Mutacje zespołu Timothy'ego G402S i G406R znoszą inaktywację Ca(V)1.2 i powodują dysfunkcję wielu narządów oraz śmiertelne zaburzenia rytmu serca. Aby uzyskać wgląd w konsekwencje mutacji G402S na strukturę i funkcję kanału, systematycznie mutowaliśmy odpowiedni Gly-432 kanału królika i zastosowaliśmy modelowanie homologiczne. Wszystkie mutacje Gly-432 (G432A/M/N/V/W) zmniejszyły inaktywację kanału. inaktywację kanału. Modelowanie homologiczne ujawniło, że Gly-432 stanowi część wysoce konserwatywnego motywu strukturalnego (G/A/G/A) małych reszt w homologicznych pozycjach pozycjach wszystkich czterech domen (Gly-432 (IS6), Ala-780 (IIS6), Gly-1193 (IIIS6), Ala-1503 (IVS6)). Odpowiednie mutacje w domenach II, III i IV indukowały natomiast Natomiast równoległe przesunięcia krzywych aktywacji i inaktywacji wskazują na zachowane sprzężenie między oboma procesami. Zakłócenie między sprzężeniem aktywacji i inaktywacji było specyficzne dla mutacji Gly-432 w domenie I. Mutacje Gly-432 usuwały inaktywację niezależnie od zmian w aktywacji. aktywacji. We wszystkich czterech domenach reszty G/A/G/A są w bliskim kontakcie z większymi nieporęcznymi aminokwasami z sąsiednich domen. większymi nieporęcznymi aminokwasami z sąsiednich helis S6. Te interakcje najwyraźniej zapewniają punkty adhezji, tym samym szczelnie zamykając bramkę aktywacyjną Ca(V)1.2 w stanie zamkniętym. Taka hipoteza strukturalna jest wspierana przez zmiany w bramkowaniu aktywacji wywołane mutacjami reszt G/A/G/A. The implikacje strukturalne dla bramkowania aktywacji i inaktywacji Ca(V)1.2 są omówione. --- Bramkowane napięciem, wrażliwe na dihydropirydynę kanały Ca(2+) typu L są multimerycznymi białkami składającymi się z białkami składającymi się z tworzącej pory podjednostki transbłonowej α(1) (Ca(v)1.2) oraz podjednostek podjednostek pomocniczych β, α(2)δ i γ. Wejście Ca(2+) przez kanały Ca(v)1.2 kształtuje potencjał czynnościowy (AP) miocytów serca i jest wymagany do sprzężenia pobudzenie-skurcz. Dwie mutacje punktowe de novo reszt glicynowych Ca(v)1.2 G406R i G402S, powodują rzadkie zaburzenie wieloukładowe zwane zespołem Timothy'ego (TS). (TS). Omawiamy tutaj ostatnie prace nad mechanizmami, dzięki którym kanały Ca(v)1.2 z mutacjami TS wykazują spowolnioną inaktywację, która prowadzi do zwiększonego napływu Ca(2+), wydłużając AP serca i promując śmiertelne arytmii. Na podstawie tych badań proponujemy model, w którym białko rusztowania białko AKAP79/150 stabilizuje otwartą konformację kanałów Ca(v)1.2-TS i ułatwia fizyczne interakcje między sąsiednimi kanałami poprzez ich C-ogony, zwiększając aktywność sąsiednich kanałów i wzmacniając napływ Ca(2+). --- Zespół Timothy'ego (TS) jest chorobą dziedziczoną autosomalnie dominująco z konstelacją cech, w tym wydłużony odstęp QT, nieprawidłowości dłoni i stóp oraz upośledzenie umysłowe lub autyzm. upośledzenie umysłowe lub autyzm. Splawski i wsp. [2004] opisali wcześniej dwa fenotypy fenotypy związane z TS wyróżniające się dwiema unikalnymi i różnymi mutacjami w obrębie genu CACNA1C. Przedstawiamy przypadek noworodka, u którego stwierdzono wydłużonym odstępem QT i towarzyszącym polimorficznym częstoskurczem komorowym, dysmorficzne