Cardiac Diseases with Molecular and Clinical Aspect : JPH2-RyR2-SCN5A gene mutations
Vanninen, Sari (2019)
Vanninen, Sari
Tampere University
2019
Lääketieteen ja biotieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine and Life Sciences
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2019-11-22
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1282-4
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1282-4
Tiivistelmä
Sydänperäisen äkkikuoleman ilmaantuvuus kaikissa ikäryhmissä on yksi tuhatta henkilövuotta kohden. Viime vuosikymmeninä geenitutkimusten kehittymisen myötä on molekyyligenetiikan avulla kyetty selventämään vakavien nuorellakin iällä henkeä uhkaavien sydänsairauksien diagnostiikkaa, optimoimaan hoitoja sekä arvioimaan sairastuneen lähisukulaisten sairastumisriskiä ja sydänseurantatarvetta. Lisäksi kantasolutekniikoiden kehittyminen helpottaa geneettisten sairauksien tutkimista solutasolla.
Perinnöllisiä sydänsairauksia hoitaessa löysimme mielenkiintoisia sukuja, joiden sairauksia tutkimme kliinisesti ja laboratorio-oloissa. Tämä väitöskirja käsittelee monogeenisia vallitsevasti periytyviä sydänsairauksia, joihin erityisesti diagnosoimattomana liittyy äkkikuoleman riski nuorena. Varhaisella diagnostiikalla ja oikein kohdennetuilla hoidoilla potilaiden sairauden ennustetta voidaan merkittävästi parantaa.
Totesimme laajassa pirkanmaalaisessa suvussa esiintyvän natriumkanava SCN5A D1275N geenimutaation, joka aiheuttaa sydämessä vakavia johtumishäiriöitä ja eteisperäisiä rytmihäiriöitä johtaen fataaleihin sydänperäisiin tromboembolisiin komplikaatioihin. Selvitimme 12-kytkentäisen sydänsähkökäyrän (EKG) löydöksien liittymistä SCN5A D1275N geenivirheeseen ja geenivirheen tromboembolisille komplikaatioille altistavien EKG löydösten ja tahdistin hoitoa vaativien johtumishäiriöiden ennakoitavuutta. Löysimme geenivirheeseen liittyviä sydänsairauden etenemistä ennakoivia EKG-muutoksia, joiden perusteella voimme jatkossa suunnitella geenivirheen kantajien hoitoja mahdollisimman oikea-aikaisesti ennen komplikaatioiden ilmaantumista.
Hypertrofinen eli paksuseinäinen sydänlihassairaus on yleinen vallitsevasti periytyvä sydänsairaus esiintyen yhdellä henkilöllä 500:sta. Toistaiseksi hypertrofista kardiomyopatiaa aiheuttavia geenivirheitä on eniten löytynyt sydämen supistumisesta vastaavista sarkomeeriproteiineista. Toisessa osatyössä pystyimme osoittamaan ensimmäistä kertaa ei-sarkomeerisen kalsiumin säätelyyn vaikuttavan junktofiliiniproteiinia koodaavan JPH2 – geenivirheen vaikuttavan perinnöllisen hypertrofisen kardiomyopatian syntyyn. Analysoimalla yhdeksän perheen JPH2 (Thr161Lys) geenivirheen kantajien sydänmanifestaatioita totesimme JPH2 geenivirheen yksinään aiheuttavan hypertrofista kardiomyopatiaa.
