title: Electrophysiological characterization of KCNQ1-mutations in patients with Long-QT-Syndrome
title: Elektrophysiologische Charakterisierung von KCNQ1-Mutationen bei Patienten mit dem Langen-QT-Syndrom
Creators: name: Kuhn, Annemarie
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: LQTS , KCNQ1
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Elektrophysiologie

description: Patients with a Long QT syndrome
      (LQTS) have a disposition to ventricular tachyarrhythmia and
      sudden cardiac death. The LQTS is characterized by a
      prolongation of the QTc interval (corrected QT time according
      to Bazett formula) in the ECG. Mutations of the KCNQ1 gene
      are associated with the LQT1 syndrome. A loss of function in
      the KCNQ1 channel impairs the ventricular repolarization.
      Different potassium channels are responsible for
      repolarization: KCNH2 (IKr), KCNQ1 (IKs) and Kir2.x (IK1).
      The channel complex generating IKs (slowly activating
      current) is assembled by α- and β- subunits of KCNQ1 and
      KCNE1. In the present study five KCNQ1 mutations of patients
      with the LQTS were characterized functionally in Xenopus
      oocytes by TEVC (two-electrode- voltage-clamp). The KCNQ1
      mutations c.556 561del, p.G269S, p.L273V and p.R539L were
      identified in a heterozygous manner and c.1892 1893insC in a
      homozygous manner. To study the effect of the KCNQ1
      mutations, the mutated KCNQ1- and the cardiac IKs-channels
      (KCNQ1 and KCNE1) were examined and additionally in
      co-expression with KCNQ1 wild type (KCNQ1 WT). For the first
      time KCNQ1 mutations c.556 561del, p.L273V and p.R539L are
      reported in LQTS patients and are characterized functionally.
      The mutations p.G269S and c.1892 1893insC are already known
      and partly characterized, whereas p.G269S is measured for the
      first time in co-expression with KCNE1 and KCNQ1 wild type in
      Xenopus oocytes by TEVC and c.1892 1893insC is characterized
      electrophysiologically for the first time in Xenopus oocytes
      by TEVC. For the mutation c.1892 1893insC the autosomal
      recessive inheritance was clarified in my study. Mutations
      c.556 561del and p.G269S show a loss of function in the
      mutated KCNQ1- and IKs-channel and as well when co-expressed
      with KCNQ1 wild type. Mutation c.556 561del co-expressed with
      KCNQ1 wild type has a dominant negative effect. Furthermore
      there are two mutations p.L273V and p.R539L with a gain of
      function in the mutated KCNQ1 channel. Co- expression with
      KCNE1 turns them into loss of function mutations, explaining
      the association with a LQTS. Mutation p.L273V with KCNE1
      presents a small, but significant current reduction and shows
      a strong shift of voltage dependance to more positive
      potentials as a special mechanism of loss of function. The
      patients carrying p.L273V, p.R539L and p.G269S are
      asymptomatic and have QTc-intervals between 0.44 and 0.49
      sec. The heterozygous mutation carrier of c.556 561del is
      symptomatic (QTc 0.52 sec) and shows a noticeable current
      reduction in the electrophysiological measurements. The
      mutated KCNQ1 channel of c.1892 1893insC presents a loss of
      function. After co-assembly with KCNE1 there is still a
      strong loss of function, but co- expression with KCNE1 and
      wild type channels shows no signi cant current reduction. The
      homozygous mutation carrier of c.1892 1893insC presenting a
      QTc time of 0.56 sec is affected severely. According to my
      electrophysiological data the heterozygous family members are
      asymptomatic underlining the autosomal recessive inheritance.
      My study shows the importance of KCNE1 co-expression for
      drawing conclusions on clinical manifestation and
      inheritance. The electrophysiological characterization of
      KCNQ1 mutations can be used to predict the pathogenicity of
      mutations. However, for more accurate results I recommended
      the experiments to be performed in co-expression with
      KCNE1.
