Investigation of genes associated to mitochondrial import and post-translational processing in LHON

Abstract

The Leber’s Hereditary Optic Neuropathy (LHON) is a rare mitochondrial disorder characterized by the loss of retinal ganglion cells (RGCs), which are responsible for the conduction of the visual information to the cerebral cortex. This loss leads to the degeneration of the optic nerve resulting in a sudden loss of vision. The major confirmed genetic causes of this disorder are mitochondrial DNA (mtDNA) mutations in genes encoding subunits belonging to the complex I of the mitochondrial respiratory chain (MRC), namely MT-ND1 (m.3460G>A), MT-ND4 (m.11778G>A) and MT-ND6 (m.14484T>C). The presence of these mutations do not totally explain the disease phenotype, since the existence of individuals carrying homoplasmic mtDNA mutations without disease manifestation have been reported. There are several factors including nuclear genetic modifiers that have been suggested to be influencers of the phenotype manifestation. The presence of nuclear gene variants in subunits and proteins involved in the mitochondrial protein import and processing of imported precursor proteins may contribute as genetic modifiers in LHON. To assess this possibility, a search for the mentioned genetic variants in whole-exome sequencing data was performed and the prediction of functional impact of the relevant variants was evaluated using bioinformatics’ tools. This analysis resulted in the identification of the promising c.280C>T and c.170delA/c.172_176delGGCAC variants from MIPEP and TOMM20L gene, respectively, in a LHON individual with the m.14484T>C mutation. These variants were confirmed using two additional methods, namely Sanger sequencing and PCR-RFLP.The implications at the protein level have been investigated in a preliminary study. Limitations at the level of tissue specificity of Tom20L protein expression did not allow the evaluation of the impact of the genetic variants identified in the protein expression. Further experimental validation of the genetic variants is required for the clarification of its pathogenicity, but the results suggest that the alteration c.280C>T of MIPEP gene may have an additional effect on the pathogenicity of the variant m.14484T>C.

A Neuropatia Ótica Hereditária de Leber (LHON) é uma doença mitocondrial rara caracterizada pela perda de células ganglionares da retina, responsáveis pelo envio da informação visual para o córtex cerebral. A perda destas células resulta na degenerescência do nervo ótico e, consequentemente, na perda súbita da visão. As causas genéticas que comprovam a presença desta doença são mutações em genes mitocondriais que codificam subunidades do complexo I da cadeia respiratória mitocondrial, nomeadamente MT-ND1 (m.3460G>A), MT-ND4 (m.11778G>A) e MT-ND6 (m.14484T>C). A presença destas mutações não explica totalmente o fenótipo da doença, visto que a existência de indivíduos portadores de mutações do mtDNA homoplásmicas, sem manifestação da doença tem sido reportada. Existem vários fatores incluindo fatores genéticos nucleares, que têm sido sugeridos como moduladores da manifestação da doença. Um destes fatores genéticos poderá ser a presença de variantes em genes nucleares, que codificam subunidades e proteínas envolvidas na importação de proteínas para a mitocôndria e no processamento pós-tradução e importação. No sentido de avaliar esta possibilidade, foi realizada a pesquisa destas variantes em dados de sequenciação de exoma total e foi avaliada a previsão do impacto funcional das variantes relevantes. A análise resultou na identificação de 3 variantes promissoras: c.170delA e c.172_176delGGCAC no gene TOMM20L e c.280C>T no gene MIPEP, num doente afetado com LHON portador da mutação patogénica m.14484T>C. As variantes identificadas foram confirmadas por dois métodos adicionais, sequenciação de Sanger e PCR-RFLP. As implicações das variantes genéticas ao nível da proteína foram investigadas num estudo preliminar. Limitações ao nível da especificidade da expressão tecidular da proteína Tom20L não permitiram avaliar o impacto das variantes genéticas identificadas ao nível da expressão da proteína. A validação funcional e experimental adicional das variantes genéticas identificadas será necessária para clarificar a sua patogenicidade, mas os resultados sugerem que a alteração c.280C>T do gene MIPEP poderá ter um efeito potenciador da patogenicidade da variante m.14484T>C.