Littérature scientifique sur le sujet « Arythmie – Génétique »

Dans cette thèse, nous présentons les résultats de nos travaux sur la génétique des maladies rythmiques et des valvulopathies cardiaques. Notre travail a permis d'identifier le premier gène responsable de troubles de la conduction dégénératifs (SCN5A), de ré exprimer la mutation causale pour en faire l'étude électrophysiologique et de réaliser une étude des relations phénotype-génotype dans cette famille. Nous présentons également l'étude de plusieurs familles atteintes de troubles de la conduction dégénératifs dont une nous a permis d'identifier le troisième locus responsable de cette maladie sur le chromosome 16. Nous montrons que les relations phénotype-génotype des patients porteurs d'une mutation du gène SCN5A sont complexes par l'étude d'une famille dans laquelle la même mutation de ce gène peut être responsable de trouble de la conduction ou d'un syndrome de Brugada. Nous présentons également nos travaux qui ont permis l'identification du premier gène de valvulopathies myxoïdes (filamine A) ainsi que d'une grande famille atteinte d'une forme classique et tricuspide de rétrécissement aortique calcifié
In this thesis, we present the results of our work on the role of the genetic factors for cardiac arrhythmias and valvulopathies. Our work allowed the identification of the first gene responsible for progressive cardiac conduction defects (SCN5A). We have performed the electrophysiological characterisation of this mutation and the analysis of the genotype to phenotype relationships. We also present the study of several families affected by progressive cardiac conduction defects. One of these families, allow us to identify the third locus for this disease on the chromosome 16. We have also showed that the genotype to phenotype relationships for SCN5A mutations are complex as in one of the family the same mutation could lead to cardiac conduction defects or Brugada syndrome. We also present our works on myxomatous valvulopathies, which allow us to identify the first gene (Filamin A) for this disease. We also present a very large family affected by a classic and trileaflet form of calcific aortic valve stenosis

Les approches gène à gène ont montré que les cellules cardiaques sont capables d'adapter leurs propriétés électrophysiologiques à des contraintes externes physiologiques ou pathologiques, en modifiant l'expression transcriptionnelle de leurs canaux ioniques. Cependant, elles n’ont fourni que des données partielles. La génomique autorise aujourd’hui un abord global de ce remodelage. Au cours de ma thèse j’ai utilisé des outils de génomique afin de définir l’ensemble des canaux ioniques cardiaques dont la régulation transcriptionnelle était modifiée face à des contraintes externes. J’ai d’une part évalué la distribution des transcrits des canaux dans différentes régions du cœur humain sain et sa modulation en fonction du sexe. D’autre part, j’ai analysé le remodelage ionique associé à la fibrillation auriculaire, au syndrome de Brugada et à l’insuffisance cardiaque. J’ai pu ainsi montrer que cette régulation transcriptionnelle est systématique, qu’elle concerne un grand nombre de canaux et notamment leurs sous-unités régulatrices, et enfin qu’elle est généralement cohérente avec les propriétés électrophysiologiques des cellules cardiaques. On peut donc supposer que ces cellules utilisent de façon préférentielle la transcription des canaux pour adapter leurs propriétés électrophysiologiques. Il reste maintenant à définir quels sont les facteurs de transcription impliqués dans la régulation des canaux et quels sont les mécanismes de rétrocontrôle qui existent entre le phénotype électrophysiologique des cellules cardiaques et leur machinerie de transcription
