Сердечная патология при миодистрофии Дюшенна связана с дисфункцией каналосом

Мышечная дистрофия Дюшенна — это наследственное X-сцепленное заболевание, при котором изоформа Dp427 гена, кодирующего дистрофин, теряет свою функцию. Часто болезнь затрагивает ткани сердца: к 20 годам у пациентов развивается кардиомиопатия, повышается риск аритмии и летального исхода. Однако механизм развития этой патологии до сих пор не изучен.

Исследователи из США, Испании и Израиля выяснили, как потеря функционального гена Dp427 приводит к патологии сердца. С помощью перепрограммирования фибробластов больных и здоровых людей они получили линии кардиомиоцитов iPSC-СM (Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes) и изучили их физиологию. Для экспериментов использовали подложку с особым рельефом, заполненную внеклеточным матриксом. На ней клетки принимали правильную вытянутую форму, что позволяло проводить электрофизиологические измерения.

Фибробласты были собраны у двух мужчин с миодистрофией Дюшенна (гемизиготны по мутации в Dp427) и женщины, гетерозиготной по мутации в Dp427. Все трое имели проблемы с сердцем. В качестве контроля взяли две линии iPSC-СM: одну получили из клеток здорового донора, вторую из коммерческих плюрипотентных клеток.

С помощью методов patch-clamp и current-clamp ученые оценили параметры потенциала действия, такие как скорость нарастания потенциала, его амплитуда и максимальный диастолический потенциал. Все три параметра кардиомиоцитов, полученных из клеток пациентов, значительно отличались от контроля: диастолический потенциал был больше, а амплитуда потенциала действия и скорость его изменения были меньше.

Скорость изменения потенциала связана с проводимостью ткани. С помощью чувствительного к напряжению флуоресцентного сенсора ученые показали, что в клетках с мутацией проводимость на 30–50% ниже, чем в контрольных клетках. Интересно, что экспрессия коннексина 43, играющего критическую роль в синхронизации сердечных сокращений, не изменялась по сравнению с контролем.

Важную роль в сокращении сердца играют натриевые каналы. Авторы обнаружили, что в кардиомиоцитах от пациентов плотность натриевого тока в два раза меньше, чем в контрольных клетках. Более того, в гемизиготных клетках значительно снижался калиевый ток. При этом все клетки демонстрировали одинаковое количество натриевых и калиевых каналов.

В сердце присутствует ассоциированный с дистрофином белок α1-синтрофин. Он играет роль каркаса для сборки сигнальных белков и ионных каналов. Например, вместе с натриевыми и калиевыми каналами он формирует макромолекулярный комплекс — каналосому. Ученые предположили, что увеличение экспрессии α1-синтрофина восстановит нормальную электрофизиологию iPSC-СM даже в отсутствии дистрофина. Действительно, трансфекция кардиомиоцитов от пациентов геном α1-синтрофина привела к нормализации калиевых и натриевых токов, увеличению проводимости и восстановлению сократительной функции.

Таким образом, утрата функционального дистрофина в кардиомиоцитах приводит к дисфункции каналосомы. Нормализовать работу клеток можно, повысив уровень α1-синтрофина. Результаты работы могут помочь при разработке новых методов терапии миодистрофии Дюшенна.