Γονιδιακή ανάλυση συγγενών καρδιοπαθειών στο zebrafish

Abstract

Aims : Valvular heart disease is responsible for considerable morbidity and mortality. Cardiac valves develop as the heart contracts, and they function throughout the lifetime of the organism to prevent retrograde blood flow. Their precise morphogenesis is crucial for cardiac function. Zebrafish is an ideal model to investigate cardiac valve development as it allows these studies to be carried out in vivo through non-invasive imaging. Accumulating evidence suggests a role for contractility and intracardiac flow dynamics in cardiac valve development. However, these two factors have proved difficult to uncouple, especially since altering myocardial function affects the intracardiac flow pattern. Methods and results: Here, we describe novel zebrafish models of developmental valve defects.We identified two mutant alleles of myosin heavy chain 6 that can be raised to adulthood despite having only one functional chamber—the ventricle. The adult mutant ventricle undergoes remodelling, and the atrioventricular (AV) valves fail to form four cuspids. In parallel, we characterized a novel mutant allele of southpaw, a nodal-related gene involved in the establishment of left–right asymmetry, which exhibits randomized heart and endoderm positioning. We first observed that in southpaw mutants the relative position of the two cardiac chambers is altered, affecting the geometry of the heart, while myocardial function appears unaffected. Mutant hearts that loop properly or exhibit situs inversus develop normally, whereas midline, unlooped hearts exhibit defects in their transvalvular flowpattern duringAV valve development aswell as defects in valve morphogenesis.Conclusions: Our data indicate that intracardiac flow dynamics regulate valve morphogenes is independently of myocardial contractility.

Σκοπός: Οι βαλβιδοπάθειες ευθύνονται κατά ένα σημαντικό ποσοστό στην εμφάνιση καρδιακής ανεπάρκειας αλλά και στη συνολική θνησιμότητα και θνητότητα του πληθυσμού. Οι βαλβίδες της καρδιάς αναπτύσσονται και διαμορφώνονται με τον σχηματισμό της καρδιάς και ενόσω αυτή συστέλλεται. Λειτουργούν καθ’όλη την διάρκεια της ζωής ενός οργανισμού με σκοπό την παρεμπόδιση της παλίνδρομης ροής του αίματος. Η ακριβής τους διαμόρφωση είναι σημαντική για την καρδιακή λειτουργία. Το zebrafish αποτελεί ένα ιδανικό μοντέλο για την μελέτη της ανάπτυξης των καρδιακών βαλβίδων καθώς επιτρέπει την in-vivo μελέτη χωρίς επεμβατικές τεχνικές. Παλαιότερες μελέτες και έρευνες συγκλίνουν στο γεγονός ότι η συσταλτικότητα της καρδιάς και η αιμοδυναμική ροή ενδοκαρδιακά παίζουν ρόλο στην ανάπτυξη των καρδιακών βαλβίδων. Ωστόσο, έχει φανεί ότι οι δύο αυτοί παράγοντες είναι δύσκολο να μελετηθούν ξεχωριστά λόγω της αλληλεπίδρασης του ενός από τον άλλο. Μέθοδοι και Αποτελέσματα: Σε αυτήν την εργασία περιγράφονται για πρώτη φορά δύο νέα μοντέλα zebrafish για την μελέτη της ανάπτυξης των καρδιακών βαλβίδων. Ανιχνεύσαμε δύο νέους αλληλόμορφους του γονιδίου myosin heavy chain 6. Αυτοί οι νέοι αλληλόμορφοι μπορούν να επιβιώσουν ως την ενηλικίωση με μία μόνο κοιλότητα, την κοιλία. Η κοιλία των ενήλικων μεταλλαγμένων zebrafish υπόκειται σε αναδιαμόρφωση και η κολποκοιλιακή βαλβίδα αυτών υπολείπεται σε αριθμό γλωχίνων (δύο αντί για τέσσερις). Παράλληλα, χαρακτηρίσαμε και έναν νέο αλληλόμορφο του γονιδίου southpaw, στον οποίο η καρδιά παρουσιάζει είτε ετερόπλευρη θέση από το φυσιολογικό, είτε στη μέση γραμμή είτε στη φυσιολογική κατά τυχαίο τρόπο ακολουθούμενη από τυχαία θέση των σπλαγχνικών οργάνων κατά την ανάπτυξης του ενδοδέρματος. Το southpaw σχετίζεται με το Nodal, γονίδιο το οποίο εμπλέκεται στην ρύθμιση της δεξιάς-αριστερής συμμετρίας. Διαπιστώσαμε ότι στα μεταλλαγμένα southpaw έμβρυα η σχετική θέση μεταξύ των δύο κοιλοτήτων αλλάζει, επηρεάζοντας την γεωμετρία της καρδιάς και αφήνοντας ανεπηρέαστη την μυοκαρδιακή λειτουργία. Τα μεταλλαγμένα southpaw έμβρυα με ανάστροφη θέση της καρδιάς (situs inversus) είτε αυτά τα οποία σχηματίζουν φαινοτυπικά φυσιολογική καρδιά αναπτύσσονται φυσιολογικά μέχρι την ενηλικίωση. Αντίθετα, τα southpaw με την καρδιά στην μέση γραμμή εμφανίζουν επηρεασμένο πρότυπο διαβαλβιδική ροής μέσω της κολποκοιλιακής βαλβίδας καθώς και ελαττωματική κολποκοιλιακή βαλβίδα. Συμπέρασμα: Τα αποτελέσματά μας αποδεικνύουν ότι η η αιμοδυναμική ροή εντός της καρδιακής κοιλότητας ρυθμίζει την μορφογένεση της κολποκοιλιακής βαλβίδας ανεξάρτητα από την μυοκαρδιακή συσταλτικότητα.