Published May 7, 2021
| Version v1
Publication
Open
hERG-deficient human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes for modelling QT prolongation
Creators
- 1. Beijing Anzhen Hospital
- 2. Capital Medical University
- 3. Beijing Institute of Water
- 4. Peking University
- 5. Peking University Third Hospital
Description
Abstract Background Long-QT syndrome type 2 (LQT2) is a common malignant hereditary arrhythmia. Due to the lack of suitable animal and human models, the pathogenesis of LQT2 caused by human ether-a-go-go-related gene (hERG) deficiency is still unclear. In this study, we generated an hERG-deficient human cardiomyocyte (CM) model that simulates 'human homozygous hERG mutations' to explore the underlying impact of hERG dysfunction and the genotype–phenotype relationship of hERG deficiency. Methods The KCNH2 was knocked out in the human embryonic stem cell (hESC) H9 line using the CRISPR/Cas9 system. Using a chemically defined differentiation protocol, we obtained and verified hERG-deficient CMs. Subsequently, high-throughput microelectrode array (MEA) assays and drug interventions were performed to characterise the electrophysiological signatures of hERG-deficient cell lines. Results Our results showed that KCNH2 knockout did not affect the pluripotency or differentiation efficiency of H9 cells. Using high-throughput MEA assays, we found that the electric field potential duration and action potential duration of hERG-deficient CMs were significantly longer than those of normal CMs. The hERG-deficient lines also exhibited irregular rhythm and some early afterdepolarisations. Moreover, we used the hERG-deficient human CM model to evaluate the potency of agents (nifedipine and magnesium chloride) that may ameliorate the phenotype. Conclusions We established an hERG-deficient human CM model that exhibited QT prolongation, irregular rhythm and sensitivity to other ion channel blockers. This model serves as an important tool that can aid in understanding the fundamental impact of hERG dysfunction, elucidate the genotype–phenotype relationship of hERG deficiency and facilitate drug development.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نبذة مختصرة متلازمة كيو تي الطويلة من النوع 2 (LQT2) هي اضطراب النظم الوراثي الخبيث الشائع. نظرًا لعدم وجود نماذج حيوانية وبشرية مناسبة، لا يزال التسبب في LQT2 الناجم عن نقص الجينات المرتبطة بالأثير البشري (HERG) غير واضح. في هذه الدراسة، أنشأنا نموذجًا لخلايا عضلة القلب البشرية (CM) التي تعاني من نقص HERG والذي يحاكي "طفرات HERG متماثلة الزيجوت البشرية" لاستكشاف التأثير الأساسي لخلل HERG والعلاقة بين النمط الجيني والنمط الظاهري لنقص HERG. الطرق تم القضاء على KCNH2 في خط H9 للخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESC) باستخدام نظام كريسبر/كاس 9. باستخدام بروتوكول التمايز المحدد كيميائيًا، حصلنا على CMs التي تعاني من نقص في HERG وتحققنا منها. بعد ذلك، تم إجراء فحوصات مصفوفة الإلكترودات الدقيقة عالية الإنتاجية (MEA) والتدخلات الدوائية لتمييز التواقيع الفسيولوجية الكهربية لخطوط الخلايا التي تعاني من نقص HERG. النتائج أظهرت نتائجنا أن الضربة القاضية لـ KCNH2 لم تؤثر على تعدد القدرات أو كفاءة التمايز لخلايا H9. باستخدام فحوصات الشرق الأوسط وأفريقيا عالية الإنتاجية، وجدنا أن المدة المحتملة للمجال الكهربائي والمدة المحتملة للعمل لـ CMs التي تعاني من نقص HERG كانت أطول بكثير من تلك الخاصة بـ CMs العادية. كما أظهرت الخطوط التي تعاني من نقص HERG إيقاعًا غير منتظم وبعض عمليات إزالة الاستقطاب المبكرة. علاوة على ذلك، استخدمنا نموذج سم البشري الذي يعاني من نقص هيرغ لتقييم فعالية العوامل (نيفيديبين وكلوريد المغنيسيوم) التي قد تحسن النمط الظاهري. الاستنتاجات أنشأنا نموذج سم البشري الذي يعاني من نقص هيرغ الذي أظهر إطالة كيو تي، والإيقاع غير المنتظم والحساسية لحاصرات القنوات الأيونية الأخرى. يعمل هذا النموذج كأداة مهمة يمكن أن تساعد في فهم التأثير الأساسي لخلل هيرغ، وتوضيح العلاقة بين النمط الجيني والنمط الظاهري لنقص هيرغ وتسهيل تطوير الأدوية.Translated Description (French)
Résumé Contexte Le syndrome de l'intervalle QT long de type 2 (LQT2) est une arythmie héréditaire maligne courante. En raison du manque de modèles animaux et humains appropriés, la pathogenèse de LQT2 causée par une déficience du gène humain lié à l'éther-a-go-go (hERG) n'est toujours pas claire. Dans cette étude, nous avons généré un modèle de cardiomyocytes humains (CM) déficients en hERG qui simule des « mutations hERG homozygotes humaines » pour explorer l'impact sous-jacent du dysfonctionnement du hERG et la relation génotype-phénotype du déficit en hERG. Méthodes Le KCNH2 a été éliminé dans la lignée H9 de cellules souches embryonnaires humaines (hESC) en utilisant le système CRISPR/Cas9. En utilisant un protocole de différenciation chimiquement défini, nous avons obtenu et vérifié des CM déficients en hERG. Par la suite, des tests de réseau de microélectrodes (MEA) à haut débit et des interventions médicamenteuses ont été effectués pour caractériser les signatures électrophysiologiques des lignées cellulaires déficientes en hERG. Résultats Nos résultats ont montré que l'inactivation de KCNH2 n'affectait pas la pluripotence ou l'efficacité de différenciation des cellules H9. En utilisant des tests MEA à haut débit, nous avons constaté que la durée du potentiel de champ électrique et la durée du potentiel d'action des CM déficients en hERG étaient significativement plus longues que celles des CM normaux. Les lignes déficientes en hERG présentaient également un rythme irrégulier et certaines postdépolarisations précoces. De plus, nous avons utilisé le modèle CM humain déficient en hERG pour évaluer la puissance des agents (nifédipine et chlorure de magnésium) susceptibles d'améliorer le phénotype. Conclusions Nous avons établi un modèle CM humain déficient en hERG qui présentait un allongement de l'intervalle QT, un rythme irrégulier et une sensibilité à d'autres inhibiteurs des canaux ioniques. Ce modèle est un outil important qui peut aider à comprendre l'impact fondamental du dysfonctionnement du hERG, à élucider la relation génotype-phénotype de la déficience en hERG et à faciliter le développement de médicaments.Translated Description (Spanish)
