Arrhythmogenic cardiomyopathy: electrical instability and intercalated disc abnormalities in transgenic mice

Aims: Mutations in genes encoding desmosomal proteins have been implicated in the pathogenesis of arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy (ARVC). However, the consequences of these mutations in early disease stages are unknown. We investigated whether mutation-induced intercalated disc remodeling impacts on electrophysiological properties before the onset of cell death and replacement fibrosis. Methods and Results: Transgenic mice with cardiac overexpression of mutant Desmoglein2 (Dsg2) Dsg2-N271S (Tg-NS/L) were studied before and after the onset of cell death and replacement fibrosis. Mice with cardiac overexpression of wild-type Dsg2 and wild-type mice served as controls. Assessment by electron microscopy established that intercellular space widening at the desmosomes/adherens junctions occurred in Tg-NS/L mice before the onset of necrosis and fibrosis. At this stage, epicardial mapping in Langendorff-perfused hearts demonstrated prolonged ventricular activation time, reduced longitudinal and transversal conduction velocities, and increased arrhythmia inducibility. A reduced action potential upstroke velocity due to a lower Na+ current density was also observed at this stage of the disease. Furthermore, co-immunoprecipitation demonstrated an in vivo interaction between Dsg2 and the Na+ channel protein NaV1.5. Conclusion: Intercellular space widening at the level of the intercalated disc (desmosomes/fascia adherens junctions) and a concomitant reduction in action potential upstroke velocity, as a consequence of lower Na+ current density, leads to slowed conduction and increased arrhythmia susceptibility at disease stages preceding the onset of necrosis and replacement fibrosis. The demonstration of an in vivo interaction between Dsg2 and NaV1.5 provides a molecular pathway for the observed electrical disturbances during the early ARVC stages.

Introduzione: Mutazioni nei geni che codificano per le proteine desmosomali giocano un ruolo fondamentale nella patogenesi della cardiomiopatia aritmogena del ventricolo destro (ARVC). Tuttavia, le conseguenze di tali mutazioni negli stadi precoci della malattia sono sconosciute. Scopo del nostro studio è stato di indagare se il rimodellamento dei dischi intercalari come conseguenza di mutazioni nelle proteine desmosomali modifichi le proprietà elettrofisiologiche cardiache prima dello sviluppo di morte cellulare e fibrosi sostitutiva. Metodi e Risultati: Topi transgenici con overespressione cardiaca della proteina Desmogleina2 mutata (Dsg2) -Dsg2-N271S (Tg-NS/L)- sono stati studiati prima e dopo lo sviluppo di morte miocitaria e fibrosi sostitutiva. Come controlli, abbiamo usato topi wild-type e topi con overespressione della Dsg2 normale. Studi di microscopia elettronica hanno evidenziato la presenza di spazi intercellulari allargati in corrispondenza delle giunzioni meccaniche desmosomi/giunzioni aderenti nei topi Tg-NS/L prima dello sviluppo di necrosi e fibrosi. Contemporaneamente, il mappaggio epicardico in cuori perfusi con soluzione Langendorff ha dimostrato prolungamento del tempo di attivazione ventricolare, riduzione della velocità di conduzione longitudinale e trasversale, ed aumento della inducibilità di aritmie. Inoltre, nello stesso stadio di malattia, si osservava ridotta velocità del potenziale d’azione dovuta a minore densità della corrente del sodio. Studi di co-immunoprecipitazione, infine, dimostravano un’interazione in vivo tra la Dsg2 e la proteina NaV1.5 dei canali del sodio. Conclusioni: Un allargamento degli spazi intercellulari a livello dei dischi intercalari e una concomitante riduzione del potenziale d’azione, come conseguenza di una minore corrente del sodio, portano ad un ritardo di conduzione ed ad aumentata suscettibilità aritmica negli stadi di malattia che precedono la necrosi e la fibrosi sostitutiva. La dimostrazione di un’interazione in vivo tra Dsg2 e NaV1.5 suggerisce una spiegazione a livello molecolare dei disturbi elettrici osservati negli stadi precoci dell’ARVC.