An important, albeit rare, cause of fetal bradycardia is long QT syndrome (LQTS). Congenital LQTS is an ion channelopathy caused by mutations in genes encoding cardiac ion channel proteins. Fetal onset of LQTS imposes high risk of life-threatening tachyarrhythmias and sudden cardiac death. Here, we report the case of a female newborn with fetal onset of bradycardia and a 2:1 atrioventricular (AV) block. After birth, a 12-lead electrocardiogram (ECG) revealed bradycardia with QT prolongation of a corrected QT (QTc) interval of 680 ms and pseudo 2:1 AV block. Genetic testing identified a heterozygous Gly402Ser (c.1204G>A) mutation in CACNA1C, confirming the diagnosis of LQTS type 8 (LQT8). The patient received propranolol at a daily dose of 2 mg/kg. Mexiletine was subsequently administered owing to the sustained prolongation of the QT interval and pseudo 2:1 AV block. One week after mexiletine inception, the ECG still showed QT interval prolongation (QTc, 632 ms), but no AV block was observed. There were no life-threatening tachyarrhythmias in a follow-up period of 13 months.
Cases of drug-induced QT prolongation and sudden cardiac deaths resulted in market withdrawal of many drugs and world-wide regulatory changes through accepting the ICH guidelines E14 and S7B. However, because the guidelines were not comprehensive enough to cover the electrophysiological changes by drug-induced cardiac ion channel blocking, CiPA was initiated by experts in governments and academia in the USA, Europe, and Japan in 2013. Five years have passed since the launch of the CiPA initiative that aimed to improve the current ICH guidelines. This report reviews the current achievements of the CiPA initiative and explores unresolved issues.
Aurora kinases inhibitors, including ZM447439 (ZM), which suppress cell division, have attracted a great deal of attention as potential novel anti-cancer drugs. Several recent studies have confirmed the anti-cancer effects of ZM in various cancer cell lines. However, there have been no studies regarding the cardiac safety of this agent. We performed several cytotoxicity, invasion and migration assays to examine the anti-cancer effects of ZM. To evaluate the potential effects of ZM on cardiac repolarisation, whole-cell patch-clamp experiments were performed with human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) and cells with heterogeneous cardiac ion channel expression. We also conducted a contractility assay with rat ventricular myocytes to determine the effects of ZM on myocardial contraction and/or relaxation. In tests to determine in vitro efficacy, ZM inhibited the proliferation of A549, H1299 (lung cancer), MCF-7 (breast cancer) and HepG2 (hepatoma) cell lines with $IC_{50}$ in the submicromolar range, and attenuated the invasive and metastatic capacity of A549 cells. In cardiac toxicity testing, ZM did not significantly affect $I_{Na}$, $I_{Ks}$ or $I_{K1}$, but decreased $I_{hERG}$ in a dose-dependent manner ($IC_{50}$: $6.53{\mu}M$). In action potential (AP) assay using hiPSC-CMs, ZM did not induce any changes in AP parameters up to $3{\mu}M$, but it at $10{\mu}M$ induced prolongation of AP duration. In summary, ZM showed potent broad-spectrum anti-tumor activity, but relatively low levels of cardiac side effects compared to the effective doses to tumor. Therefore, ZM has a potential to be a candidate as an anti-cancer with low cardiac toxicity.
hERG (human ether-a-go-go related gene) 이온채널은 심장 재분극의 중요 요소이며 이 채널의 저해제는 부정맥과 돌연사를 유발할 수 있다. 따라서, 신약개발과정에서 후보물질이 hERG 이온채널의 잠재적인 저해제일 경우에는 심장독성 부작용을 유발하므로, 이를 최소화하고자 많은 노력이 집중되고 있다. 본 연구는 HEK(인간 배아 신장)세포에서 얻은 202개 유기화합물의 $IC_{50}$ 데이터를 이용하여 2차원 구조-활성의 정량적 관계(2D-QSAR)방법으로 예측하는 모델을 개발하였다. hERG이온채널 저해제의 기계 학습방법으로는 다중선형회귀(Multiple Linear Regression), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine: SVM)방법과 인공신경망(Artificial Neural Network)방법이며, 교차검증을 적용한 모집단 기반 전진선택(forward selection)방법과 결합하여 각 학습모델에 적합한 최적의 표현자들을 결정하였다. 가장 우수한 방법은 14종의 표현자를 사용한 인공신경망방법($R^2_{CV}$=0.617, RMSECV=0.762, MAECV=0.583)이었고, 다중선형회귀방법을 통해서 hERG이온채널 저해물질의 구조적 특징과 수용체와의 상호작용을 설명할 수 있다. QSAR모델의 검증은 교차검증과 Y-scrambling test방법으로 수행하였다.
