Mitochondrial diseases: causes and solutions (literature review)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The discovery of mitochondrial desoxyribonucleic acid (DNA) mutations and the association of these mutations with the development of severe, sometimes, fatal diseases led to new forms of reproductive technologies, i.e., mitochondrial replacement therapy. Currently, researchers are investigating three main methods of mitochondrial replacement therapy: pronuclear transfer, maternal spindle transfer, and polar body genome transfer. Thanks to these methods, the transmission of faulty mitochondrial DNA from the mother to the next generation can be prevented, with the main goal of developing a healthy offspring free of genetic disorders and lethal mitochondrial diseases. However, the implementation of these technologies has raised several moral, social, and cultural concerns, as it marks the emergence of a child with genetic material from three parents for the first time. This review presents an objective summary of the causes of mitochondrial disorders and various techniques employed in mitochondrial replacement therapy, along with their outcomes.

About the authors

Ekaterina D. Ivanova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: katerina.dip.13@gmail.ru
ORCID iD: 0009-0006-0016-4701

Student

Russian Federation, Moscow

Vera S. Belousova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Author for correspondence.
Email: belousova_v_s@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0001-8332-7073

MD, Dr. Sci. (Med.), Assistant Professor, Professor of the Department of Obstetrics, Gynecology and Perinatology

Russian Federation, Moscow

Oksana V. Skorobogatova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: aisha27_sum@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-8664-3536

Graduate Student

Russian Federation, Moscow

Irina M. Bogomazova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: bogomazova_i_m@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0003-1156-7726

MD, Cand. Sci. (Med.), Assistant Professor

Russian Federation, Moscow

Elena V. Timokhina

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: timokhina_i_m@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0001-6628-0023

MD, Dr. Sci. (Med.), Assistant Professor, Professor of the Department

Russian Federation, Moscow

Svetlana V. Pesegova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: pesegova_s_v@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0002-1339-5422

