Universität zu Köln

Kamga Kapchoup, Michelle Vanessa ORCID: 0000-0002-6284-6234 (2022). In-depth Characterization of Human iPSC-Cardiomyocytes Models of Long QT-3 and Brugada Syndromes during in vitro Maturation. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Cardiovascular diseases can be congenital or acquired and represent the main cause of mortality worldwide. Long QT Syndrome 3 (LQTS3) and Brugada Syndrome (BrS) are congenital channelopathies mostly caused by SCN5A mutation. Both diseases have been associated with gain- and loss-of-function of the channel respectively. However, some mutations display an overlapping phenotype between the two diseases, rendering the diagnostic as well as the therapy of the diseases challenging. The use of disease-specific pluripotent stem cells to develop disease models has enabled the research of pathogenic pathways related to diseases and the search for new treatments. Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) represent a platform that has allowed advancement in personalized therapy circumventing the problem of genotype-phenotype differences existing between individuals. This study aimed to characterize both disease phenotypes at a cellular, molecular, and functional level. For this purpose, we used different stages of cardiomyocytes maturation to perform our experiments. The use of cardiomyocytes at distinct time points of maturation revealed that a certain threshold of CMs maturity is necessary for the evaluation of disease phenotypes during in-vitro experiments. At the cellular level, we observed that Cx43 distribution within the intercalated discs is not disturbed in disease models compared to the control. However, numerous genes coding for proteins involved in the mechanisms of ECC and cardiomyocytes' contractility were dysregulated. The molecular data as well as the patch-clamp analysis allow us to hypothesize that V240M mutation could be associated with a mixed phenotype between LQTS3 and BrS, and that the Q646Rfs*5 mutation is associated with BrS as described by prior studies. The calcium imaging showed that in the two disease models, the Ca2+ transient is impaired, and the time corresponding to 50% of Ca2+ extrusion is prolonged.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language UNSPECIFIED English
Translated abstract:	Abstract Language Herz-Kreislauf-Erkrankungen können angeboren oder erworben sein und stellen die Hauptursache für die Sterblichkeit weltweit. Das lange QT-Syndrom 3 (LQTS3) und das Brugada-Syndrom (BrS) sind angeborene Kanalopathien, die meist durch eine SCN5A-Mutation verursacht werden. Beide Krankheiten werden mit einem Funktionsgewinn bzw. Funktionsverlust des Kanals in Verbindung gebracht. Einige Mutationen zeigen jedoch einen überlappenden Phänotyp zwischen den beiden Krankheiten, was sowohl die Diagnose als auch die Therapie der beiden Krankheiten schwierig macht. Die Verwendung krankheitsspezifischer pluripotenter Stammzellen zur Entwicklung von Krankheitsmodellen hat die Erforschung der mit der Krankheit verbundenen Pathogenitätswege und die Suche nach neuen Behandlungsmöglichkeiten ermöglicht. Aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnene Kardiomyozyten (hiPSC-CMs) stellen eine Plattform dar, die Fortschritte in der personalisierten Therapie ermöglicht hat, indem sie das Problem der Genotyp-Phänotyp-Unterschiede zwischen Individuen umgeht. Ziel dieser Studie war es, beide Krankheitsphänotypen auf zellulärer, molekularer und funktioneller Ebene zu charakterisieren. Zu diesem Zweck verwendeten wir für unsere Experimente verschiedene Stadien der Kardiomyozytenreifung. Die Verwendung von Kardiomyozyten zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Reifung zeigte, dass ein bestimmter Schwellenwert der CM-Reifung für die Bewertung von Krankheitsphänotypen in In-vitro-Experimenten erforderlich ist. Auf zellulärer Ebene konnten wir feststellen, dass die Verteilung von Cx43 in den Interkalotten in den Krankheitsmodellen im Vergleich zur Kontrolle nicht gestört ist. Allerdings wurden zahlreiche Gene, die für Proteine kodieren, die an den Mechanismen der ECC und der Kontraktilität der Kardiomyozyten dysreguliert. Sowohl die molekularen Daten als auch die Patch-Clamp-Analyse lassen die Hypothese zu, dass die V240M-Mutation mit einem gemischten Phänotyp zwischen LQTS3 und BrS assoziiert sein könnte, und dass die Q646Rfs*5-Mutation, wie in früheren Studien beschrieben, mit BrS assoziiert ist. Die Kalziumbildgebung zeigte, dass in den beiden Krankheitsmodellen die Ca2+-Transiente beeinträchtigt ist und die Zeit, die 50 % der Ca2+-Extrusion entspricht, verlängert ist. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kamga Kapchoup, Michelle Vanessa michellevanessa.kamgakapchoup@thermofisher.com orcid.org/0000-0002-6284-6234 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-645331
Date:	29 December 2022
Language:	English
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Physiologie und Pathophysiologie > Zentrum für Physiologie und Pathophysiologie
Subjects:	no entry
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Human induced pluripotent stem cells, human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte, Cardiomyocytes differentiation English Long QT Syndrome 3, Brugada Syndrome, Field potential, Calcium imaging, Patch-clamp, Genes, Cx43 English
Date of oral exam:	31 October 2022
Referee:	Name Academic Title Herzig, Stefan Prof Dr. Isbrandt, Dirk Prof Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/64533