カルシウム放出チャネル欠損症症候群の分子解析

Molecular characterization of the calcium release channel deficiency syndrome.

• David J Tester
• C S John Kim
• Samantha K Hamrick
• Dan Ye
• Bailey J O'Hare
• Hannah M Bombei
• Kristi K Fitzgerald
• Carla M Haglund-Turnquist
• Dianne L Atkins
• Luis A Ochoa Nunez
• Ian H Law
• Joel D Temple
• Michael J Ackerman

抄録

我々は、RYR2のプロモーター領域とエクソン1-4が関与する新しいホモ接合性重複を同定した。この重複は、アーミッシュコミュニティにおいて、RYR2が介在するカテコラミン作動性多型心室頻拍（CPVT）を示唆する表現型を持たない、非常に浸透性のある、労作に関連した突然死/心停止の原因となっている。ホモ接合型RYR2重複（RYR2-DUP）誘導多能性幹細胞心筋細胞（iPSC-CMs）を2人の無関係な患者から作製した。ベースラインのCa2+ハンドリングの測定値にはWT-株とRYR2-DUP-iPSC-CMs株の間に差はなかった。しかし、WT-iPSC-CMsと比較して、両方の患者ラインは、カフェインおよびイソプロテレノール（ISO）刺激Ca2+過渡振幅の劇的な減少を示し、RyR2の機能喪失を示唆していた。両患者のiPSC-CMsにおいて、WTと比較して50%以上のRYR2転写物/RYR2タンパク質発現の減少が認められた。RYR2-DUP-iPSC-CMsでは脱分極の遅延が観察されたが、WT-iPSC-CMsでは観察されなかった。また、RYR2-DUP-iPSC-CMsでは、WT-iPSC-CMsと比較して、ISOに反応して不整脈活性が有意に上昇した。ナドロール、プロプラノロール、フレカイニドは、不整脈活性をそれぞれ8.5倍、6.8倍、2.4倍減少させた。RYR2が介在するCPVTで観察される機能獲得機構とは異なり、ホモ接合体の複数のエクソン重複は、RYR2の転写とRyR2タンパク質の翻訳が劇的に減少し、カルシウムハンドリングの機能が失われ、カテコールアミンやカフェインに感受性のないカルシウム誘導性のカルシウム放出装置をもたらすことがわかった。

We identified a novel homozygous duplication involving the promoter region and exons 1-4 of RYR2 that is responsible for highly penetrant, exertion-related sudden deaths/cardiac arrests in the Amish community without an overt phenotype to suggest RYR2-mediated catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT). Homozygous RYR2-duplication (RYR2-DUP) induced pluripotent stem cell-cardiomyocytes (iPSC-CMs) were generated from two unrelated patients. There was no difference in baseline Ca2+ handling measurements between WT- and the RYR2-DUP-iPSC-CMs lines. However, compared to WT-iPSC-CMs, both patient lines demonstrated a dramatic reduction in caffeine and isoproterenol (ISO) stimulated Ca2+ transient amplitude, suggesting RyR2 loss-of-function. There was a >50% reduction in RYR2 transcript/RyR2 protein expression in both patient iPSC-CMs compared to WT. Delayed afterdepolarization was observed in the RYR2-DUP-iPSC-CMs but not in the WT-iPSC-CMs. Compared to WT-iPSC-CMs, there was a significantly elevated arrhythmic activity in the RYR2-DUP-iPSC-CMs in response to ISO. Nadolol, propranolol, and flecainide reduced erratic activity by 8.5 fold, 6.8 fold, and 2.4 fold, respectively from ISO challenge. Unlike the gain-of-function mechanism observed in RYR2-mediated CPVT, the homozygous multi-exon duplication precipitates a dramatic reduction in RYR2 transcription and RyR2 protein translation, a loss-of-function in calcium handling, and a calcium-induced calcium release apparatus that is insensitive to catecholamines and caffeine.