Skip to main content
Erschienen in: Basic Research in Cardiology 1/2021

01.12.2021 | Original Contribution

Epigenetic regulation of cardiac electrophysiology in atrial fibrillation: HDAC2 determines action potential duration and suppresses NRSF in cardiomyocytes

verfasst von: Patrick Lugenbiel, Katharina Govorov, Pascal Syren, Ann-Kathrin Rahm, Teresa Wieder, Maximilian Wunsch, Nadine Weiberg, Emili Manolova, Dominik Gramlich, Rasmus Rivinius, Daniel Finke, Lorenz H. Lehmann, Patrick A. Schweizer, Derk Frank, Fadwa A. El Tahry, Claus Bruehl, Tanja Heimberger, Steffi Sandke, Tanja Weis, Patrick Most, Bastian Schmack, Arjang Ruhparwar, Matthias Karck, Norbert Frey, Hugo A. Katus, Dierk Thomas

Erschienen in: Basic Research in Cardiology | Ausgabe 1/2021

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Abstract

Atrial fibrillation (AF) is associated with electrical remodeling, leading to cellular electrophysiological dysfunction and arrhythmia perpetuation. Emerging evidence suggests a key role for epigenetic mechanisms in the regulation of ion channel expression. Histone deacetylases (HDACs) control gene expression through deacetylation of histone proteins. We hypothesized that class I HDACs in complex with neuron-restrictive silencer factor (NRSF) determine atrial K+ channel expression. AF was characterized by reduced atrial HDAC2 mRNA levels and upregulation of NRSF in humans and in a pig model, with regional differences between right and left atrium. In vitro studies revealed inverse regulation of Hdac2 and Nrsf in HL-1 atrial myocytes. A direct association of HDAC2 with active regulatory elements of cardiac K+ channels was revealed by chromatin immunoprecipitation. Specific knock-down of Hdac2 and Nrsf induced alterations of K+ channel expression. Hdac2 knock-down resulted in prolongation of action potential duration (APD) in neonatal rat cardiomyocytes, whereas inactivation of Nrsf induced APD shortening. Potential AF-related triggers were recapitulated by experimental tachypacing and mechanical stretch, respectively, and exerted differential effects on the expression of class I HDACs and K+ channels in cardiomyocytes. In conclusion, HDAC2 and NRSF contribute to AF-associated remodeling of APD and K+ channel expression in cardiomyocytes via direct interaction with regulatory chromatin regions. Specific modulation of these factors may provide a starting point for the development of more individualized treatment options for atrial fibrillation.
Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
13.
Zurück zum Zitat Kuwahara K, Saito Y, Takano M, Arai Y, Yasuno S, Nakagawa Y, Takahashi N, Adachi Y, Takemura G, Horie M, Miyamoto Y, Morisaki T, Kuratomi S, Noma A, Fujiwara H, Yoshimasa Y, Kinoshita H, Kawakami R, Kishimoto I, Nakanishi M, Usami S, Saito Y, Harada M, Nakao K (2003) NRSF regulates the fetal cardiac gene program and maintains normal cardiac structure and function. EMBO J 22:6310–6321. https://doi.org/10.1093/emboj/cdg601CrossRefPubMedPubMedCentral Kuwahara K, Saito Y, Takano M, Arai Y, Yasuno S, Nakagawa Y, Takahashi N, Adachi Y, Takemura G, Horie M, Miyamoto Y, Morisaki T, Kuratomi S, Noma A, Fujiwara H, Yoshimasa Y, Kinoshita H, Kawakami R, Kishimoto I, Nakanishi M, Usami S, Saito Y, Harada M, Nakao K (2003) NRSF regulates the fetal cardiac gene program and maintains normal cardiac structure and function. EMBO J 22:6310–6321. https://​doi.​org/​10.​1093/​emboj/​cdg601CrossRefPubMedPubMedCentral
19.
Zurück zum Zitat Lugenbiel P, Govorov K, Rahm AK, Wieder T, Gramlich D, Syren P, Weiberg N, Seyler C, Katus HA, Thomas D (2018) Inhibition of histone deacetylases induces K+ channel remodeling and action potential prolongation in HL-1 atrial cardiomyocytes. Cell Physiol Biochem 49:65–77. https://doi.org/10.1159/000492840CrossRefPubMed Lugenbiel P, Govorov K, Rahm AK, Wieder T, Gramlich D, Syren P, Weiberg N, Seyler C, Katus HA, Thomas D (2018) Inhibition of histone deacetylases induces K+ channel remodeling and action potential prolongation in HL-1 atrial cardiomyocytes. Cell Physiol Biochem 49:65–77. https://​doi.​org/​10.​1159/​000492840CrossRefPubMed
21.
