Open Access

Yue Wang

• Background and Aim: Genome-wide association studies revealed a strong association between cardiovascular diseases (CVD) and clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP), highlighting one of its most common CHIP-driving mutations-TET2 (ten-eleven translocation 2), as a target for CHIP related CVD research. Our lab has established the generation of self-organizing cardiac organoids (SCO), which demonstrate the cellular composition and organization of the native human heart, and mimics human myocardial responses to stress stimulation. This project aims to examine whether SCOs would be an appropriate CHIP model and decipher promising drugs for cardiovascular CHIP treatment. Methods: To study TET2-mutant cardiovascular CHIP, we set up the TET2 cardiac-CHIP model through a knockdown (KD) of TET2 in myeloid cells that infiltrated our lab-made SCO. Immunofluorescence and qPCR were performed to ascertain TET2-KD myeloid cell infiltration, SCO fibrosis, and apoptosis assessments. SCO fibrosis was further analyzed by immunofluorescence staining, and cardiac contractile frequency and amplitude were determined by calcium flux analysis. Finally, RNAseq was performed to analyze transcriptomic changes in drug/vehicle-treated TET2-KD myeloid cells and the TET2 cardiac-CHIP model. Results: The TET2 cardiac-CHIP model resulted in significantly increased inflammation in SCO, accompanied by fibrosis and more cleaved Caspase-3, causing cardiomyocytes apoptosis and promoting the release of cTNT. The shortlisted drugs revealed a reduction of proliferation in TET2-KD myeloid cells, decreased pro-inflammatory cytokines, and a higher apoptosis level. Furthermore, the TET2 cardiac-CHIP model treated with selected drugs showed a remarkable decline in TET2-KD myeloid cell infiltration and pro-inflammation cytokines, cardiomyocyte apoptosis, fibrosis, and lowered cTNT levels, while drug control groups were not affected. Moreover, the drug treatment groups improved the heartbeat frequency and amplitude accessed by the calcium transient assay. RNAseq data also validated the above findings. Conclusions & Discussion: Our results indicate that SCOs are an efficient pre-clinical model for studying and validating CHIP genes and drug interactions. Our data revealed that TET2-KD myeloid cells invade SCO and secrete pro-inflammatory cytokines, which promote apoptosis of cardiomyocytes and the release of cTNT. In this regard, our TET2 cardiac-CHIP model matches the inflammatory phenotype previously characterized in CHIP patients. Nevertheless, this phenotype could be rescued using positive drug candidates (Clopidogrel, R406, and Lanatoside C) selected by this project, emphasizing the significant value of our TET2 cardiac-CHIP model for drug screens and pre-clinical validation studies. Furthermore, among these three drug candidates, we found Lancatoside C, as proved by FDA/EMA, showed an unmet possibility for clinical therapeutic demand, insinuating potential benefit in repurposing Lanatoside C for the treatment of TET2-mutant cardiovascular CHIP.
• Hintergrund und Ziel: In genomweiten Assoziationsstudien wurde ein erheblicher Zusammenhang zwischen kardiovaskulären Erkrankungen (CVD) und klonaler Hämatopoese mit unbestimmtem Potenzial (CHIP) festgestellt, was darauf hindeutet, dass TET2 (Ten-Eleven-Translokation 2) ein Schwerpunkt für die CHIP-bezogene CVD-Forschung ist. Unser Labor hat selbstorganisierende Herzorganoide (SCO) entwickelt, die die Reaktionen des menschlichen Herzmuskels auf Stressstimulation nachahmen und die zelluläre Zusammensetzung und Struktur des natürlichen menschlichen Herzens aufweisen. Ziel dieser Studie ist es, festzustellen, ob SCOs ein wirksames CHIP-Modell sind, und mögliche Medikamente für die kardiovaskuläre CHIP-Behandlung zu identifizieren. Methoden: Um TET2-mutierte kardiovaskuläre CHIP zu untersuchen, haben wir das TET2-Herz-CHIP-Modell geschaffen, indem wir TET2 in myeloischen Zellen, die in unser im Labor hergestelltes SCO eintraten, ausgeschaltet haben. Die TET2-defiziente myeloische Zelle Infiltration, die SCO-Fibrose und die Apoptose wurden mittels Immunfluoreszenz und qPCR untersucht. Sirius Red wurde zur Untersuchung der SCO-Fibrose verwendet, und die Kalziumflussanalyse diente zur Messung der Frequenz und Amplitude der Herzkontraktion. Schließlich wurden mittels RNAseq Transkriptomveränderungen in myeloiden THP-1-Zellen sowie in myeloid infiltrierten SCO-Ko-Kulturen untersucht. Ergebnisse: Das TET2-Herz-CHIP-Modell verursachte eine deutlich verstärkte Entzündung im SCO sowie Fibrose und mehr gespaltene Caspase-3, was zum Absterben von Kardiomyozyten führte und die cTNT-Freisetzung erhöhte. Die ausgewählten Arzneimittel verringerten die Proliferation in TET2-KD-Myelozyten, senkten pro-inflammatorische Zytokine und erhöhten die Apoptose. Darüber hinaus zeigte das TET2-KD-Herz-CHIP-Modell, das mit spezifischen Medikamenten behandelt wurde, einen signifikanten Rückgang der Infiltration von myeloischen TET2-KD-Zellen und der pro-inflammatorischen Zytokine, der Kardiomyozytenapoptose, der Fibrose und der verringerten cTNT-Spiegel, während die Medikamentenkontrollgruppen davon nicht betroffen waren. Des Weiteren erhöhte sich in den mit Medikamenten behandelten Gruppen die Frequenz und Amplitude der Herzschläge, wie mit dem Kalzium-Transienten-Assay gemessen. Die gleichen Schlussfolgerungen wurden auch durch RNAseq-Daten bestätigt. Schlussfolgerungen und Diskussion: Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass SCOs ein effektives präklinisches Modell für die Untersuchung und Validierung von CHIP-Genen und Medikamenteninteraktionen sind. TET2-defiziente myeloische Zelle dringt in SCO ein und sezerniert proinflammatorische Zytokine, die nach unseren Erkenntnissen den Tod von Kardiomyozyten und die Freisetzung von cTNT erhöhen. In dieser Hinsicht stimmt unser TET2 cardiac-CHIP-Modell mit dem Entzündungsprofil überein, das zuvor bei CHIP-Patienten beobachtet wurde. Die für diese Studie ausgewählten positiven Arzneimittelkandidaten Clopidogrel, R406 und Lanatosid C waren jedoch in der Lage, diesen Phänotyp umzukehren, was den enormen Nutzen unseres TET2-Herz-CHIP-Modells für das Arzneimittelscreening und präklinische Validierungsuntersuchungen unterstreicht. Außerdem entdeckten wir, dass Lancatosid C unter diesen drei pharmakologischen Kandidaten ein ungedecktes Potenzial für klinischen therapeutischen Bedarf aufwies, wie von der FDA/EMA nachgewiesen, was auf einen potenziellen Wert bei der Umwidmung von Lanatosid C für die Behandlung von TET2-mutiertem kardiovaskulären CHIP hindeutet.