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Heteroplasmic Mutant Load Differences in Mitochondrial DNA-Associated Leigh Syndrome - 28/12/22

Doi : 10.1016/j.pediatrneurol.2022.09.006 
Ji-Hoon Na, MD, PhD a, Young-Mock Lee, MD, PhD a, b,
a Department of Pediatrics, Yonsei University College of Medicine, Seoul, South Korea 
b Epilepsy Research Institute, Yonsei University College of Medicine, Seoul, South Korea 

Communications should be addressed to: Dr. Lee; Department of Pediatrics; Yonsei University College of Medicine; Gangnam Severance Hospital; 211 Eonju-ro, Gangnam-gu; Seoul 135-720, South Korea.Department of PediatricsYonsei University College of MedicineGangnam Severance Hospital211 Eonju-roGangnam-guSeoul135-720South Korea

Abstract

Background

Mitochondrial DNA (mtDNA)-associated Leigh syndrome is influenced by mutant pathogenicity and corresponding heteroplasmic loads; however, the manner in which heteroplasmic mutant load affects patient phenotypes and the relationship between mutant types and heteroplasmic mutant loads remain unknown. We aimed to investigate the distribution of the mutant load of different mtDNA mutations in a single-center cohort.

Methods

We used next-generation sequencing to confirm mtDNA mutations in 31 patients with Leigh syndrome. Subsequently, we counted the number of mtDNA reads to quantitatively analyze the heteroplasmic mutant load and categorize the patients according to the mtDNA mutations they harbored. Confirmed cases of mtDNA-associated Leigh syndrome were classified according to the mutations observed in six genes and 10 nucleotides.

Results

Of the 31 patients with Leigh syndrome, 27 harbored known pathogenic mutations. We discovered that MT-ATP6 was the most commonly mutated gene (n = 13 patients), followed by MT-ND3 (n = 7) and MT-ND5 (n = 4). MT-ATP6 had a significantly higher mutant load than MT-ND3 and MT-ND5 (P < 0.001, each). By contrast, MT-ND5 had a significantly lower mutant load than MT-ND3 (P = 0.007). Notably, the mutation loads varied significantly among patients carrying the MT-ATP6, MT-ND3, and MT-ND5 mutations.

Conclusions

Our study illustrated the heteroplasmic diversity and phenotypic expression threshold of mutated mitochondrial genes in mtDNA-associated Leigh syndrome. The results provide promising insights into the genotype-phenotype correlation in mtDNA-associated Leigh syndrome that are expected to guide the development of tailored treatments for Leigh syndrome.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Leigh syndrome, Heteroplasmy, Mitochondrial DNA, Heteroplasmic mutation, Mitochondrial diseases


Plan


 Conflict of Interest: The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.
 Funding: This research was supported by a grant from the Korea Health Technology R&D Project through the Korea Health Industry Development Institute, funded by the Ministry of Health & Welfare, Republic of Korea (grant numbers: 2018-31-0425/HI18C1166020018, 2018-31-1061/HI18C1166020019, 2019-31-1183/HI18C1166020020).
 Author Contributions: Y.L. contributed to the conception and designed the study. J.N. analyzed and interpreted the data and wrote the manuscript. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.


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