PKP2突變在心律失常性心肌病的發病機制中經常被發現

大阪大學于1月21日宣布，它已經利用源自人類iPS細胞的分化心肌細胞闡明了心律失常性心肌病的發病機制。 這項研究是由該大學醫學研究生院的全職副教授(重癥醫學)Shuichiro Higo、教授(心血管外科)Shigeru Miyagawa和教授(心血管醫學)Yasushi Sakata領導的研究小組進行。 該研究結果已發表在《干細胞報告》上。

心律失常性心肌病被定義為一組主要由基因組遺傳異常引起的心肌損傷的嚴重疾病，導致致命的心律失常和心力衰竭而猝死。 眾所周知，構成細胞間聯系的Desmosome的基因突變可導致心律失常性心肌病，其中PKP2突變是最常被發現的。 在心律失常性心肌病中，心律失常伴隨著心肌收縮力的下降，但詳細的分子機制還不清楚。 心律失常性心肌病的分子機制尚不清楚，有必要建立一個精確的人類疾病模型，以再現病理情況。

PKP2蛋白的減少導致心肌收縮力下降和脫細胞體的異常形成

該研究小組建立的iPS細胞(PKP2突變型/野生型)來自一例由PKP2基因的兩個等位基因中只有一個發生雜合框轉移突變而引起的心律失常性心肌病。 基因組編輯被用來生成雜合突變正常修復的iPS細胞(野生型/野生型)和兩個等位基因都發生移幀突變的iPS細胞(PKP2突變/PKP2突變)。 這些基因相同的細胞組被分化成心肌，隨著時間的推移，對片狀跳動心肌的運動矢量分析顯示，隨著PKP2蛋白的減少，心肌收縮力下降，興奮傳播受損。

此外，發現在完全失去PKP2后，脫膜蛋白DSG2會從細胞邊緣掉落，并且被PKP2減少到一半的量所抑制。

AAV中的PKP2基因轉移改善了收縮性并恢復了脫落的脫膠體

為了更詳細地研究脫膜體動力學，我們進一步對這三個細胞組進行了基因組編輯，并建立了一個成像細胞組，將紅色熒光蛋白(tdTomato)特意插入到DSG2基因的一個等位基因中。 延時成像使我們能夠觀察iPS細胞分化為心肌細胞過程中的脫膠體變化以及活細胞中跳動的心肌細胞中脫膠體的動態。

熒光標記的DSG2-tdTomato融合蛋白的表現與內源性基因相似，在跳動的心肌中觀察到由于PKP2缺陷導致的脫膜體形成減少。 PKP2突變的iPS-分化心肌細胞和脫膜體成像 (觀察到PKP2基因對iPS分化的心肌細胞有改善收縮性的作用，并隨著時間的推移恢復脫膜。

為開發難治性心肌病的治療方法提供一個有用的平臺

當心律失常性心肌病對現有的心力衰竭藥物沒有反應并進展時，唯一的治療方法就是心臟移植。 利用缺乏PKP2蛋白的iPS分化心肌細胞，該研究小組已經闡明了該疾病的發病機制，并證明了基因替代的治療概念。 使用精確設計的致心律失常心肌病模型細胞和成像細胞來觀察脫膠體，可能為未來開發難治性心肌病的療法提供一個有用的平臺。