NIH FIRCA RO3 TW005543/2

Vedúci projektu: Sandor Gyorke, Ohio State University, Columbus, OH, USA
Medzinárodný spolupracovník: Alexandra Zahradníková, Ivan Zahradník

Trvanie: máj 2005 – apríl 2008
Koordinujúca organizácia: Ohio State University, Columbus, OH, USA

Anotácia:

Väzba excitácie s kontrakciou (ECC) v cicavčom srdcovom svale je sprostredkovaná vápnikovou signalizáciou v tubulo-retikulárnej štrbine. Našou základnou hypotézou je, že mikroarchitektúra tubulo-retikulárnej štrbiny, tvorená aponovanými klastrami DHPR a RyR kanálov, vyznačujúcimi sa špecifickými, od vápnika závislými vrátkovacími vlastnosťami, je zodpovedná za jedinečné vlastnosti ECC srdcových myocytov. Táto hypotézu vyústila do koncepcie jednotky väzby excitácie s kontrakciou (ECCU). Pod ECCU rozumieme konkrétnu štruktúru – srdcovú diádu – s do nej patriacou množinou iónových kanálov a ďalších proteínov. V prvom priblížení ECCU pozostáva z excitačnej jednotky (EU), reprezentovanej segmentom plazmatickej membrány s klastrom DHPR kanálov, a z vápnik uvoľňujúcej jednotky (RU) reprezentovanej segmentom membrány SR s klastrom RyR kanálov. Iónové kanály sú určené svojimi vodivostnými a vrátkovacími vlastnosťami, topologickým usporiadaním a iónovým prostredím. Cieľom predloženého projektu je definovať úlohu zmien v mikroarchitektúre srdcových buniek, t.j. v ich bunkovej distribúcii, morfológii a topologických vlastnostiach, v zhoršení efektívnosti uvoľňovania vápnika uvoľnenia počas zlyhávania srdca. Na dosiahnutie tohto cieľa použijeme viaceré pôvodné metódy vyvinuté na slovenskom pracovisku, t.j. model kinetiky vápnikového prúdu s inaktiváciou závislou od uvoľnenia vápnika, program na simuláciu elektrofyziologického experimentu, založený na simulácii vzájomne sa ovplyvňujúcich klastrov kanálov, a techniku selektívneho vyvolania inaktivácie vápnikového prúdu závislej od uvoľnenia vápnika.

Kľúčové slová:

ryanodínový receptor, srdcové svalové bunky, väzba excitácie s kontrakciou

Ciele:

Tento výskum bude primárne vykonávaný na Slovensku ako NIH grant #HL074045. Celkovým cieľom tohto projektu je objasniť zmeny mechanizmov vápnikovej signalizácie v diádach cicavčích srdcových svalových buniek počas zlyhávania srdca. Diády pozostávajú z klastrov tvorených vápnikovými kanálmi L-typu (DHPR) v apozícií s klastrami ryanodínových receptorov, navzájom funkčne prepojených prostredníctvom iónov vápnika. Zmeny vo vápnikovej signalizácii počas väzby excitácie s kontrakciou prispievajú k poklesu výkonu zlyhávajúceho srdca. Určíme rozsah zmien jednotlivých krokov vápnikovej signalizácie počas aktivácie uvoľňovania vápnika z DHPR a ich vzťah k ultraštrukturálnej organizácií diád a k topológii kanálov v elementárnych jednotkách E-C väzby. Za týmto účelom zmeriame kinetiku vápnikových prúdov a zmien koncentrácie vnútrobunkového vápnika v srdcových myocytoch, ako aj elementárnych udalostí uvoľňovania vápnika (tzv. vápnikové hroty). Tieto merania budú doplnené morfologickou analýzou objemovej a povrchovej hustoty tubulárneho systému a cisterien a pozdĺžneho sarkoplazmatického retikula a analýzou kolokalizácie vápnikových kanálov a vápnik uvoľňujúcich kanálov pomocou elektrónovej a konfokálnej mikroskopie. Kvantitatívnou analýzou kinetiky vápnikového prúdu a kinetiky uvoľňovania vápnika aby sme určíme parametre vápnikovej signalizácie rozhodujúce pre riadenie gradácie a efektívnosti väzby excitácie s kontrakciou. Na určenie možných mechanizmov a dizajn experimentov s vysokou výpovednou hodnotou použijeme počítačovú simuláciu experimentov. Pochopenie abnormalít srdcovej E-C väzby v zlyhávajúcom srdci je dôležité, pretože tento proces môže byť vhodným strategickým cieľom terapeutickej intervencie. Definovanie vzťahu medzi priestorovým usporiadaním klastrov kanálov a ich vápnikovej signalizácie má navyše širší význam pre pochopenie procesov, akými sú napríklad synaptický prenos, neuroendokrinná sekrécia a regulácia cievneho tonusu.

Publikácie: