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Jouni M, Si-Tayeb K, Es-Salah-Lamoureux Z, Latypova X, Champon B, Caillaud A, Rungoat A, Charpentier F, Loussouarn G, Baró I, Zibara K, Lemarchand P, Gaborit N. Toward Personalized Medicine: Using Cardiomyocytes Differentiated From Urine-Derived Pluripotent Stem Cells to Recapitulate Electrophysiological Characteristics of Type 2 Long QT Syndrome. J Am Heart Assoc 2015; 4:e002159. [PMID: 26330336 PMCID: PMC4599503 DOI: 10.1161/jaha.115.002159] [Citation(s) in RCA: 50] [Impact Index Per Article: 5.6] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 02/07/2023]
Abstract
Background Human genetically inherited cardiac diseases have been studied mainly in heterologous systems or animal models, independent of patients’ genetic backgrounds. Because sources of human cardiomyocytes (CMs) are extremely limited, the use of urine samples to generate induced pluripotent stem cell–derived CMs would be a noninvasive method to identify cardiac dysfunctions that lead to pathologies within patients’ specific genetic backgrounds. The objective was to validate the use of CMs differentiated from urine-derived human induced pluripotent stem (UhiPS) cells as a new cellular model for studying patients’ specific arrhythmia mechanisms. Methods and Results Cells obtained from urine samples of a patient with long QT syndrome who harbored the HERG A561P gene mutation and his asymptomatic noncarrier mother were reprogrammed using the episomal-based method. UhiPS cells were then differentiated into CMs using the matrix sandwich method. UhiPS-CMs showed proper expression of atrial and ventricular myofilament proteins and ion channels. They were electrically functional, with nodal-, atrial- and ventricular-like action potentials recorded using high-throughput optical and patch-clamp techniques. Comparison of HERG expression from the patient’s UhiPS-CMs to the mother’s UhiPS-CMs showed that the mutation led to a trafficking defect that resulted in reduced delayed rectifier K+ current (IKr). This phenotype gave rise to action potential prolongation and arrhythmias. Conclusions UhiPS cells from patients carrying ion channel mutations can be used as novel tools to differentiate functional CMs that recapitulate cardiac arrhythmia phenotypes.
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Affiliation(s)
- Mariam Jouni
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) ER045, PRASE, Laboratory of Stem Cells, Lebanese University, Beirut, Lebanon (M.J., K.Z.)
| | - Karim Si-Tayeb
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Zeineb Es-Salah-Lamoureux
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Xenia Latypova
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Benoite Champon
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Amandine Caillaud
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Anais Rungoat
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Flavien Charpentier
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Gildas Loussouarn
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Isabelle Baró
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Kazem Zibara
- ER045, PRASE, Laboratory of Stem Cells, Lebanese University, Beirut, Lebanon (M.J., K.Z.)
| | - Patricia Lemarchand
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
| | - Nathalie Gaborit
- Inserm, UMR 1087, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CNRS, UMR 6291, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) Université de Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.) CHU Nantes, l'institut du thorax, Nantes, France (M.J., K.S.T., Z.E.S.L., X.L., B.C., A.C., A.R., F.C., G.L., I.B., P.L., N.G.)
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