Gene by gene approaches have shown that cardiac cells adapt their electrophysiological properties to physiological or pathological situations by modifying gene expression levels of ion channels. However, these approaches have only provided partial data. Today, genomics allows to investigate this remodeling in a global way. During my thesis I used genomic tools to determine which ion channels have a modified transcriptional regulation when exposed to external pressure. First, the distribution of ion channel gene expression in different regions of the human heart, and its modulation by gender, was evaluated. Secondly, ionic remodeling associated with atrial fibrillation, Brugada syndrome and heart failure was analyzed. Thus, I showed that transcriptional regulation of ion channels is systematic, that it concerns a large number of ion channels and particularly auxiliary sub-units, and finally that it is generally consistent with the electrophysiological properties of the cardiac cells. We therefore suggest that cells preferentially use ion channel transcription to adapt their electrophysiological properties. We have now to determine which transcription factors are implicated in channel regulation and what are the feed-back mechanisms between the electrophysiological phenotype of the cardiac cells and their transcription machinery

Les progrès réalisés dans le domaine de la génétique et la physiopathologie des cardiopathies ont été considérables ces dernières années grâce à des approches familiales et des approches sur de grandes cohortes de patients. Cependant ces pathologies sont souvent hétérogènes et le diagnostic moléculaire n'est posé que dans 55 à 70% des cas pour les arythmies héréditaires et est quasiment inexistant pour les pathologies valvulaires en particulier pour les atteintes aortiques. La première partie de ce travail a consisté à étudier des troubles du rythme cardiaque primaires responsables de mort subite sur c��ur sain. Dans ce domaine, mes recherches ont notamment permis de préciser le rôle de l’ankyrine-B dans la dysfonction sinusale et d’améliorer la compréhension des relations génotype-phénotype des mutations du gène ANK2, d’identifier un premier locus pour un nouveau syndrome de repolarisation précoce maligne, et un nouveau gène, SCN1B, pour le syndrome de Brugada et les troubles de conduction. La seconde partie de ce travail a porté sur le rétrécissement aortique calcifié, une pathologie d'étiologie indéterminée vraisemblablement liée au vieillissement. Par une approche d'épidémiologie génétique, nous avons montré l'existence de formes familiales et entrepris l'étude génétique d'une grande famille de 48 patients. Les travaux pour identifier le premier gène de cette pathologie sont en cours
Major advances in genetics and pathophysiology of heart diseases have been achieved these last years using familial approaches and large cohort of patients. However these diseases are generally heterogeneous and molecular diagnosis is established in only 55 to 70% of cases for hereditary arrhythmias and is almost absent for valvular diseases and in particular for aortic valve affections. The first part of this work focused on primary arrhythmias responsible for sudden death on structurally normal hearts. In this field, my work showed the critical role of ankyrin-B in sinus node dysfunction and refined the knowledge of genotype-phenotype relations of ANK2 mutations. I also identified a first locus for a new malignant early repolarization syndrome, and a new gene, SCN1B, for Brugada syndrome and conduction disease. The second part of this work focused on calcific aortic valve stenosis, a disease with unknown etiology and probably age-related. By a genetic epidemiological approach, we identified familial forms of the disease and initiate genetic study of a large family of 48 patients. Characterization of the first gene of this disease is in progress

La mort subite (MS) cardiaque sans cardiopathie structurale touche 12 à 20 000 patients en Europe par an. Elle est la conséquence directe d'une arythmie ventriculaire primaire, le plus souvent chez les sujets jeunes. Parmi ces MS, plusieurs formes mendéliennes d’anomalie de la repolarisation ventriculaire telles que le Syndrome du QT Long congénital (SQTL), le Syndrome du QT Court (SQTC) ou encore le syndrome de Brugada (SBr) ont fait l'objet d'études moléculaires approfondies. L’identification des gènes majeurs du SQTL a permis d'expliquer la physiopathologie de ces troubles du rythme et une meilleure prise en charge. La base moléculaire d'un quart des formes du SQTL reste cependant inexpliquée. Une approche pangénomique par CGH array m'a permis d'identifier trois délétions dans les gènes KCNQ1 et KCNH2 parmi une centaine de patients sans mutation ponctuelle. Deux d'entre