Fenotipos nanomecánicos en miocardiopatía hipertrófica familiar: Nanomechanical phenotypes in familial hypertrophic cardiomyopathy

• Autores: Carmen Suay Corredera
• Directores de la Tesis: Elias Herrero Galan (dir. tes.), Jorge Alegre Cebollada (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: María Eva Delpon Mosquera (presid.), Sara García Linares (secret.), Juan Ramón Gimeno Blanes (voc.), Enrique Lara Pezzi (voc.), Raúl Pérez Jiménez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
  • Ciencias de la vida
    • Biofísica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La miocardiopatía hipertrófica es la enfermedad hereditaria más común que afecta al músculo cardiaco. Anatómicamente, se caracteriza por la hipertrofia del ventrículo izquierdo, mientras que, a nivel funcional, ocasiona hipercontractilidad y dificultad diastólica. La mayoría de las variantes genéticas causantes de HCM afectan a genes que codifican componentes del sarcómero, la unidad contráctil básica de los cardiomiocitos. Uno de los principales genes mutados en HCM es MYBPC3, codificante para la isoforma cardiaca de la proteína C de unión a miosina (cMyBP-C), una proteína que actúa como regulador negativo de la contracción frenando el deslizamiento de los filamentos de actomiosina. Aunque muchas de las variantes en MYBPC3 causantes de HCM resultan en el truncamiento de la proteína, causando su degradación y la consecuente reducción de su contenido total (haploinsuficiencia), una proporción significativa de variantes no genera truncamientos. Los mecanismos moleculares por los que estas variantes de no truncamiento llevan al desarrollo de HCM son todavía ampliamente desconocidos. Para mejorar nuestro entendimiento acerca de la etiología de HCM, esta tesis ha examinado los patomecanismos moleculares por los que las variantes de no truncamiento en MYBPC3 causan enfermedad. Para ello, primero exploramos la posibilidad de que la inducción de mecanismos generadores de haploinsuficiencia fuese responsable de la patogenicidad de variantes de no truncamiento en MYBPC3. Para ello, se elaboró una base de datos de variantes de no truncamiento con un estado patogénico definido para explorar la prevalencia de alteraciones de splicing de RNA y desestabilización proteica como dos mecanismos principales generadores de haploinsuficiencia inducidos por variantes genéticas. Estos efectos moleculares se detectaron en alrededor del 50 por ciento de las variantes causantes de HCM, lo que implica que la inducción de estos mecanismos de haploinsuficiencia puede interpretarse como una evidencia funcional de patogenicidad en la clasificación de variantes descritas en pacientes de HCM. De hecho, el 11 por ciento de las variantes de no truncamiento en MYBPC3 con significado clínico incierto en ClinVar presentan alteraciones en cualquiera de estos dos mecanismos. A continuación, investigamos patomecanismos alternativos en las variantes de no truncamiento en MYBPC3 ligadas a HCM que demostraron preservación del patrón de splicing de RNA, así como de la estructura y estabilidad de la proteína. Para la regulación de la contracción sarcómerica, existe la posibilidad de que cMyBP-C establezca anclajes entre los filamentos deslizantes de actomiosina. En este escenario, los dominios centrales de la proteína estarían sometidos a fuerzas mecánicas durante la contracción. Por tanto, planteamos la hipótesis de que defectos en la nanomecánica de los dominios mutantes podrían comprometer la función reguladora de cMyBP-C en el sarcómero. Para examinar esta posibilidad, se caracterizó la nanomécanica de una serie de variantes de cambio de significado que afectan al dominio central C3 de cMyBP-C. Experimentos de molécula individual mediante espectroscopía de fuerza atómica (AFS) revelaron una reducción en la estabilidad mecánica a fuerzas bajas del dominio mutante C3-R495W, así como un incremento en la tasa de replegamiento de C3-R502Q. Aunque la prevalencia de estos defectos nanomecánicos y sus efectos funcionales requieren una caracterización más exhaustiva, estos resultados promueven la exploración de la alteración nanomecánica como un patomecanismo alternativo en HCM. Por último, y dado que las alteraciones nanomecánicas causadas pueden ser pequeñas, desarrollamos un método de AFS que permite la caracterización mecánica comparativa de distintas proteínas en un mismo experimento, limitando el efecto de los errores de calibración de la técnica y, por tanto, llevando a una mayor precisión en la detección de cambios en la estabilidad mecánica de las proteínas.

  • English

    Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is the most common inherited cardiac muscle disease. Anatomically, it is mainly characterized by left ventricular hypertrophy, while, at the functional level, HCM hearts suffer from hypercontractility and diastolic impairment. Most HCM-causing variants target genes encoding components of the sarcomere, the basic contractile unit of cardiomyocytes. A main HCM gene is MYBPC3 encoding cardiac myosin-binding proteinC (cMyBP-C), a protein that acts as a negative regulator of contraction by slowing down the sliding of actomyosin filaments during sarcomere shortening. While many HCM-causing MYBPC3 variants result in the premature truncation of the protein, leading to degradation and reduced total cMyBP-C content (i.e. protein haploinsufficiency), a significant proportion of the mare nontruncating. The molecular mechanisms by which nontruncating MYBPC3 variants lead to HCM development are still obscure. To improve our understanding of HCM etiology, this doctoral thesis has examined molecular pathomechanisms by which nontruncating MYBPC3 variants cause disease. To this aim, we first explored whether the induction of proteinhaplo insufficiency drivers defines the pathogenicity of nontruncating MYBPC3 variants. Acurated database of nontruncating MYBPC3 variants with a defined pathogenicity status was built to explore the prevalence of variant-induced RNA splicing alterations and protein destabilization, two major haploinsufficiency drivers. These molecular traits were specifically detected in around 50% of the HCM-linked variants, meaning that the induction of these haploinsufficiency drivers can be used as supporting functional evidence of pathogenicity in the classification of genetic variants found in HCM patients...