ABSTRACT Aims We investigate mechanisms for potential pro-arrhythmic effects of hydroxychloroquine (HCQ) alone, or combined with azithromycin (AZM), in Covid-19 management supplementing the limited available experimental cardiac safety data. Methods We integrated patch-clamp studies utilizing In Vitro ProArrhythmia Assay (CiPA) Schema IC 50 paradigms, molecular modelling, cardiac multi-electrode array and voltage (RH237) mapping, ECG studies, and Ca 2+ (Rhod-2 AM) mapping in isolated Langendorff-perfused guinea-pig hearts with human in-silico ion current modelling. Results HCQ blocked I Kr and I K1 with IC 50 s (10±0.6 and 34±5.0 μM) within clinical therapeutic ranges, I Na and I CaL at higher IC 50 s, leaving I to and I Ks unaffected. AZM produced minor inhibition of I Na , I CaL , I Ks , and I Kr ,, sparing I K1 and I to . HCQ+AZM combined inhibited I Kr and I K1 with IC 50 s of 7.7±0.8 μM and 30.4±3.0 μM, sparing I Na , I CaL and I to . Molecular modelling confirmed potential HCQ binding to hERG. HCQ slowed heart rate and ventricular conduction. It prolonged PR, QRS and QT intervals, and caused prolonged, more heterogeneous, action potential durations and intracellular Ca 2+ transients. These effects were accentuated with combined HCQ+AZM treatment, which then elicited electrical alternans, re-entrant circuits and wave break. Modelling studies attributed these to integrated HCQ and AZM actions reducing I Kr and I K1 , thence altering cell Ca 2+ homeostasis. Conclusions Combined HCQ+AZM treatment exerts pro-arrhythmic ventricular events by synergetically inhibiting I Kr , I Ks with resulting effects on cellular Ca 2+ signalling, and action potential propagation and duration. These findings provide an electrophysiological basis for recent FDA cardiac safety guidelines cautioning against combining HCQ/AZM when treating Covid-19.

Summary Endolysosomes (EL) are known for their role in regulating both intracellular trafficking and proteostasis. EL help facilitate elimination of damaged membrane and cytosolic proteins, protein aggregates, membranous organelles and also play an important role in calcium signalling. Despite the importance of EL, their specific role in cardiovascular disease is not well understood. In particular, it’s unclear how EL contribute to atrial pathology over longer time frames. To shed light on this question, we conducted a comprehensive analysis that involved proteomics, transcriptomics, integrated analysis, electron tomography, western blotting, and enzyme assays. To identify the role of EL in atrial fibrillation (AF), we applied a recently published organelle protein isolation method. We used this method to study biopsies from AF goat model and analyse the EL-specific proteins and pathways involved in this condition. Our results revealed the upregulation of the AMPK pathway and the expression of EL-specific proteins that were not found in whole tissue lysates (TL), including GAA, DYNLRB1, CLTB, SIRT3, CCT2, and muscle-specific HSPB2. We also observed structural anomalies, such as autophago-vacuole formation, irregularly shaped mitochondria, and glycogen deposition, which provide insights into the EL’s contribution to AF and related pathways and molecular mechanisms. Overall, our findings suggest that EL play an important role in the development of AF over longer time frames, and provide a more detailed understanding of the underlying molecular processes involved.

Abstract Arrhythmias are a hallmark of myocardial infarction (MI) and increase patient mortality. How insult to the cardiac conduction system causes arrhythmias following MI is poorly understood. Here, we demonstrate conduction system restoration during neonatal mouse heart regeneration versus pathological remodeling at non-regenerative stages. Tissue-cleared whole-organ imaging identified disorganized bundling of conduction fibers after MI and global His–Purkinje disruption. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) revealed specific molecular changes to regenerate the conduction network versus aberrant electrical alterations during fibrotic repair. This manifested functionally as a transition from normal rhythm to pathological conduction delay beyond the regenerative window. Modeling in the infarcted human heart implicated the non-regenerative phenotype as causative for heart block, as observed in patients. These findings elucidate the mechanisms underpinning conduction system regeneration and reveal how MI-induced damage elicits clinical arrhythmogenesis.

Alterations in autonomic function are known to occur in cardiac conditions including sudden cardiac death. Cardiac stimulation via sympathetic neurons can potentially trigger arrhythmias. Dissecting direct neural-cardiac interactions at the cellular level is technically challenging and understudied due to the lack of experimental model systems and methodologies. Here we demonstrate the utility of optical interrogation of sympathetic neurons and their effects on macroscopic cardiac monolayer dynamics to address research targets such as the effects of adrenergic stimulation via the release of neurotransmitters, the effect of neuronal numbers on cardiac wave behaviour and the applicability of optogenetics in mechanistic in vitro studies. We combine photo-uncaging or optogenetic neural stimulation with imaging of cardiac monolayers to measure electrical activity in an automated fashion, illustrating the power and high throughput capability of such interrogations. The methods described highlight the challenges and benefits of co-cultures as experimental model systems.

The activity of cardiac sympathetic nerves from the stellate ganglia is increased in many cardiovascular diseases contributing to the pathophysiology, however the mechanisms underlying this are unknown. Moreover, clinical studies show their surgical removal is an effective treatment, despite the biophysical properties of these neurons being largely unstudied. Here we demonstrate that stellate ganglia neurons from prehypertensive spontaneously hypertensive rats are hyperactive and describe in detail their electrophysiological phenotype guided by single cell RNA-sequencing, molecular biology and perforated patch-clamp to uncover the underlying mechanism. The expression of key transcripts was confirmed in human stellate ganglia. We further demonstrate the contribution of a plethora of ion channels to stellate ganglia neuronal firing, and show that hyperexcitability was curbed by M-current activators, non-selective sodium current blockers or inhibition of Nav1.1-1.3, Nav1.6 or INaP. These findings have implications for target discovery to reduce cardiac sympathetic activity without resorting to surgery.