Die Bedeutung von Plakophilin-2 für die Funktion des spannungsgesteuerten Natriumkanals NaV1.5 im Rahmen der Arrhythmogenen Rechtsventrikulären Kardiomyopathie

Einleitung: Die Arrhythmogene Rechtsventrikuläre Kardiomyopathie (ARVC) stellt eine wichtige Ursache für den plötzlichen Herztod bei jungen, sportlichen Patienten dar. Mutationen in desmosomalen Proteinen werden häufig mit der ARVC assoziiert und für die lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen sowie die kontraktile Dysfunktion verantwortlich gemacht. Es scheint ein enger funktioneller Zusammenhang zu bestehen zwischen der Integrität der kardialen Glanzstreifen, insbesondere der dort lokalisierten Desmosomen, und der Funktion des spannungsabhängigen Natriumkanals (NaV1.5). Es konnte gezeigt werden, dass eine verminderte Expression des desmosomalen Proteins Plakophilin 2 (PKP2) zu einer Reduktion des spannungsabhängigen Natriumstroms in Maus-Kardiomyozyten führt. Die genauen zellulären Mechanismen der Arrhythmogenese im Rahmen der ARVC sind jedoch noch nicht endgültig verstanden. Fragestellung: Es wurden die Eigenschaften des spannungsabhängigen Natriumstroms (INa) sowie der Aktionspotentiale (APs) in Kardiomyozyten aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) einer jungen ARVC-Patientin untersucht. Methoden und Ergebnisse: Genetische Analysen ergaben eine Loss-of-Function-Mutation im PKP2-Gen in 12 von 19 getesteten Familienmitgliedern, inklusive der Indexpatientin. Nach einer dreimonatigen Reifungszeit wurden funktionelle Messungen an Kardiomyozyten aus iPSCs der Indexpatientin, ihrer klinisch asymptomatischen Schwester und Trägerin der gleichen Mutation sowie einer gesunden weiblichen Kontrollperson durchgeführt. Zur Untersuchung des INa sowie der APs wurden Whole-Cell-Patch-clamp-Messungen eingesetzt. Interessanterweise war der Spitzennatriumstrom (INa,max) in den Kardiomyozyten der Indexpatientin deutlich reduziert, wohingegen die asymptomatische Mutationsträgerin im Vergleich zur Kontrolle sogar eine vergrößerte INa,max-Dichte aufwies. Ursächlich scheint vor allem eine Rechts- (Indexpatientin) bzw. Linksverschiebung (Schwester) der INa-Aktivierung. Die NaV1.5-Expression zeigte sich in den Immunofluoreszenzfärbungen nämlich unverändert. Überraschenderweise war auch der späte Natriumstrom (INa,L), ein bekannter proarrhythmogener Faktor, signifikant vermindert in den Zellen der Indexpatientin, nicht jedoch der asymptomatischen Mutationsträgerin. Darüber hinaus konnten relevante Unterschiede in der AP-Kinetik festgestellt werden, welche sich nur teilweise durch die Veränderungen im INa erklären lassen. Im Vergleich zur Kontrolle war die Aktionspotentialamplitude (APA) signifikant reduziert, das Ruhemembranpotential (RMP) weniger negativ und die Aktionspotentialdauer (APD) deutlich verlängert, und zwar ausschließlich in den Kardiomyozyten der Indexpatientin. Mittels Whole Exome Genome Sequencing wurde eine zusätzliche Mutation im ANK3-Gen (kodierend für das regulatorische Glanzstreifen-Protein Ankyrin G) detektiert, welche nur die Indexpatientin, nicht aber die asymptomatische Schwester trägt. Schlussfolgerung: Unsere Daten zeigen eine Reduktion des Spitzen- (INa,max) sowie des späten Natriumstroms (INa,L) in den Kardiomyozyten aus iPSCs einer symptomatischen ARVC-Patientin, jedoch nicht in denen ihrer asymptomatischen Schwester, welche die gleiche Loss-of-function-Mutation im PKP2-Gen trägt. Ursächlich scheint vor allem eine Verschiebung der Kinetik der INa-Aktivierung; die NaV1.5-Expression hingegen zeigte sich unverändert. Überraschenderweise korrelieren die Ergebnisse der INa-Messungen nur bedingt mit den Veränderungen der Aktionspotentiale. Es zeigten sich neben einer reduzierten AP-Amplitude nämlich ein weniger negatives RMP und eine signifikant verlängerte APD in der Indexpatientin. Dies spricht dafür, dass noch weitere Mechanismen eine Rolle in der Arrhythmogenese bei ARVC-Patienten spielen müssen. Interessanterweise unterschied sich die asymptomatische Mutationsträgerin bis auf einen – möglicherweise kompensatorisch – vergrößerten INa,max nicht von der gesunden Kontrolle. Ursächlich könnte eine Zweit-Mutation im ANK3-Gen sein, welche lediglich die Indexpatientin, nicht jedoch die Schwester trägt