elles concernent le gène KCNH2, l'une est totale, la seconde est partielle et ségrége chez 6 patients sur 3 générations. Le SQTC est une cardiopathie rare et hétérogène puisque 5 gènes permettent d'expliquer les 8 cas décrits à ce jour. Une étude clinique et moléculaire de 15 nouvelles familles atteintes de SQTC a permis d’identifier des mutations dans les gènes CACNA1C et SLC22A5 suggérant un nouveau mécanisme moléculaire. A l'inverse du SQTL, un seul gène majeur (SCN5A) est associé au SBr. SCN5A ne constitue cependant pas un marqueur pertinent de la stratification du risque de MS. Nous avons évalué la réelle implication du gène SCN5A dans le SBr à partir de 5 grandes familles dont le phénotype ne ségrége pas avec le génotype. Un modèle oligogénique est proposé à partir de nouvelles bases moléculaires
Sudden cardiac death (SD) without structural heart disease affects about 12 to 20000 individuals each year in Europe. These sudden deaths concern mostly young population who died of a primary cardiac arrhythmia. Several studies have been lead on mendelian forms at high risk of SD such as long QT syndrome (LQTS), short QT syndrome (SQTS) and Brugada syndrome (BrS). The identification of genes in LQTS allowed us to explain arrhythmia pathophysiology and a better management for patients. However molecular diagnosis stay lacking within 25% of LQTS patients. A pangenomic approach by CGH array shows 3 deletions in KCNQ1 and KCNH2 genes, two of them concern KCNH2 gene, one take all of gene, the second is partial and was inherited in 6 patients on 3 generations. The SQTS is a rare and heterogeneous cardiopathy, 5 genes explain all of 8 cases reported today. A clinic and molecular study of new families affected by SQTS lead to identification of mutation in CACNA1C and SLC22A5 genes, suggesting a new molecular mechanism. Conversely of LQTS, a main gene (SCN5A) is associated with BrS. However SCN5A dot not constitute discerning marker for risk-stratification of SD. We evaluate the real implication of SCN5A gene in Brugada syndrome by 5 large families study in which the phenotype do not correlate with genotype. Our new molecular results suggest rather oligogenic model

Les pathologies du rythme cardiaque forment un groupe de maladies complexes et génétiquement hétérogènes. Depuis 1995, plusieurs gènes codant essentiellement pour des canaux ioniques ont été identifiés, mais leur physiopathologie reste mal connue. À partir de plusieurs grandes familles atteintes d'un syndrome de Brugada ou de fibrillation auriculaire non liés à aucun gène connu, j'ai identifié 2 nouveaux locus qui devraient permettre de mieux comprendre la physiopathologie de ces troubles du rythme. Des approches similaires, menées sur 2 familles présentant des formes atypiques de syndrome du QT long congénital associé à un syndrome de Marfan ou de tachycardies ventriculaires catécholergiques, m'ont permis d'identifier la mutation causale respectivement dans les gènes KCNH2 et RyR2. Les troubles de la conduction cardiaque dégénératifs ainsi que le syndrome de Brugada ont été associés à des mutations dans le gène SCN5A. Toutefois, l'hétérogénéité phénotypique, ainsi que la faible pénétrance du syndrome de Brugada ou encore l'âge tardif d'apparition des troubles de conduction complique les analyses génétiques. J'ai identifié par la technique du double hybride un nouveau partenaire de SCN5A : la protéine 14-3-3. Il s'agit d'une protéine chaperone qui, en interagissant directement avec SCN5A, module sa sensibilité au voltage. Une caractérisation exhaustive des partenaires des principaux canaux ioniques cardiaques associés à une approche de génétique moléculaire devrait permettre, dans un avenir proche de mieux cerner la physiopathologie des maladies du rythme cardiaque
Life-threatening cardiac arrhythmias represent a clinically and genetically heterogenous group of disorders. Since 1995, several genes encoding mostly ionic channels have been identified but their pathophysiology remains poorly understood. Starting from several families affected by either Brugada syndrome or atrial fibrillation, I have identified, using a linkage analysis approach, two new loci for these diseases. A similar approach performed on 2 families diagnosed with long QT syndrome associated with Marfan syndrome or atypical ventricular catecholaminergic tachycardia, allowed the identification of the disease mutation respectively in KCNH2 and RyR2 genes. Phenotypical heterogeneity combined with low penetrance in Brugada syndrome or with late onset of the disease in progressive cardiac conduction defect challenges classical familial-based linkage analysis. Since these two pathologies have been associated with mutations in SCN5A gene, we speculate that proteins associated with cardiac sodium channel are good candidates for these conditions. Using a two hybrid screening approach, I identified the 14-3-3 protein as a new SCN5A cytosolic partner. 14-3-3 is known to act as a chaperon and preliminary results indicate that its interaction with SCN5A alters the voltage-sensitivity of the Na+ channel. Molecular screening of this new partner but also the still non-identified proteins should allow a better understanding and handling of cardiac arrhythmias

Les approches de génomique ont montré que les cellules cardiaques sont capables d'adapter leurs propriétés électrophysiologiques à des contraintes externes physiologiques ou pathologiques, en modifiant l'expression transcriptionnelle de réseaux de sous-unités des canaux ioniques. Ces modifications sont généralement cohérentes avec les propriétés électrophysiologiques des cellules cardiaques. Cependant, les mécanismes fondamentaux impliqués dans cette régulation transcriptionnelle sont peu connus. Notre approche de biologie intégrée autorise aujourd’hui un abord global de cette question. Au cours de ma thèse, j’ai utilisé des outils de génomique et de bioinformatique afin d’identifier les facteurs de transcription impliqués dans la régulation des canaux ioniques. J’ai d’une part corrélé la distribution des transcrits des facteurs de transcription et des canaux dans différentes régions du cœur murin et humain sains. D’autre part, j’ai analysé l’expression des facteurs de transcription associée au remodelage ionique et à la survenue d’arythmies ventriculaires précoces dans un modèle murin de bloc auriculo-ventriculaire complet. Après analyse bioinformatique, j'ai pu proposer des facteurs de transcription candidats à la régulation de l’expression de canaux ioniques essentiels à la fonction électrique cardiaque dans des conditions physiologique et pathologique. Les perspectives de ce travail sont de valider biologiquement les relations entre ces facteurs de transcription et ces canaux ioniques ainsi que de déterminer quels sont les mécanismes de rétrocontrôle qui existent entre le phénotype électrophysiologique des cellules cardiaques et leur machinerie de transcription
Genomic approaches have shown that the cardiac cells adapt their electrophysiological properties to physiological or pathological situations by modifying gene expression levels of networks of the ionic channels sub-units. These modifications are generally consistent with the electrophysiological properties of the cardiac cells. However, the fundamental mechanisms implicated in this transcriptional regulation are not much known. Today, our integrative approach allows investigating this question in a global way. During my thesis, I used genomic and bioinformatic tools to identify the transcription factors implicated in the regulation of the ionic channels. First, the distribution of transcription factor and ion channel gene expression was correlated in different regions of the mouse and human heart. Secondly, transcription factor genes expressions associated with ionic remodeling and early ventricular arrhythmias in a murin model of complete atrioventricular block were analyzed. Further to bioinformatic analysis, I could propose transcription factors candidates for the channel regulation essential in cardiac electrical function in physiological and pathological conditions. The perspectives of this job are to validate relations between the transcription factors and the ionic channels as well as to determine what are the feed-back mechanisms between the electrophysiological phenotype of the cardiac cells and their transcription machinery

