ВЛИЯНИЕ Na+ НА НАГРУЖЕННЫЕ КАЛЬЦИЕМ МИТОХОНДРИИ СЕРДЦА КРЫСЫ И МИОКАРД ЛЯГУШКИ
PDF

Ключевые слова

миокард
Na
Са2
инотропное действие
митохондриальный потенциал
митохондриальная кальций-зависимая пора

Аннотация

Проведено сравнительное исследование влияния кальциевой нагрузки на митохондрии сердца крысы (МСК(K+)), у которых часть ионов K+ в их матриксе была заменена на ионы Na+ (МСК(Na+)). Нагрузка МСК(K+) кальцием снижала их дыхание, разобщённое 2,4-динитрофенолом, и уменьшала потенциал внутренней мембраны (∆Ψмито). При этом набухание этих митохондрий увеличивалось в средах с 25 мМ K-ацетатом или 125 мМ NH4NO3. Эти эффекты кальциевой нагрузки были ещё больше в аналогичных опытах с МСК(Na+). Ингибиторы митохондриальной кальций-зависимой поры (МКЗП), АДФ и циклоспорин А, полностью устраняли вышеуказанные эффекты Ca2+ в опытах с МСК(K+), и лишь частично в опытах с МСК(Na+). При увеличении внеклеточной концентрации Na+ наблюдался положительный инотропный эффект, однако пре-инкубация в бескальциевом растворе приводила к отрицательному инотропному эффекту. Таким образом, частичная замена K+ на Na+ в матриксе сделала митохондрии сердца крысы более чувствительными к Ca2+ и увеличивала в их внутренней мембране вероятность открытия МКЗП. Вместе с увеличением цитоплазматического [Na+]i, это может увеличивать кальциевую перегрузку кардиомиоцитов, делая более вероятным их повреждение при ишемии/реперфузии.

https://doi.org/10.31857/S0044452921060073
PDF

Литература

Tanonaka K, Motegi K, Arino T, Marunouchi T, Takagi N, Takeo S (2012) Possible pathway of Na+ flux into mitochondria in ischemic heart. Biol Pharm Bull 35: 1661–1668. https://doi.org/10.1248/bpb.b12-00010

Gursahani HI, Schaefer S (2004) Acidification reduces mitochondrial calcium uptake in rat cardiac mitochondria. Am J Physiol Heart Circ Physiol 287: H2659–H2665. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00344.2004

Iwai T, Tanonaka K, Inoue R, Kasahara S, Motegi K, Nagaya S, Takeo S (2002) Sodium accumulation during ischemia induces mitochondrial damage in perfused rat hearts. Cardiovasc Res 55: 141–149. https://doi.org/10.1016/s0008-6363(02)00282-1

Saris NE, Eriksson KO (1995) Mitochondrial dysfunction in ischaemia-reperfusion. Acta Anaesthesiol Scand Suppl 107: 171–176. https://doi.org/10.1111/j.1399-6576.1995.tb04353.x.

Costa AD, Quinlan CL, Andrukhiv A, West IC, Jabůrek M, Garlid KD (2006) The direct physiological effects of mitoK(ATP) opening on heart mitochondria. Am J Physiol Heart Circ Physiol 290: H406–H415. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00794.2005

Dos Santos P, Laclau MN, Boudina S, Garlid KD (2004) Alterations of the bioenergetics systems of the cell in acute and chronic myocardial ischemia. Mol Cell Biochem 256-257: 157–166. https://doi.org/10.1023/b:mcbi.0000009866.75225.e2

Tani M, Neely JR (1989) Role of intracellular Na+ in Ca2+ overload and depressed recovery of ventricular function of reperfused ischemic rat hearts Possible involvement of H+–Na+ and Na+–Ca2+ exchange. Circ Res 65: 1045–1056. https://doi.org/10.1161/01.res.65.4.1045

Iwai T., Tanonaka K, Inoue R, Kasahara S, Kamo N, Takeo S (2002) Mitochondrial damage during ischemia determines post-ischemic contractile dysfunction in perfused rat heart. J Mol Cell Cardiol 34: 725–738. https://doi.org/10.1006/jmcc.2002.2002

Korotkov SM, Nesterov VP, Demina IN (2009) Effect of sodium load of the matrix on properties of isolated rat heart mitochondria. Dokl Biochem Biophys 424: 56–60. https://doi.org/10.1134/s1607672909010165

Halestrap AP, Richardson AP (2015) The mitochondrial permeability transition: a current perspective on its identity and role in ischaemia/reperfusion injury. J Mol Cell Cardiol 78: 129–141. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2014.08.018

Bernardi P (1999) Mitochondrial transport of cations: channels, exchangers, and permeability transition. Physiol Rev 79: 1127–1155. https://doi.org/10.1152/physrev.1999.79.4.1127.

Barry WH (2006) Na"Fuzzy space": does it exist, and is it important in ischemic injury? J Cardiovasc Electrophysiol 17: S43–S46. https://doi.org/10.1111/j.1540-8167.2005.00396.x.

Wei AC, Liu T, Cortassa S, Winslow RL, O'Rourke B (2011) Mitochondrial Ca2+ influx and efflux rates in guinea pig cardiac mitochondria: low and high affinity effects of cyclosporine. A Biochim Biophys Acta 1813: 1373–1381. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2011.02.012.

Perry CN, Huang C, Liu W, Magee N, Carreira RS, Gottlieb RA (2011) Xenotransplantation of mitochondrial electron transfer enzyme, Ndi1, in myocardial reperfusion injury. PLoS One 6: 1–11. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0016288

Pieske B, Houser SR (2003) Na+i handling in the failing human heart .Cardiovasc Res 57: 874–886. https://doi.org/10.1016/s0008-6363(02)00841-6

Bers DM, Despa S (2006) Cardiac myocytes Ca2+ and Na+ regulation in normal and failing hearts. J Pharmacol Sci 100: 315–322. https://doi.org/10.1254/jphs.cpj06001x

Flesch M, Erdmann E (2002) Na channel activators as positive inotropic agents for the treatment of chronic heart failure. Cardiovasc Drugs Ther 15: 379–386. https://doi.org/10.1023/a:1013329203750

Coppini R, Ferrantini C, Mugelli A, Poggesi C, Cerbai E (2018) Altered Ca2+ and Na+ Homeostasis in Human Hypertrophic Cardiomyopathy: Implications for Arrhythmogenesis. Front Physiol 16: 1391. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01391

Goldhaber JI, Philipson KD (2013) Cardiac Sodium-Calcium Exchange and Efficient Excitation-Contraction Coupling: Implications for Heart Disease. Adv Exp Med Biol 961: 355–364. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4756-6_30

Коротков СМ, Соболь КВ, Шемарова ИВ, Фураев ВВ, Новожилов АВ, Нестеров ВП (2018) Действие Nd3+ на кальций-зависимые процессы в изолированных митохондриях сердца крысы и сердечной мышце лягушки. Биол мембраны 35: 200–207. [Korotkov SM, Sobol KV, Shemarova IV, Furaev VV, Novozhilov AV, Nesterov VP (2019) Effects of Nd3+ on calcium-dependent processes in isolated rat heart mitochondria and frog heart muscle Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology 13: 161–167.] https://doi.org/10.7868/S0233475518030040

Панов АВ (2015) Практическая митохондриология Новосибирск. [Panov AV (2015) Practical mitochondriology Novosibirsk (In Russ)]. https://doi.org/10.13140/2.1.1599.3127.

Cоболь КВ, Коpотков CМ, Неcтеpов ВП (2014) Инотропное действие нового пробиотического продукта на сокращение миокарда Сравнение с эффектами диазоксида. Биофизика 59: 959–966. [Sobol CV, Korotkov SM, Nesterov VP (2014) Inotropic effect of a new probiotic product on myocardial contractility Comparison with diazoxide. Biophysics 59: 780–785.] https://doi.org/10.1134/S000635091405025X

Korotkov SM, Emel'yanova LV, Brailovskaya IV, Nesterov VP (2012) Effects of pinacidil and calcium on isolated rat heart mitochondria. Dokl Biochem Biophys 443: 113–117. https://doi.org/10.1134/S1607672912020147.

Biasutto L, Azzolini M, Szabò I, Zoratti M (2016) The mitochondrial permeability transition pore in AD 2016: An update Biochim. Biophys Acta 1863: 2515–2530. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2016.02.012

Mitchell P, Moyle J (1969) Translocation of some anions cations and acids in rat liver mitochondria. Eur J Biochem 9: 149–155. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1969.tb00588.x

Garlid KD, Paucek P (2003) Mitochondrial potassium transport: the K+ cycle. Biochim Biophys Acta 1606: 23–41. https://doi.org/10.1016/s0005-2728(03)00108-7

Brierley GP (1976) The uptake and extrusion of monovalent cations by isolated heart mitochondria. Mol Cell Biochem 10(1): 41–63. https://doi.org/10.1007/BF01731680

Waldmeier P C, Feldtrauer JJ, Qian T, Lemasters J (2002) Inhibition of the mitochondrial permeability transition by the nonimmunosuppressive cyclosporin derivative NIM811. Mol Pharmacol 62: 22–29. https://doi.org/10.1124/mol.62.1.22

Korotkov S, Konovalova S, Emelyanova L, Brailovskaya I (2014)Y3+, La3+, and some bivalent metals inhibited the opening of the Tl+-induced permeability transition pore in Ca2+-loaded rat liver mitochondria. J Inorg Biochem 141: 1–9. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2014.08.004

Korotkov SM, Nesterov VP, Brailovskaya IV, Furaev VV, Novozhilov AV (2013) Tl+ induces both cationic and transition pore permeability in the inner membrane of rat heart mitochondria. J Bioenerg Biomembr 45: 531–539. https://doi.org/10.1007/s10863-013-9526-8

Saotome M, Katoh H, Satoh H, Nagasaka S, Yoshihara S, Terada H, Hayashi H (2005) Mitochondrial membrane potential modulates regulation of mitochondrial Ca2+ in rat ventricular myocytes. Am J Physiol Heart Circ Physiol 288: H1820–1828. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00589.2004.

Vajda S, Mándi M, Konràd C, Kiss G, Ambrus A, Adam-Vizi V, Chinopoulos C (2009) A re-evaluation of the role of matrix acidification in uncoupler-induced Ca2+ release from mitochondria. FEBS J 276: 2713–2724. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2009.06995.x.

Gunter TE, Buntinas L, Sparagna G, Eliseev R, Gunter K (2000.) Mitochondrial calcium transport: mechanisms and functions. Cell Calcium 28: 285–296. https://doi.org/10.1054/ceca.2000.0168.

Ichas F, Mazat JP (1998) From calcium signaling to cell death: two conformations for the mitochondrial permeability transition pore Switching from low- to high-conductance state. Biochim Biophys Acta 1366: 33–50. https://doi.org/10.1016/s0005-2728(98)00119-4.

Gómez-Puyou A, Sandoval F, Chávez E, