Los cardiólogos del Hospital Universitario Virgen de las Nieves de Granada identificaron una familia con taquicardia sinusal inapropiada (TSI) y el análisis genético mediante técnicas de secuenciación masiva de la primera paciente diagnosticada y de todos los familiares que dieron su consentimiento, permitió demostrar que todos los sujetos con TSI eran portadores de una mutación en HCN4 que codificaba los canales p.V240M HCN4.

Los canales HCN4 generan la I_f que es la corriente "marcapasos", la responsable de que el corazón genere latidos espontánea y rítmicamente. Todo lo que aumenta la amplitud de la I_f, aumenta la frecuencia cardiaca (produce taquicardia), en particular, el incremento de las concentraciones de nucleótidos cíclicos (AMPc y GMPc) producido, por ejemplo, por la liberación de adrenalina como consecuencia del ejercicio, el estrés o la ansiedad.

Los canales HCN4 permiten la entrada de K⁺ y algo de Na⁺ al interior celular, y tienen una peculiaridad que los distingue del resto de tipos de canales iónicos: se abren cuando el potencial de la membrana celular se hace más negativo, esto es, con la hiperpolarización en lugar de con la despolarización. Esta propiedad, junto con su sensibilidad a los cambios en las concentraciones de nucleótidos cíclicos, es lo que les da nombre (Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated type 4). Para no abrirse con la despolarización disponen de un dominio en el extremo N-terminal de la proteína denominado HCN.

El exhaustivo estudio clínico, que incluía registros electrocardiográficos continuos durante al menos 24 horas (Holter), llevado a cabo en la unidad de enfermedades cardiovasculares familiares del Servicio de Cardiología de dicho Hospital, indicó que todos los portadores de la mutación tenían TSI y que ninguno de los no portadores tenía el síndrome (penetrancia completa). Una vez completado el estudio clínico contactaron con el Grupo de Farmacología y Electrofisiología Cardiacas de la Facultad de Medicina de la Universidad Complutense de Madrid dirigido por los investigadores Eva Delpón y Ricardo Caballero perteneciente al CIBER de enfermedades cardiovasculares.

Los investigadores complutenses han podido demostrar que los canales p.V240M HCN4 generaban una corriente marcapasos significativamente mayor que la generada por los nativos y que este aumento no se debía a que los canales fueran más sensibles al AMPc. El residuo V240 está en el dominio HCN y su sustitución por metionina permite que el canal no necesite que el potencial de membrana alcance valores muy negativos para abrirse (desplaza la dependencia de voltaje de la activación) todo ello sin modificar su selectividad iónica, los niveles de expresión en la membrana, ni su sensibilidad a la ivabradina, un inhibidor selectivo de la I_f con el que fueron tratados con éxito los pacientes.

La parte más compleja del estudio fue el registro de corrientes generadas por sólo un canal HCN4 (i_HCN4) utilizando la técnica del patch-clamp en la configuración de cell-attached. Dos grupos lo habían intentado previamente y uno de ellos fracasó, describiendo en la literatura que la i_HCN4 eran tan pequeña que era imposible distinguir entre la corriente y el ruido eléctrico. El Dr. Caballero indica que: "en nuestro trabajo hemos podido demostrar que los canales mutados se abren mucho más frecuentemente que los nativos, por lo que la probabilidad de encontrarlos en estado abierto (Po) es mucho mayor. La mutación, además, aumenta marcadamente la conductancia de iones a través del poro y disminuye el tiempo de permanencia en los estados abierto y cerrado del canal". Gracias a experimentos de modelado molecular de la estructura del canal los investigadores han podido demostrar que la mutación provoca que el HCN pierda la capacidad de estabilizar al canal en estado cerrado a potenciales de membrana despolarizados.

El trabajo, combinando estudios electrofisiológicos, moleculares, modelos matemáticos y experimentos de biología celular, ha permitido al Grupo de Farmacología y Electrofisiología Cardiacas de la Facultad de Medicina de la UCM descifrar aspectos desconocidos del papel que juega el dominio HCN. En palabras de la Dra. Delpón: "partiendo de un problema clínico hemos llegado a identificar los determinantes moleculares de los mecanismos de apertura y cierre de estos canales. Por supuesto los resultados también han contribuido a la personalización del tratamiento de los pacientes afectados, siendo un ejemplo de investigación traslacional. Queremos subrayar que esta no es la primera vez que nuestro grupo colabora con éxito con los cardiólogos del hospital granadino. Los dos grupos compartimos el convencimiento de que la sinergia entre la investigación básica y clínica es realmente fructífera".