Characterization of long QT syndrome-specific cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201611092977
Title: Characterization of long QT syndrome-specific cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells
Author: Alexanova, Anna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2016
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201611092977
http://hdl.handle.net/10138/169772
Thesis level: master's thesis
Discipline: Bioteknik (EYT)
Biotechnology (EYT)
Biotekniikka (EYT)
Abstract: Pitkä QT-oireyhtymä, (engl. Long QT syndrome, LQTS) on periytyvä tai hankinnainen sydänsairaus, joka ilmenee pidentyneenä repolarisaatiovaiheena sydämessä ja voi johtaa hengenvaaralliseen kääntyvien kärkien takykardiaan (engl. torsades de pointes). Oireyhtymä voidaan todeta sydänsähkökäyrästä pidentyneen QT-ajan perusteella. Sadat eri mutaatiot 15:ssa geenissä (LQT1-15) voivat johtaa periytyvään pitkä QT-oireyhtymään. Maailmalla näiden mutaatioiden esiintyvyys on 1:2000-1:5000. Suomessa kuitenkin jo pelkästään neljän valtamutaation esiintyvyys on 1:250, muiden mutaatioiden lisäksi. Hankinnaisen pitkä QToireyhtymän syynä on usein jokin lääkeaine ja tämä on myös yleisin syy lääkkeiden vetämiseen pois markkinoilta. Pitkä QT-oireyhtymän mutaatioiden kantajat ovat herkempiä hankinnaiselle QT-oireyhtymälle kuin muu väestö, ja siksi pitkä QT-oireyhtymälle ominaiset sydänsolut voisivat toimia perusteellisena mallina sydämelle haitallisten aineiden tutkimista varten. Lisäksi pitkä QToireyhtymälle ominaiset sydänsolut soveltuisivat oireyhtymän tutkimiseen ja uusien lääkkeiden kehittämiseen. Tämä tutkielma oli osa laajempaa projektia, joka keskittyi pitkä QT-oireyhtymälle ominaisten sydänsolujen validointiin, joita voisi sen jälkeen käyttää yllä mainittuihin tarkoituksiin. iPS-soluteknologia mahdollistaa eri taudeille ominaisten erittäin monikykyisten kantasolujen tuottamisen, jotka voivat erilaistua miksi tahansa solutyypiksi. Tässä tutkielmassa käytin kahta LQT2:lle ominaista iPS solulinjaa, jotka olivat peräisin 44-vuotiaalta naispotilaalta. Nainen on heterotsygootti suomalaisen valtamutaation L552 suhteen, KCNH2-geenissä, joka koodaa sydämessä esiintyvän nopeasti aktivoituvan kaliumkanavan α-alayksikköä. iPS-solujen todettiin aluksi ilmentävän erittäin monikykyisille soluille tyypillisiä merkkigeenejä ja erilaistuvan alkionkaltaisiksi solurykelmiksi, jotka sisälsivät kaikkien alkiokerrosten soluja. Tämän jälkeen erilaistin iPS-solut sydänsoluiksi viljelemällä niitä yhdessä END-2-solujen kanssa. Tutkin sydänsolujen sykkeen mekaanisia ominaisuuksia videonauhoitusten avulla. LQT2:lle ominaisilla soluilla oli pitkä QT-oireyhtymästä johtuva fenotyyppi soluviljelmässä: 43 % yksittäisistä LQT2:lle ominaisista sydänsoluista sykkivät epätavallisesti ja ne pysyivät supistuneena kauemmin kuin tavallisesti sykkivät solut. Tämä fenotyyppi oli paljon lievempi LQT2:lle ominaisilla sydänsolurykelmillä. Lopuksi tutkin KCNH2:n villityypin ja mutatoituneen alleelin ilmentymissuhteita kyseisen naispotilaan sydänsolujen ja hänen poikansa sydänsolujen välillä. Pojalla on sama mutaatio kuin äidillään, mutta hänellä ei ole kliinisiä oireita. Sydänsolut molemmilta yksilöiltä ilmensivät KCNH2-alleeleja suhteessa 1:2 - 1:1 (villityyppi:mutaatio). Tämän perusteella epätasapaino eri alleelien ilmentymisessä ei selitä kliinisten fenotyyppien eroja. Kaiken kaikkiaan tämän tutkielman tulokset viittaavat siihen, että tutkielmassa käytettyjä solulinjoja voidaan tulevaisuudessa käyttää tautimallina, sydämelle haitallisten aineiden seulontaan ja uusien hoitomuotojen löytämiseen LQT2-potilaille sen jälkeen kun solulinjojen validointi on valmis.Long QT syndrome, LQTS, is a congenital or acquired cardiac disorder characterized by prolonged cardiac repolarization phase. It is observed as a prolonged QT period in electrocardiodiagraph and can cause life-threatening specific ventricular tachycardia, torsades de pointes. Hundreds of mutations in 15 genes (LQT1-15) are linked to congenital LQTS. Worldwide prevalence of congenital LQTS gene mutations is from 1:2000 to 1:5000. However, the prevalence in Finland is much higher due to four founder mutations that alone occur in one out of 250 individuals. Acquired LQTS is often drug-induced and the most common cause for the withdrawal of drugs on the market. Carriers of LQTS mutations are more susceptible to acquired LQTS than normal population. LQTS-specific cardiomyocytes can thus provide a thorough model for drug cardiotoxicity screening, better insight into disease mechanisms and assist in drug development. This thesis was a part of a bigger project concentrating on validation of LQT2-specific cell lines that could be used for the purposes mentioned above. Induced pluripotent stem (iPS) cell technology enables creation of disease-specific pluripotent stem cell lines, which can be differentiated into any cell type. In this thesis, two LQT2-specific iPS cell lines derived from a clinically symptomatic 44-year-old female were used. She is heterozygous for Finnish founder mutation L552 in KCNH2 gene, which encodes the α-subunit of the cardiac rapidly activating potassium rectifier channel. iPS cells were first verified to express pluripotency markers and to form embryoid bodies containing all germ layers. iPS cells were then differentiated into cardiomyocytes by culturing them with END-2 cells and mechanical beating of the cardiomyocytes was assessed from video recordings. Single LQT2-specific cardiomyocytes showed LQT2-related phenotype in vitro with 43% of single LQT2 cardiomyocytes showing abnormal beating patterns and prolonged contraction time. This phenotype was rescued in LQT2-specific cardiomyocyte clusters. Finally, the expression ratios of wild type and mutated KCNH2 alleles were compared between cardiomyocytes derived from the female and her son, a carrier of the same mutation but with asymptomatic phenotype. Cardiomyocytes from both individuals expressed KCNH2 alleles with the ratio between 1:2 and 1:1 (wt:mut), thus allelic imbalance does not explain differences in the clinical phenotypes. All in all, the results of this thesis suggest that after further validation, mainly electrophysiology studies, these cell lines are most likely suitable to be applied for disease modeling, cardiotoxicity screening and finding new therapies for LQT2.
Subject: LQT2
KCNH2-FinA
Long QT syndrome
iPS cell
iPS cell-derived cardiomyocyte
mechanical beating analysis
allelic imbalance


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record