| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (5MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-437739
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.43773
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 23 September 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Stefan Wagner und Prof. Dr. Daniele Camboni |
| Tag der Prüfung: | 17 September 2020 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Innere Medizin II |
| Stichwörter / Keywords: | ARVC; voltage gated sodium current; hiPSC; plakophilin-2; intercalated disc; arrhythmogenesis |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 43773 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Einleitung: Die Arrhythmogene Rechtsventrikuläre Kardiomyopathie (ARVC) stellt eine wichtige Ursache für den plötzlichen Herztod bei jungen, sportlichen Patienten dar. Mutationen in desmosomalen Proteinen werden häufig mit der ARVC assoziiert und für die lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen sowie die kontraktile Dysfunktion verantwortlich gemacht. Es scheint ein enger funktioneller ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Einleitung: Die Arrhythmogene Rechtsventrikuläre Kardiomyopathie (ARVC) stellt eine wichtige Ursache für den plötzlichen Herztod bei jungen, sportlichen Patienten dar. Mutationen in desmosomalen Proteinen werden häufig mit der ARVC assoziiert und für die lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen sowie die kontraktile Dysfunktion verantwortlich gemacht. Es scheint ein enger funktioneller Zusammenhang zu bestehen zwischen der Integrität der kardialen Glanzstreifen, insbesondere der dort lokalisierten Desmosomen, und der Funktion des spannungsabhängigen Natriumkanals (NaV1.5). Es konnte gezeigt werden, dass eine verminderte Expression des desmosomalen Proteins Plakophilin 2 (PKP2) zu einer Reduktion des spannungsabhängigen Natriumstroms in Maus-Kardiomyozyten führt. Die genauen zellulären Mechanismen der Arrhythmogenese im Rahmen der ARVC sind jedoch noch nicht endgültig verstanden.
Fragestellung: Es wurden die Eigenschaften des spannungsabhängigen Natriumstroms (INa) sowie der Aktionspotentiale (APs) in Kardiomyozyten aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) einer jungen ARVC-Patientin untersucht.
Methoden und Ergebnisse: Genetische Analysen ergaben eine Loss-of-Function-Mutation im PKP2-Gen in 12 von 19 getesteten Familienmitgliedern, inklusive der Indexpatientin. Nach einer dreimonatigen Reifungszeit wurden funktionelle Messungen an Kardiomyozyten aus iPSCs der Indexpatientin, ihrer klinisch asymptomatischen Schwester und Trägerin der gleichen Mutation sowie einer gesunden weiblichen Kontrollperson durchgeführt. Zur Untersuchung des INa sowie der APs wurden Whole-Cell-Patch-clamp-Messungen eingesetzt. Interessanterweise war der Spitzennatriumstrom (INa,max) in den Kardiomyozyten der Indexpatientin deutlich reduziert, wohingegen die asymptomatische Mutationsträgerin im Vergleich zur Kontrolle sogar eine vergrößerte INa,max-Dichte aufwies. Ursächlich scheint vor allem eine Rechts- (Indexpatientin) bzw. Linksverschiebung (Schwester) der INa-Aktivierung. Die NaV1.5-Expression zeigte sich in den Immunofluoreszenzfärbungen nämlich unverändert. Überraschenderweise war auch der späte Natriumstrom (INa,L), ein bekannter proarrhythmogener Faktor, signifikant vermindert in den Zellen der Indexpatientin, nicht jedoch der asymptomatischen Mutationsträgerin. Darüber hinaus konnten relevante Unterschiede in der AP-Kinetik festgestellt werden, welche sich nur teilweise durch die Veränderungen im INa erklären lassen. Im Vergleich zur Kontrolle war die Aktionspotentialamplitude (APA) signifikant reduziert, das Ruhemembranpotential (RMP) weniger negativ und die Aktionspotentialdauer (APD) deutlich verlängert, und zwar ausschließlich in den Kardiomyozyten der Indexpatientin. Mittels Whole Exome Genome Sequencing wurde eine zusätzliche Mutation im ANK3-Gen (kodierend für das regulatorische Glanzstreifen-Protein Ankyrin G) detektiert, welche nur die Indexpatientin, nicht aber die asymptomatische Schwester trägt.
