O estímulo elétrico aplicado durante a diferenciação das hiPSCs direciona os hiPSC-CMs a células do tipo de condução cardíaca maduras

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Crestani, Thayane Antoniolli
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/5/5131/tde-23062021-114831/
Resumo: Os cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSC-CMs) se assemelham aos cardiomiócitos fetais e o estímulo elétrico (ES) tem sido explorado para amadurecer as células diferenciadas. Aqui, levantamos a hipótese de que o ES aplicado no início do processo de diferenciação desencadeia tanto a diferenciação dos hiPSC-CMs em um fenótipo especializado do sistema de condução (CS) quanto a maturação celular. Aplicamos o ES por 15 dias a partir do dia 0 do processo de diferenciação e encontramos um aumento da expressão de fatores de transcrição e proteínas associadas ao desenvolvimento e função do CS, incluindo IRX3 e NKX2.5 e SCN5A, Hcn4 e contactina 2, respectivamente. Também encontramos ativação de proteínas de disco intercalares (Nrap e ?-catenina). Detectamos a maturação de CMs induzida por ES, conforme indicada pelo aumento da expressão de TNNI1 e TNNI3. Micrografias confocais mostraram uma mudança em direção à expressão da proteína das junções gap, conexina 40, nos hiPSC-CMs com ES em comparação com a expressão mais dominante da conexina 43 nos controles. Finalmente, a análise dos parâmetros funcionais revelou que os hiPSC-CMs com ES exibiram transientes intracelulares de Ca2+ mais longos, despolarização do potencial de ação (AP) mais rápida e duração mais lenta do AP em 90% da repolarização, assemelhando-se com as fibras de condução rápida. Em conjunto, fornecemos evidências de que o ES aplicado durante a diferenciação das hiPSCs em cardiomiócitos leva ao desenvolvimento de células do tipo de condução cardíaca com citoarquitetura mais madura. Assim, os hiPSC-CMs expostos ao ES durante a diferenciação podem ser cruciais para o desenvolvimento de células do CS para modelagem de doenças cardíacas, triagem de medicamentos individuais em uma plataforma do tipo medicamento de precisão e apoiar o desenvolvimento de novas terapias para arritmias
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spelling O estímulo elétrico aplicado durante a diferenciação das hiPSCs direciona os hiPSC-CMs a células do tipo de condução cardíaca madurasElectrical stimulation applied during hiPSC differentiation drives the hiPSC-CMs towards a mature cardiac conduction-like cellsArritmias cardíacasCardiac arrhythmiasCell differentiationCélulas-tronco pluripotentes induzidasDiferenciação celularElectrophysiologic techniques cardiacElectroshockEletrochoqueHeart conduction system cardiacInduced pluripotent stem cellsMiócitos cardíacosMyocytesSistema de condução cardíacoTécnicas eletrofisiológicas cardíacasOs cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSC-CMs) se assemelham aos cardiomiócitos fetais e o estímulo elétrico (ES) tem sido explorado para amadurecer as células diferenciadas. Aqui, levantamos a hipótese de que o ES aplicado no início do processo de diferenciação desencadeia tanto a diferenciação dos hiPSC-CMs em um fenótipo especializado do sistema de condução (CS) quanto a maturação celular. Aplicamos o ES por 15 dias a partir do dia 0 do processo de diferenciação e encontramos um aumento da expressão de fatores de transcrição e proteínas associadas ao desenvolvimento e função do CS, incluindo IRX3 e NKX2.5 e SCN5A, Hcn4 e contactina 2, respectivamente. Também encontramos ativação de proteínas de disco intercalares (Nrap e ?-catenina). Detectamos a maturação de CMs induzida por ES, conforme indicada pelo aumento da expressão de TNNI1 e TNNI3. Micrografias confocais mostraram uma mudança em direção à expressão da proteína das junções gap, conexina 40, nos hiPSC-CMs com ES em comparação com a expressão mais dominante da conexina 43 nos controles. Finalmente, a análise dos parâmetros funcionais revelou que os hiPSC-CMs com ES exibiram transientes intracelulares de Ca2+ mais longos, despolarização do potencial de ação (AP) mais rápida e duração mais lenta do AP em 90% da repolarização, assemelhando-se com as fibras de condução rápida. Em conjunto, fornecemos evidências de que o ES aplicado durante a diferenciação das hiPSCs em cardiomiócitos leva ao desenvolvimento de células do tipo de condução cardíaca com citoarquitetura mais madura. Assim, os hiPSC-CMs expostos ao ES durante a diferenciação podem ser cruciais para o desenvolvimento de células do CS para modelagem de doenças cardíacas, triagem de medicamentos individuais em uma plataforma do tipo medicamento de precisão e apoiar o desenvolvimento de novas terapias para arritmiasHuman induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) resemble fetal cardiomyocytes and electrical stimulation (ES) has been explored to mature the differentiated cells. Here, we hypothesize that ES applied at the beginning of the differentiation process, triggers both differentiation of the hiPSC-CMs into a specialized conduction system (CS) phenotype and cell maturation. We applied ES for 15 days starting on day 0 of the differentiation process and found an increased expression of transcription factors and proteins associated with the development and function of CS including IRX3, NKX2.5 and contactin 2, Hcn4 and SCN5A, respectively. We also found activation of intercalated disc proteins (Nrap and beta-catenin). We detected ES-induced CM maturation as indicated by increased TNNI1 and TNNI3 expression. Confocal micrographs showed a shift towards expression of the gap junction protein connexin 40 in ES hiPSC-CMs compared to the more dominant expression of connexin 43 in controls. Finally, analysis of functional parameters revealed that ES hiPSC-CMs exhibited faster action potential (AP) depolarization, longer intracellular Ca2+ transients, and slower AP duration at 90% of repolarization, resembling fast conducting fibers. Altogether, we provided evidence that ES during the differentiation of hiPSCs to cardiomyocytes lead to development of cardiac conduction-like cells with more mature cytoarchitecture. Thus, hiPSC-CMs exposed to ES during differentiation can be instrumental to develop CS cells for cardiac disease modelling, screening individual drugs on a precision medicine type platform and support the development of novel therapeutics for arrhythmiasBiblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPKrieger, Jose EduardoCrestani, Thayane Antoniolli2020-10-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/5/5131/tde-23062021-114831/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2021-06-24T18:34:02Zoai:teses.usp.br:tde-23062021-114831Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-06-24T18:34:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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