rysy twarzy, syndaktylię dłoni i stóp oraz przykurcze stawów, sugerujące TS. przykurcze stawów, sugerujące TS. Wystąpił u niego udar mózgu, a następnie drgawki i stwierdzono ślepotę korową, a później głębokie opóźnienie rozwoju. opóźnienie rozwoju. Wstępna ukierunkowana analiza mutacji nie zidentyfikowała żadnej z z wcześniej opisanych mutacji związanych z TS; jednak pełne sekwencjonowanie genu sekwencjonowanie wykryło nową mutację genu CACNA1C (p.Ala1473Gly). Wyniki kliniczne i genetyczne w naszym przypadku poszerzają zarówno kliniczną, jak i molekularną wiedzę na temat TS. --- Zespół Timothy'ego, zespół długiego QT typu 8, jest wysoce złośliwy z tachyarytmią komorową. tachyarytmią komorową. U 30-miesięcznego chłopca doszło do nagłego zatrzymania krążenia podczas znieczulenia przed operacją plastyczną obustronnej syndaktylii skórnej. Po udanej resuscytacji stwierdzono wydłużenie odstępu QT (QTc, 0,58-0,60 s) i naprzemienność załamków T. w elektrokardiogramie. Rozpoczęto podawanie β-blokera, aby zapobiec tachykardii i zapaści, po czym nie wystąpiły już żadne zdarzenia arytmiczne. arytmii. Geny KCNQ1, KCNH2, KCNE1 i 2 oraz SCN5A były ujemne dla zespołu długiego QT. zespołu długiego QT. Mutacja p.Gly406Arg została potwierdzona w CACNA1C, który utrzymuje depolaryzację kanału wapniowego typu depolaryzację kanału wapniowego typu L w sercu i innych układach. --- UZASADNIENIE: Kanały Ca(2+) typu L (Ca(V)1.2) kształtują przebieg potencjału czynnościowego serca. i są niezbędne dla sprzężenia pobudzenie-skurcz w sercu. A mutacja G406R w cytoplazmatycznej pętli kanałów Ca(V)1.2. powoduje zespół długiego QT 8 (LQT8), chorobę znaną również jako zespół Timothy'ego. Jednak mechanizmy, dzięki którym mutacja ta nasila prądy Ca(V)1.2-LQT8 i generuje śmiertelne arytmie są niejasne. CEL: Aby przetestować hipotezę, że białko kotwiczące AKAP150 moduluje AKAP150 moduluje bramkowanie kanału Ca(V)1.2-LQT8 w miocytach komorowych. METODY I WYNIKI: Wykorzystując kombinację metod molekularnych, obrazowania i podejścia elektrofizjologiczne, odkryliśmy, że kanały Ca(V)1.2-LQT8 są nieprawidłowo sprzężone z AKAP150. Patofizjologiczną konsekwencją tworzenia tego nieprawidłowego kompleksu białko kotwiczące kanał jonowy jest zwiększone prądy Ca(V)1.2-LQT8 . Dzieje się to poprzez mechanizm, w którym białko kotwiczące działa jak podjednostka kanałów Ca(V)1.2-LQT8, która stabilizuje konformację otwartą konformację i zwiększa prawdopodobieństwo skoordynowanego otwarcia tych kanałów. kanałów. Ablacja AKAP150 przywraca normalne bramkowanie w kanałach Ca(V)1.2-LQT8 i chroni serce przed arytmią. WNIOSEK: Proponujemy, aby zależne od AKAP150 zmiany w bramkowaniu kanałów Ca(V)1.2-LQT8 mogą stanowić nowy ogólny mechanizm arytmii wywołanych przez Ca(V)1.2. --- Wejście wapnia do komórek pobudliwych jest ważnym sygnałem fizjologicznym, wspieranym przez i wysoce wrażliwym na aktywność bramkowanych napięciem kanałów Ca2+ kanałów. Po depolaryzacji błony, kanały Ca2+ najpierw się otwierają, a następnie ulegają różnym formom regulacji ujemnego sprzężenia zwrotnego, w tym inaktywacji zależnej od napięcia i wapnia (ang. inaktywację zależną od napięcia i wapnia (odpowiednio VDI i CDI). Inaktywacja aktywności kanału Ca2+ jest zaburzona w rzadkim, ale wyniszczającym zaburzeniu znanym jako zespół Timothy'ego (TS). Zespół Timothy'ego (TS), którego cechy obejmują autyzm lub zaburzenia ze spektrum autyzmu wraz z ciężkimi zaburzeniami rytmu serca i nieprawidłowościami rozwojowymi. Większość przypadków TS wynika ze sporadycznej zmiany pojedynczego nukleotydu, która generuje mutację (G406R) w podjednostce tworzącej pory kanału Ca2+ typu L Ca(V)1.2. My odkryliśmy, że mutacja TS silnie i selektywnie spowalnia VDI, jednocześnie oszczędzając lub prawdopodobnie przyspieszając kinetykę CDI. Spowolnienie VDI zaobserwowano, gdy kanały typu L ulegały ekspresji z podjednostkami beta1 widocznymi w mózgu, jak również jak również podjednostki beta2 ważne dla serca. Dysocjacja VDI i CDI została dodatkowo potwierdzona przez pomiary prądów bramkujących kanałów Ca2+ i przez analizę innej mutacji kanału (I1624A), która przyspiesza VDI, działając przed etapu obejmującego Gly406. Jak podkreślono w przypadku mutacji TS, CDI nie przechodzi do kompletności, ale osiąga poziom około 50%, co jest zgodne ze zmianą trybów bramkowania, a nie absorbującym procesem inaktywacji. Zatem mutacja TS oferuje unikalną perspektywę na mechanizmy inaktywacji, a także obiecujący punkt wyjścia do badania obiecujący punkt wyjścia do badania patofizjologii autyzmu. --- Osoby z wrodzonym lub nabytym wydłużeniem odstępu QT lub zespołem długiego QT (ang. long QT (LQTS), są narażone na zagrażające życiu komorowe zaburzenia rytmu serca. LQTS ma zwykle podłoże genetyczne, ale może być również spowodowany lub nasilony przez czynniki środowiskowe. czynniki środowiskowe. Mutacja missense w kanale wapniowym typu L Ca(V)1.2 prowadzi do LQTS u pacjentów z zespołem Timothy'ego. Aby zbadać wpływ zespołu Timothy'ego na aktywność elektryczną i skurcz ludzkich kardiomiocytów. ludzkich kardiomiocytów, przeprogramowaliśmy ludzkie komórki skóry od pacjentów z zespołem Timothy'ego aby wygenerować indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste i zróżnicowaliśmy te komórki w kardiomiocyty. w kardiomiocyty. Rejestracja elektrofizjologiczna i obrazowanie wapnia (Ca(2+)) ujawniły nieregularne skurcze, nadmierny napływ Ca(2+) przedłużone potencjały czynnościowe, nieregularną aktywność elektryczną i nieprawidłowe w komórkach komoropodobnych. Odkryliśmy, że roskowityna, związek związek, który zwiększa zależną od napięcia inaktywację Ca(V)1.2 (refs 6-8), przywrócił elektryczne i Ca(2+) właściwości sygnalizacyjne kardiomiocytów od pacjentów z zespołem Timothy'ego. Badanie to zapewnia nowe możliwości badania molekularnych i komórkowych mechanizmów arytmii serca u ludzi, i zapewnia solidny test do opracowywania nowych leków do leczenia tych chorób. --- Kanały Ca(V) to wielopodjednostkowe kompleksy białkowe, które umożliwiają wewnątrzkomórkowe prądy Ca(2+) w odpowiedzi na depolaryzację błony. Niedawno opisaliśmy badania struktury i funkcji wewnątrzkomórkowego łącznika domeny I-II podjednostki α1, bezpośrednio za domeną IS6. Wyniki pokazują zakres helikalnej struktury łącznika struktura helikalna jest zależna od podrodziny, co jest podyktowane wysoce konserwatywnymi