Trabekuloiva kardiomyopatia (left ventricular noncompaction cardiomyopathy) on synnynnäinen sydänlihassairaus, jonka uskotaan johtuvan sikiöaikaisesta kehityshäiriöstä kardiogeneesin viimeisessä vaiheessa sydänlihaksen tiivistymisen yhteydessä, mikä on osa kammioiden kehitystä. On viitteitä siitä, että häiriöt solusyklin säätelyssä ja sydänlihassolujen eli kardiomyosyyttien proliferaation voimistuminen tai heikkeneminen sydämen kehityksen ovat osallisia LVNC:n kehityksessä. Sydämen jänniteherkän natriumkanavan Nav1.5:n α-alayksikköä koodaava SCN5A-geeni on yhdistetty LVNC:n fenotyyppiin suomalaisessa perheessä. LVNC:n geneettinen tausta on moninainen ja yli 40 eri geenin mutaatioita on yhdistetty sairauteen. Toistaiseksi SCN5A -geenimutaation ja LVNC:n välistä yhteyttä ei ole osoitettu. On vahvaa näyttöä siitä, että sähköisen toiminnan säätelyn ohella Nav1.5 -kanavalla on keskeinen rooli sydämen kehityksessä ja kardiomyosyyttien proliferaation säätelyssä.
Tässä työssä käytimme potilasspesifisiä ihmisen indusoituja monikykyisiä kantasoluja ja niistä erilaistettuja kardiomyosyyttejä (human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes, hiPSC-CMs). Kantasolut olivat peräisin SCN5A-mutaatiota kantavilta LVNC-potilailta ja kontrollisolulinjana kaikissa kokeissa käytetään iPS(IMR90)-4-solulinjaa. Menetelminä tässä työssä käytimme immunofluoresenssivärjäystä yhdessä high content-kuvantamisen kanssa soluproliferaation ja Nav1.5-kanavan solunsisäisen lokalisaation ja ekspression tutkimiseksi. Proliferaatiota tutkittiin eri aikaipisteisstä – 21, 28, 35 ja 42 päivää hiPSC-CM:n erilaistuksen aloituksesta. Tutkimme myös potilasspesifisten hiPSC-CM:n stressivastetta altistamalla solut mekaaniselle venytykselle, joka on keskeinen hypertrofiaa aiheuttava ärsyke. Venytyksen jälkeen suoritimme kvantitatiivinen polymeraasiketjureaktio ja määritimme NPPA ja NPPB geenieksression.
Tulostemme mukaan potilasspesifisillä hiPSC-CM:illä on pitkittynyt proliferaatiokyky verrattuna kontrollisoluihin. Potilasspesifisissä soluissa proliferaatiokyky nousee kohti kokeen viimeistä aikapistettä, kun taas kontrollisoluissa proliferaatiokyky on ensimmäisestä aikaipisteestä lähtien laskeva. Eroja havaittiin myös NPPA ja NPPB geeniekspressiossa 24 tunnin mekaanisen venytyksen jälkeen. NPPB-ekspressio oli kolminkertainen potilasspesifisissä soluissa verrattuna kontrollisoluihin. Nämä tulokset viittaavat siihen, että SCN5A-geenillä on tärkeä rooli sydänlihassolujen proliferaatiossa. Lisääntynyt proliferaatio kehityksen aikaisissa trabekulaatioissa voisi johtaa lisääntyneeseen trabekulaatioon ja heikentyneeseen kompaktioprotesseen ja luoda siten pohjan LVNC:n kehitykselle. Tutkimillamme potilasspesifisillä hiPSC-CM:illä oli myös heikentynyt sietokyky mekaaniselle venytykselle, mikä puolestaan korostaa SCN5A-geenin tärkeää roolia kardiomyosyyttien fysiologiassa, joka ei liity pelkästään sähköiseen toimintaan.Left ventricular noncompaction cardiomyopathy (LVNC) is a unique form of cardiomyopathy, which is believed to arise from arrest in the compaction process during cardiac development. Dysfunctions in cell cycle regulation and increased or decreased proliferation of cardiomyocytes during cardiac development are likely to contribute to the development of LVNC. SCN5A gene encoding the α-subunit of cardiac voltage gated sodium channel Nav1.5 has associated with LVNC- phenotype in a Finnish family. The direct correlation of SCN5A gene mutation and LVNC has not been studied before. There is strong evidence that Nav1.5 channel has an essential role in cardiac development and cardiomyocyte proliferation, therefore perturbed function of the channel might also contribute to the development of LVNC.
We used patient-specific human induced pluripotent stem cell -derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs), reprogrammed from fibroblasts obtained from LVNC patient carrying SCN5A to study the phenotype of the cells. We utilized immunofluorescent staining in combination with high content analysis (HCA) to investigate the proliferation and Nav1.5 cellular localization. Proliferation potential was assessed at multiple timepoints from three to six weeks. We also investigated the stress response of patient-specific hiPSC-CMs by exposing the cells to mechanical stretch, a hypertrophy inducer, followed by quantitative reverse transcription PCR to study changes in stress biomarker levels.
According to our results, the patient-specific hiPSC-CMs have prolonged proliferation compared to control cells as the proliferation peaks towards the last timepoint, whereas in control cells it decreases. Differences were also observed in the hypertrophic gene expression after 24-hour mechanical stretching. An increase in NPPB expression levels caused by stretching was threefold in patient-specific cells to control cells. These results implicate that SCN5A gene has as an important role on cardiomyocyte proliferation. Mutations in SCN5A could correspond to increased proliferation in trabeculations during cardiac development, which might be preventing the compaction process and lead to the development of LVNC. Our results emphasizes that SCN5A has an important role in cardiomyocyte physiology unrelated solely to electrical activity
