Ruolo e meccanismo di rilascio extracellulare del DNA mitocondriale “libero” (cell-free mitochondrial DNA) nella Sindrome MELAS

La sindrome MELAS (Miopatia mitocondriale, Encefalopatia, Acidosi Lattica ed episodi Stroke-like) è una malattia mitocondriale geneticamente eterogenea, ma causata nell'80% dei casi dalla mutazione eteroplasmica m.3243A>G nel gene del tRNAleu nel DNA mitocondriale (mtDNA). Le manifestazioni cliniche della MELAS sono variabili, e includono encefalopatia con episodi "stroke-like" (SLE) e stati epilettici (SE) ricorrenti, acidosi lattica, miopatia e decorso clinico progressivo. Attualmente non sono disponibili trattamenti efficaci, anche se alcune strategie terapeutiche sono in fase di studio.

Negli ultimi anni, oltre ai classici marcatori di disfunzione mitocondriale (lattato o piruvato), sono stati identificati nuovi promettenti biomarcatori per la sindrome MELAS, come le chemochine FGF21, GDF15 e il DNA mitocondriale circolante cell-free (cf-mtDNA). Il cf-mtDNA rientra nella categoria dei DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns), molecole di origine self che sono in grado di scatenare una risposta immunitaria e infiammatoria. La fuoriuscita di mtDNA dai mitocondri può essere indotta da varie circostanze, tra cui alterazioni dei normali processi di degradazione dei mitocondri danneggiati o non funzionanti (mitofagia), perdita del potenziale mitocondriale, o apoptosi. Tuttavia questi meccanismi non sono stati ancora indagati in modelli cellulari di MELAS, per cui gli unici dati finora presenti in letteratura riguardano esclusivamente il ritrovamento del ccf-mtDNA nel plasma/siero o CSF dei pazienti.

L’obiettivo del progetto è di studiare in vitro il meccanismo di espulsione del mtDNA dai mitocondri e i suoi effetti in fibroblasti derivati da pazienti MELAS portatori della mutazione m.3243. In particolare, verranno valutate le potenziali correlazioni tra quantità di cf-mtDNA e il grado di alterazioni mitocondriali e livelli di eteroplasmia della mutazione m.3243. Inoltre, verranno indagati i pathways potenzialmente connessi al cf-mtDNA, sia responsabili del suo rilascio che coinvolti nella possibile risposta infiammatoria cf-mtDNA-mediata, anche mediante l’utilizzo di tecniche all’avanguardia, come il single-cell sequencing.
Quest’ambito di ricerca è estremamente nuovo e l’ampliamento delle conoscenze su questo tema permetterà sia di consolidare il potenziale uso del cf-mtDNA circolante come biomarcatore in vivo per la MELAS, sia di valutare l’inserimento di farmaci anti-infiammatori nella terapia per i pazienti.