In een serie van drie artikelen gaan we in op het mechanisme achter hartritmestoornissen. In deze drie artikelen bespreken we drie onderzoeken waarin hartritmestoornissen op het niveau van losse cellen en van het hele hart is onderzocht en daarna een onderzoek naar een behandeling. Voor deze onderzoeken is het zogenaamde menselijke muismodel gebruikt.
Muismodellen voor PLN
Er zijn namelijk twee muismodellen voor PLN. Eén model heeft een muizengenoom waar de mutatie in aangebracht is. In het andere model is het hele PLN-gen vervangen voor het menselijke PLN-gen. Hoewel de verschillen in het PLN-gen tussen mensen en muizen minimaal zijn, is dit wel belangrijk voor gentherapie op DNA-niveau omdat elke kleine verandering daar een groot verschil kan maken. Het menselijke model heeft als voordeel dat we voor gene editing precies dezelfde gereedschappen kunnen gebruiken als die in een behandeling aan patiënten toegediend zouden worden.
Bij een nieuw ziektemodel wordt er eerst gekeken hoe heftig de ziekte zich uit op de functie van het hart. Je wilt natuurlijk weten of je model inderdaad een goed model is van de ziekte. In de PLN muizen had het hart een normale vorm en structuur. De geleiding van de elektrische signalen die het hart laten kloppen, bleek echter wel te verschillen. Bij PLN muizen slaat het hart vaker op hol en komen vaker hartkloppingen voor. Beide problemen ontstonden vooral aan de rechterkant van het hart en op de plek waar de longslagaders het hart verlaten. Naast deze twee verstoringen van het ritme bleek ook een voorspeller van ritmestoornissen aanwezig.
Hartfilmpjes van de muizen
Bij PLN muizen is de tijd tussen hartslagen namelijk steeds net een beetje anders. Dit wijst erop dat het PLN hart niet netjes in het ritme klopt en dus een verhoogde kans op ritmestoringen heeft. Een mogelijke oorzaak hiervan is dat het PLN hart de stroompjes die het hart activeren om samen te trekken minder goed geleid. De snelheid van deze stroompjes was lager en ook de hoeveelheid stroom was minder.
Dit bleek uit de hartfilmpjes (ECGs) van de muizen. Om te kijken of dit overeenkwam met patiënten werden dezelfde metingen gedaan op hartfilmpjes van patiënten. Wat bleek? Veel van de veranderingen waren ook daar terug te vinden. Dit is een aanwijzing dat het muizenmodel de situatie van patiënten nauwkeurig weergeeft.
Om meer in detail te kijken naar de veranderingen die plaatsvinden, werden hartcellen geïsoleerd uit de muizenharten en verder onderzocht. Vooral de calciumstromen in cellen uit de rechterkamer waren verstoord. Tijdens elke hartslag komt calcium uit de opslag in de cel vrij, veroorzaakt een samentrekking en wordt dan weer opgenomen. In de PLN cellen bleek de piek van de afgifte lager, duurde het langer voor de calcium weer terug in de opslag was opgeborgen en bleef er meer calcium in de cel achter.
Daarnaast trokken de hartcellen minder krachtig samen en was ook het samentrekken en ontspannen vertraagd. Naast dat er met elke hartslag calcium wordt vrijgegeven, ontsnapt er ook wel eens calcium. Dit is problematisch. De extra calcium kan namelijk spontane activatie en daarmee een extra samentrekking van een hartcel veroorzaken. Hierdoor raakt de hartcel uit ritme. De veranderingen die eerder gevonden werden in het hele hart vinden dus hun oorzaak in problemen op celniveau.
RNA ONDERZOEKEN
Al deze veranderingen komen natuurlijk ergens vandaan. Om met een brede techniek te kijken wat er in de cel op molecuulniveau fout gaat, werd het RNA onderzocht. Met deze techniek kun je al het RNA in PLN en gezonde harten in kaart brengen en dan kijken welke genen meer of juist minder actief zijn. Genen die betrokken zijn bij calciumregulering of meer in het algemeen bij de elektrische activatie van het hart zijn veranderd. Andere veranderde processen in PLN harten zijn betrokken bij het vouwen van eiwitten en de stress die kan ontstaan als dit fout gaat.
Dit onderzoek toont dus aan dat er op verschillende niveaus veranderingen plaatsvinden die hartritmestoornissen kunnen veroorzaken: genen komen verhoogd of verlaagd tot uiting, cellen worden anders geactiveerd en de geleiding in het hart is trager. Dit betekent dat de ritmestoornissen in PLN niet zozeer een gevolg zijn van hartfalen, maar een direct gevolg van de genetische verandering. In het volgende artikel gaan we in op hoe de ritmestoornissen ontstaan. Het belangrijkste van dit artikel is misschien wel dat het muizenmodel dat ontwikkeld is voor deze studie voor minstens zes andere artikelen is gebruikt en daarmee een belangrijke bijdrage levert aan het PLN onderzoek!
De auteurs van dit onderzoek
Dit onderzoek is gedaan in het lab van professor Kranias in New York. Professor Kranias wordt wel de moeder van phospholamban genoemd vanwege haar vele en belangrijke onderzoek naar het eiwit. In het lab van professor Kranias werd in 2006 de R14del mutatie ontdekt. Kobra Haghighi is eerste auteur op dit artikel en heeft dus het hoofddeel van de experimenten en analyses gedaan..
Haghighi, 2021, J. Pers. Med. Impaired Right Ventricular Calcium Cycling Is an Early Risk Factor in R14del-Phospholamban Arrhythmias