Effects of hypertrophic stimuli and compound C-2021 on human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes
| Title: | Effects of hypertrophic stimuli and compound C-2021 on human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes |
| Author(s): | Pohjavaara, Saana |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
| Degree program: | Master's Programme in Pharmacy |
| Specialisation: | Pharmacology |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2021 |
| Abstract: |
Laajentava sydänlihassairaus eli dilatoiva kardiomyopatia on sydänlihassairaus, joka voi johtaa sydämen vajaatoimintaan. Tyypillisesti dilatoivassa kardiomyopatiassa vasen kammio on laajentunut ja sen seinämä on ohentunut sekä supistuvuus heikentynyt. Dilatoivan kardiomypatian tunnuspiirteet eivät liity epänormaaliin kuormitukseen, kuten verenpainetautiin. Dilatoiva kardiomyopatia voi aiheutua useista eri syistä, kuten virusinfektiosta, toksisista aineista, sekä geenimutaatioista. Yksi merkittävimmistä dilatoivalle kardiomyopatialle altistavista mutaatioista Suomessa on mutaatio S143P LMNA-geenissä, joka säätelee A-tyypin lamiineja. Tämänhetkinen dilatoivan kardiomyopatian lääkehoito noudattaa sydämen vajaatoiminnan hoitosuosituksia, ja tavoitteena on helpottaa oireita sekä ehkäistä komplikaatioita ja taudin etenemistä. Kuitenkaan lääkehoidolla ei voida parantaa dilatoivaa kardiomyopatiaa, minkä vuoksi uusia ratkaisuja lääkehoitoon tarvitaan. Transkriptiotekijät ovat geeniluentaa sääteleviä proteiineja, jotka sitoutuvat tiettyyn DNA-sekvenssiin aiheuttaen muutoksia geeniekspressiossa. Transkriptiotekijät ovat uusi, houkutteleva lääkevaikutuskohde, sillä niiden avulla voidaan muunnella geeniekspressiota tarkasti. GATA4 on sekä alkionkehityksen aikana että aikuisessa sydämessä merkittävä transkriptiotekijä, joka säätelee geeniekspressiota sekä yksin että muiden transkriptiotekijöiden kanssa. Pienmolekyyleillä, jotka vaikuttavat GATA4:ään, on havaittu olevan hypertrofiaa lievittäviä ja sydäntä suojaavia vaikutuksia.
Tässä tutkimuksessa tutkittiin kahden hypertrofisen stimulaation, endoteliini-1:n ja mekaanisen venytyksen, vaikutuksia ihmisen indusoiduista monikykyisistä kantasoluista erilaistettuihin sydänlihassoluihin (hiPSC-sydänlihassoluihin) automatisoidulla kuva-analyysillä sekä qRT-PCR:llä. Lisäksi tutkittiin GATA4:ään vaikuttavan yhdisteen, C-2021:n, vaikutuksia hiPSC-sydänlihassoluihin. hiPSC-sydänlihassolulinjoja oli käytössä kaksi erilaista: toinen kontrollisolulinja, ja toinen S143P-mutaatiota kantava linja (DCM-sydänlihassolut). HCA:n perusteella endoteliini-indusoitu hypertrofinen vaste oli lähtökohtaisesti korkeampi DCM-sydänlihassoluilla verrattuna terveeseen kontrolliin. Lisäksi havaittiin, että mekaanisella venytyksellä aiheutettu hypertrofinen vaste ei ollut yhtä merkittävä DCM-sydänlihassoluissa kuin terveessä kontrollissa. Yhdisteellä C-2021 saattaa olla hypertrofista vastetta lievittäviä vaikutuksia, mikä tekee siitä potentiaalisen lääkeainekandidaatin. Lisäksi lamiini A saattaa lokalisoitua väärin tumalimaan DCM-sydänlihassoluissa.
Dilated cardiomyopathy is a non-ischemic cardiac disorder predisposing to heart failure, and the characteristics of dilated cardiomyopathy emerge under normal loading conditions. Dilated cardiomyopathy can be consequence of various conditions e.g. genetic mutations, virus infection or toxin exposures. One of the significant causes of familial dilated cardiomyopathy in Finland is mutation S143P in LMNA-gene, coding for A type lamins. Current drug therapy for dilated cardiomyopathy aims to alleviation of symptoms, prevention of complications and progression of the disease, however, efficacy of current therapy is insufficient, and novel therapy strategies are urgently required. Transcription factors are fundamental regulators of gene expression, and GATA4 is a crucial transcription factor both in embryonic and in adult heart and thus an intriguing target for therapeutic manipulation. Compounds targeting GATA4 have shown anti-hypertrophic and cardioprotective effects.
Here, effects of two different hypertrophic stimuli, endothelin-1 and mechanical stretch, on human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) were examined with high-content analysis and quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR), respectively. One hiPSC-CM line was used as a healthy control, whereas the other carried the S143P mutation in LMNA-gene (DCM-CMs). Additionally, effects of GATA4-targeting compound C-2021 on cardiomyocytes were investigated. In summary, according to proBNP staining, DCM-CMs are more hypertrophied at baseline. DCM-CMs seemed to be less susceptible to mechanical stretch-induced enhancement in BNP gene expression. In addition, compound C 2021 may have anti-hypertrophic properties suggesting it to be a potential drug candidate in cardiac diseases. Finally, lamin A seemed to mislocalize to nucleoplasm instead of nuclear lamina in DCM-CMs.
|
| Keyword(s): | dilated cardiomyopathy human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes hiPSC-CMs high-content analysis qRT-PCR drug discovery |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Pohjavaara_Saana_Pro_Gradu_2021.pdf | 1.194Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [577]