L'unité de recherche EA4612 de l'Université Claude Bernard Lyon 1 s'intéresse à la physiopathologie des troubles du rythme cardiaque, en particulier d'origine héréditaire. Nous avons étudié des mutations de gène de canaux ioniques découvertes chez des patients hétérozygotes atteints d'un syndrome du QT long ou de bradycardie sinusale et de fibrillation atriale. La mutation R148W du gène hERG diminue le courant maximal de 29%. Dans un modèle mathématique, ceci allonge la durée du potentiel d'action ventriculaire, ce qui pourrait rendre compte du phénotype QT long des porteurs. La mutation F627L du gène hERG se situe au centre du motif de sélectivité ionique (GFG) de la protéine hERG. Elle cause une perte de la sélectivité ionique du courant, de la propriété d'inactivation et de la sensibilité aux bloqueurs spécifiques. Ainsi, la présence du groupement aromatique de la chaîne latérale semble essentielle au maintien des propriétés du canal. La mutation Q1476R du gène SCN5A provoque un gain de fonction du courant sodique persistant. Dans un modèle de cellule cardiaque ventriculaire humaine, nous montrons une surcharge sodique intracellulaire pouvant protéger de l'allongement de la durée du potentiel d'action ventriculaire. La mutation D600E du gène HCN4 accélère la désactivation, ce qui pourrait causer une bradycardie. Par ailleurs, la mutation abolit la réponse à la suppression de l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) intracellulaire. La mutation V501M du gène HCN4 cause une perte totale de courant à l'état homozygote. A l'état hétérozygote, l'amplitude moyenne du courant est inchangée par rapport au WT. Cependant, un décalage négatif de la courbe d'activation rendrait compte de la bradycardie des patients porteurs
The EA4612 unit of the University Lyon 1 focuses on the pathophysiology of heart rhythm disorders, especially hereditary. We studied ion channel gene mutations discovered in heterozygote patients with long QT syndrome or sinus bradycardia and atrial fibrillation.The R148W mutation of the hERG gene decreases the maximum current by 29%. In a mathematical model, this lengthens the duration of the ventricular action potential, which could account for long QT phenotype of the patients. The F627L mutation of the hERG gene is in the center of the ion selectivity filter (GFG) of the hERG protein. It causes a loss of the ionic selectivity of the current, the inactivating property and sensitivity to specific blockers. Thus, the presence of this aromatic group of the side chain seems to be essential to the maintenance of the channel properties. The mutation Q1476R in the SCN5A gene causes a gain-of-function of the persistent sodium current. In a model of human ventricular heart cells, we show an intracellular sodium overload that can protect against the lengthening of the duration of the ventricular action potential. The D600E mutation of the HCN4 gene accelerates deactivation, which could cause bradycardia. Moreover, the mutation abolishes the response to the suppression of intracellular cyclic adenosine monophosphate (cAMP). The V501M mutation of the HCN4 gene causes a total loss of current in the homozygous state. In the heterozygous state, the average amplitude of the current is unchanged from the WT. However, a negative shift of the activation curve would account for bradycardia in patients

La mort subite cardiaque sur cœur sain touche près de 20 000 patients par an en Europe. Elle touche le plus souvent le sujet jeune et fait suite à une arythmie ventriculaire primaire. Parmi ces morts subites, il existe plusieurs formes héréditaires tels que le syndrome de repolarisation précoce, le syndrome de Brugada, le syndrome du QT long ou encore le bloc auriculo-ventriculaire congénital. Ces pathologies héréditaires font l'objet d'études moléculaires approfondies. Mon travail a consisté à identifier l'origine génétique de ces différentes pathologies. Mes recherches ont permis d'identifier le premier gène (KCNJ8) impliqué dans le syndrome de repolarisation précoce et de mettre en évidence une hétérogénéité génétique dans ce syndrome. Mes travaux ont également démontré le rôle d'un nouveau gène, TRPM4, dans le syndrome de Brugada et dans le bloc auriculoventriculaire congénital (BAV), soulevant le caractère chevauchant de ces pathologies. Enfin, suite à une étude d'association, mon travail a permis de détecter des variants rares dans les gènes associés à la durée de l'intervalle QT dans une population de patients atteints du syndrome du QT long
