Usefulness of combined sequencing of the mitochondrial genome and a targeted panel of nuclear genes involved in mitochondrial diseases

Description

The molecular study of mitochondrial diseases, essential for diagnosis, is special due to the dual genetic origin of these pathologies: mitochondrial DNA and nuclear DNA. Complete mtDNA sequencing still remains the first line diagnostic test followed if negative, by resequencing panels of several hundred mitochondrially-encoded nuclear genes. This strategy, with an initial entire mtDNA sequencing, is currently justified by the presence of nuclear mitochondrial DNA sequences (NUMTs) in the nuclear genome. We designed a resequencing panel combining the mtDNA and 135 nuclear genes which was evaluated compared to the performances of the standard mtDNA sequencing. Method validation was performed on the reading depth and reproducibility of the results. Thirty patients were analyzed by both methods. We were able to demonstrate that NUMTs did not impact the mtDNA sequencing quality, as the identified variants and mutant loads were identical with the reference mtDNA sequencing method. Reading depths were higher than the recommendations of the MitoDiag French diagnostic network, for the entire mtDNA for muscle and for 70% of the mtDNA for blood. These results highlight the usefulness of combining both mtDNA and mitochondrially nuclear-encoded genes and thus obtain more complete results and faster turnaround time for mitochondrial disease patients.

Abstract (French)

Le diagnostic moléculaire des maladies mitochondriales est complexe du fait de la double origine génétique de ces pathologies : ADN mitochondrial (ADNmt) et ADN nucléaire (ADNn). Le séquençage complet de l'ADNmt reste l'analyse de première intention complété si besoin par l'étude de l'ADNn. Cette stratégie avec un séquençage isolé de l'ADNmt se justifie par l'existence de pseudogènes mitochondriaux au niveau nucléaire. Nous avons élaboré un panel comprenant l'ADNmt et 135 gènes nucléaires que nous avons comparés au séquençage isolé de l'ADNmt. Trente patients ont été analysés par les deux méthodes. La validation de méthode a été faite sur la profondeur de lecture et la reproductibilité des résultats. Nous avons mis en évidence l'absence d'impact des pseudogènes sur la détection et la quantification de l'hétéroplasmie des variants de l'ADNmt. Les profondeurs sont supérieures aux recommandations du réseau pour l'intégralité de l'ADNmt pour le muscle et pour 70 % pour le sang. Ces résultats mettent en avant l'intérêt du séquençage commun de l'ADNmt et ADNn permettant l'obtention de résultats complets, dans un délai plus court.

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