Functional genomics of atrial fibrillation: understanding intrinsic and extrinsic mechanisms
- Autores: Raquel Rouco García
- Directores de la Tesis: Miguel Manzanares Fourcade (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 144
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
- español
La Fibrilación Auricular (FA) es una de las arritmias más comunes, afectando a unos 33 millones de personas en todo el mundo. A pesar de su relevancia, los mecanismos moleculares subyacentes no son muy conocidos. Recientemente, estudios de asociación del genoma completo (GWAS, por sus siglas en inglés) han identificado múltiples variantes localizadas en regiones no codificantes del genoma. De modo que, es posible que dichas variantes estén incluidas en regiones que interaccionan y regulan genes implicados en el origen y desarrollo de la FA. Para testar esta hipótesis, hemos llevado a cabo un estudio in silico de varios loci asociados a FA y tras seleccionar regiones candidatas a ser elementos reguladores hemos testado las interacciones físicas que establecen con regiones circundantes del genoma, mediante un ensayo de la conformación circular de la cromatina seguido de secuenciación masiva. De todas las regiones estudiadas, el locus 7q31 contiene un potencial elemento regulador en el intrón 2 del gen CAV1 que puede establecer interacciones con el propio gen CAV1, así como con los genes TES, MET y CAPZA. La eliminación de esta región mediante editado genético en cardiomiocitos derivados de células humanas pluripotentes produce una reducción en la expresión de CAV1. Así mismo, hemos observado en este trabajo como Cav1 se expresa en el miocardio auricular desde comienzos del desarrollo y permanece en el corazón adulto, pudiendo tener un importante papel en la FA.
Para profundizar en los mecanismos moleculares que subyacen a la FA, también hemos trabajado con un modelo de FA persistente en oveja. Este modelo mimetiza la progresión de la FA desde episodios paroxísticos a episodios de FA persistente, como ocurre en muchos pacientes. El estudio transcripcional de la pared posterior de la aurícula izquierda nos muestra un remodelado de su estructura, y sugiere un posible remodelado de la inervación del sistema nervioso autónomo. Del mismo modo, el estudio de los cambios en la expresión genética de cardiomiocitos aislados de las aurículas izquierda y derecha de este modelo apunta a que durante la progresión de la FA hay una importante alteración de la regulación de la trascripción que lleva a su desdiferenciación. Por otro lado, el estudio de los cambios proteómicos nos revela que, en estas poblaciones celulares, se produce una sobrexpresión de las subunidades que componen los complejos de la cadena respiratoria mitocondrial, lo que puede producir un aumento del estrés oxidativo y promover el desarrollo de la FA. También hemos observado que cambios en la expresión detectados en ovejas con un año de desarrollo de la enfermedad, ya estaban presentes en ovejas con una semana en FA. Así, todos estos resultados contribuyen a un mejor entendimiento de esta enfermedad.
- English
Atrial Fibrillation (AF) is the most common cardiac arrhythmia, affecting over 33 million people worldwide. However, its underlying molecular mechanisms and genetic networks are still poorly understood. Recently, Genome Wide Association Studies (GWAS) have identified several polymorphic variants linked to an increased risk of AF.
Almost all such variants are located in non-coding regions, which led us to hypothesize that they could reside in functional elements that interact and regulate genes involved in the origin and development of AF. To test that hypothesis, we have performed in silico screening of AF associated loci toward selecting candidate regulatory elements to study the physical interactions that they establish with neighbouring regions by Circular Chromosome Conformation Capture followed by deep sequencing (4C-seq). From all selected regions, 7q31 locus contains a potential regulatory element inside intron 2 of CAV1 that through chromatin folding could establish long-range interactions with CAV1, TES, MET, and CAPZA2. Deletion of this candidate regulatory element by CRISPR/Cas9 mediated genome-editing in human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) leads to a reduction of CAV1 expression. This finding could be very relevant for AF since CAV1 has a key role on the formation of caveolae, membrane invaginations with multiple roles as holding ion-channels involved in action potential generation. Moreover, we show that in the mouse Cav1 is expressed in the atrial myocardium from early stages of cardiac development up to adulthood.
To further study the molecular mechanisms behind AF, we have also used a wellcharacterized sheep model of persistent AF. This model mimics AF progression from paroxysmal episodes to persistent and long-standing persistent AF as it occurs in many patients. Transcriptome analysis of the posterior left atrial wall evidences a strong structural remodelling and suggests that during AF development there could be a remodelling of the innervation of the autonomous nervous system. Additionally, gene expression profile of isolated cardiomyocytes from the left and right atria have revealed that, during AF progression, there is a significant alteration of gene transcription regulation that can lead to cardiomyocyte dedifferentiation. Protein expression profile of those cell populations unveils an overexpression of the subunits of the respiratory chain complexes that can produce an increase in oxidative stress that could promote AF development. Furthermore, we find that changes identified in long-standing persistent sheep (one year in AF) are already present only one week of self-sustained AF. All these results contribute to a better understanding of AF progression.
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