Ar Lī sindromu saistīto mitohondriālās DNS variantu ietekme uz gēnu ekspresiju

Abstract

Lī sindroms ir reta iedzimta progresējoša neirodeģeneratīva mitohondriālā slimība, kas parasti sāk izpausties jau zīdaiņa vecumā vai agrā bērnībā. Lī sindromu var izraisīt izmaiņas gan kodola, gan mitohondriju genomā. Patogēni varianti mitohondriju genomā var ietekmēt kodola gēnu ekspresiju caur mitohondriju atgriezenisko regulāciju. Maģistra darba mērķis bija noskaidrot divu, ar Lī sindromu saistītu, mitohondriālās DNS (mtDNS) variantu ietekmi uz gēnu ekspresiju. Tika veikta transkriptoma analīze transmitohondriālo citoplazmatisko hibrīdu (cibrīdu) šūnu līnijām, kas saturēja divus ar Lī sindromu saistītus mtDNS variantus, pārbaudīta abu patogēno variantu heteroplazmijas stabilitāte, veikta digital droplet PCR apstākļu optimizācija un veikta RNS sekvencēšanas rezultātu validācija ar Selfie-digital PCR metodi. Trīs gēniem tika noteikta nozīmīgi izmainīta ekspresija pacienta A cibrīdu šūnu līnijā, homoplazmiska varianta m.9185T>C klātbūtnē. Pacienta B cibrīdu šūnu līnijās, varianta m.13513G>A 50% un 70% heteroplazmijas klātbūtnē, nozīmīgi izmainīta ekspresija bija 84 gēniem, no kuriem 31 gēna regulācija bija izmainīta vairāk nekā četras reizes. Heteroplazmijas līmenis saglabājās stabils laika gaitā visām pētāmajām šūnu līnijām. Gēniem (TCEA3, SEL1L3, ABCG1, GRID1, GRM2, DYDC2, HKDC1 un DHRS2) transkriptoma analīzes rezultātiem atbilstoša tendence tika novērota vienā no Selfie-dPCR atkārtojumiem. Tikai viens gēns FABP3 apstiprināja transkriptoma analīzes rezultātiem atbilstošu tendenci abos atkārtojumos.

Leigh syndrome is a rare inherited progressive neurodegenerative mitochondrial disease that usually manifests in infancy or early childhood. Leigh syndrome can be caused by changes in either the nuclear or mitochondrial genomes. Pathogenic variants in the mitochondrial genome may affect the expression of nuclear genes through mitochondrial retrograde regulation. The aim of the master's thesis was to investigate the effects of two mitochondrial DNA (mtDNA) variants, associated with Leigh syndrome, on gene expression. Transcriptome analysis of transmitochondrial cytoplasmic hybrid (cybrid) cell lines harbouring either of the two variants was performed, heteroplasmic status of both pathogenic variants was evaluated, conditions of digital droplet PCR were optimized, and results obtained during RNA sequencing were validated by Selfie-digital PCR. Three genes had significantly altered expression in the cybrid cell line of patient A, in the presence of the homoplasmic variant m.9185T>C. In cybrid cell lines of patient B, in the presence of 50% and 70% heteroplasmy of variant m.13513G>A, 84 genes had significantly altered expression, of which the regulation of 31 genes was altered more than fourfold. Heteroplasmy levels remained stable in all cell lines during culturing. A trend consistent with results obtained in transcriptome analysis was observed in one of the Selfie-dPCR experiments for eight genes (TCEA3, SEL1L3, ABCG1, GRID1, GRM2, DYDC2, HKDC1, and DHRS2). For only one gene, FABP3, a trend consistent with transcriptome analysis results was confirmed in both replicates.