Background: Biopacemaking is the attempt to replicate sinoatrial node (SAN)-like pacemaker activity in other areas of the heart by manipulating genes involved in pacemaking. Application of this could emulate the electronic pacemaker without the need for implantation of permanent hardware, or directly repair dysfunctional SAN tissue in human disease. We upregulated the transcription factors Tbx18, Tbx3 and the membrane ion exchanger NCX1 in bradycardic subsidiary atrial pacemaker (SAP) tissue which we used as a model of SAN dysfunction. We aimed to show that one or more of these gene targets could improve pacemaker function and alter the molecular character of SAP tissue and thus could potentially be used for the repair of dysfunctional SAN tissue. Methods: SAP tissue was isolated from the right atria of rats and kept beating in culture at 37°C for 48 hours. Recombinant adenoviruses were injected into SAP preparations to upregulate Tbx18, Tbx3 and NCX1 individually. Beating rate, overdrive suppression and pharmacological response to If blockade and β-adrenergic stimulation were measured along with molecular changes in pacemaker and atrial genes and proteins using RT-qPCR and immunohistochemistry. Results: Tbx18 upregulation significantly increased SAP beating rate after 48 hours of culture (a final rate of 141 ± 9 bpm in uninfected SAP tissue versus 215 ± 16 bpm in Ad-Tbx18 infected SAP tissue, p<0.01). It induced upregulation of HCN2 (p<0.01) and RYR2 (p<0.05), downregulation of HCN4 (p<0.05) and no change HCN1, Tbx3, Kv1.5, Kir2.1, Nav1.5, NCX1, Cx43, Cx45, Cav1.2 or Cav3.1. There was also no change in overdrive suppression and no change in response to pharmacology. No increase in beating rate was seen with either Tbx3 or NCX1 upregulation. Tbx3 preparations induced downregulation of the atrial genes Kir2.1 (p<0.01) and Nav1.5 (p<0.05), along with HCN1 (p<0.05), HCN4 (p<0.01), Tbx18 (p<0.05) and NCX1 (p<0.01), upregulated Cx43 (p<0.05) and showed no change in Cx45, RYR2, Kv1.5. NCX1 preparations demonstrated reduced overdrive suppression (p<0.05). Conclusion: Tbx18 showed the most potential for biopacemaking in SAP tissue, however both Tbx3 and NCX1 could be applied as secondary targets to fine tune biopacemaker function. Future work would focus on applying these targets to dysfunctional SAN tissue in larger animals.

No description available.

Précédemment, nous avons montré que la surexpression de l'échangeur Na/Ca NCX1), une protéine responsable de la sortie de calcium (Ca2+) des cellules, augmentait la mort cellulaire programmée ou « apoptose » et réduisait la prolifération des cellules β. Afin d’étudier plus en profondeur le rôle de l’échangeur dans les cellules β in vivo, nous avons développé et caractérisé des souris présentant une inactivation de NCX1.<p>Des méthodes biologiques et morphologiques (imagerie du Ca2+, capture de Ca2+, métabolisme du glucose, sécrétion d'insuline et morphométrie par comptage de points) ont été utilisées pour évaluer la fonction de la cellule β in vitro. Les taux de glucose et d'insuline dans le sang ont été mesurés afin de déterminer le métabolisme du glucose et la sensibilité à l’insuline in vivo. Des îlots ont été transplantés sous la capsule rénale pour évaluer leur capacité à corriger le diabète chez les souris rendues diabétiques par l’alloxane.<p>L'inactivation hétérozygote de Ncx1 chez les souris provoque une augmentation de la sécrétion d’insuline induite par le glucose avec un renforcement important à la fois de la première et de la deuxième phase. Ces résultats s’accompagnent d’une augmentation de la masse et de la prolifération des cellules β. La mutation augmente également le contenu en insuline, l’immunomarquage de la proinsuline, la capture de Ca2+ induite par le glucose et la résistance à l'hypoxie des cellules β. En outre, les îlots de souris Ncx1+/- montrent une capacité à compenser le diabète 2 à 4 fois plus élevé que les îlots de souris Ncx1+/+ lorsque transplantés chez des souris diabétiques.<p>En conclusion, l’inactivation de l'échangeur Na/Ca conduit à une augmentation de la fonction de la cellule β, de sa prolifération, de sa masse et de sa résistance au stress physiologique, à savoir à divers changements de fonction des cellules β opposés aux principales anomalies rencontrées dans le diabète de type 2 (Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM). Ceci nous procure un modèle unique pour la prévention et le traitement du dysfonctionnement des cellules β dans le T2DM et pour la transplantation d'îlots.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished