Modelling the heterogeneity and complex inheritance of Left Ventricular Non-Compaction
- Autores: Marcos Siguero Álvarez
- Directores de la Tesis: José Luis de la Pompa Mínguez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2020
- Idioma: inglés
- Títulos paralelos:
- Modelado de la heterogeneidad y la herencia compleja de la no compactación del ventrículo izquierdo
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antoon Moorman (presid.), María Luisa Toribio García (secret.), Enrique Lara Pezzi (voc.), José María Pérez Pomares (voc.), Robert Kelly (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
- español
La formación durante el desarrollo cardíaco de una pared muscular suficientemente gruesa y lisa en los ventrículos es fundamental para la función cardíaca. Este proceso, llamado compactación, ocurre tardíamente durante la gestación y en la etapa perinatal, y está regulado por señales intercelulares provenientes del endocardio que controlan la maduración y la proliferación del miocardio. Las trabéculas, estructuras transitorias que han permitido el crecimiento del corazón durante las etapas anteriores del desarrollo embrionario, dan lugar durante la compactación al sistema de conducción cardíaca y quedan integradas en el miocardio compacto.
Los defectos en este proceso dan lugar a la miocardiopatía no compactada (MNC o LVNC, por sus siglas en inglés), una enfermedad congénita que puede cursar asintomáticamente o provocar arritmias o una insuficiencia cardíaca por la que los pacientes pueden llegar a requerir un trasplante cardíaco. Por otro lado, la LVNC puede presentarse como una miocardiopatía aislada o en combinación con defectos como la miocardiopatía hipertrófica o la válvula aórtica bicúspide.
Las causas genéticas más comunes de la LVNC son mutaciones en genes sarcoméricos pero, recientemente, nuestro laboratorio ha descrito mutaciones dominantes en MIB1 (MINDBOMB1), un gen de la vía de señalización NOTCH, como causantes de LVNC. La importancia de Mib1 en la compactación fue confirmada con modelos condicionales de pérdida de función total en el miocardio.
NOTCH es también fundamental para el desarrollo de la válvula aórtica, y, con el objeto de investigar los mecanismos subyacentes a la LVNC, generamos modelos murinos portadores de las mutaciones descritas en pacientes (MIB1R530X y MIB1V943F) mediante edición génica por CRISPR-Cas9. En estos modelos animales pudimos establecer que los ratones portadores de una mutación inactivadora (R530X) mostraban fenotipo de LVNC cuando este alelo se combinaba con el alelo nulo condicional (flox), mientras que los ratones portadores del alelo de cambio de sentido (V943F) no mostraban LVNC pero sí fenotipos de alteración en el desarrollo valvular cuando este alelo se combinaba con mutaciones inactivadoras de la vía NOTCH. En base a estos resultados y teniendo en cuenta la heterogeneidad genética y fenotípica de la LVNC, nos planteamos la hipótesis de que podría haber mutaciones adicionales ocultas por el patrón autosómico dominante, e identificamos mutaciones candidatas mediante secuenciación de exoma de las familias portadoras. Estas mutaciones afectan a genes no descritos en LVNC: APCDD1 y ASXL3, para una de las familias; CEP192, TMX3 y BCL7A, para la otra.
La generación de ratones portadores de dichas mutaciones nos ha permitido identificar nuevos genes implicados en la LVNC (ratones Mib1R530X/+ Apcdd1V150I/+ Asxl3M1416V/+) y en la válvula aórtica bicúspide (ratones Mib1V943F/+ Cep192T1522M/+ Tmx3-204F191X/+). El análisis de estas líneas, y de la combinación de la última con la mutación de Bcl7a, podrá arrojar luz sobre mecanismos comunes y divergentes en la patogénesis de la LVNC y otras enfermedades cardíacas congénitas, así como la variabilidad fenotípica dentro de la LVNC.
- English
The compaction or formation of a thick and smooth cardiac ventricular wall is a fundamental process for cardiac function. This process takes place during late gestation and early postnatal period, and it is regulated by intercellular signalling from endocardium that controls myocardial proliferation and maturation. During compaction, the transient trabeculae that allowed cardiac growth in early development give rise to the cardiac conduction system, and are integrated in the thick compact wall.
Defects in this process of compaction give rise to left ventricular non-compaction or LVNC. This cardiomyopathy can range from asymptomatic to causing arrhythmia or heart failure, even requiring heart transplantation. In addition, LVNC has been described isolated or combined with other congenital heart diseases (CHD), such as hypertrophic cardiomyopathy (HCM) or bicuspid aortic valve (BAV).
The most common genetic causes underlying this disease are mutations in sarcomeric genes, but mutations affecting MIB1 (MIB1R530X and MIB1V943F), a member of the NOTCH signalling pathway, were recently identified by our lab as causative of LVNC in two different families. LVNC was observed in mice lacking Mib1 expression in the myocardium, confirming its importance in chamber development.
As defects in NOTCH signalling pathway have also been described as causing BAV, we aimed at generating mouse models with the point mutations found in MIB1 by CRISPR-Cas9 to investigate the mechanisms underlying LVNC. These mouse lines allowed us to confirm that the inactivating mutation (Mib1R530X) showed LVNC when combined with the conditional heterozygous null allele in the myocardium, while the missense mutation (Mib1V943F) did not cause LVNC, but affected valve development when combined with heterozygous NOTCH inactivating mutations.
These findings and the genetic and phenotypic heterogeneity of LVNC led us to hypothesise that there were other candidate mutations masked behind the autosomal dominant inheritance pattern. We performed exome sequencing in the families carrying the mentioned MIB1 variants, and could identify polymorphisms affecting novel candidates as APCDD1 and ASXL3 in one family, and CEP192, TMX3 and BCL7A in the other.
The generation of mouse lines harbouring each set of mutations allowed us to identify new genes implicated in LVNC (Mib1R530X/+ Apcdd1V150I/+ Asxl3M1416V/+ mice) or in BAV (Mib1V943F/+ Cep192T1522M/+ Tmx3-204F191X/+ mice). Further analysis of these lines and the combination of the last one with the Bcl7a mutant, could help elucidating the distinct molecular mechanisms behind the variability of the severity or the ones that cause combined with CHD or isolated LVNC.
- español
