Drug-induced and transgenic LQTS rabbit models with reduced repolarization reserve to study proarrhythmic drug effects
Proarrhythmia - the triggering of arrhythmias following drug therapy - is a rare, but potentially lethal side-effect of various drugs, and therefore, a major safety concern during drug development. Most often proarrhythmia is caused by the drugs’ potential to interact with various K+-channels in the...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2021-03-23
|
| Kulcsszavak: | proarrhythmia, transgenic long QT rabbit model, potassium channel blocker, Torsades de Pointes |
| Tárgyszavak: | |
| doi: | 10.14232/phd.10811 |
| mtmt: | 32480179 |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/10811 |
| Tartalmi kivonat: | Proarrhythmia - the triggering of arrhythmias following drug therapy - is a rare, but potentially lethal side-effect of various drugs, and therefore, a major safety concern during drug development. Most often proarrhythmia is caused by the drugs’ potential to interact with various K+-channels in the heart, leading to a prolongation of cardiac repolarization that is usually observed on the ECG as prolonged QT interval (drug-induced acquired long QT syndrome; aLQTS). Although drug-induced long-QT-related proarrhythmia is most frequently found in patients with impaired cardiac repolarization due to disease-induced structural and/or electrophysiological remodelling of the heart; most cellular, tissue and whole animal model systems used for drug safety screening are based on normal, healthy models. This approach has serious limitations; therefore, novel animal models that mimic the pathophysiological conditions under which drugs display the highest proarrhythmic risk - such as models with impaired cardiac repolarization - would be desirable for proarrhythmia safety testing. The aims of the present study: Drug-induced (HMR-1556 to block IKs) acquired LQTS, and various transgenic (congenital) LQTS rabbit models with impaired cardiac repolarization due to cardio-selective overexpression of loss-of-function mutations of human KCNH2 (HERG-G628S, α-subunit of IKr, loss of IKr, LQT2), KCNE1 (KCNE1-G52R, β-subunit of IKs, decreased IKs, LQT5)[1] or both KCNQ1 and KCNE1 transgenes (LQT2-5) were used to investigate: - the proarrhythmic potential of SZV-270, a novel antiarrhythmic drug candidate with combined Class I/B and Class III effects (acquired LQTS model). - the electrophysiological characteristics of a newly generated, double-transgenic LQT2-5 rabbit model - the utility of transgenic LQT2, LQT5 and LQT2-5 rabbit models for more reliable prediction of drug-induced ventricular arrhythmias Main findings: The acquired LQTS rabbit proarrhythmia model with pharmacologically reduced repolarization reserve (by the IKs inhibitor HMR-1556) was able to predict the known torsadogenic potential of the IKr blocker dofetilide, while indicated no SZV-270-induced proarrhythmia risk. This advantageous electrophysiological effect of the SZV-270 - prolongation of ventricular repolarization without increased arrhythmia risk - is assumed to be attributed to its combined IKr (Class III) and INa (Class I/B) blocking characteristics. Transgenic LQTS rabbit models reflected patients with clinically ‘silent’ - normal QT interval (LQT5) - or 'manifest' - prolonged QT interval (LQT2 and LQT2-5) - impairment in cardiac repolarization reserve capacity due to different pathomechanisms. The LQTS animals were more sensitive in detecting IKr - (LQT5) or IK1/IKs - (LQT2 and LQT2-5) blocking properties of drugs compared to healthy wild type (WT) animals. Impaired QT-shortening capacity at fast heart rates was observed due to disturbed IKs function in LQT5 and LQT2-5. Importantly, the transgenic LQTS models did not only show more pronounced changes in different proarrhythmia markers in response to potassium channel blockers but also exhibited higher incidence, longer duration and more malignant type of ex vivo arrhythmias than WT. Conclusions: Drug-induced and transgenic LQTS rabbit models reflect human pathophysiological settings - patients with reduced repolarization reserve - that favour drug-induced arrhythmia formation. As they