różnice w sekwencji pierwotnej. Co więcej, różnica w strukturze nadaje różne właściwości biofizyczne, w szczególności zakres i kinetykę inaktywacji zależnej od napięcia i wapnia. Zespół Timothy'ego jest ludzkim zaburzeniem genetycznym genetycznym spowodowanym mutacjami w genie Ca(V)1.2. Tutaj zbadaliśmy, czy perturbacja struktury helikalnej łącznika I-II może zapewnić mechanistyczne wyjaśnienie dla mutanta zespołu Timothy'ego (ludzki odpowiednik Ca(V)1.2 G406R) biofizycznego wpływu na inaktywację i aktywację. Wyniki są niejednoznaczne, sugerując, że pełne mechanistyczne wyjaśnienie tego zespołu Timothy'ego wymaga dalszych badań. --- Zespół Timothy'ego typu 1 (TS-1) jest rzadkim zaburzeniem, które wpływa na wiele układów narządów i charakteryzuje się wysoką częstością występowania nagłej śmierci z powodu głębokiego wydłużenia odstępu QT i wynikających z niego komorowych zaburzeń rytmu serca. Wszystkie wcześniej opisane przypadki TS-1 są wynikiem mutacji missense w eksonie 8A (p.G406R), alternatywnie genu kanału wapniowego typu L (Ca(v)1.2, CACNA1C). Większość pacjentów opisywanych w literaturze reprezentuje wysoce dotknięte osoby, które we wczesnym okresie życia z ciężkimi objawami kardiologicznymi i neurologicznymi. Tutaj, opisujemy mozaicyzm somatyczny u pacjentów z TS-1 z mniej poważnymi objawami niż u typowego pacjenta z TS-1. Odkrycia te sugerują, że rokowanie w TS może być może nie być tak fatalne, jak wcześniej opisywano. Co więcej, nasze odkrycia mają implikacje dla poradnictwa genetycznego, ponieważ wcześniej opisane mutacje de novo TS mutacje mogą reprezentować przypadki mozaicyzmu rodzicielskiego i gwarantują staranne genotypowania tkanki rodzicielskiej innej niż limfocyty krwi obwodowej. --- Zespół Timothy'ego jest wieloukładowym zaburzeniem związanym z mutacją reszty Gly (G402 lub G406) w kanale Ca(v)1.2 Ca(2+). G406 jest zlokalizowana na na końcu segmentu IS6 i tuż przed wewnątrzkomórkową pętlą I-II, która jest ważna dla regulacji inaktywacji kanału i wiązania podjednostki Ca(v)beta. Ta reszta Gly jest konserwowana we wszystkich kanałach Ca(v)1 i Ca(v)2 i Ca(v)2, a zamiana G na R powoduje silny spadek inaktywacji nie tylko w Ca(v)1.1. nie tylko w Ca(v)1.2, ale także w Ca(v)2.3. Tutaj pokazujemy, że mutacja w Arg lub Glu homologicznej reszty Gly w Ca(v)2.1 (G363) również powoduje spowolnienie inaktywacji. inaktywacji. Jednak zamiana G na A, która zmniejsza szybkość inaktywacji w Ca(v)1.2 i Ca(v)2.3 zwiększa inaktywację w Ca(v)2.1. Każda mutacja wpływa specyficznie na właściwości bramkowania Ca(v)2.1, które pozostają jednak modulowane przez współeksprymowaną podjednostkę beta, tak jak w przypadku kanału typu dzikiego. Silny spadek inaktywacji wytwarzany przez mutacje G363R lub G363E był przypominający ten opisany wcześniej dla specyficznego wariantu splicingowego Ca(v)2.1, który zawiera pojedynczą resztę Val wstawioną w pętli I-II (V421). My nieoczekiwanie odkryliśmy, że insercja V421 nie wpływa na szybkość inaktywacji Ca(v)2.1 i że efekty wcześniej przypisywane tej insercji, w tym te dotyczące regulacji białka G, mogą być odtwarzane przez mutację G363E . Podsumowując, nasze wyniki podkreślają rolę G363 w bramkowaniu właściwości, kinetyka inaktywacji i regulacja białka G Ca (v) 2.1 oraz brak wpływu insercji V421 na inaktywację. --- 1. Clin Res Cardiol. 