Isolated sinus node cells of the rabbit were used to assess the effects of extracellular Na, K, Ca and Mg concentrations on cardiac pacemaker activity. With intracellular glass micro-electrodes spontaneous action potentials of SA node were recorded and the effects of various ions and their blockers were analyzed in terms of the cycle length, the amplitude and the duration of action potentials, the results obtained were as follows. 1. Sodium reduction [up to 30%] decreased the amplitude of action potential and lengthened the cycle length. TTX, specific blocker of Na channel slightly lengthened the cycle length. 2. Increasing potassium ion concentration, the duration of action potential decreased and the frequency increased in 6mM, however, spontaneous action potential was stopped in 24 mM. Barium ion known to be decreasing K conductance increased the duration of action potential but no significant change in the cycle length was noticed. 3. Calcium ion has shortening effect on the duration and the cycle length of action potential but not with dose-dependent manner. Cadmium ion .[0.02mM] lengthened cycle length and the duration of action potential. 4. Increasing the concentration of magnesium ion the cycle length was lengthened, significantly.
Cardiovascular function is regulated by the rhythmicity of circadian, infradian and ultradian clocks. Specific time scales of different cell types drive their functions: circadian gene regulation at hours scale, activation-inactivation cycles of ion channels at millisecond scales, the heart's beating rate at hundreds of millisecond scales, and low frequency autonomic signaling at cycles of tens of seconds. Heart rate and rhythm are modulated by a hierarchical clock system: autonomic signaling from the brain releases neurotransmitters from the vagus and sympathetic nerves to the heart's pacemaker cells and activate receptors on the cell. These receptors activating ultradian clock functions embedded within pacemaker cells include sarcoplasmic reticulum rhythmic spontaneous Ca2+ cycling, rhythmic ion channel current activation and inactivation, and rhythmic oscillatory mitochondria ATP production. Here we summarize the evidence that intrinsic pacemaker cell mechanisms are the end effector of the hierarchical brain-heart circadian clock system.
Park, Jeaneun;Cho, Kwang-Hyun;Lee, Hong Joon;Choi, Jin-Sung;Rhie, Duck-Joo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제24권6호
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pp.545-553
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2020
Aripiprazole is a quinolinone derivative approved as an atypical antipsychotic drug for the treatment of schizophrenia and bipolar disorder. It acts as with partial agonist activities at the dopamine D2 receptors. Although it is known to be relatively safe for patients with cardiac ailments, less is known about the effect of aripiprazole on voltage-gated ion channels such as transient A-type K+ channels, which are important for the repolarization of cardiac and neuronal action potentials. Here, we investigated the effects of aripiprazole on Kv1.4 currents expressed in HEK293 cells using a whole-cell patch-clamp technique. Aripiprazole blocked Kv1.4 channels in a concentration-dependent manner with an IC50 value of 4.4 μM and a Hill coefficient of 2.5. Aripiprazole also accelerated the activation (time-to-peak) and inactivation kinetics. Aripiprazole induced a voltage-dependent (δ = 0.17) inhibition, which was use-dependent with successive pulses on Kv1.4 currents without altering the time course of recovery from inactivation. Dehydroaripiprazole, an active metabolite of aripiprazole, inhibited Kv1.4 with an IC50 value of 6.3 μM (p < 0.05 compared with aripiprazole) with a Hill coefficient of 2.0. Furthermore, aripiprazole inhibited Kv4.3 currents to a similar extent in a concentration-dependent manner with an IC50 value of 4.9 μM and a Hill coefficient of 2.3. Thus, our results indicate that aripiprazole blocked Kv1.4 by preferentially binding to the open state of the channels.
