线粒体基因组编辑揭示复合体I异质性变异对人类神经发生的影响

线粒体DNA（mtDNA）变异，无论是母系遗传还是在衰老过程中体细胞获得的，都可能对依赖线粒体代谢的细胞（如神经元）尤为有害。mtDNA变异的功能后果被认为取决于其异质性，即携带该变异的mtDNA分子所占的比例。然而，研究异质性mtDNA变异对人类神经元功能的具体影响一直颇具挑战。使用患者来源细胞的研究无法将观察到的表型确凿地归因于单一mtDNA变异，而传统的基因组编辑方法不适用于mtDNA。在此，我们使用DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器（DdCBE）将致病性异质性mtDNA变异引入Neurogenin 2（NGN2）诱导型人类诱导多能干细胞（iPSCs）中。我们聚焦于MT-ND1和MT-ND5基因中的两个变异，这两个基因属于复合物I（CI），即线粒体呼吸链中最大的组分，也是人类疾病的常见致病因素，包括无法治愈的神经发育障碍Leigh综合征。mtDNA编辑的iPSC系表现出较低的脱靶编辑，并在亚克隆分离和分化为NGN2诱导神经元（iNs）后维持相似的异质性。尽管CI变异在未分化的iPSCs中未对线粒体能量代谢产生实质性影响，但它们在iNs中降低了线粒体膜电位，并驱动了提示神经元定向受损的转录重编程。这些发现表明，异质性CI变异即使在相对较低的异质性水平下也足以破坏神经命运特化。更广泛地说，人类iPSC中的mtDNA编辑为研究线粒体适应度和异质性如何影响发育与疾病提供了强大的平台。

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