MD, Cand. Sci. (Med.), Assistant Lecturer

Russian Federation, Moscow

References

  1. Holt IJ, Harding AE, Morgan-Hughes JA. Deletions of muscle mitochondrial DNA in patients with mitochondrial myopathies. Nature. 1988;331(6158):717–719. doi: 10.1038/331717a0
  2. Wallace DC, Singh G, Lott MT, et al. Mitochondrial DNA mutation associated with Leber’s hereditary optic neuropathy. Science. 1988;242(4884):1427–1430. doi: 10.1126/science.3201231
  3. Kang E, Wu J, Gutierrez NM, et al. Mitochondrial replacement in human oocytes carrying pathogenic mitochondrial DNA mutations. Nature. 2016;540(7632):270–275. doi: 10.1038/nature20592
  4. Tavare A. Scientists are to investigate “three parent IVF” for preventing mitochondrial diseases. BMJ. 2012;344:e540. doi: 10.1136/bmj.e540
  5. Pozdnyakova AA, Volodina M, Rshtuni SJ, Marchenko LA, Vysokikh MYu. Mitochondrial dysfunction as possible cause of impaired follicular development and steroidogenesis in premature ovarian insufficiency. Obstetrics, Gynecology and Reproduction. 2015;9(4):55–65. (In Russ). doi: 10.17749/2070-4968.2015.9.4.055-056
  6. Craven L, Tang MX, Gorman GS, De Sutter P, Heindryckx B. Novel reproductive technologies to prevent mitochondrial disease. Hum Reprod Update. 2017;23(5):501–519. doi: 10.1093/humupd/dmx018
  7. Fragouli E, McCaffrey C, Ravichandran K, et al. Clinical implications of mitochondrial DNA quantification on pregnancy outcomes: a blinded prospective non-selection study. Hum Reprod. 2017;32(11):2340–2347. doi: 10.1093/humrep/dex292
  8. Xu L, Shi R. Weigh and wait: the prospect of mitochondrial gene replacement. Hum Fertil (Camb). 2016;19(4):222–229. doi: 10.1080/14647273.2016.1230234
  9. DiMauro S. A Brief History of Mitochondrial Pathologies. Int J Mol Sci. 2019;20(22):5643. doi: 10.3390/ijms20225643
  10. Rebolledo-Jaramillo B, Su MS, Stoler N, et al. Maternal age effect and severe germ-line bottleneck in the inheritance of human mitochondrial DNA. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014;111(43):15474–15479. doi: 10.1073/pnas.1409328111
  11. Mitalipov S, Amato P, Parry S, Falk MJ. Limitations of preimplantation genetic diagnosis for mitochondrial DNA diseases. Cell Rep. 2014;7(4):935–937. doi: 10.1016/j.celrep.2014.05.004
  12. Rebrikov DV. Human Genome Editing // Bulletin of RSMU. 2016;(3):4–15. (In Russ). doi: 10.24075/brsmu.2016-03-01
  13. Wolf DP, Mitalipov N, Mitalipov S. Mitochondrial replacement therapy in reproductive medicine. Trends Mol Med. 2015;21(2):68–76. doi: 10.1016/j.molmed.2014.12.001
  14. Haimes E, Taylor K. Sharpening the cutting edge: additional considerations for the UK debates on embryonic interventions for mitochondrial diseases. Life Sci Soc Policy. 2017;13(1):1. doi: 10.1186/s40504-016-0046-2
  15. Sharma H, Singh D, Mahant A, et al. Development of mitochondrial replacement therapy: A review. Heliyon. 2020;6(9):e04643. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e04643
  16. Nagpal M, Kaur S. Recent Advancement in Human Reproduction Three-parent Babies: A Technique to Neutralize Mitochondrial Disease Load ― A Boon or a Bane for Society? Curry Trends Diagn Treat. 2017;1(2):100–103. doi: 10.5005/jp-journals-10055-0024
  17. Labarta E, de Los Santos MJ, Escriba MJ, Pellicer A, Herriaz S. Mitochondria as a tool for oocyte rejuvenation. Fertil Steril. 2019;111(2):219–226. doi: 10.1016/j.fertnstert.2018.10.036
  18. Jose F, Lekshmi S, Lal S, Jjiju V, Abraham E. Three parent child: a review. Inter J Novel Trends in Pharmaceutical Sciences. 2017;7(2):54–56.
  19. Schmerler S, Wessel GM. Polar bodies ― more a lack of understanding than a lack of respect. Mol Reprod Dev. 2011;78(1):3–8. doi: 10.1002/mrd.21266
  20. Afanas’ev YuI, Yurina NA, Kotovskii EF, et al. Histology, Embryology, Cytology: Textbook. 6th ed., reprint. and add. Afanas’ev YuI, Yurina NA, editors. Chapter 20. The Sexual System. Moscow; 2012. (In Russ). (electronic version: http://vmede.org/sait/?id=Gistologiya_embriol_cit_afanasev_2012&menu=Gistologiya_embriol_cit_afanasev_2012&page=24)
  21. Wang T, Sha H, Ji D, et al. Polar body genome transfer for preventing the transmission of inherited mitochondrial diseases. Cell. 2014;157(7):1591–1604. doi: 10.1016/j.cell.2014.04.042
  22. Ma H, O’Neil RC, Gutierrez NM, et al. Functional Human Oocytes Generated by Transfer of Polar Body Genomes. Cell Stem Cell. 2017;20(1):112–119. doi: 10.1016/j.stem.2016.10.001
  23. Hamzelou J. ‘3-parent baby’ Success. New Sci. 2016;232(3093):8–9. doi: 10.1016/s0262-4079(16)31769-9
  24. Reardon S. Genetic details of controversial ‘three-parent baby’ revealed. Nature. 2017;544(7648):17–18. doi: 10.1038/nature.2017.21761
  25. Dockrill P. World-First in Ukraine as ‘Three-Parent Baby’ Born to an Infertile Couple. Science Alert. 2017 January 19 [cited 2023 Seрt. 25]. Available from: https://www.sciencealert.com/world-first-in-ukraine-as-three-parent-baby-born-to-an-infertile-couple/
  26. Dahiya N, Garg S. Three-parent baby: Is it ethical? Indian J Med Ethics. 2018;3(2):169. doi: 10.20529/IJME.2017.097

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structure of the mitochondria (source: www.Animal_mitochondrion_diagram_en.svg).

Download (103KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Steps involved in mitochondrial donation by Pronuclear Transfer Technique [15].

Download (51KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Steps involved in mitochondrial donation by Maternal Spindle Transfer Technique [15].

Download (64KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».