Journey to the center of the cell: Targeting the nucleus in familial dilated cardiomyopathy

Abstract

As cardiomiopatias são a principal indicação para transplante cardíaco em todo o mundo. A cardiomiopatia dilatada (CMD) representa a forma mais comum e está associada a taxas elevadas de morbidade e mortalidade. Apesar de existirem diferentes etiologias subjacentes à CMD, aproximadamente 25% dos casos são de origem genética. Vários genes foram associados ao desenvolvimento de CMD, sendo que mutações no gene que codifica a proteína lamina A/C (LMNA) foram associadas a um maior risco de morte súbita. No entanto, os mecanismos moleculares subjacentes à fisiopatologia da CMD causada por mutações na LMNA permanecem amplamente desconhecidos. A Conexina 43 (Cx43) foi previamente associada ao fenótipo desta doença, nomeadamente relacionado com a sua função ao nível das junções intercelulares. Para além disso, a presença da Cx43 foi revelada no núcleo, onde tem sido sugerido que possa exercer funções biológicas importantes, como na regulação da transcrição genética. No entanto, as implicações da Cx43 nuclear na fisiopatologia da CMD são atualmente desconhecidas.O objetivo deste trabalho foi estabelecer o impacto das mutações da LMNA nos níveis da Cx43 nuclear, assim como desvendar os mecanismos moleculares subjacentes às respetivas alterações em modelos in vitro de CMD. Os nossos resultados revelam que a mutação N195K no gene da LMNA resultou numa diminuição dos níveis da Cx43 nuclear. Adicionalmente, desvendámos os mecanismos moleculares associados às alterações dos níveis de Cx43 nuclear, identificando os microtúbulos e a via de sinalização ERK1/2 como mediadores importantes. De facto, demonstrámos que a mutação N195K no gene da LMNA afetou a dinâmica dos microtúbulos, o que contribuiu para o desenvolvimento de deformações nucleares, afetando a estabilidade da Cx43 no núcleo e resultando na diminuição dos seus níveis. Para além disso, as mutações N195K e L85R no gene da LMNA induziram uma diminuição da ativação da via ERK1/2 que pode ser resgatada através do tratamento com Isoproterenol, com um aumento concomitante dos níveis da Cx43 nuclear. Estas evidências revelam o impacto das mutações da LMNA nos níveis da Cx43 nuclear, bem como os mecanismos pelos quais a Cx43 é afetada no núcleo, nomeadamente através de perturbações nos microtúbulos e em vias de sinalização importantes, como a ERK1/2. O desenvolvimento de terapias mais precisas para os doentes com CMD portadores de mutações da LMNA pode estar próximo, com o citoesqueleto, a via de sinalização ERK1/2 e a Cx43 nuclear surgindo como potenciais alvos. Investigação adicional é fundamental para esclarecer as funções da Cx43 nuclear, bem como o seu impacto fisiopatológico, nomeadamente no contexto de CMD relacionada com mutações da LMNA.

Cardiomyopathies are the leading indication for heart transplantation worldwide, with Dilated Cardiomyopathy (DCM) representing the most common form and entailing for high rates of morbidity and mortality. Although there are different aetiologies underlying DCM, approximately 25% of the patients develop DCM due to genetic causes. Among the myriad of genes identified in the subset of DCM, mutations in the Lamin A/C gene (LMNA) are the second most common and are responsible for a higher risk of sudden death when compared to other DCM forms. However, the molecular mechanisms underlying the pathophysiology of LMNA-related DCM are still poorly established. Connexin43 (Cx43) was previously demonstrated as contributing to the phenotype of this disease, mostly related to its well-known function within gap junctions (GJs). Notwithstanding, the presence of Cx43 was also unveiled in the nucleus, where it may play significant biological roles, including in the regulation of gene transcription. Nonetheless, the implications of nuclear Cx43 in the pathophysiology of LMNA-related DCM are currently unknown. The main objective of this work was to establish the impact of LMNA mutations in the levels of nuclear Cx43, as well as to unveil the molecular mechanisms underlying the alterations of nuclear Cx43 in in vitro DCM models. Our data revealed that LMNA mutations, specifically the LaminA-N195K mutation, decreases the levels of nuclear Cx43. Besides, we disclosed the molecular mechanisms underlying changes in the nuclear Cx43 levels, identifying the microtubules and the ERK1/2 signalling pathway as prominent players. In fact, we demonstrated that the LaminA-N195K mutant affected the dynamic of the microtubules, which contributed to the development of nuclear deformations, ultimately affecting the stability of Cx43 in the nucleus and leading to decreased levels of nuclear Cx43. Moreover, the LaminA-N195K and the LaminA-L85R mutants induced a decreased activation of the ERK1/2 signalling, which could be rescued by treatment with Isoproterenol, with a concomitant increase in the levels of nuclear Cx43. Altogether, these data reveal the impact of LMNA mutations in the levels of nuclear Cx43, as well as the mechanisms whereby Cx43 is being affected in the nucleus, namely by disrupting the microtubules and important signalling pathways, such as ERK1/2. The develop of more accurate therapies for DCM patients carrying LMNA mutations may be at the edge of being discovered, with the tubulin cytoskeleton, ERK1/2 signalling and nuclear Cx43 emerging as potential targets. Further investigation is yet required to explore in detail the biological functions of nuclear Cx43, as well as its pathophysiological impact, namely in the subset of LMNA-related DCM