Les scientifiques du UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center ont développé une méthode simple et à haut débit pour transférer des mitochondries isolées et leur ADN mitochondrial associé dans des cellules de mammifères. Cette approche permet aux chercheurs d’adapter un composant génétique clé des cellules, d’étudier et potentiellement de traiter des maladies débilitantes telles que le cancer, le diabète et les troubles métaboliques.
Une étude, publiée aujourd’hui dans la revue Rapports de cellule, décrit comment le nouveau dispositif développé par UCLA, appelé MitoPunch, transfère simultanément les mitochondries dans 100 000 cellules receveuses ou plus, ce qui constitue une amélioration significative par rapport aux technologies de transfert mitochondrial existantes. L’appareil fait partie des efforts continus des scientifiques de l’UCLA pour comprendre les mutations de l’ADN mitochondrial en développant des approches contrôlées et manipulatrices qui améliorent la fonction des cellules humaines ou modélisent mieux les maladies mitochondriales humaines.
La capacité à générer des cellules avec les séquences d’ADN mitochondrial souhaitées est puissante pour étudier comment les génomes des mitochondries et du noyau interagissent pour réguler les fonctions cellulaires, ce qui peut être essentiel pour comprendre et potentiellement traiter les maladies chez les patients. «
Alexander Sercel, doctorant, École de médecine David Geffen, UCLA et co-premier auteur de l’étude
Les mitochondries, souvent connues sous le nom de «centrale électrique» d’une cellule, sont héritées de la mère d’une personne. Ils comptent sur l’intégrité de l’ADN mitochondrial pour remplir leurs fonctions essentielles. Les mutations héritées ou acquises de l’ADN mitochondrial peuvent altérer considérablement la production d’énergie et peuvent entraîner des maladies débilitantes.
Les technologies de manipulation de l’ADN mitochondrial sont en retard par rapport aux progrès de la manipulation de l’ADN dans le noyau d’une cellule et pourraient potentiellement aider les scientifiques à développer des modèles de maladies et des thérapies régénératives pour les troubles causés par ces mutations. Les approches actuelles, cependant, sont limitées et complexes, et pour la plupart ne peuvent délivrer des mitochondries avec les séquences d’ADN mitochondrial souhaitées que dans un nombre et une variété limités de cellules.
Le dispositif MitoPunch est simple à utiliser et permet des transferts mitochondriaux cohérents à partir d’un large éventail de mitochondries isolées de différents types de cellules de donneurs vers une multitude de types de cellules receveuses, même pour les espèces non humaines, y compris pour les cellules isolées de souris.
«Ce qui distingue MitoPunch des autres technologies, c’est sa capacité à concevoir des cellules non immortelles et non malignes, telles que les cellules de la peau humaine, pour générer des combinaisons uniques d’ADN mitochondrial et de génome nucléaire», a déclaré le co-premier auteur Alexander Patananan, postdoctoral à l’UCLA. universitaire, qui travaille maintenant à Amgen. « Cette avancée nous a permis d’étudier l’impact de séquences spécifiques d’ADN mitochondrial sur les fonctions cellulaires en permettant également la reprogrammation de ces cellules en cellules souches pluripotentes induites qui ont ensuite été différenciées en cellules graisseuses, cartilagineuses et osseuses fonctionnelles. »
MitoPunch a été créé dans les laboratoires du Dr Michael Teitell, directeur du Jonsson Cancer Center et professeur de pathologie et de médecine de laboratoire, Pei-Yu (Eric) Chiou, professeur de génie mécanique et aérospatial à l’UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science et Ting-Hsiang Wu, d’ImmunityBio, Inc., Culver City, CA.
MitoPunch s’appuie sur une technologie antérieure et un dispositif appelé nanoblade photothermique, que l’équipe a développé en 2016. Mais contrairement à la nanoblade photothermique, qui nécessite des lasers et des systèmes optiques sophistiqués pour fonctionner, MitoPunch fonctionne en utilisant la pression pour propulser une suspension mitochondriale isolée à travers un poreux. membrane recouverte de cellules. Les chercheurs proposent que ce gradient de pression appliqué crée la capacité de perforer les membranes cellulaires à des endroits discrets, permettant aux mitochondries d’entrer directement dans les cellules receveuses, suivie de la réparation de la membrane cellulaire.
« Nous savions, lorsque nous avons créé la nanoblade photothermique pour la première fois, que nous aurions besoin d’un système à plus haut débit, plus simple à utiliser et plus accessible pour les autres laboratoires à assembler et à exploiter », a déclaré Teitell, également chef de la division de pédiatrie et pathologie développementale et membre du UCLA Broad Stem Cell Research Center. « Ce nouvel appareil est très efficace et permet aux chercheurs d’étudier le génome mitochondrial d’une manière simple – en le permutant d’une cellule à une autre – qui peut être utilisée pour découvrir la biologie de base qui régit un large éventail de fonctions cellulaires et pourrait, un jour, offrir l’espoir de traiter les maladies de l’ADN mitochondrial. «
La source:
Université de Californie – Los Angeles Health Sciences
Référence du journal:
Patananan, AN, et coll. (2020) Le pipeline de transfert mitochondrial entraîné par la pression génère des cellules de mammifères des combinaisons génétiques et des destins souhaités. Rapports de cellule. doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108562.
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