description: Patienten mit einem
      Langen-QT-Syndrom (LQTS) sind dafür prädisponiert kardiale
      Arrhythmien zu entwickeln und eines plötzlichen Herztodes zu
      versterben. Das LQTS ist charakterisiert durch eine
      Verlängerung der QT-Zeit im EKG. Durch Mutationen im
      KCNQ1-Gen wird ein LQT1-Syndrom ausgelöst. Bei einem
      Funktionsverlust der KCNQ1-Kanäle ist die ventrikuläre
      Repolarisation beeinträchtigt. Für die Repolarisation des
      ventrikulären Aktionspotentials sind drei repolarisierende
      Kalium-Kanäle zuständig: KCNH2 (IKr), KCNQ1 (IKs) und Kir2.x
      (IK1). Der Kanal-Komplex, der für den IKs-Strom (slowly
      activating current) verantwortlich ist, setzt sich aus den α-
      und β-Untereinheiten KCNQ1 und KCNE1 zusammen. Mittels TEVC
      (two-electrode-voltage-clamp) wurden fünf Mutationen im
      KCNQ1-Gen von Patienten mit einem LQTS und ihre Auswirkungen
      auf den KCNQ1- und den kardialen IKs-Strom untersucht. Es
      wurden die KCNQ1- Mutationen c.556 561del, p.G269S, p.L273V
      und p.R539L, welche heterozygot nachgewiesen wurden, sowie
      die Mutation c.1892 1893insC, welche homozygot vorlag,
      untersucht. Die KCNQ1-Mutationen wurden als KCNQ1-Kanal und
      als IKs-Kanal (KCNQ1 und KCNE1), sowie jeweils auch als
      Heteromer in Koexpression mit KCNQ1 Wildtyp-Kanälen (KCNQ1
      WT) in Xenopus Oozyten funktionell charakterisiert. In dieser
      Arbeit werden die KCNQ1- Mutationen c.556 561del, p.L273V und
      p.R539L erstmalig bei LQTS-Patienten beschrieben und
      elektrophysiologisch charakterisiert. Die Mutationen p.G269S
      und c.1892 1893insC sind bekannt und wurden teilweise
      elektrophysiologisch untersucht, wobei p.G269S erstmalig in
      Koexpression mit KCNE1 und Wildtyp-Kanälen in Xenopus Oozyten
      mittels TEVC gemessen wird und c.1892 1893insC erstmalig in
      Xenopus Oozyten mittels TEVC elektrophysiologisch
      charakterisiert wird. Bei der Mutation KCNQ1 c.1892 1893insC
      konnte der autosomal rezessive Erbgang aufgeklärt werden. Die
      Mutationen c.556 561del und p.G269S weisen einen
      Funktionsverlust als mutierter KCNQ1- und IKs-Kanal, wie auch
      jeweils in Koexpression mit Wildtyp-Kanälen auf. Für die
      Mutation c.556 561del liess sich bei Koexpression mit KCNQ1
      WT ein dominant-negativer Effekt nachweisen. Des Weiteren
      finden sich zwei Mutationen p.L273V und p.R539L mit
      Funktionsgewinnen als mutierte KCNQ1-Kanäle. Nach
      Koexpression mit KCNE1 werden sie zu
      Funktionsverlustmutationen, das erklärt die Assoziation mit
      dem LQTS. Die Mutation p.L273V mit KCNE1 erzeugt nur einen
      geringen signifikanten Stromverlust, weist aber eine
      deutliche Verschiebung der Spannungsabhängigkeit zu
      positiveren Potentialen als besonderen Mechanismus des
      Funktionsverlustes auf. Die Patienten mit p.L273V, p.R539L
      und p.G269S haben cQT-Zeiten zwischen 0,44 und 0,49 sek und
      sind asymptomatisch. Die heterozygote Mutationsträgerin von
      c.556 561del ist symptomatisch (cQT-Zeit nach Bazett 0,52
      sek) und zeigt deutliche Stromverluste in den
      elektrophysiologischen Untersuchungen. Die Mutation c.1892
      1893insC zeigt als mutierter KCNQ1-Kanal einen
      Funktionsverlust. Nach Zusammenlagerung mit KCNE1 kann
      weiterhin ein starker Funktionsverlust festgestellt werden,
      bei Koexpression mit Wildtyp-Kanälen und KCNE1 zeigt sich
      jedoch keine Änderung im Vergleich zum IKs-Wildtyp. Die
      homozygote Mutationsträgerin von c.1892 1893insC ist mit
      einer frequenzkorrigierten QT-Zeit von 0,56 sek klinisch
      schwer betroffen. Zu den elektrophysiologischen Ergebnissen
      passend sind die heterozygoten Angehörigen der Patientin
      asymptomatisch. Meine Ergebnisse zeigen, dass die
      Koexpression mit KCNE1 wichtig ist um Rückschlüsse auf die
      Klinik und den Erbgang ziehen zu können. Elektrophy-
      siologische Untersuchungen von KCNQ1-Mutationen können dabei
      helfen die Pathogenität von Mutationen abzuschätzen, hierbei
      sollten die Mutationen in Koexpression mit KCNE1 untersucht
      werden.