Effects of uniaxial strain in hypertrophic cardiomyopathy -patient specific human induced pluripotent stem cell -derived cardiomyocytes
Pölönen, Risto-Pekka (2014)
2014
Biokemia - Biochemistry
BioMediTech - BioMediTech
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-05-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:uta-201407041957
https://urn.fi/URN:NBN:fi:uta-201407041957
Tiivistelmä
Background and aims: Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is genetically inherited autosomal-dominant disease with significant genotypic and phenotypic heterogeneity. HCM is one of the most common inherited cardiovascular disorders and the leading cause of sudden cardiac death (SCD) in young adults. Typically hypertrophy affects the left ventricle and interventricular septum and may eventually lead to various cardiac complications. No specific preventive therapy is available for HCM. The aim of this study was to identify and compare the effects of uniaxial mechanical strain on HCM –patient specific and control human induced pluripotent stem cell -derived cardiomyocytes.
Methods: Four induced pluripotent stem cell (hiPSC) lines were used in this study. Three cell lines were HCM –patient specific carrying the Q1061X- Finnish founder mutation in MYBPC3 gene and one wild type cell line was generated from a healthy individual. Cardiomyocytes (CMs) were differentiated from the hiPSC lines by END-2 method, stretched uniaxially by Flexcell®-apparatus, immunostained, imaged and analyzed. From immunostained images, hiPSC –derived CMs’ proliferation, alignment, multinucleation, area and sarcomere protein organization were analyzed.
Results: Stretched and control hiPSC –derived CMs were compared. Stretching decreased proliferation and multinuclearism. Stretching induced growth of area in wild type CMs, formation of atrial CMs and alignment against the axis of the strain. Stretching had diverse effects on sarcomere protein organization. When HCM and wild type cells were compared, proliferation and alignment were similar, there were more multinuclear and atrial HCM CMs and wildtype CMs were smaller in area.
Conclusions: Uniaxial mechanical stretch has diverse effects on hiPSC –derived CMs. By mechanical stimulation, hiPSC –derived CMs could be made more mature to better resemble native adult CMs.
Yhdensuuntaisen mekaanisen venytyksen vaikutukset hypertrofista kardiomyopatiaa sairastavista potilaista tuotettuihin indusoiduista pluripotenteista kantasoluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin
Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Hypertrofinen kardiomyopatia (HCM) on autosomaali-dominantisti periytyvä sairaus joka on sekä geno- että fenotyypiltään hyvin heterogeeninen. HCM on yksi yleisimmistä periytyvistä sydänsairauksista sekä erittäin merkittävä tekijä sydämen komplikaatioista johtuvissa äkkikuolemissa nuorilla aikuisilla. Taudille tyypillinen vasemman kammion- ja kammioiden välisen seinämän sydänlihaksen paksuuntuminen voi johtaa useisiin erimuotoisiin sydämen toiminnallisiin komplikaatioihin. Hoitoa HCM:aa vastaan ei ole vielä löydetty. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli identifioida ja verrata yhdensuuntaisen mekaanisen venytyksen vaikutuksia HCM –potilaiden ja kontrollihenkilöiden ihmisen indusoiduista pluripotenteista kantasoluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin.
Tutkimusmenetelmät: Tutkimuksessa käytettiin neljää eri ihmisen fibroblasteista uudelleenohjelmoitua indusoitua pluripotenttia kantasolulinjaa (hiPSC) joista kolme oli HCM-potilasspesifisiä kantaen suomalaista MYBPC3-valtamutaatiota (Q1061X) ja yksi kontrollilinja terveestä henkilöstä. Näistä linjoista erilaistettuja sydänlihassoluja venytettiin yhdensuuntaisesti Flexcell®-laitteella, immunovärjättiin, kuvattiin ja analysoitiin. Immunovärjätyistä kuvista analysoitiin hiPS-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen jakautumista, järjestäytymistä, monitumaisuutta, pinta-alaa, sarkomeeriproteiinien organisoitumista sekä kammio- ja eteisspesifisten sydänlihassolujen muodostumista.
Tutkimustulokset: Venytettyjä ja venyttämättömiä iPS-soluista erilaistettuja sydänlihassoluja verrattiin keskenään. Venytys vähensi jakaantumista ja monitumaisuutta. Venytys indusoi pinta-alan kasvua villityypin soluissa, eteisspesifisten sydänlihassolujen muodostumista sekä järjestäytymistä venytyksen suuntaa vasten. Venytyksellä oli erilaisia vaikutuksia eri sarkomeeriproteiinien järjestäytymiseen. Verrattaessa HCM- ja kontrolli-sydänlihassoluja keskenään, jakautuminen ja järjestäytyminen olivat samaa luokkaa, monitumaisia sekä eteisspesifisiä HCM -sydänlihassoluja oli enemmän ja kontrollisolut olivat pienempiä pinta-alaltaan.
