клеток кибрида содержат изогенный ядерный фон и митохондрии с определённым процентом гетероплазмы для исследуемого вариантамтДНК 11,12. Таким образом, функциональные анализы, такие как респирометрия (с помощью полярографии) или активность ферментов транспорта электронов (с помощью спектрофотометрии) могут проводиться в линиях кибрида с уровнем гетероплазмы от 0% до 100%, чтобы определить потенциальные патогенные эффекты конкретного варианта мтДНК, а также относительное влияние митохондриальных гаплогрупп, которые могут различаться между линиямикибрида 1. Другие типы клеток могут использоваться для изучения патогенности и лучше всего дополнять генерацию кибридов и функциональный анализ, поскольку у каждого типа клеток есть свои преимущества и недостатки. Фибробласты пациента напрямую происходят от пациента, но ограничены наследственной гетероплазмой и не имеют изогенного ядерного контроля для устранения ядерных генных эффектов. Редактирование мтДНК становится всё более популярным, но страдает от нецелевого редактирования и ограниченного редактируемого участка вmtDNA 13. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) можно дифференцировать для изучения влияния мутации на разные типы клеток, такие как нейроны и клетки сетчаточных ганглиев, но индукция плюрипотентности может привести к потере интересующего варианта mtDNA или к появлению дополнительных de novo вариантов 14. Исследование Cybrid предполагает создание более искусственной системы, основанной на ядерном фоне раковой клеточной линии (классически остеосаркома 143B), но классически хорошо развивается, что делает её удобной для использования в высокопроизводительных скрининговых исследованиях кандидатов на вмешательства. Ограничения для генерации кибридов с высоким уровнем гетероплазмы включают качество тромбоцитов, стартовую гетероплазму и селективные недостатки мутантных митохондрий, которые подробно обсуждаются в данном протоколе.
Хотя генерация кибридов является золотым стандартом для функционального определения патогенности вариантов мтДНК, немногие лаборатории создают кибриды для изучения митохондриальныхзаболеваний 9,10,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25, 26,27. Вместо этого создаётся больше кибридов для изучения рака ивозраста 28,29 лет. Здесь мы используем клиническое исследование пациентов с подозреваемым заболеванием митохондрий для демонстрации стратегий оптимизации, разработанных для облегчения генерации кибридов из тромбоцитов пациентов с мтДНК, включая процессы отбора и клеточные препараты, необходимые для установления клеточных линий кибрида с высоким и низким уровнем гетероплазмы для целевого варианта мтДНК. В частности, мы демонстрируем методологию создания линий кибридных клеток для субъединицы комплекса I (CI) MT-ND1 варианта m.3985G>A, в ходе которой проводим биохимические исследования, демонстрирующие патогенную природу этого варианта. Рисунок 2 показывает хронологию генерации кибридов, где основные методологические этапы включают методы слияния, отбора и изоляции для получения отдельных колоний.