Introduction
Defects in mitochondrial DNA (mtDNA) replication are the genetic cause of a subgroup of mitochondrial diseases (MDs), characterized by mtDNA depletion/deletions. MtDNA instability could compromise mitochondrial functioning, thus affecting cellular health.
Mitochondria, in addition to play a role in energy production, are also involved in innate immunity processes. Upon mitochondrial damage, intra-mitochondrial components, including mtDNA, can be released into the cytoplasm, eliciting innate immune responses. Cytosolic mtDNA can function as endogenous ligand for the cytosolic DNA sensor cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate synthase (cGAS) which triggers a potent IFN response. A link between cytosolic leakage of mtDNA and inflammatory responses has been described in some neurological disorders and, recently, also in MDs characterized by mtDNA instability. However, the role of inflammatory process in MDs, and its relevance for causing different manifestations of tissue-specific defects remain unknown.
Results
In our hospital, in ten patients with Kearns-Sayre syndrome (KSS) have we have been observed clinical manifestations resembling type I Interferonopathies. Following these observations, we investigated inflammatory biomarkers in peripheral blood and in primary fibroblasts from the same patients. We observed increased levels of type I Interferon (IFN I)-related chemokines and a significant increase of type I IFN score. Moreover, in two patient fibroblasts from 2 patients with high mtDNA deletion amount, the mtDNA-specific PCR of the mitochondria-free cytosolic fraction documented a significant increase of cytosolic mtDNA. In the same patients we observed increased expression of the gene coding for STING protein, suggesting the involvement of this protein in the IFN response observed in our patients. The treatment of KSS fibroblasts with mycophenolate-mofetil, an immunosuppressant widely used in several type I Interferonopathies, produced a significant decrease of the inflammatory mediators.
Conclusion
In conclusion, our results highlight that KSS may be considered a secondary interferonopathy and suggest the importance to study and counteract the inflammatory response in these disorders. The identification of biomarkers related to IFN signaling, a new finding for primary MDs, could accelerate the development of new therapeutic protocols, considering that therapies targeting IFN signaling are already available for type I interferonopathies.
ll rilascio di DNA mitocondriale nel citosol innesca nei pazienti con Sindrome di Kearns-Sayre una risposta cellulare mediata dall' interferone di tipo I, che può essere contrastata dal micofenolato mofetil.
Introduzione
I difetti nella replicazione del DNA mitocondriale (mtDNA) sono la causa genetica di un sottogruppo di malattie mitocondriali caratterizzate da deplezione o delezioni del DNA mitocondriale. L'instabilità del MtDNA potrebbe compromettere il funzionamento mitocondriale, influenzando così la salute cellulare.
I mitocondri, oltre a svolgere un ruolo nella produzione di energia, sono anche coinvolti nei processi di immunità innata. In caso di danno mitocondriale, il mtDNA, può essere rilasciati nel citoplasma, attivando risposte immunitarie innate. Il mtDNA citosolico può funzionare come ligando endogeno per il sensore del DNA citosolico guanosina monofosfato-adenosina monofosfato sintasi ciclico (cGAS) che innesca una potente risposta IFN. Un legame tra perdita citosolica di mtDNA e risposte infiammatorie è stato descritto in alcuni disturbi neurologici e, recentemente, anche in MD caratterizzati da instabilità del mtDNA. Tuttavia, il ruolo della infiammazione nella genesi di diverse manifestazioni tessuto-specifiche nelle malattia mitocondriale rimane sconosciuto.
Risultati
Nel nostro ospedale, in dieci pazienti con sindrome di Kearns-Sayre (KSS) sono state osservate manifestazioni cliniche simili alle interferonopatie di tipo I. A seguito di queste osservazioni, abbiamo studiato i biomarcatori infiammatori nel sangue periferico e nei fibroblasti dei pazienti. Abbiamo pertanto osservato un aumento dei livelli di chemochine correlate all'interferone di tipo I (IFN I) e un aumento significativo del punteggio dell'IFN I. Inoltre, in fibroblasti di due pazienti con un'elevata quantità di delezione del mtDNA è stato osservato un aumento significativo del mtDNA citosolico. Negli stessi pazienti abbiamo osservato una maggiore espressione del gene che codifica per la proteina STING, suggerendo il coinvolgimento di questa proteina nella risposta interferonica osservata nei nostri pazienti. Il trattamento dei fibroblasti KSS con micofenolato-mofetile, un immunosoppressore ampiamente utilizzato in diverse interferonopatie di tipo I, ha prodotto una significativa diminuzione dei mediatori infiammatori.
Conclusione
I nostri risultati evidenziano che la KSS può essere considerata un'interferonopatia secondaria e suggeriscono l'importanza di studiare e contrastare la risposta infiammatoria in questi disturbi. L'identificazione in vivo e in vitro di biomarcatori correlati alla risposta mediata dall'interferone, una nuova scoperta per le malattie mitocondriali primarie, potrebbe accelerare lo sviluppo di nuovi protocolli terapeutici, considerando che terapie mirate in grado di modulare la risposta interferonica sono già disponibili per le interferonopatie di tipo I.
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