Introduction: Long QT Syndrome (LQTS) predisposes young patients to develop ventricular fibrillation leading to sudden cardiac death. QT interval duration is a powerful predictor of arrhythmic events, with every 10ms increase translating into a 15% increase in risk1. Our group showed that substrate-specific therapy with mexiletine, which shortens the QT, confers arrhythmic protection in LQT32,3. This suggests that, in principle, shortening the QTc interval is an effective strategy for treating all forms of LQTS. We tested the hypothesis that a novel class of antiarrhythmics that enhance the rapid component of the delayed rectifier K+ current (IKr), named hERG activators4, might be able to shorten the duration of cardiac repolarization in different LQTS. Methods: We tested the efficacy and safety of different drugs, and we selected ICA-1055745 as the most potent hERG channel activator in different models of LQTS, combining in vitro, in vivo, and in silico approaches. We first tested the effects of ICA-105574 in HEK cells expressing KCNH2 mutations (A561V, G628S, L779P) derived from our cohort of LQT2 patients. Subsequently, we tested the compound in a drug-induced guinea pig model of LQT2 (due to KCNH2 mutations) by sotalol, a HERG blocker; of LQT3 (due to SCN5A mutations) by Anthopleurin-A, which impairs NaV1.5 inactivation; and of LQT8 (due to CACNA1C mutations) by BayK8644, a CaV1.2 agonist. Finally, following the recent determination of the high-resolution structure of the hERG channel through cryo-electron microscopy6, we investigated in silico the mechanism of action of ICA-105574 in wild-type hERG channel and G628S mutation. Results: Patch-clamp experiments showed that LQT2 mutations cause functional defects in hERG channel and only G628S and L779P mutations induced drastic reduction in IKr amplitude, while 105574 increased the IKr amplitude only in A561V and G628S. After the confirmation of the desired effect on the IKr current, we conducted in vivo experiments. We observed that ICA-105574 administration induced a pronounced and statistically significant shortening of the QTc interval in LQT2 (295±9ms vs. 254±4ms), LQT3 (293±4ms vs. 256±14ms) and LQT8 (288±10ms vs. 234±7ms) (p<0.001 for all). Relevantly, no arrhythmic events were observed. Finally, through molecular dynamics simulations, we determined that ICA-105574 can stabilize a pattern of molecular interactions similar to those of some KCNH2 gain-of-function mutations causing Short QT Syndrome and revert the dramatic conformational modifications resulting from the KCNH2-G628S mutation. In silico results also indicate an accurate pose and mechanism of action for ICA-105574 and suggest that molecular dynamics simulations can be used to assess the efficacy and toxicity of novel compounds. Conclusions: hERG channel enhancers represent a viable, safe, and potentially very powerful novel therapeutic strategy for patients with all forms of LQTS.

Agonisti di hERG come nuova strategia terapeutica per la Sindrome del QT Lungo La sindrome del QT lungo (LQTS) è una patologia ereditaria del cuore che causa morte improvvisa in giovani individui. La terapia con betabloccanti è efficace in molti pazienti, ma alcune forme della malattia (es. LQT2, LQT3, LQT8) sono scarsamente responsive. Tali sindromi rientrano nelle cosiddette "canalopatie", ovvero patologie causate dal malfunzionamento di proteine note come "canali ionici". Il passaggio di ioni (ad es. potassio, sodio, calcio) attraverso tali canali ionici genera delle correnti elettriche nel cuore che possono essere registrate attraverso l'elettrocardiogramma (ECG). Nella LQTS, il difetto a carico dei canali ionici determina un prolungamento di un intervallo misurabile sull'ECG, chiamato "intervallo QT". Lo scopo del nostro progetto è stato identificare cure innovative per le varianti più severe della LQTS, che siano in grado di accorciare tale intervallo QT. Dato che uno dei principali responsabili della durata dell'intervallo QT è il canale hERG, attraverso cui passa lo ione potassio, abbiamo testato l'efficacia di una classe di nuovi farmaci chiamati "attivatori di hERG". Abbiamo prima sviluppato dei modelli cellulari che ci permettessero di: a) riprodurre i difetti dei canali ionici dei pazienti LQTS; b) capire che effetti avessero sulla corrente del canale hERG; c) selezionare il farmaco attivatore di hERG più efficace.Individuata quindi la molecola più efficace, siamo passati alla fase successiva di sperimentazione, in cui abbiamo sviluppato tre modelli animali (porcellini d'india) per le tre varianti più severe del QT lungo: LQT2, LQT3, LQT8. Tali esperimenti hanno confermato che il farmaco attivatore di hERG è sicuro ed efficace nell'abbreviare la durata dell'intervallo QT, riportandolo a valori normali, in tutte e tre le forme di LQTS studiate. Infine, abbiamo condotto degli studi computazionali (ovvero simulazioni con software molto sofisticati) per studiare in modo dettagliato l'azione molecolare del farmaco sulla struttura del canale hERG. Abbiamo quindi simulato il funzionamento del canale normale ("sano") e del canale con una mutazione causativa di LQT2, in presenza/assenza della molecola attivatrice di hERG. Le simulazioni ci hanno permesso di osservare come il farmaco agisca sull'attività del canale attraverso la stabilizzazione di alcuni elementi strutturali vicini che sono gli stessi su cui agiscono mutazioni che aumentano la funzionalità del canale. Inoltre, le simulazioni mostrano come questi cambiamenti riescano a ripristinare l'attività del canale mutato. Tali studi computazionali potranno essere usati come punto di partenza anche per lo sviluppo futuro di nuove molecole. In conclusione, in questo progetto abbiamo testato e confermato l'ipotesi che l'utilizzo di una nuova classe di farmaci, chiamati "attivatori di hERG", può rappresentare una nuova, potente e promettente strategia terapeutica per diverse forme di LQTS.

1. Mazzanti, A. et al. Interplay Between Genetic Substrate, QTc Duration, and Arrhythmia Risk in Patients With Long QT Syndrome. J. Am. Coll. Cardiol. 71, 1663-1671 (2018). 2. Priori, S. G. et al. Differential response to Na+ channel blockade, beta-adrenergic stimulation, and rapid pacing in a cellular model mimicking the SCN5A and HERG defects present in the long-QT syndrome. Circ. Res. 78, 1009-1015 (1996). 3. Mazzanti, A. et al. Gene-Specific Therapy With Mexiletine Reduces Arrhythmic Events in Patients With Long QT Syndrome Type 3. J. Am. Coll. Cardiol. 67, 1053-1058 (2016). 4. Sanguinetti, M. C. HERG1 channel agonists and cardiac arrhythmia. Curr Opin Pharmacol 15, 22-27 (2014). 5. Gerlach, A. C. et al. Pharmacological removal of human ether-à-go-go-related gene potassium channel inactivation by ICA-105574. Mol. Pharmacol. 77, 58-68 (2010). 6. Wang, W. & MacKinnon, R. Cryo-EM Structure of the Open Human Ether-à-go-go-Related K(+) Channel hERG. Cell 169, 422-430.e10 (2017).

Long QT Syndrome LQT2, LQT3, LQT8

Sindrome del QT Lungo di tipo 2, tipo3, tipo8