Auriane Ernault

Boezemfibrilleren (atriumfibrilleren, AF) is de meest voorkomende hartritmestoornis en heeft een grote medische en maatschappelijke impact. Het is geassocieerd met een verminderde levenskwaliteit en een verhoogd risico op beroerte en sterfte. Risicofactoren voor AF zijn onder meer zwaarlijvigheid dat gepaard gaat met een toegenomen hoeveelheid epicardiaal vetweefsel. Er is een verband tussen de hoeveelheid epicardiaal vetweefsel en ritmestoornissen. Echter, de elektrofysiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan dit verband zijn vooralsnog onbekend. In dit proefschrift onderzoeken wij hoe epicardiaal vetweefsel het ontstaan van hartritmestoornissen beïnvloedt.

In hoofdstuk 2 geven wij een overzicht van de literatuur en beschrijven wij het verband tussen epicardiale vetweefselophoping en geleidingsvertraging in het hart. Ook leggen we uit hoe epicardiaal vetweefsel via structurele en functionele mechanismen het ontstaan van ritmestoornissen kan bevorderen. De aanwezigheid van vetweefsel tussen hartspiercellen kan een obstakel vormen en elektrische geleiding bemoeilijken. Dit maakt het opwekken van levensbedreigende cirkelgeleidingsritmestoornissen (‘re-entrant arrhythmias’) makkelijker. Bovendien kunnen de vetweefselcellen zich koppelen aan hartspiercellen en zo een vertraging van de voortgeleiding veroorzaken. Ten slotte kunnen signaalmoleculen (adipokines) die door vetweefsel worden uitgescheiden (in het zogenaamde secretoom) het ontstaan van hartritmestoornissen beïnvloeden. Deze adipokines kunnen bijvoorbeeld de genexpressie voor ionkanalen wijzigen, de functie van de ionkanalen veranderen, de elektrische koppeling tussen cardiomyocyten verlagen en/of fibrose stimuleren. Al deze mechanismen vergemakkelijken re-entry en ‘triggered activity’ ritmestoornissen.

Doordat het epicardiale vetweefsel direct contact maakt met de hartspier, veronderstelden wij dat signaalstoffen uit het secretoom elektrische veranderingen van de hartspier veroorzaken, en vervolgens het opwekken van ritmestoornissen vergemakkelijken. In hoofdstuk 3 laten we de resultaten zien van de experimenten die deze hypothese toetsten. Wij hebben zo aangetoond dat de verzameling signaalmoleculen die het epicardiale vetweefsel van AF patiënten uitscheidt elektrische veranderingen in de aangrenzende hartspier veroorzaakt door de genexpressie van Kcnj2 te verminderen, de membraan van hartspiercellen in rust te depolariseren en de elektrische koppeling tussen de hartspiercellen te verminderen. Dit resulteerde in geleidingsvertraging en toegenomen geleidingsverschillen in de hartspier. De signaalmoleculen van onderhuids vetweefsel leidden niet tot dergelijke veranderingen. Met behulp van een computermodel van de menselijke linkerboezem hebben wij vervolgens aangetoond dat de elektrofysiologische veranderingen, veroorzaakt door de signaalmoleculen uit het epicardiale vetweefsel, aanhoudende re-entry ritmestoornissen en AF makkelijk maakten.

