Небольшой дефект в белке титине приводит к развитию фибрилляции предсердий у взрослого организма
Исследователи из США показали на рыбках данио и клетках сердечной мышцы человека, что делеция всего девяти аминокислот в А-полосе титина вызывает временный дефект в развитии сердца эмбриона, который приводит к фибрилляции предсердий у взрослого организма. Это связано с увеличением тока калиевых ионов. Ингибирование тока улучшило сократимость предсердий.
Фибрилляция предсердий (AF), то есть нерегулярное их сокращение, является самым распространенным типом сердечных аритмий и затрагивает миллионы людей. Генетические исследования выявили более 140 часто встречающихся генетических локусов, связанных с AF, а также редкие варианты, в основном в генах, кодирующих ионные каналы сердца. Однако высокопроизводительное секвенирование показало также роль мутаций в структурных белках миокарда, таких как MYH6, MYL4 и титин. Титин — самый большой из известных на сегодняшний день белков, основной компонент саркомера; он критически важен как для развития сердца, так и для его функционирования. Несколько мутаций с потерей функции в гене титина связаны с AF. Но даже мутантные формы белка не помогают изучить функцию его доменов, особенно 44 иммуноглобулин (Ig)-подобных доменов, которые часто встречаются в A-полосе титина.
В некоторых случаях AF коррелирует с дерегуляцией развития сердца. Врожденные пороки сердца встречаются как минимум у 1% всех новорожденных; у людей с дефектами развития сердца риск проявления AF в зрелом возрасте выше. Несмотря на обширные исследования, эта связь до сих пор не до конца изучена. Так, неясно, может ли работа сердца у взрослого организма адаптироваться к невыявленным или проходящим порокам развития. В то же время генетические исследования выявили важную роль ремоделирования ионных каналов в патогенезе AF, но роль структурных белков в регуляции аритмогенности предсердий неясна.
Недавно группа ученых из США обнаружила, что делеция всего девяти аминокислот (Δ9) внутри Ig-домена A-полосы титина приводит к нарушениям сокращения предсердий и дефектам в морфологии как у рыбок данио, так в культивируемых кардиомиоцитах человека.
Авторы использовали систему CRISPR-Cas9, чтобы провести направленный мутагенез титина (TTN) в человеческих кардиомиоцитах и его ортолога у рыбки данио (ttna). Они получили аллель ttnaΔ9, содержащий делецию в девять аминокислот в Ig-подобном домене A-полосы. Через 48 часов после оплодотворения, когда сборка саркомера в значительной степени уже произошла, электронная микроскопия показала, что эмбриональные кардиомиоциты ttna+/+ и ttnaΔ9/Δ9 схожи по организации и длине саркомеров, то есть ttnaΔ9 не нарушает сборку саркомеров в процессе развития сердца. Функциональная оценка работы сердца показала, что эмбрионы ttnaΔ9/Δ9 изначально имеют физиологические и функциональные нарушения, особенно в работе желудочков, которые быстро восстанавливаются, обеспечивая достаточную функцию желудочков и нормальную электрофизиологию для выживания и роста.
Хотя функция желудочков восстанавливалась, на 96 день после оплодотворения эмбрионы ttnaΔ9/Δ9 демонстрировали аномально шарообразную форму предсердий и значительное утолщение их стенок. Увеличение предсердий сохраняется и у взрослых особей ttnaΔ9/Δ9. У кардиомиоцитов предсердий взрослых рыбок данио ttnaΔ9/Δ9 наблюдается значительная дезорганизация и укорочение саркомеров, включая отсутствие M-линии и нечеткие границы между светлыми и темными полосами, по сравнению как с кардиомиоцитами предсердий ttna+/+, так и с кардиомиоцитами желудочков ttnaΔ9/Δ9. Аналогичные эксперименты на кардиомиоцитах человека, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (TTNΔ9/Δ9-hiPSC-aCMs), продемонстрировали снижение организации саркомеров и значительное уменьшение их длины.
Чтобы изучить, могут ли наблюдаемые структурные и функциональные изменения в сердце привести к электрофизиологическим аномалиям, ученые провели электрокардиографию и обнаружили, что 52% взрослых особей ttnaΔ9/Δ9 демонстрируют признаки AF. Также авторы выявили измененные амплитуды потенциала действия и укороченные длительности потенциала действия в кардиомиоцитах взрослых рыбок ttnaΔ9/Δ9 и TTNΔ9/Δ9-hiPSC-aCMs.
Гормон ANP экспрессируется на более высоком уровне в ответ на дисфункцию желудочков, и его оверэкспрессия связана с AF через калиевый ток IKs. Авторы продемонстрировали, что индуцированная делецией Δ9 аномальная регуляция экспрессии ANP ухудшает функцию предсердий за счет модуляции IKs-каналов.
Наконец, ученые продемонстрировали, что в то время как плотности натриевого тока (INa) и L-типа кальциевого тока (ICa,L) не различаются, пиковая плотность IKs значительно выше в TTNΔ9/Δ9-hiPSC-aCMs по сравнению с TTN+/+-hiPSC-aCMs. Более того, фармакологическая блокировка IKs устраняет аритмию и улучшает сокращение и расслабление предсердий в культуре TTNΔ9/Δ9-hiPSC-aCMs и предсердиях рыбок ttnaΔ9/Δ9.
Данное исследование показало, что делеция всего девяти аминокислот в белке титине приводит к неправильной морфологии предсердий и нарушению их работы у рыбок данио и в культуре кардиомиоцитов человека. По мнению авторов, их открытие — важный шаг на пути к пониманию патогенеза AF и разработке новых терапевтических подходов.
Сердце человека заполняется кровью эффективнее, чем у других приматов
Источник:
Xinghang Jiang, et al., Transient titin-dependent ventricular defects during development lead to adult atrial arrhythmia and impaired contractility, // Science, volume 27, issue 7, 110395, July 19, 2024, DOI: 10.1016/j.isci.2024.110395