Zurück zum Zitat Lugenbiel P, Wenz F, Syren P, Geschwill P, Govorov K, Seyler C, Frank D, Schweizer PA, Franke J, Weis T, Bruehl C, Schmack B, Ruhparwar A, Karck M, Frey N, Katus HA, Thomas D (2017) TREK-1 (K2P2.1) K+ channels are suppressed in patients with atrial fibrillation and heart failure and provide therapeutic targets for rhythm control. Basic Res Cardiol 112:8. https://doi.org/10.1007/s00395-016-0597-7CrossRefPubMed Lugenbiel P, Wenz F, Syren P, Geschwill P, Govorov K, Seyler C, Frank D, Schweizer PA, Franke J, Weis T, Bruehl C, Schmack B, Ruhparwar A, Karck M, Frey N, Katus HA, Thomas D (2017) TREK-1 (K2P2.1) K+ channels are suppressed in patients with atrial fibrillation and heart failure and provide therapeutic targets for rhythm control. Basic Res Cardiol 112:8. https://​doi.​org/​10.​1007/​s00395-016-0597-7CrossRefPubMed
27.
Zurück zum Zitat Schmidt C, Wiedmann F, Zhou XB, Heijman J, Voigt N, Ratte A, Lang S, Kallenberger SM, Campana C, Weymann A, De Simone R, Szabo G, Ruhparwar A, Kallenbach K, Karck M, Ehrlich JR, Baczko I, Borggrefe M, Ravens U, Dobrev D, Katus HA, Thomas D (2017) Inverse remodelling of K2P3.1 K+ channel expression and action potential duration in left ventricular dysfunction and atrial fibrillation: implications for patient-specific antiarrhythmic drug therapy. Eur Heart J 38:1764–1774. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehw559CrossRefPubMed Schmidt C, Wiedmann F, Zhou XB, Heijman J, Voigt N, Ratte A, Lang S, Kallenberger SM, Campana C, Weymann A, De Simone R, Szabo G, Ruhparwar A, Kallenbach K, Karck M, Ehrlich JR, Baczko I, Borggrefe M, Ravens U, Dobrev D, Katus HA, Thomas D (2017) Inverse remodelling of K2P3.1 K+ channel expression and action potential duration in left ventricular dysfunction and atrial fibrillation: implications for patient-specific antiarrhythmic drug therapy. Eur Heart J 38:1764–1774. https://​doi.​org/​10.​1093/​eurheartj/​ehw559CrossRefPubMed
32.
Zurück zum Zitat Shultz MD, Cao X, Chen CH, Cho YS, Davis NR, Eckman J, Fan J, Fekete A, Firestone B, Flynn J, Green J, Growney JD, Holmqvist M, Hsu M, Jansson D, Jiang L, Kwon P, Liu G, Lombardo F, Lu Q, Majumdar D, Meta C, Perez L, Pu M, Ramsey T, Remiszewski S, Skolnik S, Traebert M, Urban L, Uttamsingh V, Wang P, Whitebread S, Whitehead L, Yan-Neale Y, Yao YM, Zhou L, Atadja P (2011) Optimization of the in vitro cardiac safety of hydroxamate-based histone deacetylase inhibitors. J Med Chem 54:4752–4772. https://doi.org/10.1021/jm200388eCrossRefPubMed Shultz MD, Cao X, Chen CH, Cho YS, Davis NR, Eckman J, Fan J, Fekete A, Firestone B, Flynn J, Green J, Growney JD, Holmqvist M, Hsu M, Jansson D, Jiang L, Kwon P, Liu G, Lombardo F, Lu Q, Majumdar D, Meta C, Perez L, Pu M, Ramsey T, Remiszewski S, Skolnik S, Traebert M, Urban L, Uttamsingh V, Wang P, Whitebread S, Whitehead L, Yan-Neale Y, Yao YM, Zhou L, Atadja P (2011) Optimization of the in vitro cardiac safety of hydroxamate-based histone deacetylase inhibitors. J Med Chem 54:4752–4772. https://​doi.​org/​10.​1021/​jm200388eCrossRefPubMed
34.
Zurück zum Zitat Zhang D, Wu CT, Qi X, Meijering RA, Hoogstra-Berends F, Tadevosyan A, Cubukcuoglu Deniz G, Durdu S, Akar AR, Sibon OC, Nattel S, Henning RH, Brundel BJ (2014) Activation of histone deacetylase-6 induces contractile dysfunction through derailment of alpha-tubulin proteostasis in experimental and human atrial fibrillation. Circulation 129:346–358. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.113.005300CrossRefPubMed Zhang D, Wu CT, Qi X, Meijering RA, Hoogstra-Berends F, Tadevosyan A, Cubukcuoglu Deniz G, Durdu S, Akar AR, Sibon OC, Nattel S, Henning RH, Brundel BJ (2014) Activation of histone deacetylase-6 induces contractile dysfunction through derailment of alpha-tubulin proteostasis in experimental and human atrial fibrillation. Circulation 129:346–358. https://​doi.​org/​10.​1161/​CIRCULATIONAHA.​113.​005300CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Epigenetic regulation of cardiac electrophysiology in atrial fibrillation: HDAC2 determines action potential duration and suppresses NRSF in cardiomyocytes
verfasst von
Patrick Lugenbiel
Katharina Govorov
Pascal Syren
Ann-Kathrin Rahm
Teresa Wieder
Maximilian Wunsch
Nadine Weiberg
Emili Manolova
Dominik Gramlich
Rasmus Rivinius
Daniel Finke
Lorenz H. Lehmann
Patrick A. Schweizer
Derk Frank
Fadwa A. El Tahry
Claus Bruehl
Tanja Heimberger
Steffi Sandke
Tanja Weis
Patrick Most
Bastian Schmack
Arjang Ruhparwar
Matthias Karck
Norbert Frey
Hugo A. Katus
Dierk Thomas
Publikationsdatum
01.12.2021
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Basic Research in Cardiology / Ausgabe 1/2021
Print ISSN: 0300-8428
Elektronische ISSN: 1435-1803
DOI
https://doi.org/10.1007/s00395-021-00855-x