demonstrate increased sensitivity to different specific ion-channel blockers (IKr-blockade in LQT5 or in HMR-1556 induced acquired LQTS model, IK1 - and IKs - blockade in LQT2 and LQT2-5), their combined use could provide more reliable, and more thorough prediction of (multi-channel-based) pro-arrhythmic potential of novel drug candidates especially in the setting of impaired cardiac repolarization reserve. A proaritmia – gyógyszeres terápia kapcsán jelentkező ’de novo’ aritmia – ritka, de potenciálisan életveszélyes gyógyszermellékhatás, mely jelentős biztonsági kockázatot jelent gyógyszerfejlesztés során. Az esetek többségében a proarrhythmia hátterében a szívizom repolarizációjának megnyúlása áll, melyet az EKG-n a QT intervallum meghosszabbodása jelez (szerzett vagy gyógyszer-indukálta hosszú QT szindróma, ’aLQTS’). Habár a gyógyszer által kiváltott TdP többnyire olyan betegeknél jelentkezik leginkább, akikben kardiovaszkuláris és / vagy anyagcsere-betegség következtében a szív szerkezeti és / vagy elektrofiziológiai átalakulása (’remodelling’) miatt az ún. „repolarizációs tartalék” csökkenése alakul ki, ennek ellenére a jelenlegi gyógyszerbiztonsági proaritmia tesztek továbbra is főként ép repolarizációjú egészséges állatok vagy az azokból származó szövetek / sejtjek felhasználásával történnek. A jelen dolgozat célkitűzései: Gyógyszer-indukálta (IKs gátló HMR-1556) szerzett, és különböző transzgenikus hosszú QT szindrómás csökkent repolarizációs rezervű nyúl modelleket (melyek a következő funkcióvesztéssel járó humán mutációkat expresszálták kardioszelektíven: KCNH2 (HERG-G628S, IKr α-alegység, IKr kiesése, LQT2), KCNE1 (KCNE1-G52R, IKs β-alegység, csökkent IKs, LQT5) és mind a KCNH2 ill. KCNE1-t (LQT2-5)) használtunk, hogy tanulmányozzuk: - egy új, kombinált I/B és III-as osztályú antiaritmiás gyógyszerjelölt vegyületnek, az SZV-270-nek a proaritmiás mellékhatását - egy újonnan létrehozott, dupla-transzgenikus LQT2-5-ös nyúl model elektrofiziológiai jellegzetességeit - a transzgenikus LQT2, LQT5 és LQT2-5-ös nyúl modellek használhatóságát gyógyszer okozta kamrai ritmuszavarok pontosabb kimutatásában Főbb eredmények: A farmakológiailag (IKs gátló HMR-1556) csökkentett repolarizációs rezervű szerzett LQTS nyúl proaritmia modell alkalmasnak mutatkozott az ismert IKr gátló sajátosságú dofetilid torzadogén hatásának előrejelzésére, míg nem mutatott ki proaritmiás hatást a vizsgált gyógyszerjelölt vegyület, az SZV-270 esetében. Az SZV-270 ezen előnyös - proaritmia nélküli repolarizáció nyújtó - elektrofiziológiai hatása feltehetően annak kombinált I/B és III-as osztályú hatásából következik. A transzgenikus LQTS nyulak a humán LQTS klinikailag ’rejtett’ - normál QT idő (LQT5) - vagy manifeszt - megnyúlt QT idő (LQT2 és LQT2-5) – formáját modellezik a szív repolarizációs rezervkapacitásának különböző patomechanizmusú károsodásai miatt. A hosszú QT szindrómás modellek érzékenyebben mutatták ki az IKr (LQT5) vagy IK1/IKs (LQT2 és LQT2-5) gátló szerhatásokat, mint az egészséges vad típusú állatok. LQT5 és LQT2-5-ben kimutatható volt a QT szívfrekvencia adaptációjának (QT rövidülés) a károsodása a modellek csökkent IKs funkciója miatt. Fontos kiemelni, hogy a transzgenikus hosszú QT szindrómás modellekben a kálium csatorna gátló szerek hatására nem csupán a proaritmiás markerek nagyobb mértékű változása volt észlelhető, hanem az ex vivo aritmiák előfordulási gyakoriságának és időtartamának a növekedése és súlyossága is kifejezettebbnek mutatkoztak a vad típushoz képest. Következtetések: A gyógyszer-indukálta és transzgenikus LQTS nyulak jól modellezik azon patofiziológiai jellegzetességeket - csökkent repolarizációs rezervű betegeket – melyek a gyógyszer okozta proaritmiára hajlamosítanak. Mivel e modellek érzékenyebbek különböző specifikus ioncsatorna gátló szerek kimutatására (az LQT5 vagy a HMR-1556-al provokált szerzett LQTS modell az IKr ill. az LQT2 és LQT2-5 modellek az IK1 és IKs-gátlókra), így e modellek kombinált használata megbízhatóbban lehet képes az új gyógyszerjelölt vegyületek (több csatorna gátlása miatt létrejövő) proaritmiás mellékhatásának előrejelzésére, különösen csökkent repolarizációs rezervű betegek esetében. |
|---|