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Titel: Elektrophysiologische Charakterisierung von KCNQ1-Mutationen bei Patienten mit dem Langen-QT-Syndrom
Autor: Kuhn, Annemarie
Weitere Beteiligte: Decher, Niels (Prof. Dr.)
Veröffentlicht: 2017
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0605
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0605
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-06055
DDC: 610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Electrophysiological characterization of KCNQ1-mutations in patients with Long-QT-Syndrome
Publikationsdatum: 2017-10-21
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
KCNQ1, LQTS, LQTS, KCNQ1, Elektrophysiologie

Zusammenfassung:
Patienten mit einem Langen-QT-Syndrom (LQTS) sind dafür prädisponiert kardiale Arrhythmien zu entwickeln und eines plötzlichen Herztodes zu versterben. Das LQTS ist charakterisiert durch eine Verlängerung der QT-Zeit im EKG. Durch Mutationen im KCNQ1-Gen wird ein LQT1-Syndrom ausgelöst. Bei einem Funktionsverlust der KCNQ1-Kanäle ist die ventrikuläre Repolarisation beeinträchtigt. Für die Repolarisation des ventrikulären Aktionspotentials sind drei repolarisierende Kalium-Kanäle zuständig: KCNH2 (IKr), KCNQ1 (IKs) und Kir2.x (IK1). Der Kanal-Komplex, der für den IKs-Strom (slowly activating current) verantwortlich ist, setzt sich aus den α- und β-Untereinheiten KCNQ1 und KCNE1 zusammen. Mittels TEVC (two-electrode-voltage-clamp) wurden fünf Mutationen im KCNQ1-Gen von Patienten mit einem LQTS und ihre Auswirkungen auf den KCNQ1- und den kardialen IKs-Strom untersucht. Es wurden die KCNQ1- Mutationen c.556 561del, p.G269S, p.L273V und p.R539L, welche heterozygot nachgewiesen wurden, sowie die Mutation c.1892 1893insC, welche homozygot vorlag, untersucht. Die KCNQ1-Mutationen wurden als KCNQ1-Kanal und als IKs-Kanal (KCNQ1 und KCNE1), sowie jeweils auch als Heteromer in Koexpression mit KCNQ1 Wildtyp-Kanälen (KCNQ1 WT) in Xenopus Oozyten funktionell charakterisiert. In dieser Arbeit werden die KCNQ1- Mutationen c.556 561del, p.L273V und p.R539L erstmalig bei LQTS-Patienten beschrieben und elektrophysiologisch charakterisiert. Die Mutationen p.G269S und c.1892 1893insC sind bekannt und wurden teilweise elektrophysiologisch untersucht, wobei p.G269S erstmalig in Koexpression mit KCNE1 und Wildtyp-Kanälen in Xenopus Oozyten mittels TEVC gemessen wird und c.1892 1893insC erstmalig in Xenopus Oozyten mittels TEVC elektrophysiologisch charakterisiert wird. Bei der Mutation KCNQ1 c.1892 1893insC konnte der autosomal rezessive Erbgang aufgeklärt werden. Die Mutationen c.556 561del und p.G269S weisen einen Funktionsverlust als mutierter KCNQ1- und IKs-Kanal, wie auch jeweils in Koexpression mit Wildtyp-Kanälen auf. Für die Mutation c.556 561del liess sich bei Koexpression mit KCNQ1 WT ein dominant-negativer Effekt nachweisen. Des Weiteren finden sich zwei Mutationen p.L273V und p.R539L mit Funktionsgewinnen als mutierte KCNQ1-Kanäle. Nach Koexpression mit KCNE1 werden sie zu Funktionsverlustmutationen, das erklärt die Assoziation mit dem LQTS. Die Mutation p.L273V mit KCNE1 erzeugt nur einen geringen signifikanten Stromverlust, weist aber eine deutliche Verschiebung der Spannungsabhängigkeit zu positiveren Potentialen als besonderen Mechanismus des Funktionsverlustes auf. Die Patienten mit p.L273V, p.R539L und p.G269S haben cQT-Zeiten zwischen 0,44 und 0,49 sek und sind asymptomatisch. Die heterozygote Mutationsträgerin von c.556 561del ist symptomatisch (cQT-Zeit nach Bazett 0,52 sek) und zeigt deutliche Stromverluste in den elektrophysiologischen Untersuchungen. Die Mutation c.1892 1893insC zeigt als mutierter KCNQ1-Kanal einen Funktionsverlust. Nach Zusammenlagerung mit KCNE1 kann weiterhin ein starker Funktionsverlust festgestellt werden, bei Koexpression mit Wildtyp-Kanälen und KCNE1 zeigt sich jedoch keine Änderung im Vergleich zum IKs-Wildtyp. Die homozygote Mutationsträgerin von c.1892 1893insC ist mit einer frequenzkorrigierten QT-Zeit von 0,56 sek klinisch schwer betroffen. Zu den elektrophysiologischen Ergebnissen passend sind die heterozygoten Angehörigen der Patientin asymptomatisch. Meine Ergebnisse zeigen, dass die Koexpression mit KCNE1 wichtig ist um Rückschlüsse auf die Klinik und den Erbgang ziehen zu können. Elektrophy- siologische Untersuchungen von KCNQ1-Mutationen können dabei helfen die Pathogenität von Mutationen abzuschätzen, hierbei sollten die Mutationen in Koexpression mit KCNE1 untersucht werden.

