LC
Lukas Cyganek
Author with expertise in Protein Tyrosine Phosphatases in Human Health and Disease
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
8
(88% Open Access)
Cited by:
245
h-index:
23
/
i10-index:
45
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Deep phenotyping of human induced pluripotent stem cell–derived atrial and ventricular cardiomyocytes

Lukas Cyganek et al.Jun 20, 2018
Generation of homogeneous populations of subtype-specific cardiomyocytes (CMs) derived from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) and their comprehensive phenotyping is crucial for a better understanding of the subtype-related disease mechanisms and as tools for the development of chamber-specific drugs. The goals of this study were to apply a simple and efficient method for differentiation of iPSCs into defined functional CM subtypes in feeder-free conditions and to obtain a comprehensive understanding of the molecular, cell biological, and functional properties of atrial and ventricular iPSC-CMs on both the single-cell and engineered heart muscle (EHM) level. By a stage-specific activation of retinoic acid signaling in monolayer-based and well-defined culture, we showed that cardiac progenitors can be directed towards a highly homogeneous population of atrial CMs. By combining the transcriptome and proteome profiling of the iPSC-CM subtypes with functional characterizations via optical action potential and calcium imaging, and with contractile analyses in EHM, we demonstrated that atrial and ventricular iPSC-CMs and -EHM highly correspond to the atrial and ventricular heart muscle, respectively. This study provides a comprehensive understanding of the molecular and functional identities characteristic of atrial and ventricular iPSC-CMs and -EHM and supports their suitability in disease modeling and chamber-specific drug screening.
5

Alteration of myocardial structure and function in RAF1-associated Noonan syndrome: Insights from cardiac disease modeling based on patient-derived iPSCs

Saeideh Nakhaei‐Rad et al.Jan 23, 2022
Abstract Noonan syndrome (NS), the most common among the RASopathies, is caused by germline variants in genes encoding components of the RAS-MAPK pathway. Distinct variants, including the recurrent Ser257Leu substitution in RAF1, are associated with severe hypertrophic cardiomyopathy (HCM). Here, we investigated the elusive mechanistic link between NS-associated RAF1S257L and HCM using three-dimensional cardiac bodies and bioartificial cardiac tissues generated from patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) harboring the pathogenic RAF1 c.770C>T missense change. We characterize the molecular, structural and functional consequences of aberrant RAF1 –associated signaling on the cardiac models. Ultrastructural assessment of the sarcomere revealed a shortening of the I-bands along the Z disc area in both iPSC-derived RAF1S257L cardiomyocytes, and myocardial tissue biopsies. The disease phenotype was partly reverted by using both MEK inhibition, and a gene-corrected isogenic RAF1L257S cell line. Collectively, our findings uncovered a direct link between a RASopathy gene variant and the abnormal sarcomere structure resulting in a cardiac dysfunction that remarkably recapitulates the human disease. These insights represent a basis to develop future targeted therapeutic approaches.
5
Citation6
0
Save
1

LZTR1 polymerization provokes cardiac pathology in recessive Noonan syndrome

Alexandra Busley et al.Jan 10, 2023
Abstract Noonan syndrome patients harboring causative variants in LZTR1 are particularly at risk to develop severe and early-onset hypertrophic cardiomyopathy. However, the underling disease mechanisms of LZTR1 missense variants driving the cardiac pathology are poorly understood. Hence, therapeutic options for Noonan syndrome patients are limited. In this study, we investigated the mechanistic consequences of a novel homozygous causative variant LZTR1 L580P by using patient-specific and CRISPR/Cas9-corrected iPSC-cardiomyocytes. Molecular, cellular, and functional phenotyping in combination with in silico prediction of protein complexes uncovered a unique LZTR1 L580P -specific disease mechanism provoking the cardiac hypertrophy. The homozygous variant was predicted to alter the binding affinity of the dimerization domains facilitating the formation of linear LZTR1 polymer chains. The altered polymerization resulted in dysfunction of the LZTR1-cullin 3 ubiquitin ligase complexes and subsequently, in accumulation of RAS GTPases, thereby provoking global pathological changes of the proteomic landscape ultimately leading to cellular hypertrophy. Furthermore, our data showed that cardiomyocyte-specific MRAS degradation is mediated by LZTR1 via the autophagosome, whereas RIT1 degradation is mediated by both LZTR1-dependent and LZTR1-independent proteasomal pathways. Importantly, uni-or biallelic genetic correction of the LZTR1 L580P missense variant rescued the molecular and cellular disease-associated phenotype, providing proof-of-concept for CRISPR-based gene therapies.
1
Citation2
0
Save
1

Effects of Hydroxychloroquine and Azithromycin on iPSC-derived Cardiomyocytes: Considerations for the Treatment of COVID-19 Patients