Vervolgens onderzochten wij de signaalmoleculen uit het epicardiale vetweefsels die verantwoordelijk zijn voor deze elektrische veranderingen. Wij veronderstelden dat epicardiaal vetweefsel geleidingsvertraging opwekt door van de celmembraan afgespliste vetblaasjes (‘vesicles’) met daarin microRNA (miRNA) af te scheiden. In hoofdstuk 4 hebben wij laten zien dat epicardiaal vetweefsel veel meer extracellulaire blaasjes uitscheidt dan onderhuids vetweefsel. Verder toonden wij aan dat deze extracellulaire blaasjes honderden soorten miRNA’s bevatten, waarvan sommige de rustmembraanpotentiaal en de activiteit van kaliumkanalen zouden kunnen reguleren. Wij hebben laten zien dat twee ervan, miR-1-3p en miR-133a-3p, meer tot expressie komen in epicardiaal vetweefsel dan in onderhuids vetweefsel. Tenslotte toonden wij in neonatale hartspiercellen van ratten aan dat vermeerdering van miR-1-3p of miR-133a-3p tot dezelfde elektrische geleidingsverschillen en dezelfde verminderde expressie van Kcnj2 leidt als het secretoom in hoofdstuk 3. De miRNA’s in de extracellulaire blaasjes die uitgescheiden worden door epicardiaal vetweefsel kunnen daarom een belangrijke rol spelen in het veroorzaken van hartritmestoornissen en dus een aangrijpingspunt worden voor therapie die de ritmestoornissen moet voorkomen.

Verbindweefseling van de hartboezem (atriale fibrosering) speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling en het voortbestaan van AF door het bevorderen van re-entry. Het is bekend dat primaire cilia als regulator van fibroblastactivatie en van extracellulaire-matrixdepositie kunnen optreden. In hoofdstuk 5 hebben wij onderzocht hoe selectieve vermindering van primaire cilia in fibroblasten leidt tot toenemende fibrose en re-entry in hartspierweefsel. Wij laten in dit hoofdstuk in een celkweek met hartspiercellen en fibroblasten zien dat de verstoring van de vorming van cilia in fibroblasten inderdaad gepaard gaat met een verhoogde genexpressie van extracellulaire matrix (verbindweefseling), en ook met geleidingsvertraging en een verhoogde kans op spontane re-entry. Wij denken dat het voorkómen van ciliaverlies een nieuw doel is voor farmacologische of gentherapeutische preventie van ritmestoornissen.

In de voorgaande hoofdstukken hebben wij elektrische veranderingen gemeten in hartspiercellagen gekweekt op een rooster van elektrodes (multielectrode grid). De interpretatie van de met deze methode geregistreerde lokale signalen, ook wel veldpotentialen genoemd, is echter niet eenduidig. De veldpotentialen worden aan het oppervlak van een hartspiercel gemeten en komen tot stand door plaatselijke elektrische veranderingen die het membraan van de hartspiercel ondergaat (in de actiepotentiaal). Voor hoofdstuk 6 hebben wij gebruik gemaakt van een computermodel van zo’n rooster met electroden en een daarop gelegen hartspiercellaag, met als doel de relatie tussen de veldpotentiaal en de actiepotentiaal te onderzoeken. In het hoofdstuk laten wij zien dat de duur van de veldpotentiaal inderdaad kan worden gebruikt als indirecte maat voor de duur van de actiepotentiaal. Ook hebben we onderzocht of een actiepotentiaal-achtige signaal gemeten aan het oppervlak van de hartspiercel (een LEAP) een goede schatting is van actiepotentiaal die plaatsvindt op de gemeten plek. Wij laten zien de dit LEAP-signaal niet wordt veroorzaakt door een actiepotentiaal die ontstaat op de plek waar het LEAP-signaal is gemeten, maar het gevolg is van actiepotentialen van hartspiercellen op afstand van de meetlocatie. Wij maken aannemelijk dat de LEAP geen betrouwbare methode is om de actiepotentiaal vorm vast te leggen.

In hoofdstuk 7 beschrijven wij het verband tussen de belangrijkste bevindingen van dit proefschrift. We hebben verscheidene factoren gevonden die de geleiding in het hart veranderen door paracriene of juxtracriene remodellering. Deze factoren bieden nieuwe aanknopingspunten voor alternatieve therapie om ritmestoornissen te voorkomen, bijvoorbeeld door preventie van ciliaverlies in hartfibroblasten, door vermindering van de afgifte van extracellulaire blaasjes door epicardiaal vetweefsel, door gerichte anti-miR strategieën, of door vermindering van het volume van epicardiaal vetweefsel door verlagen van het lichaamsgewicht.