Summary:
Patients with a Long QT syndrome (LQTS) have a disposition to ventricular tachyarrhythmia and sudden cardiac death. The LQTS is characterized by a prolongation of the QTc interval (corrected QT time according to Bazett formula) in the ECG. Mutations of the KCNQ1 gene are associated with the LQT1 syndrome. A loss of function in the KCNQ1 channel impairs the ventricular repolarization. Different potassium channels are responsible for repolarization: KCNH2 (IKr), KCNQ1 (IKs) and Kir2.x (IK1). The channel complex generating IKs (slowly activating current) is assembled by α- and β- subunits of KCNQ1 and KCNE1. In the present study five KCNQ1 mutations of patients with the LQTS were characterized functionally in Xenopus oocytes by TEVC (two-electrode- voltage-clamp). The KCNQ1 mutations c.556 561del, p.G269S, p.L273V and p.R539L were identified in a heterozygous manner and c.1892 1893insC in a homozygous manner. To study the effect of the KCNQ1 mutations, the mutated KCNQ1- and the cardiac IKs-channels (KCNQ1 and KCNE1) were examined and additionally in co-expression with KCNQ1 wild type (KCNQ1 WT). For the first time KCNQ1 mutations c.556 561del, p.L273V and p.R539L are reported in LQTS patients and are characterized functionally. The mutations p.G269S and c.1892 1893insC are already known and partly characterized, whereas p.G269S is measured for the first time in co-expression with KCNE1 and KCNQ1 wild type in Xenopus oocytes by TEVC and c.1892 1893insC is characterized electrophysiologically for the first time in Xenopus oocytes by TEVC. For the mutation c.1892 1893insC the autosomal recessive inheritance was clarified in my study. Mutations c.556 561del and p.G269S show a loss of function in the mutated KCNQ1- and IKs-channel and as well when co-expressed with KCNQ1 wild type. Mutation c.556 561del co-expressed with KCNQ1 wild type has a dominant negative effect. Furthermore there are two mutations p.L273V and p.R539L with a gain of function in the mutated KCNQ1 channel. Co- expression with KCNE1 turns them into loss of function mutations, explaining the association with a LQTS. Mutation p.L273V with KCNE1 presents a small, but significant current reduction and shows a strong shift of voltage dependance to more positive potentials as a special mechanism of loss of function. The patients carrying p.L273V, p.R539L and p.G269S are asymptomatic and have QTc-intervals between 0.44 and 0.49 sec. The heterozygous mutation carrier of c.556 561del is symptomatic (QTc 0.52 sec) and shows a noticeable current reduction in the electrophysiological measurements. The mutated KCNQ1 channel of c.1892 1893insC presents a loss of function. After co-assembly with KCNE1 there is still a strong loss of function, but co- expression with KCNE1 and wild type channels shows no signi cant current reduction. The homozygous mutation carrier of c.1892 1893insC presenting a QTc time of 0.56 sec is affected severely. According to my electrophysiological data the heterozygous family members are asymptomatic underlining the autosomal recessive inheritance. My study shows the importance of KCNE1 co-expression for drawing conclusions on clinical manifestation and inheritance. The electrophysiological characterization of KCNQ1 mutations can be used to predict the pathogenicity of mutations. However, for more accurate results I recommended the experiments to be performed in co-expression with KCNE1.


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