Johtopäätökset: Yhdensuuntaisella mekaanisella venytyksellä on useita eri vaikutuksia hiPS-soluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin. Mekaanisesti stimuloimalla hiPSC sydänlihassoluja voidaan saada kypsymään ja paremmin vastaamaan aikuisen kudoksen kypsiä sydänlihassoluja.
Methods: Four induced pluripotent stem cell (hiPSC) lines were used in this study. Three cell lines were HCM –patient specific carrying the Q1061X- Finnish founder mutation in MYBPC3 gene and one wild type cell line was generated from a healthy individual. Cardiomyocytes (CMs) were differentiated from the hiPSC lines by END-2 method, stretched uniaxially by Flexcell®-apparatus, immunostained, imaged and analyzed. From immunostained images, hiPSC –derived CMs’ proliferation, alignment, multinucleation, area and sarcomere protein organization were analyzed.
Results: Stretched and control hiPSC –derived CMs were compared. Stretching decreased proliferation and multinuclearism. Stretching induced growth of area in wild type CMs, formation of atrial CMs and alignment against the axis of the strain. Stretching had diverse effects on sarcomere protein organization. When HCM and wild type cells were compared, proliferation and alignment were similar, there were more multinuclear and atrial HCM CMs and wildtype CMs were smaller in area.
Conclusions: Uniaxial mechanical stretch has diverse effects on hiPSC –derived CMs. By mechanical stimulation, hiPSC –derived CMs could be made more mature to better resemble native adult CMs.
Yhdensuuntaisen mekaanisen venytyksen vaikutukset hypertrofista kardiomyopatiaa sairastavista potilaista tuotettuihin indusoiduista pluripotenteista kantasoluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin
Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Hypertrofinen kardiomyopatia (HCM) on autosomaali-dominantisti periytyvä sairaus joka on sekä geno- että fenotyypiltään hyvin heterogeeninen. HCM on yksi yleisimmistä periytyvistä sydänsairauksista sekä erittäin merkittävä tekijä sydämen komplikaatioista johtuvissa äkkikuolemissa nuorilla aikuisilla. Taudille tyypillinen vasemman kammion- ja kammioiden välisen seinämän sydänlihaksen paksuuntuminen voi johtaa useisiin erimuotoisiin sydämen toiminnallisiin komplikaatioihin. Hoitoa HCM:aa vastaan ei ole vielä löydetty. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli identifioida ja verrata yhdensuuntaisen mekaanisen venytyksen vaikutuksia HCM –potilaiden ja kontrollihenkilöiden ihmisen indusoiduista pluripotenteista kantasoluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin.
Tutkimusmenetelmät: Tutkimuksessa käytettiin neljää eri ihmisen fibroblasteista uudelleenohjelmoitua indusoitua pluripotenttia kantasolulinjaa (hiPSC) joista kolme oli HCM-potilasspesifisiä kantaen suomalaista MYBPC3-valtamutaatiota (Q1061X) ja yksi kontrollilinja terveestä henkilöstä. Näistä linjoista erilaistettuja sydänlihassoluja venytettiin yhdensuuntaisesti Flexcell®-laitteella, immunovärjättiin, kuvattiin ja analysoitiin. Immunovärjätyistä kuvista analysoitiin hiPS-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen jakautumista, järjestäytymistä, monitumaisuutta, pinta-alaa, sarkomeeriproteiinien organisoitumista sekä kammio- ja eteisspesifisten sydänlihassolujen muodostumista.
Tutkimustulokset: Venytettyjä ja venyttämättömiä iPS-soluista erilaistettuja sydänlihassoluja verrattiin keskenään. Venytys vähensi jakaantumista ja monitumaisuutta. Venytys indusoi pinta-alan kasvua villityypin soluissa, eteisspesifisten sydänlihassolujen muodostumista sekä järjestäytymistä venytyksen suuntaa vasten. Venytyksellä oli erilaisia vaikutuksia eri sarkomeeriproteiinien järjestäytymiseen. Verrattaessa HCM- ja kontrolli-sydänlihassoluja keskenään, jakautuminen ja järjestäytyminen olivat samaa luokkaa, monitumaisia sekä eteisspesifisiä HCM -sydänlihassoluja oli enemmän ja kontrollisolut olivat pienempiä pinta-alaltaan.
Johtopäätökset: Yhdensuuntaisella mekaanisella venytyksellä on useita eri vaikutuksia hiPS-soluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin. Mekaanisesti stimuloimalla hiPSC sydänlihassoluja voidaan saada kypsymään ja paremmin vastaamaan aikuisen kudoksen kypsiä sydänlihassoluja.