Salviae Miltiorrhizae Radix has been used for treatment of cardiovascular diseases in oriental medicine. To investigate the possible involvement of cardiac ion channel in this effect, we examined electrophysiological effects of the extract of Salviae Miltiorrhizae Radix on action potentials and ionic currents in rat ventricular myocytes. The extracts of Salviae Miltiorrhizae Radix were fractionated into nine fractions, and the effect of each fraction on action potential was tested. The fraction containing monomethyl lithospermic acid-A (LSA-A) induced a significant prolongation of action potential duration (APD). LSA-B which is a major component of Salviae Miltiorrhizae Radix, however, did not cause a significant effect. In voltage clamp experiments, the effects of LSA-A on K currents, Ca currents and Na currents were tested. Neither K currents nor L-type Ca currents were affected by LSA-A. On the contrary, LSA-A significantly slowed down the inactivation kinetics of the Na current with no effect on the fast component of the inactivation process. The amplitude of the peak current and the voltage-dependence of activation were not changed by LSA-A. The effect of LSA-A on Na current was abolished when high concentration of $Ca^{2+}$ buffer (10 mM BAPTA) was included in the pipette solution or when Ca2+ current was blocked by nicardipine (1 $\mu$M) in the bath solution.n.
Joo, Young Shin;Lee, Hong Joon;Choi, Jin-Sung;Sung, Ki-Wug
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제21권1호
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pp.75-82
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2017
The effects of acepromazine on human ether-$\grave{a}$-go-go-related gene (hERG) potassium channels were investigated using whole-cell voltage-clamp technique in human embryonic kidney (HEK293) cells transfected with hERG. The hERG currents were recorded with or without acepromazine, and the steady-state and peak tail currents were analyzed for the evaluating the drug effects. Acepromazine inhibited the hERG currents in a concentration-dependent manner with an $IC_{50}$ value of $1.5{\mu}M$ and Hill coefficient of 1.1. Acepromazine blocked hERG currents in a voltage-dependent manner between -40 and +10 mV. Before and after application of acepromazine, the half activation potentials of hERG currents changed to hyperpolarizing direction. Acepromazine blocked both the steady-state hERG currents by depolarizing pulse and the peak tail currents by repolarizing pulse; however, the extent of blocking by acepromazine in the repolarizing pulse was more profound than that in the depolarizing pulse, indicating that acepromazine has a high affinity for the open state of the channels, with a relatively lower affinity for the closed state of hERG channels. A fast application of acepromazine during the tail currents inhibited the open state of hERG channels in a concentration-dependent. The steady-state inactivation of hERG currents shifted to the hyperpolarized direction by acepromazine. These results suggest that acepromazine inhibits the hERG channels probably by an open- and inactivated-channel blocking mechanism. Regarding to the fact that the hERG channels are the potential target of drug-induced long QT syndrome, our results suggest that acepromazine can possibly induce a cardiac arrhythmia through the inhibition of hERG channels.
The effects of ${\alpha}_1$-adrenergic stimulation on membrane potential, intracellular sodium activity $(a_N{^i{_a}})$, and contractility were investigated in the isolated papillary muscle of euthyroid, hyperthyroid, and hypothyroid guinea pigs. Cardiac alterations in the thyroid state have been shown to induce marked changes in action potential characteristics, the most pronounced shortening of action potential duration by hyperthyroidism and an increase in duration by hypothyroidism. $10^{-5}M$ Phenylephrine produced a decrease in $(a_N{^i{_a}})$ in euthyroid and hypothyroid preparations, but an increase in $(a_N{^i{_a}})$ in hyperthyroid ones. The major findings were that phenylephrine produced a stronger positive inotropic effect(PIE) without initial negative inotropic effect(NIE) in hyperthyroid preparations, while phenylephrine produced markedly NIE in hypothyroid ones. The alterations in membrane potential, $(a_N{^i{_a}})$, and contractility were abolished by $3{\times}10^{-5}M$ prazosin in hypothyroidism. In hypothyroid ventricular muscle, the decrease in $(a_N{^i{_a}})$ caused by phenylephrine were not abolished or reduced by $10^{-5}M$ strophanthidin, $10^{-5}M$ TTX, $3{\times}10^{-4}M$ lidocaine, or $100^{-5}M$ verapamil. These results indicate that the ${\alpha}_1$-adrenoceptor-mediated decrease in $(a_N{^i{_a}})$ is not associated with a stimulation of the $Na^+$-$K^+$ pump, inhibition of the $Na^+$ or $Ca^+$ channel in hypothyroid ventricular muscle. $10^{-5}M$ Phenylephrine decreased $(a_N{^i{_a}})$ but increased $(a_N{^i{_a}})$ in the presence of a PKC activator phorbol dibutyrate$(PDB_u)$. In conclusion, it is suggested that the following sequence of events in response to phenyleplhane occur in guinea pig ventricular muscle. First, changes in thyroid state may contribute to the ventacular electrophysiological propeties or ion transport system. Second, the adrenoceptor-mediated initial transient NIE may be associated with the decrease in $(a_N{^i{_a}})$ by PKC activation.
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