2011 Dec;100(12):1123-7. doi: 10.1007/s00392-011-0358-4. Epub 2011 Sep 14. --- Wstęp: Zespół Timothy'ego jest wieloukładowym zaburzeniem związanym z wydłużeniem odstępu QT i komorowymi zaburzeniami rytmu serca. Zespół został powiązany z mutacjami w Ca(V)1.2 skutkującymi wzrostem funkcji prądu wapniowego typu L (I(Ca,L)). Ranolazyna jest lekiem przeciwdławicowym, który wykazuje działanie działanie antyarytmiczne w eksperymentalnych modelach zespołu długiego QT. CEL: Celem tego badania było opracowanie i scharakteryzowanie eksperymentalnego modelu zespołu eksperymentalnego modelu zespołu Timothy'ego przy użyciu BayK8644 do naśladowania wzmocnienia funkcji funkcji I(Ca,L) i zbadanie wpływu ranolazyny. METODY: Potencjały czynnościowe z obszarów nasierdziowych i M oraz pseudoelektrokardiogram (EC pseudoelektrokardiogram (EKG) były jednocześnie rejestrowane z preparaty klina lewej komory poddane perfuzji wieńcowej, przed i po dodaniu BayK8644 (1 mikroM). WYNIKI: BayK8644 preferencyjnie wydłużał czas trwania potencjału czynnościowego komórki M prowadząc do wydłużenia odstępu QT i wzrostu przezściennej dyspersji repolaryzacji (1 mikroM). dyspersji repolaryzacji (z 44,3 +/- 7 ms do 86,5 +/- 25 ms). Stymulacja przy długości cyklu 250-500 ms prowadziła do naprzemienności fali ST-T z powodu naprzemiennego napięcia plateau potencjału czynnościowego komórki M, jak również rozwój opóźnionej depolaryzacji w potencjałach czynnościowych komórek nasierdziowych i komórek M. Występowały dodatkowe skurcze komorowe i tachykardia (monomorficzna, dwukierunkowa lub torsades de pointes). torsades de pointes) występowały spontanicznie lub po szybkiej stymulacji. Wartość szczytowa i I(Na) nie miały wpływu na BayK8644. Klinicznie istotne stężenia ranolazyna (10 mikroM) tłumiła wszystkie działania BayK8644. WNIOSEK: Model klina lewej komory zespołu długiego QT stworzony przez I(Ca,L) odtwarza EKG i arytmiczne objawy zespołu Timothy'ego. Timothy'ego, które mogą być tłumione przez ranolazynę.
Czym jest zespół Timothy'ego?
Zespół Timothy'ego to wieloukładowe zaburzenie charakteryzujące się cechami serca, dłoni/stóp, twarzy i cechami neurorozwojowymi. Dwie formy to typ 1 (klasyczny) i typ 2, rzadka forma spowodowana mutacjami w wariancie transkrypcji tego samego genu. Wady serca obejmują skorygowany odstęp QT wynoszący od 480 ms do 700 ms oraz wrodzone wady serca (przetrwały przewód tętniczy, przetrwały otwór owalny, ubytek przegrody międzykomorowej, tetralogia Fallota, kardiomiopatia przerostowa). Stwierdzono jednostronną lub obustronną syndaktylię skórną obejmującą palce 2 (wskazujący), 3 (środkowy), 4 (serdeczny) i 5 (mały) oraz obustronną syndaktylię skórną palców 2 i 3. Cechy twarzy obejmują płaski grzbiet nosa, nisko osadzone uszy, cienką górną wargę i okrągłą twarz. Zaburzenia neuropsychiatryczne obejmują globalne opóźnienia rozwojowe i zaburzenia ze spektrum autyzmu. Główną przyczyną zgonów jest tachyarytmia komorowa, a następnie infekcja i powikłania nieuleczalnej hipoglikemii. Średni wiek zgonu wynosi 2,5 roku.