Proyecto Precipita: Arritmias cardíacas: causas y mecanismos

Se estima que cerca de 6 millones de personas perecen por muerte súbita cardíaca anualmente como consecuencia de una arritmia ventricular. Es necesario determinar qué factores pueden causar dichas arritmias, lo que ayudará a predecir la enfermedad cardíaca, estableciendo el riesgo potencial del paciente y evitando así un evento fatal. Muchos estudios muestran que alteraciones en el tráfico y la localización de las proteínas que conforman los canales iónicos están asociadas con arritmias fatales; este tipo de enfermedades se conocen como canalopatías. Vamos a investigar los mecanismos implicados.

El flujo de iones de sodio hacia el interior de la célula cardíaca a través de canales activados por voltaje inicia el potencial de acción, es decir, una explosión de actividad eléctrica necesaria para la contracción cardíaca.

Nuestro objetivo es desvelar cómo los canales de sodio se localizan en la superficie celular (o membrana plasmática) para ejercer su función. En particular, estudiaremos cómo una proteína constituyente del canal – conocida como subunidad β2 – asegura una correcta localización de éste en la membrana plasmática.

Vamos a diseñar partículas víricas conteniendo el gen de la subunidad β2, denominado SCN2B, y de formas mutantes del mismo. Estudiaremos así el papel de β2 en la localización adecuada de las proteínas del canal de sodio. Primero haremos los experimentos utilizando cultivos celulares. A continuación, inyectaremos dichas partículas en ratones knockout de laboratorio, en los cuales el gen se ha desactivado o “noqueado”. Puesto que el ratón nulo padece arritmias y convulsiones, comprobaremos si manifiesta una mejora como consecuencia de la introducción del gen de β2 e investigaremos posibles defectos causados por las mutaciones en β2.

¿Por qué este proyecto es singular y único?

Una cuestión fundamental, y no resuelta, es definir cómo, y dónde en la célula, la subunidad β2 ejerce su función sobre el canal de sodio. El estudio de las proteínas formadoras del canal de sodio en las células musculares cardíacas es complejo y las herramientas disponibles son limitadas. Nuestro enfoque es único y pionero porque utilizaremos nuevas estrategias para investigar la función de β2. Estas incluyen variantes defectivas (mutantes) de β2 en propiedades bioquímicas potencialmente esenciales para una correcta interacción con otras proteínas del canal de sodio y para la propia localización de β2.

¿A quién beneficia este proyecto?

Los conocimientos aportados por este proyecto pueden contribuir a un diagnóstico temprano de la enfermedad en individuos asintomáticos potencialmente en riesgo de muerte súbita cardíaca, así como a mejorar su tratamiento. Por otro lado, muchas enfermedades raras (poco frecuentes) surgen debido a defectos hereditarios en tráfico y localización de proteínas, con lo cual también dichos individuos – y sus familiares – pueden verse favorecidos. Finalmente, los avances en el campo derivados de nuestros resultados pueden favorecer a la sociedad en general.

¿Qué “precipitarás” con tu ayuda?

Nuestro principal objetivo es desvelar cómo los canales de sodio se localizan adecuadamente en la superficie celular (o membrana plasmática), donde ejercen su función, permitiendo el flujo de iones de sodio hacia el interior de la célula cardíaca. En concreto, estudiamos cómo una proteína constituyente del canal – conocida como subunidad b2 – asegura una correcta localización del canal en la membrana plasmática.

Si alcanzamos la financiación mínima (1.500€) podremos comprar reactivos y otro material de laboratorio para empezar a generar las partículas víricas conteniendo formas wild type y algunos de los mutantes del gen SCN2B. En concreto, estos reactivos incluirán herramientas de edición y purificación de DNA, tales como cebadores de DNA (o primers), reactivos para PCR (técnica para hacer muchísimas copias de una determinada región de DNA, habitualmente un gen), enzimas de restricción (que reconocen y cortan el DNA en un punto concreto), medios de cultivo bacteriano, y kits para purificar DNA, además del medio de cultivo celular para la producción de virus.

Si nos acercamos a la financiación óptima (15.000€):

Tendremos en primer lugar suficientes fondos para completar la generación y producción de partículas víricas de expresión génica que incluyan la batería de mutantes SCN2B deseados. Estimamos que el coste adicional ascenderá a unos 1.000€.
Podremos entonces empezar a realizar experimentos en células animales y humanas para testar nuestras hipótesis. Para ello, necesitaremos adquirir medios y soportes para el cultivo de células polarizadas, y reactivos para el posterior análisis en células infectadas con los virus. Éstos incluirán reactivos de estudio de proteínas de membrana y de detección de las versiones mutantes de b2 y del resto de componentes del canal de sodio.
Una vez finalizadas todas los experimentos en cultivos celulares, lo cual puede ascender a unos 7.500€, el investigador predoctoral del equipo se desplazará a los laboratorios de nuestro colaborador en la Universidad de Michigan para realizar los experimentos en ratones Scn2b nulos; este viaje estará subvencionado con una ayuda para estancias breves en el extranjero. Algunos experimentos en ratones se realizarán con colaboradores de nuestro centro (GenCardio), lo cual estimamos puede implicar un coste de 5.000€ y ayudará a garantizar la viabilidad del proyecto. En definitiva, los estudios que planteamos nos permitirán abordar in vivo el papel de b2 en la localización adecuada de las proteínas de canal de sodio.

En caso de superar el objetivo óptimo de financiación nos plantearemos contratar a un investigador en formación, en principio a tiempo parcial, con la idea que inicie aquí su tesis doctoral. El capital necesario en este caso sería de unos 1.000€ mensuales.

¿Quién está detrás de este proyecto?

Los miembros del equipo pertenecemos al Centro de Genética Cardiovascular (GenCardio) del Instituto de Investigación Biomédica de Girona (IDIBGI), vinculado a la Universidad de Girona.

La principal línea de investigación en GenCardio se orienta a entender las bases genéticas (factores hereditarios) y moleculares que causan enfermedades del corazón y potencialmente conducen a muerte súbita cardíaca. GenCardio colabora con otros centros de investigación y hospitales. Estos incluyen el Hospital Josep Trueta de Girona, el Hospital Clínico y el Hospital Sant Joan de Déu de Barcelona, y la Fundación Andrés Marcio (FAM) de Madrid.

Nuestro enfoque se centra en estudiar alteraciones en canales iónicos dependientes de voltaje asociadas a enfermedades hereditarias, como la arritmia cardíaca. En particular, mutaciones en proteínas formadoras de estos canales pueden conducir a enfermedades cardíacas, y también neurológicas, llamadas canalopatías. Asimismo, hemos iniciado una colaboración con la Dra. Lori Isom de la Universidad de Michigan, cuyo laboratorio tiene una larga trayectoria en el estudio de la fisiología y patología de proteínas formadoras del canal de sodio en el corazón y el sistema nervioso utilizando modelos de ratón genéticamente modificados.

Más información en: https://www.precipita.es/proyecto/arritmias-cardiacas-causas-y-mecanismos.html

Por Marcel Vergés Aiguaviva, Universitat de Girona