Phenotypic characterization of hypertrophic cardiomyopathy in human iPSC-derived heart organoids carrying a JPH2 variant
1.71 MB
avoin
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset12
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a hereditary cardiac disease characterized by abnormal thickening of the left ventricular wall, due to cardiomyocyte hypertrophy and myocardial fibrosis, leading to altered cardiac function and increased risk of arrhythmias. HCM is estimated to occur in one in 500 people and is a leading cause of sudden cardiac death in young people, particularly athletes. Despite its clinical importance, understanding the molecular and cellular mechanisms of HCM remains limited, due to the lack of physiologically relevant disease models. Current in vitro models, mainly 2D cultures of human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived cardiomyocytes fail to recapitulate the multicellular interactions contributing to disease progression, highlighting the need for more advanced HCM models.
This master’s thesis focused on generation of 3D heart organoids carrying a JPH2 variant and their use in the phenotypic characterization of HCM to improve in vitro disease modeling. Heart organoids were generated from patient-derived hiPSCs carrying a JPH2 (Thr161Lys) variant using a self-assembly method. Phenotypic characterization included immunocytochemistry, functional analysis and gene expression analysis.
Heart organoid generation was optimized, resulting in successful generation of heart organoids, with multiple cardiac cell types, including cardiomyocytes, cardiac fibroblasts, and smooth muscle cells. However, transcriptional analysis did not reveal clear differences between HCM and control organoids. Instead, gene expression patterns were primarily influenced by time point and culture medium. Additionally, medium affected the contractile behavior of spontaneously beating organoids. In conclusion, the HCM phenotype was not yet evident in heart organoids and further optimization is required.
Hypertrofinen kardiomyopatia (HCM) on perinnöllinen sydänsairaus, jossa sydänlihas paksuuntuu erityisesti vasemman kammion alueella. Tämä johtuu pääasiassa sydänlihassolujen hypertrofiasta ja sydänlihaskudoksessa esiintyvästä fibroosista, mitkä yhdessä heikentävät sydämen toimintaa ja lisäävät rytmihäiriöiden riskiä. HCM:n esiintyvyydeksi arvioidaan noin yksi tapaus 500 henkilöä kohden, se on yleisin sydänperäisen äkkikuoleman syy nuorilla ja urheilijoilla. Taudin kliinisestä merkityksestä huolimatta sen molekyylitason ja solutason mekanismit tunnetaan vain osittain, fysiologisesti relevanttien tautimallien puutteen vuoksi. Nykyiset in vitro -menetelmät, kuten 2D ihmisen indusoiduista pluripotenteista kantasoluista (hiPSC) erilaistetut sydänlihassoluviljelmät eivät kykene mallintamaan taudin etenemiseen vaikuttavia monisoluisia vuorovaikutuksia. Tämä korostaa tarvetta kehittyneemmille tautimalleille.
Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena oli kehittää 3D-sydänorganoidimalli HCM:n tutkimiseen, joka mahdollistaisi taudin tarkemman mallintamisen verrattuna nykyisiin in vitro -malleihin. Sydänorganoidit tuotettiin potilasperäisistä hiPSC-soluista, jotka kantoivat JPH2 (Thr161Lys) varianttia, hyödyntäen solujen itseorganisoitumiseen perustuvaa menetelmää. Sydänorganoidien fenotyyppinen karakterisointi sisälsi immunosytokemiaa, toiminnallisia analyysejä ja geeniekspressiotutkimuksia.
Sydänorganoidien menetelmää optimoitiin, ja onnistuneesti tuotetut organoidit sisälsivät sydänlihassoluja ja muita sydämessä esiintyviä solutyyppejä, kuten fibroblasteja ja sileälihassoluja. Transkriptiotason analyysissä ei kuitenkaan havaittu selkeitä eroja HCM- ja kontrolliorganoidien välillä, vaan geeniekspressioon vaikuttivat pääasiassa aikapiste ja käytetty viljelymedium. Viljelymedium vaikutti myös spontaanisti sykkivien organoidien supistuvuuteen. Tämän tutkielman perusteella HCM-fenotyypin ilmentyminen ei ollut vielä selkeästi havaittavissa, mikä korostaa sydänorganoidimallin jatkokehityksen ja optimoinnin merkitystä.