Wener Li et al.Aug 19, 2021
Abstract Despite known adverse effects of hydroxychloroquine (HCQ) and azithromycin (AZM) on cardiac function, HCQ and AZM have been used as combination therapy in the treatment of COVID-19 patients. Recent clinical data indicate higher complication rates with HCQ/AZM combination treatment in comparison to monotherapy. Here, we used human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) to systematically investigate the effects of HCQ and AZM individually and in combination. The clinically observed QT prolongation caused by treatment with HCQ could be recapitulated in iPSC-CMs based on prolonged field potential duration (FPDc). Interestingly, HCQ-induced FPDc prolongation was strongly enhanced by combined treatment with AZM, although AZM alone slightly shortened FPDc in iPSC-CMs. Furthermore, combined treatment with AZM and HCQ leads to higher cardiotoxicity, more severe structural disarrangement, and more pronounced contractile and electrophysiological dysfunctions, compared to respective mono-treatments. First mechanistic insights underlying the synergistic effects of AZM and HCQ on iPSC-CM functionality are provided based on increased Cx43- and Nav1.5-protein levels. Taken together, our results highlight that combined treatment with HCQ and AZM strongly enhances the adverse effects on cardiomyocytes, providing mechanistic evidence for the high mortality in patients receiving HCQ/AZM combination treatment.
1
Citation1
0
Save
13

Single-cell transcription profiles in Bloom syndrome patients link BLM deficiency with altered condensin complex expression signatures

Ipek Gönenc et al.Oct 1, 2021
Abstract Bloom syndrome (BS) is an autosomal recessive disease clinically characterized by primary microcephaly, growth deficiency, immunodeficiency, and predisposition to cancer. It is mainly caused by biallelic loss-of-function mutations in the BLM gene, which encodes the BLM helicase, acting in DNA replication and repair processes. Here, we describe the gene expression profiles of three BS fibroblast cell lines harboring causative, biallelic truncating mutations obtained by single-cell (sc) transcriptome analysis. We compared the scRNA transcription profiles from three BS patient cell lines to two age-matched wild-type controls and observed specific deregulation of gene sets related to the molecular processes characteristically affected in BS, such as mitosis, chromosome segregation, cell cycle regulation, and genomic instability. We also found specific upregulation of genes of the Fanconi anemia pathway, in particular FANCM, FANCD2 , and FANCI , which encode known interaction partners of BLM. The significant deregulation of genes associated with inherited forms of primary microcephaly observed in our study might explain in part the molecular pathogenesis of microcephaly in BS, one of the main clinical characteristics in patients. Finally, our data provide first evidence of a novel link between BLM dysfunction and transcriptional changes in condensin complex I and II genes. Overall, our study provides novel insights into gene expression profiles in BS on a single-cell level, linking specific genes and pathways to BLM dysfunction.
0

CardioMEA: Comprehensive Data Analysis Platform for Studying Cardiac Diseases and Drug Responses

Jihyun Lee et al.Jul 29, 2024
In recent years, high-density microelectrode arrays (HD-MEAs) have emerged as a valuable tool in preclinical research for characterizing the electrophysiology of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs). HD-MEAs enable the capturing of both extracellular and intracellular signals on a large scale, while minimizing potential damage to the cell. However, a gap exists between technological advancements of HD-MEAs and the availability of effective data-analysis platforms. To address this need, we introduce CardioMEA, a comprehensive data-analysis platform designed specifically for HD-MEA data that have been obtained from iPSC-CMs. CardioMEA features scalable data processing pipelines and an interactive web-based dashboard for advanced visualization and analysis. In addition to its core functionalities, CardioMEA incorporates modules designed to discern crucial electrophysiological features between diseased and healthy iPSC-CMs. Notably, CardioMEA has the unique capability to analyze both extracellular and intracellular signals, thereby facilitating customized analyses for specific research tasks. We demonstrate the practical application of CardioMEA by analyzing electrophysiological signals from iPSC-CM cultures exposed to seven antiarrhythmic drugs. CardioMEA holds great potential as an intuitive, user-friendly platform for studying cardiac diseases and assessing drug effects.
0

Esophageal Cancer-Related Gene-4 Contributes to Lipopolysaccharide-Induced Ion Channel Dysfunction in hiPSC-Derived Cardiomyocytes

Qiang Xu et al.Dec 1, 2024
Background and Purpose: Esophageal cancer-related gene-4 (ECRG4) participate in inflammation process and can interact with the innate immunity complex TLR4-MD2-CD14 on human granulocytes. In addition, ECRG4 participate in modulation of ion channel function and electrical activity of cardiomyocytes. However, the exact mechanism is unknown. This study aimed to test our hypothesis that ECRG4 contributes to inflammation-induced ion channel dysfunctions in cardiomyocytes. Methods: Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) generated from three donors were treated with lipopolysaccharide (LPS) to establish an endotoxin-induced inflammatory model. Immunostaining, real-time PCR, and patch-clamp techniques were used for the study. Results: ECRG4 was detected in hiPSC-CMs at different differentiation time. LPS treatment increased ECRG4 expression in hiPSC-CMs. Knockdown of ECRG4 decreased the expression level of Toll-Like-Receptor 4 (TLR4, a LPS receptor) and its associated genes and inflammatory cytokines. Furthermore, ECRG4 knockdown shortened the action potential duration (APD) and intercepted LPS-induced APD prolongation by enhancing I SK (small conductance calcium-activated K channel current) and attenuating I NCX (Na/Ca exchanger current). Overexpression of ECRG4 mimicked LPS effects on I SK and I NCX , which could be prevented by NFκB signaling blockers. Conclusion: This study demonstrated that LPS effects on cardiac ion channel function were mediated by the upregulation of ECRG4, which affects NFκB signaling. Our findings support the roles of ECRG4 in inflammatory responses and the ion channel dysfunctions induced by LPS challenge. Keywords: esophageal cancer-related gene-4, arrhythmias, lipopolysaccharide, human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, inflammation