Katekoliamiiniherkkä polymorfinen kammiotakykardia (CPVT) on harvinainen perinnöllinen rytmihäiriösairaus, joka ilmaantuu fyysisen tai henkisen rasituksen yhteydessä katekolamiinien provosoidessa kammiolisälyöntisyyttä ja monimuotoista kammiotakykardiaa terverakenteisessa sydämessä. Rytmihäiriöiden hoidossa käytettävien lääkitysten teho on huono ja vaihteleva tautia aiheuttavan ryanodiinireseptori 2 (RyR2) mutaation kantajilla. Yhdistimme kliinisen ja kantasolututkimuksen tutkimalla dantroleeni-lääkkeen vaikutusta RyR2 mutaatiopotilailla ja heidän kantasoluistaan johdetuilla sydänsoluilla. Erityisesti, tutkimme mutaatiospesifistä lääkevastetta – N-terminaalimutaatioiden vaste hoitoon oli hyvä, kun taas C-terminaaliosan geenivirheen kantajilla ei ollut vastetta tutkitulle lääkkeelle. Merkittävin havaintomme oli huomata potilailla ja heidän kantasoluistaan johdetuilla sydänsoluilla (hiPSC-CM) olevan samanlainen lääkevaste. Jos potilas respondoi, myös hänen hiPSC-CM respondoivat lääkeaineelle, ja jos lääke ei tehonnut potilaaseen, se ei toiminut myöskään soluviljelmillä. Tutkimustulos kuvastaa mutaation sijainnilla olevan merkittävän vaikutuksen lääkevasteeseen. Siten voimme hiPSC-sydänsolumalleja käyttäen optimoida geneettisesti sydänsairaan potilaan hoitoja testaamatta lääkettä potilaalla.
Ihmisen alkion kantasoluja (hESC) ja indusoituja kantasoluja (hiPSC) kutsutaan yleisesti pluripotenteiksi kantasoluiksi (hPSC). Näitä soluja voidaan muuntaa erilaisiksi ihmisen soluiksi. Soluviljelytekniikoilla tuotettujen ihmisen sydänsolujen (hPSC-CM) sähköisiä ominaisuuksia voidaan mitata käyttäen mikroelektrodeja (MEA). Näiden avulla rekisteröidään solun sähköistä potentiaalia (FP), jonka ajatellaan vastaavan ihmiseltä otettavaa EKG-rekisteröintiä. QT-aika 12-kytkentäisessä EKG:ssa on sykeriippuvainen ja korjauskaavoilla pyritään poistamaan sykkeen muutoksen vaikutusta QT-aikaan. Tutkimme Bazettin kaavan soveltuvuutta hPSC-CM-solumalleissa. Vertasimme FP-aikaa (FPD) EKG:n QT-aikaan eri syketaajuuksilla terveillä henkilöillä syketaajuutta polkupyörärasituksella nopeuttaen. Totesimme hPSC-CM solujen repolarisaatioparametrien käyttäytyvän samoin kuin QT-aika EKG:ssa, siten sama korjauskaava sopii soluviljelmien sähköiseen rekisteröintiin.
Molekyyligeneettinen diagnoosi helpottaa potilaiden ja heidän terveiden lähisukulaisten sydänsairauden sairastumisriskin arviota, sairauden diagnostiikkaa ja hoitoa. Lisäksi kantasolutekniikoilla voimme tulevaisuudessa optimoida potilas- ja mutaatiospesifisiä hoitotapoja.
Perinnöllisiä sydänsairauksia hoitaessa löysimme mielenkiintoisia sukuja, joiden sairauksia tutkimme kliinisesti ja laboratorio-oloissa. Tämä väitöskirja käsittelee monogeenisia vallitsevasti periytyviä sydänsairauksia, joihin erityisesti diagnosoimattomana liittyy äkkikuoleman riski nuorena. Varhaisella diagnostiikalla ja oikein kohdennetuilla hoidoilla potilaiden sairauden ennustetta voidaan merkittävästi parantaa.
Totesimme laajassa pirkanmaalaisessa suvussa esiintyvän natriumkanava SCN5A D1275N geenimutaation, joka aiheuttaa sydämessä vakavia johtumishäiriöitä ja eteisperäisiä rytmihäiriöitä johtaen fataaleihin sydänperäisiin tromboembolisiin komplikaatioihin. Selvitimme 12-kytkentäisen sydänsähkökäyrän (EKG) löydöksien liittymistä SCN5A D1275N geenivirheeseen ja geenivirheen tromboembolisille komplikaatioille altistavien EKG löydösten ja tahdistin hoitoa vaativien johtumishäiriöiden ennakoitavuutta. Löysimme geenivirheeseen liittyviä sydänsairauden etenemistä ennakoivia EKG-muutoksia, joiden perusteella voimme jatkossa suunnitella geenivirheen kantajien hoitoja mahdollisimman oikea-aikaisesti ennen komplikaatioiden ilmaantumista.
