Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
ลักษณะทางสรีรวิทยาไฟฟ้าของการกลายพันธุ์บนยีนเอสซีเอ็นห้าเอที่ตำแหน่งไอสองสามเก้าวีหรือเอ็มหนึ่งสี่แปดเจ็ดเคในโวลเทจเกตโซเดียมแชนเนลของหัวใจ
Year (A.D.)
2023
Document Type
Thesis
First Advisor
Saknan Bongsebandhu-phubhakdi
Second Advisor
Apichai Khongphatthanayothin
Faculty/College
Graduate School (บัณฑิตวิทยาลัย)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Physiology
DOI
10.58837/CHULA.THE.2023.1439
Abstract
Cardiac voltage-gated sodium channels (NaV1.5) are essential to generate sodium current (INa) and regulate cardiac electrical conduction. Mutations in NaV1.5 can lead to cardiac disorders such as Brugada syndrome and Long QT Syndrome type 3 (LQTS3), potentially resulting in sudden cardiac death. Mutations p.I239V and p.M1487K have been identified in LQTS3 patients. The p.I239V mutation was found in a patient with mild symptoms and in family members who experienced sudden cardiac death, while the p.M1487K mutation is associated with more severe symptoms. This study aims to investigate the impact of these mutations on INa from NaV1.5 activities, which could cause LQTS3. Mutated SCN5A plasmids were constructed by site-directed mutagenesis and transfected into Human Embryonic Kidney (HEK293) cells. After 24 to 48 hours post-transfection, cell morphology, cell size, membrane integrity and electrophysiological properties of patch clamp analysis, including peak INa, sustained INa, window INa, and recovery from inactivation were measured in mock transfected, wild-type, p.I239V mutated, and p.M1487K (n = 30 per group). The results showed that the mutated NaV1.5 did not affect cell morphology and membrane integrity. Electrophysiological analysis revealed that both mutations increased window INa in a negatively shifted steady-state activation curve and accelerated recovery from inactivation. Additionally, the p.I239V mutation tended to increase peak INa, while the p.M1487K mutation potentially increased sustained INa. These findings indicate that both NaV1.5 mutations result in a gain-of-function effect, reflecting the clinical symptoms of patients with LQTS3. These insights aid in genetic screening for the disease, and the development of targeted therapies.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
โวลเทจเกตโซเดียมแชนเนลของหัวใจ (NaV1.5) มีหน้าที่สร้างกระแสไฟฟ้าจากการไหลของโซเดียม (INa) ที่ทำให้หัวใจสามารถนำไฟฟ้าได้เป็นปกติ หาก NaV1.5 เกิดกลายพันธุ์ในตำแหน่งที่สำคัญ จะทำให้มีการสร้าง INa ผิดปกติ ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคหัวใจที่รุนแรง เช่น กลุ่มอาการบรูกาด้า (Brugada Syndrome) หรือ โรคคิวทียาวชนิดที่ 3 (Long QT Syndrome type 3; LQTS3) และนำไปสู่การเสียชีวิตจากหัวใจล้มเหลวเฉียบพลัน ในงานวิจัยนี้สนใจการกลายพันธุ์ที่พบในผู้ป่วย LQTS3 2 ราย ที่ตำแหน่งแตกต่างกันและไม่มีการศึกษามาก่อน ตำแหน่งแรกคือ p.I239V แม้ผู้ป่วยที่พบการกลายพันธุ์ที่ตำแหน่งนี้มีอาการไม่รุนแรง แต่พบสมาชิกครอบครัวที่มีการกลายพันธุ์นี้และเสียชีวิตจากภาวะหัวใจล้มเหลวเฉียบพลัน ในขณะที่การกลายพันธุ์ตำแหน่งที่สองคือ p. M1487K ซึ่งคนไข้รายนี้พบอาการที่รุนแรงมาก จึงนำมาสู่วัตถุประสงค์ของงานวิจัยคือเพื่อศึกษาผลของการกลายพันธุ์ต่อการเปลี่ยนแปลงของ INa ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดโรค LQTS3 โดยมีวิธีการศึกษาคือสร้างพลาสมิดด้วยวิธี site-directed mutagenesis และ transfect ลงใน Human Embryonic Kidney (HEK293) หลังจากนั้น 24–48 ชั่วโมง ทำการประเมินลักษณะ ขนาด สภาพความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ (membrane integrity) และใช้วิธีแพทช์แคลมป์เพื่อประเมินค่าทางสรีรวิทยาไฟฟ้าได้แก่ค่า peak INa, sustained INa, window INa, และค่าการคืนสภาพของแชนแนล โดยทำการเปรียบเทียบค่าต่าง ๆ ในเซลล์ HEK293 ที่ transfect ด้วยพลาสมิดที่ไม่มียีนสร้างแชนแนล (mock transfect), ไวลด์ไทป์แชนแนล, แชนแนลกลายพันธุ์ที่ p.I239V, และ แชนแนลกลายพันธุ์ที่ p.M1487K (n=30 ต่อกลุ่ม) ผลการศึกษาพบว่าการกลายพันธุ์ของแชนแนลทั้งสองตำแหน่ง ไม่ส่งผลต่อรูปร่าง ขนาด และ สภาพความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ ทั้งนี้จุดที่น่าสนใจคือค่าทางสรีรวิทยาไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ทั้งสองตำแหน่งทำให้โอกาสเกิด window INa สูงขึ้น จากการเกิด negative shift ของ activation curve และยังทำให้การคืนสภาพของแชนแนลเกิดอย่างรวดเร็วมากขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น ในกลุ่ม p.I239V ยังพบว่า peak INa มี amplitude ที่สูงขึ้นเล็กน้อย ในขณะที่กลุ่ม p.M1487K มี sustained INa ที่สูงขึ้นมาก ผลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ทั้งสองทำให้มีการทำงานของแชนแนลมากขึ้น และสอดคล้องกับการเกิด LQTS 3 ของผู้ป่วยทั้งสองราย ผลการศึกษาครั้งนี้ช่วยในการตรวจสอบพันธุกรรมเพื่อวินิจฉัยโรคที่แม่นยำ และการทดสอบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของยาที่จำเพาะกับโรคที่ดีมากยิ่งขึ้น
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Auvichayapat, Vichaya, "Electrophysiological characteristics of a novel SCN5A mutation (I239V or M1487K) in the cardiac voltage-gated sodium channel" (2023). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 73944.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/73944