Protocole optimisé pour prévenir la transmission de maladies par transfert d’ADN mitochondrial maternel

Plusieurs maladies humaines résultent de défauts dans l’ADN mitochondrial (ADNmt), distinct de l’ADN nucléaire et hérité uniquement des ancêtres maternels. La prévention de ces maladies par thérapie de remplacement mitochondrial (MR) implique le risque d’une augmentation des mutations de l’ADNmt, pouvant par la suite conduire à une dérive génétique mitochondriale.

Une étude récente publiée dans Biologie PLOS discute d’une nouvelle méthode pour potentiellement minimiser ce risque de transfert de mutations de l’ADNmt tout en maximisant la survie et le développement des embryons.

Étude: Diminution significative du transfert de mitochondries maternelles grâce à un transfert optimisé du complexe fuseau-chromosomique. Crédit d’image : nobeastsofierce/Shutterstock.com

Introduction

Au sein des mitochondries, les substrats subissent une phosphorylation oxydative pour générer de l’adénosine triphosphate (ATP). Les mitochondries contiennent leur propre ADN sous la forme d’un chromosome circulaire double brin.

Bien que l’ADNmt soit très court avec seulement 37 gènes, des mutations peuvent résulter d’une transmission héréditaire ou d’une dérive génétique au cours du développement embryonnaire. La santé de l’embryon dépend alors du niveau de prolifération de l’ADNmt hétéroplasmique.

À des niveaux élevés, l’ADNmt mutant peut prédominer et contribuer au développement de symptômes cliniques tels que la cécité, la surdité, le diabète, l’insuffisance hépatique ou la faiblesse musculaire. Ces symptômes peuvent se manifester à tout âge.

Cela a motivé les chercheurs à identifier des approches susceptibles de prévenir ces maladies en évitant leur transmission grâce à des approches telles que la MR. La RM consiste à remplacer les mitochondries des gamètes impliqués dans la conception, ou l’embryon formé par la conception, par transfert de fuseau ou par d’autres méthodes.

Qu’est-ce que le SCCT ?

L’une des approches IRM de référence est le transfert de complexe fuseau-chromosomique (SCCT). Ici, les chercheurs manipulent la formation du fuseau pendant la phase métaphase II (MII) de la division cellulaire, au cours de laquelle les chromosomes se séparent des deux pôles de la cellule et sont attachés aux fibres du fuseau. Les chromosomes paternels et maternels se séparent vers les pôles opposés de la cellule.

Dans le SCCT, le fuseau auquel sont attachés les chromosomes d’origine maternelle est retiré d’un ovocyte non fécondé, qui représente l’ADN nucléaire d’origine maternelle. Ces chromosomes sont ensuite transférés par micromanipulation dans un ovocyte receveur provenant d’une donneuse, dont le noyau a été extrait d’un ovocyte vide.

La fécondation de l’ovocyte nouveau ou reconstruit a alors lieu. Une fécondation et un développement réussis chez des ovocytes de singe rhésus ont été rapportés, suivis d’expériences similaires chez des ovocytes humains. L’analyse des blastocystes et des lignées cellulaires embryonnaires (CSE) dans ces modèles animaux a montré que les niveaux d’ADNmt étaient indétectables.

La première naissance humaine après la conception avec l’utilisation du SCCT a eu lieu au Mexique en 2017 et impliquait trois parents.

Même avec SCCT, une dérive génétique mitochondriale a été rapportée dans plusieurs expériences. Cela pourrait être dû au fait que le complexe fuseau-chromosomique (SCC) était accompagné d’une petite quantité de cytoplasme contenant des mitochondries, conduisant ainsi au transfert d’ADNmt hétéroplasmique ou mutant vers l’ovocyte receveur. Ceci expose les ovocytes ainsi construits au risque de dérive génétique. Ainsi, l’individu conçu à partir de ces ovocytes est plus vulnérable au risque de maladie mitochondriale ultérieure.

Les limites de ces techniques ont conduit les chercheurs de la présente étude à étudier une nouvelle méthode de micromanipulation au cours du SCC. Le but de cette étude était de minimiser le risque de transfert d’ADNmt, prévenant ainsi le risque génétique et la maladie mitochondriale clinique. La nouvelle méthode qu’ils proposent dans le présent article s’appelle l’élimination maximale des résidus (MRR).

Qu’est-ce que le MRR ?