Sudden cardiac death on structurally normal heart affects nearly 20 000 individuals each year in Europe. These sudden deaths concern mostly young people who died from a primary cardiac arrhythmia. Among these sudden deaths, several are hereditary as early repolarization syndrome, Brugada syndrome, long QT syndrome and congenital auriculoventricular block. Molecular studies are lead on these cardiac diseases. My work was to identify molecular basis of theses syndromes. My research identified the first gene (KCNJ8) involved in the early repolarization syndrome and highlight genetic heterogeneity of this syndrome. My work has also demonstrated the role of a new gene, TRPM4, in Brugada syndrome and congenital auriculoventricular block (AVB), raising the overlapping nature of these pathologies. Finally, after a genome wide association study, my work has enabled the detection of rare variants in genes associated with the QT interval duration in a population of patients with long QT syndrome

Le syndrome de Brugada (SBr) est une arythmie autosomique dominante avec une élévation du segment ST de l’ECG, et un risque élevé de mort subite. Cette canalopathie est principalement due à une dysfonction d'origine génétique des canaux sodiques cardiaques Nav1. 5, et plus rarement des canaux potassiques Kv4. 3. Cependant, son origine reste inconnue pour 75% des patients. Par stratégie gène-candidat et étude fonctionnelle par patch clamp, nous avons caractérisé deux nouveaux gènes prédisposant au SBr, MOG1 et DLG1, codant les protéines MOG1 et SAP97 respectivement. La protéine MOG1, partenaire de Nav1. 5, régule sa fonction et son adressage membranaire. Nous avons détecté un variant E83D chez une patiente symptomatique avec ECG SBr, qui in vitro: (1) induit une perte-de-fonction de Nav1. 5 par réduction de leur adressage membranaire ; et (2) exerce un effet dominant négatif vis-à-vis de la protéine MOG1 sauvage. De plus, l’extinction de l’expression de MOG1 endogène réduit le courant sodique INa. La SAP97, protéine d’accrochage des canaux Kv4. 3 et Nav1. 5, régule leur fonction et leur adressage dans des domaines spécialisés du cardiomyocyte. Nous avons détecté deux variants faux sens S104R et T697I chez deux patients SBr non apparentés. In vitro, ces deux variants induisent un gain-de-fonction de Kv4. 3 par augmentation du courant potassique Ito, combiné à une perte-de-fonction de Nav1. 5 par diminution du courant sodique INa. D’autres expériences sont en cours pour en expliquer le mécanisme. En conclusion, nous rapportons pour la première fois des mutations dans les gènes MOG1 et DLG1 associés au SBr, soulignant le rôle capital de ces protéines partenaires dans cette pathologie
Brugada syndrome (BrS) is an autosomal dominant arrhythmia with ST-segment elevation on the ECG, and a high risk of sudden death. This channelopathy is mainly caused by an inherited dysfunction of cardiac sodium channel Nav1. 5, and more rarely potassium channel Kv4. 3. However, its origin is unknown for 75% of patients. By a gene-candidate strategy and a functional patch clamp study, we characterized two new genes predisposing to BrS, MOG1 and DLG1, encoding proteins MOG1and SAP97 respectively. The MOG1 protein, partner of Nav1. 5, regulates its function and membrane expression. We detected a variant E83D in a symptomatic patient with a BrS-ECG that in vitro: (1) causes a loss-of-function of Nav1. 5 by reducing their membrane expression, and (2) has a dominant negative effect on the wild type MOG1 protein. In addition, the silencing of endogenous MOG1 reduced sodium current INa. The protein SAP97 is a partner of both channels Kv4. 3 and Nav1. 5, and regulates their function and targeting in specialized domains of the cardiomyocyte. We detected two missense variants S104R and T697I in two unrelated BrS patients. In vitro, these two variants induce a Kv4. 3 gain-of-function by increasing the potassium current Ito, combined with a Nav1. 5 loss-of-function by reducing the sodium current INa. Further experiments are in progress to explain the mechanism. In conclusion, we report for the first time mutations in MOG1 and DLG1 genes associated with BrS, highlighting the crucial role of these partner proteins in this disease