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  • Reversible Mitochondrial Fr...
    Rohani, Leili; Machiraju, Pranav; Sabouny, Rasha; Meng, Guoliang; Liu, Shiying; Zhao, Tian; Iqbal, Fatima; Wang, Xuemei; Ravandi, Amir; Wu, Joseph C.; Khan, Aneal; Shutt, Timothy; Rancourt, Derrick; Greenway, Steven C.

    Canadian journal of cardiology, April 2020, 2020-Apr, 2020-04-00, 20200401, Volume: 36, Issue: 4
    Journal Article

    Dilated cardiomyopathy with ataxia syndrome (DCMA) is an understudied autosomal recessive disease caused by loss-of-function mutations in the poorly characterized gene DNAJC19. Clinically, DCMA is commonly associated with heart failure and early death in affected children through an unknown mechanism. DCMA has been linked to Barth syndrome, a rare but well-studied disorder caused by deficient maturation of cardiolipin (CL), a key mitochondrial membrane phospholipid. Peripheral blood mononuclear cells from 2 children with DCMA and severe cardiac dysfunction were reprogrammed into induced pluripotent stem cells (iPSCs). Patient and control iPSCs were differentiated into beating cardiomyocytes (iPSC-CMs) using a metabolic selection strategy. Mitochondrial structure and CL content before and after incubation with the mitochondrially targeted peptide SS-31 were quantified. Patient iPSCs carry the causative DNAJC19 mutation (rs137854888) found in the Hutterite population, and the iPSC-CMs demonstrated highly fragmented and abnormally shaped mitochondria associated with an imbalanced isoform ratio of the mitochondrial protein OPA1, an important regulator of mitochondrial fusion. These abnormalities were reversible by incubation with SS-31 for 24 hours. Differentiation of iPSCs into iPSC-CMs increased the number of CL species observed, but consistent, significant differences in CL content were not seen between patients and control. We describe a unique and novel cellular model that provides insight into the mitochondrial abnormalities present in DCMA and identifies SS-31 as a potential therapeutic for this devastating disease. La cardiomyopathie dilatée avec ataxie (CMDA) est une maladie autosomale récessive peu étudiée, causée par des mutations perte de fonction dans le gène mal caractérisé DNAJC19. Sur le plan clinique, la CMDA est souvent associée, par un mécanisme inconnu, à l’insuffisance cardiaque et au décès prématuré chez les enfants qui en sont atteints. Un lien a en outre été établi entre la CMDA et le syndrome de Barth, une maladie rare mais bien connue causée par un défaut de maturation de la cardiolipine (CL), un phospholipide important de la membrane mitochondriale. Des cellules mononuclées du sang périphérique prélevées chez deux enfants atteints de CMDA et d’une dysfonction cardiaque grave ont été reprogrammées en cellules souches pluripotentes induites (CSPi). Les CSPi des patients et des CSPi témoins ont ensuite été différenciées en cardiomyocytes battants (CSPi-CM) au moyen d’une stratégie de sélection métabolique. Enfin, la structure mitochondriale et la teneur en CL avant et après l’incubation en présence du peptide SS-31 ciblant les mitochondries ont été mesurées. Les CSPi des patients sont porteuses de la mutation du gène DNAJC19 causale (rs137854888) qu’on trouve dans la population huttérite, et les CSPi-CM produites à partir de ces cellules présentaient des mitochondries très fragmentées et de forme anormale, qui sont associées à un rapport isoforme déséquilibré de la protéine mitochondriale OPA1, un important régulateur de la fusion mitochondriale. Ces anomalies ont pu être renversées après incubation en présence de peptide SS-31 pendant 24 heures. La différenciation des CSPi en CSPi-CM a augmenté le nombre d’espèces de CL observées, mais aucune différence constante ni significative de la teneur en CL n’a été relevée entre les cellules prélevées chez les patients et les cellules témoins. Nous décrivons un modèle cellulaire unique et novateur qui permet de mieux comprendre les anomalies mitochondriales observées chez les patients atteints de CMDA et qui montre le potentiel thérapeutique du peptide SS-31 pour le traitement de cette maladie dévastatrice.