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Optical control of hERG channel activity using a photosensitive Bekm-1 blocker - 25/09/20

Doi : 10.1016/j.acvdsp.2020.03.140 
J. Montnach 1, , B.B. Ribeiro De Oliveira Mendes 1, S. De Waard 1, E. Correia 1, S. Nicolas 1, V. Forest 1, C. Jopling 2, N. Gaborit 1, P. Lemarchand 1, G. Loussouarn 1, M. De Waard 1, 3
1 Inserm, CNRS, université Nantes, l’institut du Thorax, Nantes 
2 Institut de Génomique Fonctionnelle, Montpellier 
3 Smartox Biotechnology, Saint-Egrève, France 

Corresponding author.

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Résumé

Introduction

Kv11.1 channel (hERG) and the corresponding IKr current is a major component of cardiac repolarization and sinoatrial pacemaking. Dysfunctions in hERG channels are associated with cardiac arrhythmias and remains a driving force to study the structure, biophysics and pharmacology of this channel. Several compounds that block hERG channels have been developed. In this study, we focused on BeKm-1, a toxin which is highly selective for the hERG channel.

Objective

To study hERG channels at high temporal and spatial resolution, we developed a photo-protected analog of BeKm-1 that enables control of hERG using light.

Method

We developed a photo-protected BeKm-1 analog (BeKm-1-Lys18Nvoc) which is cleaved by UV-light at 365nm. Using a hERG stable cell line and high-throughput automated patch-clamp (Syncropatch 384, Nanion) we validated several properties of the BeKm-1 analog blockage. To demonstrate spatial control of cardiomyocyte function, hiPS-derived cardiomyocytes were plated on CardioExcyte96 to record extrafield potentials.

Results

We first validated physico-chemical properties of BeKm-1-Nvoc compared to BeKm-1 using HPLC analyses. Patch-clamp experiments displayed no inhibition of hERG current by BeKm-1-Nvoc at concentrations for which wild-type Bekm-1 is maximally inhibiting. Illumination of BeKm-1-Nvoc (100nM) at 365nm allows cleavage of the protecting group and strong inhibition of hERG current. The block of hERG is reversible after washes. Illumination of BeKm-1-Nvoc on hiPS-derived cardiomyocytes induces prolongation of extrafied potential which reflects an increase in repolarization time. Study of effects of photoactivation of BeKm-1 on mouse and zebrafish heart rates are ongoing.

Conclusion

We developed for the first time a photo-sensitive blocker of endogenous hERG channel which allows control of its activity with the spatiotemporal precision of light. Studies of implication of hERG on arrhythmias using this compound are ongoing.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 12 - N° 2-4

P. 258 - octobre 2020 Retour au numéro
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