Funkční důsledky mutace v C-konci Kv7.1 asociované se syndromem dlouhého QT

Bc. Marcela Policarová

Master's thesis

Functional consequences of C-terminal Kv7.1 mutation associated with long QT syndrome

Abstract:

Expresí genu KCNQ1 vzniká protein Kv7.1, který tvoří α-podjednotku kanálů vedoucích pomalou složku opožděného draslíkového proudu IKs. Tento proud se podílí na repolarizační fázi akčního napětí komorových srdečních buněk. Mutace v genu KCNQ1 mohou být příčinou arytmogenních syndromů včetně syndromu dlouhého intervalu QT (LQTS). Funkční dopad mutace závisí na jejím typu a umístění v proteinu. Mutace postihující C koncovou doménu jsou často spjaty s narušením transportu proteinu Kv7.1 na membránu a tedy se snížením hladiny povrchové exprese. Na aminokyselinové pozici R591 byly nalezeny již dvě klinicky významné mutace spojené s LQTS, z čehož lze usuzovat na její významnost z hlediska tvorby funkčních kanálů. Tato diplomová práce se zabývá funkční analýzou uměle vytvořené mutace R591P pomocí techniky whole cell patch clamp. Pro posouzení vlivu mutace na povrchovou expresi kanálů byly rovněž použity snímky z konfokálního mikroskopu. V případě exprese mutovaných kanálů buněčnou linií nebyl naměřen žádný proud. Konfokální mikroskopie následně prokázala narušený transport R591P Kv7.1 na buněčnou membránu. Vzhledem k faktu, že většina LQTS mutací je děděna autozomálně dominantně, byly rovněž studovány buňky koexprimující mutované a nemutované kanály. Za heterozygotních podmínek byl proud při určitých hodnotách membránového napětí signifikantně snížen ve srovnání s nemutovanými kanály. Pozorované rozdíly v kinetických vlastnostech mutovaných a nemutovaných IKs kanálů nebyly statisticky významné. Ke snížení proudu v případě kotransfekce tedy pravděpodobně dochází zejména v důsledku sníženého počtu funkčních kanálů na buněčné membráně. Krátce shrnuto, aminokyselinová pozice R591 je významná pro zachování povrchové exprese proteinu. Záměna na této pozici může povrchovou expresi kanálu výrazně narušit a vést tak k projevům LQTS.

Abstract:

KCNQ1 gene expression leads to production of Kv7.1 protein, which forms  subunit of channels conducting slow delayed rectifier potassium current IKs. The current participates in the repolarization phase of action potential in ventricular cardiomyocytes. Mutations in the KCNQ1 gene are associated with inherited arrhythmogenic syndromes including the long QT syndrome (LQTS). Functional impact of a mutation depends on the mutation type and its localization within the protein. Mutations affecting C terminal domain are often connected with impaired Kv7.1 trafficking to the plasma membrane, thus, with a decreased level of surface expression. Two clinically relevant mutations linked to LQTS have been already found at the aminoacid position R591, implying its importance with respect to formation of functional channels. This diploma thesis is focused on functional analysis of an artificial R591P mutation performed by whole cell patch clamp technique. Confocal microscope images were also used to assess influence of the mutation on channel surface expression. Regarding mutant channels expressed in a cell culture, no current was recorded. Confocal microscopy subsequently proved impaired Kv7.1 trafficking to the plasma membrane. Considering the fact that most LQTS mutations are inherited in autosomal dominant manner, cells co expressing mutant and wild type channels were also studied. Under these heterozygous conditions, the current was significantly decreased compared to wild type channels at certain membrane voltages. Observed differences in kinetic properties of mutant and wild type channels were not statistically significant. Hence, a lower number of functional channels in the cell membrane may be supposed in the case of cotransfection. To sum up, aminoacid position R591 is essential for preserved protein surface expression. An aminoacid change at this position may considerably impair the channel expression, thus, may result in symptoms of LQTS.

Keywords

gen KCNQ1, protein Kv7.1, C koncová doména, IKs kanál, elektrofyziologie, mutace R591P, syndrom dlouhého intervalu QT, funkční analýza, patch clamp, povrchová exprese, KCNQ1 gene, Kv7.1 protein, C terminal domain, IKs channel, electrophysiology, mutation R591P, long QT syndrome, functional analysis, surface expression

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 25. 6. 2019
• Supervisor: doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D.
• Reader: Ing. Dagmar Jarkovská, PhD

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Medical Genetics and Molecular Diagnostics