Hypertrofinen eli paksuseinäinen sydänlihassairaus on yleinen vallitsevasti periytyvä sydänsairaus esiintyen yhdellä henkilöllä 500:sta. Toistaiseksi hypertrofista kardiomyopatiaa aiheuttavia geenivirheitä on eniten löytynyt sydämen supistumisesta vastaavista sarkomeeriproteiineista. Toisessa osatyössä pystyimme osoittamaan ensimmäistä kertaa ei-sarkomeerisen kalsiumin säätelyyn vaikuttavan junktofiliiniproteiinia koodaavan JPH2 – geenivirheen vaikuttavan perinnöllisen hypertrofisen kardiomyopatian syntyyn. Analysoimalla yhdeksän perheen JPH2 (Thr161Lys) geenivirheen kantajien sydänmanifestaatioita totesimme JPH2 geenivirheen yksinään aiheuttavan hypertrofista kardiomyopatiaa.
Katekoliamiiniherkkä polymorfinen kammiotakykardia (CPVT) on harvinainen perinnöllinen rytmihäiriösairaus, joka ilmaantuu fyysisen tai henkisen rasituksen yhteydessä katekolamiinien provosoidessa kammiolisälyöntisyyttä ja monimuotoista kammiotakykardiaa terverakenteisessa sydämessä. Rytmihäiriöiden hoidossa käytettävien lääkitysten teho on huono ja vaihteleva tautia aiheuttavan ryanodiinireseptori 2 (RyR2) mutaation kantajilla. Yhdistimme kliinisen ja kantasolututkimuksen tutkimalla dantroleeni-lääkkeen vaikutusta RyR2 mutaatiopotilailla ja heidän kantasoluistaan johdetuilla sydänsoluilla. Erityisesti, tutkimme mutaatiospesifistä lääkevastetta – N-terminaalimutaatioiden vaste hoitoon oli hyvä, kun taas C-terminaaliosan geenivirheen kantajilla ei ollut vastetta tutkitulle lääkkeelle. Merkittävin havaintomme oli huomata potilailla ja heidän kantasoluistaan johdetuilla sydänsoluilla (hiPSC-CM) olevan samanlainen lääkevaste. Jos potilas respondoi, myös hänen hiPSC-CM respondoivat lääkeaineelle, ja jos lääke ei tehonnut potilaaseen, se ei toiminut myöskään soluviljelmillä. Tutkimustulos kuvastaa mutaation sijainnilla olevan merkittävän vaikutuksen lääkevasteeseen. Siten voimme hiPSC-sydänsolumalleja käyttäen optimoida geneettisesti sydänsairaan potilaan hoitoja testaamatta lääkettä potilaalla.
Ihmisen alkion kantasoluja (hESC) ja indusoituja kantasoluja (hiPSC) kutsutaan yleisesti pluripotenteiksi kantasoluiksi (hPSC). Näitä soluja voidaan muuntaa erilaisiksi ihmisen soluiksi. Soluviljelytekniikoilla tuotettujen ihmisen sydänsolujen (hPSC-CM) sähköisiä ominaisuuksia voidaan mitata käyttäen mikroelektrodeja (MEA). Näiden avulla rekisteröidään solun sähköistä potentiaalia (FP), jonka ajatellaan vastaavan ihmiseltä otettavaa EKG-rekisteröintiä. QT-aika 12-kytkentäisessä EKG:ssa on sykeriippuvainen ja korjauskaavoilla pyritään poistamaan sykkeen muutoksen vaikutusta QT-aikaan. Tutkimme Bazettin kaavan soveltuvuutta hPSC-CM-solumalleissa. Vertasimme FP-aikaa (FPD) EKG:n QT-aikaan eri syketaajuuksilla terveillä henkilöillä syketaajuutta polkupyörärasituksella nopeuttaen. Totesimme hPSC-CM solujen repolarisaatioparametrien käyttäytyvän samoin kuin QT-aika EKG:ssa, siten sama korjauskaava sopii soluviljelmien sähköiseen rekisteröintiin.
Molekyyligeneettinen diagnoosi helpottaa potilaiden ja heidän terveiden lähisukulaisten sydänsairauden sairastumisriskin arviota, sairauden diagnostiikkaa ja hoitoa. Lisäksi kantasolutekniikoilla voimme tulevaisuudessa optimoida potilas- ja mutaatiospesifisiä hoitotapoja.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4945]