Funkční důsledky mutace v genu KCNQ1

Bc. Lucie Šedová

Master's thesis

Functional consequences of a mutation in KCNQ1 gene

Abstract:

Gen KCNQ1 kóduje strukturu α-podjednotky kanálu, který vede pomalu se aktivující složku opožděného K+ proudu (IKs). Tento proud se účastní srdeční repolarizace. Mutace genů kódujících strukturu jednotlivých podjednotek IKs kanálu vedou k různým typům jeho dysfunkce. Nesprávná funkce IKs kanálu je pak podkladem dědičných arytmogenních syndromů, jejichž průběh může vést až k náhlé srdeční smrti. Doposud bylo identifikováno více než 750 klinicky signifikantních variant genu KCNQ1. V této diplomové práci se věnuji analýze funkčních charakteristik mutace c.1686G>C (p.R562S) v genu KCNQ1, která je asociována se život ohrožujícím dědičným arytmogenním syndromem dlouhého QT (LQT). Mutace R562S je lokalizovaná ve šroubovici C v C-konci proteinu Kv7.1. Tato oblast je známá zejména svou modulační funkcí a afinitou k PIP2. Také se podílí na správném skládání kanálu a jeho transportu do buněčné membrány. Funkce IKs kanálů byla studována metodou whole cell patch clamp při 37 °C na buněčné Chinese hamster ovary (CHO) linii přechodně exprimující IKs kanály s mutací R562S nebo bez ní. Provedená měření ukázala, že analyzovaná mutace vykazuje sníženou schopnost vést proud při membránových napětích relevantních pro aktivaci IKs během akčního napětí u srdečních buněk. Hodnota napětí, při kterém dochází k poloviční aktivaci proudu, byla signifikantně posunuta směrem doprava, tj. ke kladnějším hodnotám. Časový průběh aktivace IKs kanálu s mutací byl signifikantně pomalejší než tomu bylo u IKs kanálu bez mutace. Tato data dokazují, že mutace R562S představuje patogenní variantu, která je podkladem LQT. Pro umožnění správné a včasné diagnostiky je důležité nové mutace vyhledávat a analyzovat jejich funkční vlastnosti. Tato data jsou však významná nejen pro diagnostiku LQT, ale také pro pochopení patogeneze tohoto onemocnění a pro hledání možností jeho účinnější léčby.

Abstract:

KCNQ1 gene encodes structure of α-subunit of the channel that conducts slowly activating component of delayed rectifier outward K+ current (IKs). This current is involved in cardiac repolarisation. Mutations in genes encoding structure of individual subunits of IKs channel lead to various types of channel dysfunction. Incorrect IKs channel function is the basis of hereditary arrhythmogenic syndromes which may result in sudden cardiac death. More than 750 clinically significant variants of KCNQ1 gene have been identified so far. In this diploma thesis, I deal with analysis of functional characteristics of the mutation c.1686G>C (p.R562S) in KCNQ1 gene which is associated with life-threatening hereditary arrhythmogenic long QT syndrome (LQT). R562S mutation is located in the helix C at the C-terminus of Kv7.1 protein. This area is known namely for its modulatory function and affinity to PIP2. It also participates in proper folding of the channel and in its transport to the cell membrane. The function of IKs channels was studied by the whole cell patch clamp technique at 37 °C on the Chinese hamster ovary (CHO) cell line transiently expressing IKs channels with or without R562S mutation. The performed measurements showed that the analysed mutation exerts a reduced ability to conduct the current at membrane voltages relevant for IKs activation during cardiac action potential. The value of the half-activation voltage was significantly shifted to the right, i.e. to more positive values. The activation time course of IKs channel with the mutation was significantly slower than that of the wild-type IKs channel. These data prove that R562S mutation is a pathogenic variant underlying LQT. It is important to look for new mutations to enable correct and timely diagnosis. These data are, however, important not only for diagnosis of LQT but also for understanding of pathogenesis of the illness and for seeking of possibilities of its more effective treatment.

Keywords

KCNQ1, Kv7.1, KCNE1, Yotiao, mutace, funkční analýza, patch clamp, R562S, LQT, interval QT, IKs, arytmie, elektrofyziologie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 1. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 14. 2. 2018
• Supervisor: doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D.
• Reader: Ing. Dagmar Jarkovska, PhD

Masaryk University

Faculty of Science

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