Les CSC d’ovocytes de souris et humains ont été éliminés à l’aide d’une micropipette très fine. Le cytoplasme entourant le SCC a ensuite été éliminé par une technique de « swing-away » dans un mélange spécial. Les CSC individuels ont été évalués pour garantir que le MRR avait été atteint et que le nombre de copies de l’ADNmt et la variation du nombre de copies génétiques (CNV) étaient intacts.

Par la suite, les ovocytes de souris ont été reconstruits avec de l’ADNmt provenant de différentes cellules. Le développement des ovocytes a été examiné après fécondation par injection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI) au stade blastocyste. Le niveau d’hétéroplasmie de l’ADNmt et le nombre de copies chromosomiques ont également été déterminés.

La SCCT a déclenché trop tôt l’activation de l’ovocyte reconstruit et, par conséquent, l’a fait entrer en méiose et conduire à une fécondation anormale prématurément. Pour surmonter ce problème, une ICSI a été réalisée en premier, suivie d’une MRR.

Cette nouvelle approche a augmenté le succès de la fécondation et a réduit le temps nécessaire et le nombre d’ovocytes qui pourraient devoir être sacrifiés. Le SCC est également resté morphologiquement intact après ces procédures et l’analyse CNV a montré un nombre de copies chromosomiques normal.

Cette nouvelle approche d’élimination des mitochondries du MRR ne compromettrait pas l’intégrité du fuseau et du chromosome et pourrait être facilement réalisée lors d’un transfert nucléaire..»

La procédure SCC-MRR n’a pas empêché la fécondation normale ni le développement embryonnaire ultérieur.

Les ovocytes fécondés ont été transplantés dans des oviductes, ce qui a donné lieu à une progéniture saine dans environ 30 % des cas. Ceci est hautement comparable à l’efficacité du transfert d’embryons SCC conventionnel. L’hétéroplasmie de l’ADNmt était d’environ 1,5 % chez la progéniture SCCT-MRR, contre environ 4,1 % chez les embryons SCC conventionnels.

Cette progéniture a atteint l’âge adulte et s’est accouplée normalement avec des mâles de type sauvage. La progéniture de deuxième génération présentait également de faibles résidus d’ADNmt, soit environ 0,5 %.

Les lignées ESC SCCT-MRR sont apparues et se sont comportées comme des lignées ESC témoins et stables, alors que les SCCT-ESC conventionnelles présentaient une hétéroplasmie accrue de l’ADNmt. Ainsi, cette méthode n’a pas entraîné de dérive génétique de l’ADNmt.

Le MRR-SCCT pourrait fortement réduire la transmission de l’ADNmt du donneur de fuseau au niveau le plus bas à un état stable dans les MESC.»

Ces manipulations ont également été effectuées au cours du stade MII de l’ovocyte, ce qui a permis le développement correct d’embryons SCCT-MRR avec un transfert minimal d’ADNmt. Grâce à cette technique, le transfert d’ADNmt a diminué à 0,04 %, ce qui est le niveau le plus bas jamais rapporté dans les expériences SCCT humaines.

Le taux de fécondation élevé, la proportion d’embryons ayant progressé jusqu’au stade de blastocyste et les niveaux d’euploïdie étaient comparables à ceux des ovocytes humains non manipulés dérivés de l’ICSI.

Quelles sont les implications ?

Les niveaux d’ADNmt ont systématiquement diminué jusqu’à des niveaux très faibles et stables dans les caryoplastes, les ovocytes reconstruits et les dérivés de blastocystes après SCCT-MRR. De plus, les niveaux d’ADNmt représentaient environ un sixième de ceux résultant du SCCT conventionnel chez la souris et restaient stables chez les première et deuxième générations de progéniture.

Ces résultats confortent l’hypothèse selon laquelle un ADNmt résiduel plus important est associé à un risque accru de dérive génétique. Cette approche ne semble pas non plus augmenter le risque de défauts chromosomiques du fuseau provoqués par la manipulation.

Des recherches antérieures sur l’infertilité humaine ont montré qu’un faible transfert d’ADNmt au stade du blastocyste était toujours suivi d’une augmentation de 0,8 % à 60 % dans divers tissus au moment de la naissance. Cette dérive de l’hétéroplasmie a également été observée dans d’autres expériences sur les CSE humains.

Par conséquent, nous pensons que davantage d’investigations impliquant les CSE humains seront nécessaires avant la traduction clinique de la stratégie actuelle MRR-SCCT..»