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Serine biosynthesis as a novel therapeutic target for dilated cardiomyopathy
European Heart Journal ( IF 39.3 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1093/eurheartj/ehac305
Isaac Perea-Gil 1, 2 , Timon Seeger 3, 4 , Arne A N Bruyneel 2, 5 , Vittavat Termglinchan 1, 2 , Emma Monte 6 , Esther W Lim 7, 8 , Nirmal Vadgama 1 , Takaaki Furihata 6 , Alexandra A Gavidia 1 , Jennifer Arthur Ataam 1, 2 , Nike Bharucha 1, 2 , Noel Martinez-Amador 1 , Mohamed Ameen 2, 5 , Pooja Nair 1 , Ricardo Serrano 2, 5 , Balpreet Kaur 1 , Dries A M Feyen 2, 5 , Sebastian Diecke 9, 10 , Michael P Snyder 6 , Christian M Metallo 7, 8 , Mark Mercola 2, 5 , Ioannis Karakikes 1, 2
Affiliation  

Aims Genetic dilated cardiomyopathy (DCM) is a leading cause of heart failure. Despite significant progress in understanding the genetic aetiologies of DCM, the molecular mechanisms underlying the pathogenesis of familial DCM remain unknown, translating to a lack of disease-specific therapies. The discovery of novel targets for the treatment of DCM was sought using phenotypic sceening assays in induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) that recapitulate the disease phenotypes in vitro. Methods and results Using patient-specific iPSCs carrying a pathogenic TNNT2 gene mutation (p.R183W) and CRISPR-based genome editing, a faithful DCM model in vitro was developed. An unbiased phenotypic screening in TNNT2 mutant iPSC-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) with small molecule kinase inhibitors (SMKIs) was performed to identify novel therapeutic targets. Two SMKIs, Gö 6976 and SB 203580, were discovered whose combinatorial treatment rescued contractile dysfunction in DCM iPSC-CMs carrying gene mutations of various ontologies (TNNT2, TTN, LMNA, PLN, TPM1, LAMA2). The combinatorial SMKI treatment upregulated the expression of genes that encode serine, glycine, and one-carbon metabolism enzymes and significantly increased the intracellular levels of glucose-derived serine and glycine in DCM iPSC-CMs. Furthermore, the treatment rescued the mitochondrial respiration defects and increased the levels of the tricarboxylic acid cycle metabolites and ATP in DCM iPSC-CMs. Finally, the rescue of the DCM phenotypes was mediated by the activating transcription factor 4 (ATF4) and its downstream effector genes, phosphoglycerate dehydrogenase (PHGDH), which encodes a critical enzyme of the serine biosynthesis pathway, and Tribbles 3 (TRIB3), a pseudokinase with pleiotropic cellular functions. Conclusions A phenotypic screening platform using DCM iPSC-CMs was established for therapeutic target discovery. A combination of SMKIs ameliorated contractile and metabolic dysfunction in DCM iPSC-CMs mediated via the ATF4-dependent serine biosynthesis pathway. Together, these findings suggest that modulation of serine biosynthesis signalling may represent a novel genotype-agnostic therapeutic strategy for genetic DCM.

中文翻译:

丝氨酸生物合成作为扩张型心肌病的新型治疗靶点

目的 遗传性扩张型心肌病 (DCM) 是导致心力衰竭的主要原因。尽管在了解 DCM 的遗传病因方面取得了重大进展,但家族性 DCM 发病机制的分子机制仍然未知,转化为缺乏疾病特异性治疗。在诱导多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 中使用表型筛选分析来寻找治疗 DCM 的新靶点,这些细胞可以在体外重现疾病表型。方法和结果 使用携带致病性 TNNT2 基因突变 (p.R183W) 和基于 CRISPR 的基因组编辑的患者特异性 iPSC,开发了忠实的体外 DCM 模型。使用小分子激酶抑制剂 (SMKI) 对 TNNT2 突变体 iPSC 衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 进行无偏表型筛选,以确定新的治疗靶点。发现了两个 SMKI,Gö 6976 和 SB 203580,它们的组合治疗挽救了携带各种本体基因突变(TNNT2、TTN、LMNA、PLN、TPM1、LAMA2)的 DCM iPSC-CM 中的收缩功能障碍。组合 SMKI 治疗上调了编码丝氨酸、甘氨酸和一碳代谢酶的基因的表达,并显着增加了 DCM iPSC-CM 中葡萄糖衍生的丝氨酸和甘氨酸的细胞内水平。此外,该治疗挽救了线粒体呼吸缺陷并增加了 DCM iPSC-CM 中三羧酸循环代谢物和 ATP 的水平。最后,DCM 表型的拯救是由激活转录因子 4 (ATF4) 及其下游效应基因、磷酸甘油酸脱氢酶 (PHGDH) 和 Tribbles 3 (TRIB3) 介导的,PHGDH 编码丝氨酸生物合成途径的关键酶,而 Tribbles 3 (TRIB3) 是一种假激酶多效性细胞功能。结论 建立了一个使用 DCM iPSC-CM 的表型筛选平台用于治疗靶点发现。SMKI 的组合改善了通过 ATF4 依赖性丝氨酸生物合成途径介导的 DCM iPSC-CM 中的收缩和代谢功能障碍。总之,这些发现表明丝氨酸生物合成信号的调节可能代表了一种新的与基因型无关的遗传性 DCM 治疗策略。磷酸甘油酸脱氢酶 (PHGDH) 编码丝氨酸生物合成途径的关键酶,以及 Tribbles 3 (TRIB3),一种具有多效性细胞功能的假激酶。结论 建立了一个使用 DCM iPSC-CM 的表型筛选平台用于治疗靶点发现。SMKI 的组合改善了通过 ATF4 依赖性丝氨酸生物合成途径介导的 DCM iPSC-CM 中的收缩和代谢功能障碍。总之,这些发现表明丝氨酸生物合成信号的调节可能代表了一种新的与基因型无关的遗传性 DCM 治疗策略。磷酸甘油酸脱氢酶 (PHGDH) 编码丝氨酸生物合成途径的关键酶,以及 Tribbles 3 (TRIB3),一种具有多效性细胞功能的假激酶。结论 建立了一个使用 DCM iPSC-CM 的表型筛选平台用于治疗靶点发现。SMKI 的组合改善了通过 ATF4 依赖性丝氨酸生物合成途径介导的 DCM iPSC-CM 中的收缩和代谢功能障碍。总之,这些发现表明丝氨酸生物合成信号的调节可能代表了一种新的与基因型无关的遗传性 DCM 治疗策略。结论 建立了一个使用 DCM iPSC-CM 的表型筛选平台用于治疗靶点发现。SMKI 的组合改善了通过 ATF4 依赖性丝氨酸生物合成途径介导的 DCM iPSC-CM 中的收缩和代谢功能障碍。总之,这些发现表明丝氨酸生物合成信号的调节可能代表了一种新的与基因型无关的遗传性 DCM 治疗策略。结论 建立了一个使用 DCM iPSC-CM 的表型筛选平台用于治疗靶点发现。SMKI 的组合改善了通过 ATF4 依赖性丝氨酸生物合成途径介导的 DCM iPSC-CM 中的收缩和代谢功能障碍。总之,这些发现表明丝氨酸生物合成信号的调节可能代表了一种新的与基因型无关的遗传性 DCM 治疗策略。
更新日期:2022-06-21
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