Antecedentes El síndrome de QT largo tipo 2 (LQT2) es una arritmia hereditaria maligna común. Debido a la falta de modelos animales y humanos adecuados, la patogénesis de LQT2 causada por la deficiencia del gen relacionado con el éter-a-go-go humano (hERG) aún no está clara. En este estudio, generamos un modelo de cardiomiocitos humanos (CM) deficientes en hERG que simula "mutaciones de hERG homocigóticas humanas" para explorar el impacto subyacente de la disfunción de hERG y la relación genotipo-fenotipo de la deficiencia de hERG. Métodos El KCNH2 se inactivó en la línea H9 de células madre embrionarias humanas (hESC) utilizando el sistema CRISPR/Cas9. Utilizando un protocolo de diferenciación químicamente definido, obtuvimos y verificamos CM deficientes en hERG. Posteriormente, se realizaron ensayos de matriz de microelectrodos (MEA) de alto rendimiento e intervenciones farmacológicas para caracterizar las firmas electrofisiológicas de líneas celulares deficientes en hERG. Resultados Nuestros resultados mostraron que la inactivación de KCNH2 no afectó la pluripotencia o la eficiencia de diferenciación de las células H9. Usando ensayos de MEA de alto rendimiento, descubrimos que la duración del potencial de campo eléctrico y la duración del potencial de acción de los CM deficientes en hERG eran significativamente más largas que las de los CM normales. Las líneas deficientes en hERG también exhibieron ritmo irregular y algunas post-despolarizaciones tempranas. Además, utilizamos el modelo CM humano deficiente en hERG para evaluar la potencia de los agentes (nifedipina y cloruro de magnesio) que pueden mejorar el fenotipo. Conclusiones Establecimos un modelo de CM humano deficiente en hERG que exhibía prolongación de QT, ritmo irregular y sensibilidad a otros bloqueadores de canales iónicos. Este modelo sirve como una herramienta importante que puede ayudar a comprender el impacto fundamental de la disfunción de hERG, dilucidar la relación genotipo-fenotipo de la deficiencia de hERG y facilitar el desarrollo de fármacos.Files
s13287-021-02346-1.pdf
Files
(2.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8193dfbbb3bd9934c98a35899497ebb4
|
2.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الخلايا العضلية القلبية المشتقة من الخلايا الجذعية الجنينية البشرية التي تعاني من نقص هيرغ لنمذجة إطالة كيو تي
- Translated title (French)
- cardiomyocytes dérivés de cellules souches embryonnaires humaines déficientes en hERG pour la modélisation de l'allongement de l'intervalle QT
- Translated title (Spanish)
- cardiomiocitos derivados de células madre embrionarias humanas deficientes en hERG para modelar la prolongación del intervalo QT
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3134590634
- DOI
- 10.1186/s13287-021-02346-1
References
- https://openalex.org/W1152283192
- https://openalex.org/W1517378034
- https://openalex.org/W1584909281
- https://openalex.org/W1625542830
- https://openalex.org/W1968098810
- https://openalex.org/W1970288681
- https://openalex.org/W1978221717
- https://openalex.org/W1980515921
- https://openalex.org/W1985912434
- https://openalex.org/W1991801094
- https://openalex.org/W2021093970
- https://openalex.org/W2027877139
- https://openalex.org/W2029047959
- https://openalex.org/W2056072103
- https://openalex.org/W2061231388
- https://openalex.org/W2064227310
- https://openalex.org/W2064782906
- https://openalex.org/W2066390373
- https://openalex.org/W2091677514
- https://openalex.org/W2098952554
- https://openalex.org/W2102389881
- https://openalex.org/W2106379660
- https://openalex.org/W2108903695
- https://openalex.org/W2111512192
- https://openalex.org/W2113176279
- https://openalex.org/W2115644752
- https://openalex.org/W2124831025
- https://openalex.org/W2129040714
- https://openalex.org/W2147490644
- https://openalex.org/W2152299286
- https://openalex.org/W2152635048
- https://openalex.org/W2170592109
- https://openalex.org/W2184991014
- https://openalex.org/W2546436312
- https://openalex.org/W2548502736
- https://openalex.org/W2615888080
- https://openalex.org/W2745820973
- https://openalex.org/W2757032260
- https://openalex.org/W2792419551
- https://openalex.org/W2793474371
- https://openalex.org/W2810895096
- https://openalex.org/W2943889969
- https://openalex.org/W2964944932
- https://openalex.org/W2968613481
- https://openalex.org/W3003054269
- https://openalex.org/W3020941314
- https://openalex.org/W3023784652
- https://openalex.org/W3047576855
- https://openalex.org/W3088904989
- https://openalex.org/W3092962180
- https://openalex.org/W3098325892
- https://openalex.org/W4250649831