Connie Bezzina, Richard Redon and colleagues show that common variants at SCN5A-SCN10A and HEY2 are associated with Brugada syndrome, a rare disorder with high risk of sudden cardiac death. The newly discovered loci have a large cumulative effect on disease risk and illustrate how common variants can have a strong impact on predisposition to rare diseases. Brugada syndrome is a rare cardiac arrhythmia disorder, causally related to SCN5A mutations in around 20% of cases1,2,3. Through a genome-wide association study of 312 individuals with Brugada syndrome and 1,115 controls, we detected 2 significant association signals at the SCN10A locus (rs10428132) and near the HEY2 gene (rs9388451). Independent replication confirmed both signals (meta-analyses: rs10428132, P = 1.0 × 10−68; rs9388451, P = 5.1 × 10−17) and identified one additional signal in SCN5A (at 3p21; rs11708996, P = 1.0 × 10−14). The cumulative effect of the three loci on disease susceptibility was unexpectedly large (Ptrend = 6.1 × 10−81). The association signals at SCN5A-SCN10A demonstrate that genetic polymorphisms modulating cardiac conduction4,5,6,7 can also influence susceptibility to cardiac arrhythmia. The implication of association with HEY2, supported by new evidence that Hey2 regulates cardiac electrical activity, shows that Brugada syndrome may originate from altered transcriptional programming during cardiac development8. Altogether, our findings indicate that common genetic variation can have a strong impact on the predisposition to rare diseases.

Background: In the short- to mid-term, cardiomyocytes generated from human-induced pluripotent stem cells (hiPSC-CMs) have been reported to be less mature than those of adult hearts. However, the maturation process in a long-term culture remains unknown. Methods and Results: A hiPSC clone generated from a healthy control was differentiated into CMs through embryoid body (EB) formation. The ultrastructural characteristics and gene expressions of spontaneously contracting EBs were analyzed through 1-year of culture after cardiac differentiation was initiated. The 14-day-old EBs contained a low number of myofibrils, which lacked alignment, and immature high-density Z-bands lacking A-, H-, I-, and M-bands. Through the long-term culture up to 180 days, the myofibrils became more tightly packed and formed parallel arrays accompanied by the appearance of mature Z-, A-, H-, and I-bands, but not M-bands. Notably, M-bands were finally detected in 360-day-old EBs. The expression levels of the M-band-specific genes in hiPSC-CMs remained lower in comparison with those in the adult heart. Immunocytochemistry indicated increasing number of MLC2v-positive/MLC2a-negative cells with decreasing number of MLC2v/MLC2a double-positive cells, indicating maturing of ventricular-type CMs. Conclusions: The structural maturation process of hiPSC-CMs through 1-year of culture revealed ultrastructural sarcomeric changes accompanied by delayed formation of M-bands. Our study provides new insight into the maturation process of hiPSC-CMs. (Circ J 2013; 77: 1307–1314)

Abstract Type 2 ryanodine receptor (RyR2) is a cardiac Ca 2+ release channel in the endoplasmic reticulum (ER). Mutations in RyR2 are linked to catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT), which is considered to be associated with enhanced spontaneous Ca 2+ release. This spontaneous Ca 2+ release tends to occur when ER Ca 2+ ([Ca 2+ ] ER ) reaches a certain threshold level, and CPVT mutations are reported to lower this threshold. There are two explanations for this lowered threshold: the mutations increase sensitivity to luminal Ca 2+ or they enhance cytosolic [Ca 2+ ] ([Ca 2+ ] cyt )-induced Ca 2+ release (CICR) activity. However, no quantitative analysis of this issue has been performed so far. Here, we quantitatively explored how the change in CICR activity of RyR2 affects the threshold [Ca 2+ ] ER experimentally and by model-based simulation. Wild-type (WT) and CPVT-linked mutant RyR2s were expressed in HEK293 cells. [Ca 2+ ] cyt and [Ca 2+ ] ER measurements with Ca 2+ indicators revealed that CPVT RyR2 cells showed higher oscillation frequency and lower threshold [Ca 2+ ] ER in a mutation-specific manner compared with WT cells. The CICR activity of mutant RyR2s was assessed by Ca 2+ -dependent [ 3 H]ryanodine binding and parameter analysis. CICR activity at resting [Ca 2+ ] cyt , A 7.0 , was higher in CPVT mutants than in WT and a strong inverse correlation was found between threshold [Ca 2+ ] ER and A 7.0 . Interestingly, lowering RyR2 expression increased threshold [Ca 2+ ] ER , suggesting that the threshold [Ca 2+ ] ER depends on net Ca 2+ release rate via RyR2, a product of A 7.0 for each mutant and the density of RyR2 molecules. A model-based simulation successfully reproduced the [Ca 2+ ] cyt and [Ca 2+ ] ER changes. Interestingly, the CICR activity associated with specific mutations correlated well with the age of onset of the disease in CPVT patients carrying the mutations. Our data suggest that the reduction in threshold [Ca 2+ ] ER for spontaneous Ca 2+ release by CPVT mutation is explained by enhanced CICR activity without considering a change in the [Ca 2+ ] ER sensitivity of RyR2. Summary CPVT-linked RyR2 mutations are prone to induce spontaneous Ca 2+ release from ER, which is strongly associated with arrhythmias. Kurebayashi et al. quantitatively explore how the changes in CICR activity by RyR2 mutations affect spontaneous Ca 2+ experimentally and by model simulation.

Introduction: Kv4.3 encoded by KCND3 is an α-subunit of the I to channel and is highly expressed in both brain and heart. Several KCND3 variants have been shown to be related to inherited arrhythmias and neurological disorders. We have reported a gain-of-function (GOF) KCND3 variant, p.G306A, which was identified in a young patient with early repolarization syndrome (ERS) and refractory epilepsy (RE). The variant increased peak current densities and slowed inactivation of I to . Micromolar quinidine inhibited increased I to and accelerated its delayed inactivation. In addition, administration of quinidine to our patient prevented his lethal arrhythmia and epileptic attack. Thus, the suppression of increased I to can be an effective treatment for ERS and RE. However, it remains unknown if other medicine except for quinidine is effective to suppress the GOF effect on I to . Hypothesis: Selective serotonin reuptake inhibitor, fluoxetine which has inhibitory effect for I to normalizes the GOF effect caused by KCND3 variants. Aims: To utilize the fluoxetine for the treatment of ERS and RE, we aimed to elucidate the pharmacological effect of fluoxetine on Kv4.3-G306A comparing those to Kv4.3-wild type (WT). Methods: Plasmids with Kv4.3 WT or G306A were transiently transfected to Chinese Hamster Ovary cells with KChIP2, and reconstituted I to was measured using whole-cell patch-clamp method at 37 0 C degrees. Fluoxetine loading at 1-100 µM was applied externally. Results: The peak current densities of I to at +50 mV were 135.7±19.8 for WT and 321.0±116.7 pA/pF for G306A, and they were decreased to 101.1±20.9 and 199.6±63.6 pA/pF by application of 20 µM fluoxetine (Figure A and B). Fluoxetine inhibited I to peak current with IC 50 of 41.6±7.1 µM for WT and 83.7±16.7 µM for G306A. Although the inactivation in G306A was significantly slower than WT, they were almost normalized after 20 µM fluoxetine application (Figure A and Table). The inhibition effect of fluoxetine was concentration dependent for both peak current densities and inactivation time constants. Conclusion: Fluoxetine rescued the GOF effect on I to reconstituted by KCND3 G306A variant, suggesting that fluoxetine could be an effective therapeutic for ERS and RE.