Phosphorylation of cardiac sodium channel anticipates manifestations of aging myopathy

Abstract

La disfunzione diastolica e il prolungamento della ripolarizzazione ventricolare si osservano tipicamente negli anziani, tuttavia non e’ chiaro se questi fattori sono associati alla progressiva manifestazione della cardiomiopatia dell'invecchiamento. In modelli sperimentali, l’invecchiamento porta ad un aumento della corrente tardiva del sodio (INaL) nei cardiomiociti, e pertanto abbiamo ipotizzato che questa corrente e’ coinvolta nel prolungamento della ripolarizzazione con conseguenze sul rilassamento del miocardio dell’animale anziano. A tal proposito, abbiamo studiato topi wild-type (WT) e animali geneticamente modificati con mutazioni della proteina Nav1.5, che forma i canali ionici del sodio. In particolare, abbiamo utilizzato mutazioni a guadagno di funzione (Gain of Function, GoF) o a perdita di funzione (Loss of Function, LoF) del sito fosforilativo di Nav1.5 che causano, rispettivamente, un aumento e una stabilizzazione della corrente tardiva del sodio. I risultati sono stati ottenuti sia in topi maschi che femmine. Con l’invecchiamento, i topi WT hanno sviluppato un prolungamento della ripolarizzazione (intervallo QT dell'elettrocardiogramma) ed un’alterata funzione diastolica. La protratta ripolarizzazione e la disfunzione diastolica si sono manifestate prematuramente nei topi giovani GoF, e sono progressivamente deteriorate con l’eta’. Invece, gli animali LoF hanno mantenuto una buona funzione contrattile e di rirpolarizzazione durante l’invecchiamento. A livello cellulare, le fasi di contrazione/rilassamento erano prolungate nei miociti WT invecchiati rispetto alle cellule giovani. Invece, il prolungamento della meccanica di contrazione e’ comparso prematuramente allo stadio giovanile nei miociti GoF, ed e’ progressivamente deteriorato con l’età. Al contrario, miociti LoF hanno mantenuto una buona funzione meccanica durante l’invecchiamento. Collettivamente, questi risultati dimostrano che la fosforilazione della proteina Nav1.5 e la corrente tardiva di sodio modulano il rilassamento dei miociti, costituendo il meccanismo che collega la ripolarizzazione ventricolare ritardata con la disfunzione diastolica.

Diastolic dysfunction and delayed ventricular repolarization are typically observed in the elderly, but whether these defects are intimately associated in the progressive manifestation of the aging myopathy remains to be determined. In this regard, aging in experimental animals is coupled with increased late Na+ current (INaL) in cardiomyocytes, raising the possibility that INaL conditions the modality of electrical recovery and myocardial relaxation of the aged heart. For this purpose, aging male and female wild-type (WT) C57Bl/6 mice were studied together with genetically engineered mice with phosphomimetic (gain-of-function, GoF) or ablated (loss-of-function, LoF) mutations of the sodium channel Nav1.5 at Ser571 associated with, respectively, increased and stabilized INaL. At ~18 months (m) of age, WT mice developed prolonged duration of the QT interval of the electrocardiogram and impaired diastolic left ventricular (LV) filling, defects that were reversed by INaL inhibition. Prolonged repolarization and impaired LV filling occurred prematurely in adult (~5 m) GoF mutant mice, whereas these alterations were largely attenuated in aging LoF mutant animals. Ca2+ transient decay and kinetics of myocyte shortening/relengthening were delayed in aged (~24 m) WT myocytes, with respect to adult cells. In contrast, delayed Ca2+ transients and contractile dynamics occurred at adult stage in GoF myocytes and further deteriorated at old age. Conversely, myocyte mechanics were minimally affected in aging LoF cells. Collectively, these results document that Nav1.5 phosphorylation at Ser571 and the late Na+ current modulates the modality of myocyte relaxation, constituting the mechanism linking delayed ventricular repolarization and diastolic dysfunction.