不整脈性心筋症における混乱した透過遺伝子発現を伴うTMEM43の異常な蓄積

TMEM43 P.S358Lによって引き起こされる不整脈性心筋症（ACM）は、心機能障害または致命的な不整脈を引き起こす完全に浸透性心疾患です。ただし、TMEM43バリアントによって引き起こされるACMの分子メカニズムはまだ完全には解明されていません。この研究では、TMEM43 P.S358L変異を抱えるノックイン（KI）ラットを生成し、ACMのファミリーからTMEM43 P.S358Lバリアントの同定に基づいて患者から誘導された多能性幹細胞（IPSC）を確立しました。TMEM43-S358L KIラットは、ヒトACM表現型を再現したサブエピカルディウムで心室性不整脈と線維性心筋補充を示しました。P.S358Lバリアント（TMEM43S358L）を備えた4トランス膜タンパク質TMEM43は、KIラット心筋細胞と患者特異的IPSC由来の心筋細胞の両方でN結合グリコシル化によって修飾されることがわかりました。TMEM43S358Lグリコシル化は、薬理学的刺激またはER機能の年齢依存性の低下によって引き起こされる小胞体（ER）ストレスの強化条件下で増加しました。興味深いことに、TMEM43S358Lの特異的なグリコシル化は、TMEM43の変化した膜トポロジに起因しました。さらに、主にERに局在するTMEM43WTとは異なり、グリコシル化の増加に伴い、心筋細胞の核エンベロープに蓄積されたTMEM43S358L。最後に、我々の包括的なトランスクリプトーム分析は、ACMを示す組織学的変化を示す前に、KI心筋で観察された内型心筋で観察された内層と外層の間の遺伝子発現パターンの領域の違いが部分的に減少したことを実証しました。全体として、これらの発見は、TMEM43S358Lの異常な蓄積が、心筋内の透過遺伝子発現に影響を与えることにより、TMEM43 p.S358Lバリアントによって引き起こされるACMの病因の根底にあることを示唆しています。

Arrhythmogenic cardiomyopathy (ACM) caused by TMEM43 p.S358L is a fully penetrant heart disease that results in impaired cardiac function or fatal arrhythmia. However, the molecular mechanism of ACM caused by the TMEM43 variant has not yet been fully elucidated. In this study, we generated knock-in (KI) rats harboring a Tmem43 p.S358L mutation and established induced pluripotent stem cells (iPSCs) from patients based on the identification of TMEM43 p.S358L variant from a family with ACM. The Tmem43-S358L KI rats exhibited ventricular arrhythmia and fibrotic myocardial replacement in the subepicardium, which recapitulated the human ACM phenotype. The four-transmembrane protein TMEM43 with the p.S358L variant (TMEM43S358L ) was found to be modified by N-linked glycosylation in both KI rat cardiomyocytes and patient-specific iPSC-derived cardiomyocytes. TMEM43S358L glycosylation increased under the conditions of enhanced endoplasmic reticulum (ER) stress caused by pharmacological stimulation or age-dependent decline of the ER function. Intriguingly, the specific glycosylation of TMEM43S358L resulted from the altered membrane topology of TMEM43. Moreover, unlike TMEM43WT , which is mainly localized to the ER, TMEM43S358L accumulated at the nuclear envelope of cardiomyocytes with the increase in glycosylation. Finally, our comprehensive transcriptomic analysis demonstrated that the regional differences in gene expression patterns between the inner and outer layers observed in the wild type myocardium were partially diminished in the KI myocardium prior to exhibiting histological changes indicative of ACM. Altogether, these findings suggest that the aberrant accumulation of TMEM43S358L underlies the pathogenesis of ACM caused by TMEM43 p.S358L variant by affecting the transmural gene expression within the myocardium.