Overespressione del canale al potassio Kir2.1 come nuovo approccio di terapia genica per il trattamento della Tachicardia Ventricolare Polimorfa Catecolaminergica.

CCatecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia type 2 (CPVT2) is a highly lethal recessive arrhythmogenic disease caused by mutations in the Calsequestrin-2 (CASQ2) gene. CPVT is cause of sudden death in apparently healthy individuals exposed to emotions or physical stress. Until now, there is not an effective and definitive cure for CPVT because treatments, like the use of β-blockers, aim to diminish the occurrence of the arrhythmic events. In the past, our group generated and characterised two murine models of CPVT2 (one knockout, the other bearing R33Q mutation) and demonstrated the feasibility and efficacy of viral-mediated gene therapy to treat the disease by the delivery of CASQ2 gene. In 2020, the group headed by our lab partner Prof. James N. Weiss, through in silico studies, suggested overexpression of KCNJ2 gene, encoding for Kir2.1 potassium channel, as a new gene therapy approach to treat CPVT. Kir2.1 is involved in the phase 4 of the cardiac action potential and it is responsible of membrane potential maintenance. The hypothesis on the base of this approach is that overexpression of this potassium channel could prevent the onset of Delayed After Depolarization, the substrate for the arrhythmic events in CPVT. The aim of this study was to investigate the efficacy in vivo of this strategy by infection of our recessive mouse model carrier of the homozygous deletion of the CASQ2 gene. After generation and characterization in vitro of the plasmid required for production of recombinant AAV9_mKCNJ2_GFP, we infected CASQ2-KO mice at day 8 after birth and studied the eliciting of typical bidirectional ventricular arrhythmias 13 weeks after birth by induction test, observing drastic reduction in the incidence of arrhythmic events. Molecular analysis revealed high infection rate in the heart, reflected in increased transcript expression of the channel. This work suggests that KCNJ2 can be used as curative gene in a gene therapy strategy for the treatment of CPVT2 because it reduces the incidence of arrhythmic events.

La Tachicardia Ventricolare Polimorfa Catecolaminergica di tipo 2 (CPVT2) è una malattia recessiva aritmogena altamente letale, causata da mutazioni nel gene della Calsequestrina-2 (CASQ2). La CPVT causa la morte improvvisa di individui apparentemente sani, esposti a stress fisico o emozionale. Ad oggi non c’è una cura effettiva e definitiva per questa malattia e i trattamenti adottati, come l’utilizzo di β-bloccanti, riescono soltanto a diminuire la frequenza degli eventi aritmici. In passato, il nostro gruppo ha generato e caratterizzato due modelli murini di CPVT (un modello knock-out e uno con la mutazione R33Q), e ha dimostrato la fattibilità e l’efficacia della terapia genica mediata da particelle virali per trattare questa malattia , tramite la somministrazione del gene CASQ2. Nel 2020 il gruppo guidato dal Prof. James N. Weiss, un collaboratore del nostro laboratorio, attraverso studi in silico, ha suggerito un nuovo approccio di terapia genica per trattare la CPVT, basato sull’overespressione del gene KCNJ2, che codifica per il canale al potassio Kir2.1. Kir2.1 è coinvolto nella fase 4 del potenziale d’azione cardiaco, ed è responsabile del mantenimento del potenziale di membrana. L’ipotesi alla base di questo approccio è che l’overespressione di questo canale al potassio possa prevenire lo sviluppo delle Delayed After Depolarization (DAD), il substrato per l’evento aritmico nella CPVT. L’obbiettivo di questo studio è stato quello di investigare in vivo l’efficacia di questa strategia, tramite l’infezione del nostro modello murino portatore di una delezione omozigote nel gene CASQ2. Dopo la generazione e la caratterizzazione in vitro del plasmide richiesto per la produzione del vettore ricombinante AAV9_mKCNJ2_GFP, abbiamo infettato i topi CASQ2-KO il giorno 8 dopo la nascita, mentre 13 settimane dopo la nascita abbiamo valutato l’esordio delle tipiche aritmie bidirezionali ventricolari tramite il test di induzione con l’epinefrina, osservando una drastica riduzione nell’incidenza degli eventi aritmici. Le analisi molecolari hanno rivelato un alto rate di infezione nel cuore, che si riflette nell’aumento dell’espressione del trascritto del canale. Questo lavoro suggerisce che KCNJ2 può essere usato come gene curativo in una strategia di terapia genica per il trattamento della CPVT2, poiché riduce l’incidenza di eventi aritmici.