Mitochondrial DNA diseases: preimplantation diagnosis and intervention possibilities

Abstract

As mutações do ADN mitocondrial são de herança exclusivamente materna e podem causar doenças graves para as quais não existe tratamento e cujo risco de recorrência é difícil estimar devido à heteroplasmia e a especificidades de hereditariedade como o genetic bottleneck. Neste trabalho pretendemos rever a evidência cientifica sobre as atuais opções para diagnóstico genético e intervenção pré-implantatória para prevenir estas doenças.O diagnóstico genético pré-implantatório pode ser realizado por múltiplas técnicas em diferentes estádios de desenvolvimento do oócito ou do zigoto. A intervenções genéticas pré-implantatórias agrupam-se em transferência nuclear, um conjunto de diferentes técnicas em que se coloca o material genético nuclear da doente numa célula doada enucleada, ou em edição genómica, em que o genoma mitocondrial é alterado. Todos estes métodos têm associadas várias barreiras técnicas. Quando o diagnóstico genético pré-implantatório é aplicado, a representatividade da amostra obtida deve ser confirmada. Incompatibilidades entre ADN mitocondrial e nuclear devem ser excluídas quando se usa transferência nuclear. Quando se opta por edição genómica, a ausência de modificações off-target deve ser assegurada. As questões éticas são também extremamente relevantes devido à possível modificação da linha germinativa ou à seleção de embriões do sexo masculino para evitar posterior transmissão de ADN mitocondrial mutado residual.Apesar de tudo o que já foi alcançado, é necessária mais investigação para clarificar questões relacionadas com estas técnicas e ainda para desenvolver métodos mais eficientes e seguros. Todos estes desenvolvimentos terão de lidar com um equilíbrio entre o progresso científico e as preocupações éticas.

Mitochondrial DNA mutations are exclusively maternally inherited and can cause severe diseases for which there is no treatment and whose recurrence risk is difficult to estimate due to heteroplasmy and inheritance specificities such as the genetic bottleneck. In this work we aim to review the scientific evidence on the current options for preimplantation genetic diagnosis and interventions to prevent these diseases. Preimplantation genetic diagnosis can be performed through multiple techniques in different developmental stages of the oocyte or the zygote. Preimplantation genetic interventions rely on nuclear transfer, a set of different techniques in which the patient’s nuclear genetic material is placed in an enucleated donor’s cell, or on genomic edition, through which the mitochondrial genome is changed. All these methods are associated with several technical barriers. When applying preimplantation genetic diagnosis, the representativeness of the sample obtained must be confirmed. Incompatibilities between mitochondrial and nuclear DNA must be excluded when nuclear transfer is to be used. When genome edition is the choice, the absence of off-target modifications must be ensured. Ethical issues are also extremely relevant due to the possible germline modification or the selection of male embryos to avoid further transmission of residual mutated mitochondrial DNA. Although much has already been accomplished, further research is required to clarify issues related to these techniques and also to develop more efficient and safe methods. All these developments will have to deal with a balance between scientific progress and ethical concerns.