Weitere Artikel der Ausgabe 1/2021

Basic Research in Cardiology 1/2021 Zur Ausgabe

Nach Herzinfarkt mit Typ-1-Diabetes schlechtere Karten als mit Typ 2?

29.05.2024 Herzinfarkt Nachrichten

Bei Menschen mit Typ-2-Diabetes sind die Chancen, einen Myokardinfarkt zu überleben, in den letzten 15 Jahren deutlich gestiegen – nicht jedoch bei Betroffenen mit Typ 1.

Erhöhtes Risiko fürs Herz unter Checkpointhemmer-Therapie

28.05.2024 Nebenwirkungen der Krebstherapie Nachrichten

Kardiotoxische Nebenwirkungen einer Therapie mit Immuncheckpointhemmern mögen selten sein – wenn sie aber auftreten, wird es für Patienten oft lebensgefährlich. Voruntersuchung und Monitoring sind daher obligat.

GLP-1-Agonisten können Fortschreiten diabetischer Retinopathie begünstigen

24.05.2024 Diabetische Retinopathie Nachrichten

Möglicherweise hängt es von der Art der Diabetesmedikamente ab, wie hoch das Risiko der Betroffenen ist, dass sich sehkraftgefährdende Komplikationen verschlimmern.

TAVI versus Klappenchirurgie: Neue Vergleichsstudie sorgt für Erstaunen

21.05.2024 TAVI Nachrichten

Bei schwerer Aortenstenose und obstruktiver KHK empfehlen die Leitlinien derzeit eine chirurgische Kombi-Behandlung aus Klappenersatz plus Bypass-OP. Diese Empfehlung wird allerdings jetzt durch eine aktuelle Studie infrage gestellt – mit überraschender Deutlichkeit.

Update Kardiologie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.