The β-galactosidase reporter gene, either free or complexed with various cationic vectors, was microinjected into mammalian cells. Cationic lipids but not polyethylenimine or polylysine prevent transgene expression when complexes are injected in the nucleus. Polyethylenimine and to a lesser extent polylysine, but not cationic lipids, enhance transgene expression when complexes are injected into the cytoplasm. This latter effect was independent of the polymer vector/cDNA ionic charge ratio, suggesting that nucleic acid compaction rather than surface charge was critical for efficient nuclear trafficking. Cell division was not required for nuclear entry. Finally, comparative transfection and microinjection experiments with various cell lines confirm that barriers to gene transfer vary with cell type. We conclude that polymers but not cationic lipids promote gene delivery from the cytoplasm to the nucleus and that transgene expression in the nucleus is prevented by complexation with cationic lipids but not with cationic polymers.

Background— The electrocardiographic short QT-interval syndrome forms a distinct clinical entity presenting with a high rate of sudden death and exceptionally short QT intervals. The disorder has recently been linked to gain-of-function mutation in KCNH2 . The present study demonstrates that this disorder is genetically heterogeneous and can also be caused by mutation in the KCNQ1 gene. Methods and Results— A 70-year man presented with idiopathic ventricular fibrillation. Both immediately after the episode and much later, his QT interval was abnormally short without any other physical or electrophysiological anomalies. Analysis of candidate genes identified a g919c substitution in KCNQ1 encoding the K + channel KvLQT1. Functional studies of the KvLQT1 V307L mutant (alone or coexpressed with the wild-type channel, in the presence of IsK) revealed a pronounced shift of the half-activation potential and an acceleration of the activation kinetics leading to a gain of function in I Ks . When introduced in a human action potential computer model, the modified biophysical parameters predicted repolarization shortening. Conclusions— We present an alternative molecular mechanism for the short QT-interval syndrome. Functional and computational studies of the KCNQ1 V307L mutation identified in a patient with this disorder favor the association of short QT with mutation in KCNQ1 .

The various cardiac regions have specific action potential properties appropriate to their electrical specialization, resulting from a specific pattern of ion-channel functional expression. The present study addressed regionally defined differential ion-channel expression in the non-diseased human heart with a genomic approach. High-throughput real-time RT-PCR was used to quantify the expression patterns of 79 ion-channel subunit transcripts and related genes in atria, ventricular epicardium and endocardium, and Purkinje fibres isolated from 15 non-diseased human donor hearts. Two-way non-directed hierarchical clustering separated atria, Purkinje fibre and ventricular compartments, but did not show specific patterns for epicardium versus endocardium, nor left- versus right-sided chambers. Genes that characterized the atria (versus ventricles) included Cx40, Kv1.5 and Kir3.1 as expected, but also Cav1.3, Cav3.1, Cav alpha2 delta2, Nav beta1, TWIK1, TASK1 and HCN4. Only Kir2.1, RyR2, phospholamban and Kv1.4 showed higher expression in the ventricles. The Purkinje fibre expression-portrait (versus ventricle) included stronger expression of Cx40, Kv4.3, Kir3.1, TWIK1, HCN4, ClC6 and CALM1, along with weaker expression of mRNA encoding Cx43, Kir2.1, KChIP2, the pumps/exchangers Na(+),K(+)-ATPase, NCX1, SERCA2, and the Ca(2+)-handling proteins RYR2 and CASQ2. Transcripts that were more strongly expressed in epicardium (versus endocardium) included Cav1.2, KChIP2, SERCA2, CALM3 and calcineurin-alpha. Nav1.5 and Nav beta1 were more strongly expressed in the endocardium. For selected genes, RT-PCR data were confirmed at the protein level. This is the first report of the global portrait of regional ion-channel subunit-gene expression in the non-diseased human heart. Our data point to significant regionally determined ion-channel expression differences, with potentially important implications for understanding regional electrophysiology, arrhythmia mechanisms, and responses to ion-channel blocking drugs. Concordance with previous functional studies suggests that regional regulation of cardiac ion-current expression may be primarily transcriptional.

Brugada syndrome is a genetic disease associated with sudden cardiac death that is characterized by ventricular fibrillation and right precordial ST segment elevation on ECG. Loss-of-function mutations in SCN5A, which encodes the predominant cardiac sodium channel α subunit NaV1.5, can cause Brugada syndrome and cardiac conduction disease. However, SCN5A mutations are not detected in the majority of patients with these syndromes, suggesting that other genes can cause or modify presentation of these disorders. Here, we investigated SCN1B, which encodes the function-modifying sodium channel β1 subunit, in 282 probands with Brugada syndrome and in 44 patients with conduction disease, none of whom had SCN5A mutations. We identified 3 mutations segregating with arrhythmia in 3 kindreds. Two of these mutations were located in a newly described alternately processed transcript, β1B. Both the canonical and alternately processed transcripts were expressed in the human heart and were expressed to a greater degree in Purkinje fibers than in heart muscle, consistent with the clinical presentation of conduction disease. Sodium current was lower when NaV1.5 was coexpressed with mutant β1 or β1B subunits than when it was coexpressed with WT subunits. These findings implicate SCN1B as a disease gene for human arrhythmia susceptibility.

We have tested whether a genotype-phenotype relationship exists in Brugada syndrome (BS) by trying to distinguish BS patients with (carriers) and those without (non-carriers) a mutation in the gene encoding the cardiac sodium channel (SCN5A) using clinical parameters.Brugada syndrome is an inherited cardiac disease characterized by a varying degree of ST-segment elevation in the right precordial leads and (non)specific conduction disorders. In a minority of patients, SCN5A mutations can be found. Genetic heterogeneity has been demonstrated, but other causally related genes await identification. If a genotype-phenotype relationship exists, this might facilitate screening.In a multi-center study, we have collected data on demographics, clinical history, family history, electrocardiogram (ECG) parameters, His to ventricle interval (HV), and ECG parameters after pharmacologic challenge with I(Na) blocking drugs for BS patients with (n = 23), or those without (n = 54), an identified SCN5A mutation.No differences were found in demographics, clinical history, or family history. Carriers had a significantly longer PQ interval on the baseline ECG and a significantly longer HV time. A PQ interval of > or =210 ms and an HV interval > or =60 ms seem to be predictive for the presence of an SCN5A mutation. After I(Na) blocking drugs, carriers had significantly longer PQ and QRS intervals and more increase in QRS duration.We observed significantly longer conduction intervals on baseline ECG in patients with established SCN5A mutations (PQ and HV interval and, upon class I drugs, more QRS increase). These results concur with the observed loss of function of mutated BS-related sodium channels. Brugada syndrome patients with, and those without, an SCN5A mutation can be differentiated by phenotypical differences.