Новый метод iMiGseq выявляет скрытые мутации митохондриальной ДНК в отдельных клетках

Международная группа исследователей под руководством биолога KAUST Мо Ли разработала высокопроизводительную технологию iMiGseq (single-cell single-mitochondrial genome sequencing). Она позволяет проводить полное секвенирование отдельных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) в единичных клетках, что открывает новые возможности для анализа мутаций мтДНК, оценки стратегий её редактирования и генетической диагностики эмбрионов.

Суть метода и его значимость

  • iMiGseq использует нанопоровое секвенирование третьего поколения для беспристрастного анализа мтДНК с разрешением на уровне отдельных нуклеотидов.
  • Метод преодолевает ограничения традиционного секвенирования нового поколения (NGS), позволяя обнаруживать редкие гетероплазменные мутации с частотой значительно ниже традиционного порога в 1%.

Ключевые результаты исследований

  1. Характеристика мутаций в клетках пациентов:

    • Исследована мтДНК в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных от пациентов с синдромом Ли или NARP (нейропатия, атаксия, пигментный ретинит).
    • Выявлены сложные паттерны патогенных мутаций мтДНК, включая однонуклеотидные варианты и крупные структурные варианты.

  2. Оценка безопасности редактирования мтДНК:

    • Применение iMiGseq к методу редактирования митохондриального генома mitoTALEN выявило потенциальный риск неожиданного увеличения частоты непреднамеренных (офф-таргетных) мутаций (гетероплазмии).
    • Это подчёркивает необходимость ультрачувствительных методов для оценки безопасности стратегий редактирования и важность анализа полных гаплотипов мтДНК.

  3. Обнаружение скрытых мутаций в ооцитах и бластоидах:

    • Проанализированы единичные человеческие ооциты здоровых доноров и бластоиды (синтетические эмбрионы из стволовых клеток).
    • Обнаружены низкоуровневые гетероплазменные мутации, не выявляемые обычным NGS. Эти мутации, потенциально передающиеся по женской линии, связаны с митохондриальными заболеваниями и раком.

Перспективы метода

iMiGseq предоставляет уникальную платформу для:

  • Выяснения причин заболеваний, связанных с мутациями мтДНК.
  • Оценки безопасности различных стратегий редактирования мтДНК.
  • Изучения связи мутаций мтДНК со старением и развитием сложных заболеваний.

Оба исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.