Konjenital aritmi patogenezinde kardiyomiyosit ve makrofaj etkileşiminin in vitro ve in vivo modellerde araştırılması

Abstract

Dünyada büyük oranda morbidite ve mortalite sebebi olan konjenital aritmilerin patogenezinde immün sistemin elektrofizyolojik rolleri henüz anlaşılamamıştır. Sağlıklı durumda kalbin atım profillerini düzenlediği keşfedilen kardiyak makrofajlar, konjenital aritmi insan ve fare modellerinde incelenmemiştir. Bu amaçla, bu tez çalışmasının konjenital aritmi modeli Casq2-/- transgenik fare hattı ve vahşi tip fareler ile yürütülen ex vivo deneylerinde, CX3CR1+ kardiyak makrofajların fare kalplerindeki lokasyonları ve yoğunlukları incelendi. Atriyoventriküler nod bölgesindeki kardiyak makrofajların kantitatif yoğunluk analizi sonucu, CX3CR1 sinyal yoğunluğunun Casq2-/- farelerde, vahşi tip farelere oranla istatistiksel anlamlı olarak azaldığı tespit edildi. Bu sonuç bize CX3CR1 ifadeli makrofaj popülasyonundaki azalmanın konjenital aritmi patogenezinde rolü olabileceğini gösterdi. Eş zamanlı olarak, voltaj kapılı Na+ iyon kanalını kodlayan SCN5A gen mutasyonları kaynaklı oluşan konjenital aritmiye sahip bireyler ve sağlıklı kontrollerden monosit kökenli makrofajlar ve uyarılmış pluripotent kök hücre (uPKH) temelli kardiyomiyositlerin tekli kültürleri elde edildi. Ardından, aralarındaki morfolojik, moleküler ve fonksiyonel etkileşimler kokültür modellerinde in vitro olarak incelendi. Genetik kökeninden bağımsız olarak, makrofajların M2 fenotipine yakın M0 fenotipi sergilediği tespit edildi. Hasta kökenli monositlerin gen ifadesi açısından M1 benzeri moleküler karakter gösterdiği belirlendi. Hücre içi Ca2+ görüntüleme, video temelli fonksiyonel kasılma ve ritim analizi sonucu, kokültürlerde sağlıklı kardiyomiyositlerle etkileşim halindeki makrofajların, kardiyomiyositlerin atım frekansını istatistiksel anlamlı olarak hızlandırdığı tespit edildi. Önemli olarak, sağlıklı makrofajların taşikardi fenotipi gösteren kardiyomiyositlerin atım hızlarını istatistiksel anlamlı bir şekilde yavaşlatarak, iyileştirici ve ritim düzenleyici etkiye sahip olduğu belirlendi. Tamamlanan bu kapsamlı ve kontrollü çalışma dahilinde, konjenital aritmi patogenezinde makrofajların kardiyomiyositler üzerine moleküler, hücresel ve fizyolojik etkileri literatürde ilk defa incelenmiş olup özgün verilere ulaşılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen veriler doğrultusunda, sağlıklı makrofaj popülasyonu hücresel tedavi alanında kullanılarak aritmi tedavisinde başarı sağlanabilir.The electrophysiological roles of the immune system in the pathogenesis of congenital arrhythmias, causing morbidity and mortality in the world, are not yet understood. Cardiac macrophages have been discovered that they regulate the contraction profiles of healthy murine hearts however, have not been studied in human and mouse arrhythmia models. In this thesis, the locations and intensities of CX3CR1+ cardiac macrophages in the heart tissues of healthy and Casq2-/- transgenic mice, a ventricular tachycardia disease model, were investigated ex vivo. As a result of quantitative intensity analysis of the macrophages in the atrioventricular node region, CX3CR1 signal intensity was found to be statistically significantly reduced in Casq2-/- transgenic mice compared to the wild-type group. This result showed us that decrease in CX3CR1+ cardiac macrophages in the heart may have a role in the pathogenesis of congenital arrhythmias. Simultaneously, monocultures of monocyte-derived macrophages and induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cardiomyocytes were obtained from healthy controls and congenital arrhythmia patients carrying mutations in SCN5A gene encoding the voltage-gated Na+ channel protein. Subsequently, the morphological, molecular, and functional interactions were investigated in in vitro coculture models. Independent of the genetic background, macrophages exhibited naïve and M2-like phenotype, while patient-derived monocytes showed M1-like molecular characteristics in terms of gene expression. As a result of intracellular Ca2+ imaging, video-based functional contraction, and rhythm analysis, the macrophages interacting with healthy cardiomyocytes in cocultures significantly accelerated the beating frequency of the cardiomyocytes. Importantly, healthy macrophages slowed down the beating rates of cardiomyocytes exhibiting tachycardia phenotype in a statistically significant way, indicating a curative and rhythm-regulating effect of healthy macrophages. Within the scope of this comprehensive and controlled study, the molecular and physiological interactions between macrophages and cardiomyocytes in the pathogenesis of congenital arrhythmia were examined for the first time in the literature. In line with the data obtained from this study, successful treatment of arrhythmia can be achieved by using the healthy macrophage population in the field of cellular therapy.