Modelling gene therapy for a mitochondrial disease MELAS by exploiting the pathway of RNA mitochondrial import

Les mutations de l'ADN mitochondrial sont une cause importante de maladies neuromusculaires humaines incurables. Parmi plusieurs mutations répertoriées, plus de 170 sont localisées dans les gènes codant pour les ARN de transfert (ARNt), dont 29 - dans le gène de l’ARNtLeu(UUR) (MT-TL1). La mutation m.3243A>G de MT-TL1 a été décrite comme une cause majore du syndrome MELAS (myopathie, encéphalopathie, acidose lactique, accidents vasculaires cérébraux). Cette mutation réduit le niveau d’aminoacylation de l’ARNtLeu(UUR) et mène à l’hypomodification de la position « wobble » de son anticodon, ce qui cause des déficiences de la synthèse protéique dans l'organite et une réduction des activités des complexes de la chaîne respiratoire. L’objectif principal de la thèse a été d’étudier si l’expression des ARNt recombinants dans le noyau de cellules transmitochondriales humaines ayant la mutation MELAS m.3243A>G et leurs adressage dans les mitochondries puisse améliorer les fonctions mitochondriales des cellules touchées par la mutation. Il a été démontré que l'expression des ARNt recombinants est accompagnée par une amélioration de la synthèse protéique mitochondriale, une augmentation du niveau des protéines codées par l’ADNmt et une restauration partielle de la respiration. Ces résultats démontrent la possibilité d’adresser dans les mitochondries les ARNt au potentiel thérapeutique dont la spécificité d’aminoacylation a été changée, et étendent ainsi l’utilisation de l’approche de l’expression allotopique pour le développement de thérapie génique des maladies mitochondriales.Mutations in human mitochondrial DNA are often associated with incurable human neuromuscular diseases. Among these mutations, more than 170 have been identified in tRNA genes, including 29 in the tRNALeu(UUR) gene (MT-TL1). The m.3243A>G mutation in MT-TL1 was described as the major cause of the MELAS syndrome (mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis and stroke-like episodes). This mutation reduces tRNALeu(UUR) aminoacylation level and leads to a hypomodification of the wobble position of its anticodon, which results in a decreased level of mitochondrial protein synthesis and reduced activities of respiratory chain complexes. The thesis was aimed to test if the allotopic expression of recombinant leucine tRNAs in the nucleus of transmitochondrial cybrid cells carrying MELAS m.3243A>G mutation and their subsequent targeting into mitochondria can rescue mutation-induced dysfunctions. It was shown that expression of specifically designed recombinant tRNAsLeu is accompanied by a significant improvement of mitochondrial translation, an increase of steadystate level of several mtDNA-encoded protein subunits of respiratory chain, and a partial rescue of respiration. These findings prove the possibility to direct into mitochondria tRNAs with changed aminoacylation specificity possessing potential therapeutic activity, thus extending the potential of allotopic expression as the approach to cure mitochondrial disorders