Schlussfolgerung: Unsere Daten zeigen eine Reduktion des Spitzen- (INa,max) sowie des späten Natriumstroms (INa,L) in den Kardiomyozyten aus iPSCs einer symptomatischen ARVC-Patientin, jedoch nicht in denen ihrer asymptomatischen Schwester, welche die gleiche Loss-of-function-Mutation im PKP2-Gen trägt. Ursächlich scheint vor allem eine Verschiebung der Kinetik der INa-Aktivierung; die NaV1.5-Expression hingegen zeigte sich unverändert. Überraschenderweise korrelieren die Ergebnisse der INa-Messungen nur bedingt mit den Veränderungen der Aktionspotentiale. Es zeigten sich neben einer reduzierten AP-Amplitude nämlich ein weniger negatives RMP und eine signifikant verlängerte APD in der Indexpatientin. Dies spricht dafür, dass noch weitere Mechanismen eine Rolle in der Arrhythmogenese bei ARVC-Patienten spielen müssen. Interessanterweise unterschied sich die asymptomatische Mutationsträgerin bis auf einen – möglicherweise kompensatorisch – vergrößerten INa,max nicht von der gesunden Kontrolle. Ursächlich könnte eine Zweit-Mutation im ANK3-Gen sein, welche lediglich die Indexpatientin, nicht jedoch die Schwester trägt.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Introduction: Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy (ARVC) is a major cause of sudden cardiac death among young, athletic patients. Mutations in desmosomal proteins are frequently found in patients with ARVC and are suggested to predispose to arrhythmias and contractile dysfunction. Interestingly, it was shown that desmosomal function and integrity of the intercalated disc are ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Introduction: Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy (ARVC) is a major cause of sudden cardiac death among young, athletic patients. Mutations in desmosomal proteins are frequently found in patients with ARVC and are suggested to predispose to arrhythmias and contractile dysfunction. Interestingly, it was shown that desmosomal function and integrity of the intercalated disc are mechanistically linked to the function of cardiac voltage-gated Na channels (NaV1.5). It has been shown that a reduced expression of the desmosomal protein Plakophilin-2 (PKP2) leads to decreased sodium current (INa) in mouse cardiac myocytes. However, the exact cellular mechanisms of the arrhythmogenesis in ARVC patients remain unknown.
Objective: We investigated INa and action potential (AP) characteristics of induced-pluripotent stem cell(iPSC)-derived cardiomyocytes from a young female patient with ARVC, who survived sudden cardiac death.
Methods and Results: Genetic testing of the index patient and her family revealed a loss-of-function mutation in the PKP2 gene in 12 of 19 tested family members including the index patient. After a three-month maturation period, iPSC cardiomyocytes were investigated from the index patient, an asymptomatic sibling with the same mutation and a healthy proband. Ruptured-patch whole-cell patch clamp technique was used to measure INa and APs. Interestingly, compared to control, peak INa (INa,max) was significantly reduced in iPSC cardiomyocytes from the index patient, whereas the asymptomatic sibling harboring the same PKP2 mutation showed an increased INa density compared to control. This seems to be mainly caused by a shift in gating kinetics, as INa activation was significantly slowed down in the index patient but increased in the sibling. Immunofluorescence staining could not reveal changes in NaV1.5 expression levels. Surprisingly, late INa (INa,L), which is known to be proarrhythmogenic, was found to be significantly reduced in the index patient but unaltered in the sibling. Moreover, we detected important changes in action potential (AP) kinetics which can only partly be explained by the changes in INa. Compared to control, AP amplitude (APA) was significantly reduced, resting membrane potential (RMP) was less negative and AP duration was prolonged in iPSC cardiomyocytes from the index patient. Whole exome genome sequencing revealed an additional mutation in ANK3 (coding for the regulatory ID protein Ankyrin G) only in the index patient, but not the asymptomatic sibling.
Conclusion: Our functional data show that peak INa (INa,max) and late INa (INa,L) are reduced in a symptomatic ARVC patient but not in an asymptomatic sibling harboring the same loss-of-function mutation of PKP2. This seems to be caused by a shift in INa activation, as NaV1.5 expression levels were not altered. Surprisingly, the changes observed in Na current did only partly correlate with the changes in AP kinetics. Apart from the reduced APA we found a less negative RMP and a prolonged APD in the index patient. This indicates that further mechanisms may be relevant for arrhythmogenesis in ARVC. Interestingly, the cells from the asymptomatic sibling did not have altered electrophysiological properties in comparison to control cells, except for the increased INa,max (perhaps as a compensatory mechanism?). This could be explained by an additional mutation of the ANK3-gene detected only in the index patient but not the sibling.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 16:07
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