HHMI-55000343

Molekulárny mechanizmus vápnikovej signalizácie a väzba excitácie s kontrakciou na srdci        

Vedúci projektu: Alexandra Zahradníková

Trvanie: január 2001 – december 2005

Koordinujúca organizácia: Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky SAV, Bratislava

Anotácia:

Anotácia:Vyvolanie bunkovej kontrakcie v cicavčom srdci je sprostredkované elektrickou excitáciou a následnou vápnikovou signalizáciou medzi napäťovo závislými vápnikovými kanálmi (DHPR) povrchovej membrány a ryanodínovými receptormi (RyR) sarkoplazmatického retikula. Cieľom tohto projektu je porozumieť, ako je tento stochastický proces riadený. Použijeme tri komplementárne prístupy: (1) analýzu Ca2+ prúdov a vnútrobunkových vápnikových signálov v izolovaných cicavčích srdcových myocytoch; (2) charakterizáciu jednotkových DHPR kanálov v membráne myocytov metódou “patch clamp” a jednotkových RyR kanálov v planárnych lipidických dvojvrstvách; a (3) matematické modelovanie a počítačovú simuláciu od úrovne jednotkových kanálov po úroveň celej bunky. Určíme elementárny mechanizmus Ca2+ signalizácie v klastroch DHPR a RyR kanálov a jej vzťah k spriahnutiu excitácie s kontrakciou na úrovni celej bunky. Tento výskum poskytne nové základné poznatky o gradácii a efektívnosti spriahnutia excitácie s kontrakciou v srdci s možným následným využitím v kardiológií.

Kľúčové slová:

ryanodínový receptor, srdcové myocyty, väzba excitácie s kontrakciou

Ciele:

K spriahnutiu excitácie s kontrakciou v cicavčom srdcovom svale dochádza v špecializovaných tubulo-retikulárnych spojeniach. Je sprostredkované vápnikovou signalizáciou medzi vápnikovými kanálmi plazmatickej membrány (DHPR) a priľahlými ryanodínovými receptormi (RyR) v cisternách sarkoplazmatického retikula. Napriek pozitívnej spätnej väzbe inherentnej mechanizmu vápnikom indukovaného uvoľnenia vápnika, E-C väzba je plynulo gradovaná zmenami amplitúdy a trvania stimulačného signálu. Konečným cieľom tohto projektu je porozumieť, ako sa dosahuje efektívne spriahnutie excitácie s kontrakciou. Určíme kľúčové mechanizmy vápnikovej signalizácie medzi DHPR a RyR na štyroch úrovniach: (1) Riadenie aktivácie RyR jednotkovým DHPR Ca-prúdom. (2) Inaktivácia DHPR vápnikovými iónmi uvoľnenými z RyR. (3) Spriahnutie a synchronizácia aktivácie a inaktivácie jednotlivých RyR v jednej diáde. (4) Synchronizácia uvoľňovania vápnika v jednotlivých diádach v myocyte stimulačným signálom. Tento výskum poskytne nové poznatky o riadení srdcovej E-C väzby vápnikom a môže ponúknuť originálne terapeutické stratégie, ako obnoviť normálnu E-C väzbu pri srdcových ochoreniach.

Publikácie:

JPharmExpTher Zahradnik I, Minarovic I, Zahradnikova A (2008). Inhibition of the cardiac L-type calcium channel current by antidepressant drugs. J Pharmacol Exp Ther. 324:977-984.
JPhysiol3 Valent I, Zahradnikova A, Pavelkova J, Zahradnik I (2007): Spatial and temporal Ca2+, Mg2+, and ATP(2-) dynamics in cardiac dyads during calcium release. Biochim Biophys Acta-Biomembr. 1768: 155-166.
JPhysiol3 Zahradnikova A, Minarovic I, Zahradnik I (2007): Competitive and cooperative effects of bay k8644 on the L-type calcium channel current inhibition by calcium channel antagonists. J Pharmacol Exp Ther. 322: 638-645.
JPhysiol3 Zahradnikova A Jr, Polakova E, Zahradnik I, Zahradnikova A (2007). Kinetics of calcium spikes in rat cardiac myocytes. J Physiol 578: 677-691.
JGP Zahradnik I, Gyorke S, Zahradnikova A (2005). Calcium activation of ryanodine receptor channels–reconciling RyR gating models with tetrameric channel structure. J Gen Physiol. 126: 515-527.
AJPCell Zahradnikova A, Kubalova Z, Pavelkova J, Gyorke S, Zahradnik I (2004). Activation of calcium release assessed by calcium release-induced inactivation of calcium current in rat cardiac myocytes. Am J Physiol Cell Physiol. 286: C330-41.
AJPCell Zahradnikova A, Dura M, Gyorke I, Escobar AL, Zahradnik I, Gyorke S (2003). Regulation of dynamic behavior of cardiac ryanodine receptor by Mg2+ under simulated physiological conditions. Am J Physiol Cell Physiol. 285: C1059-1070.
Calcium_Signaling Zahradnikova A, Pavelkova J, Kubalova Z, Zahradnik I, Gyorke S (2001). Simulation of calcium cross-signaling in cardiac cells at the single-channel level. In Calcium Signaling. Vol. 331, Ed. M. Morad, P. Kostyuk, IOS Press, Amsterdam, ISB 1-58603-157-0, p.42-51.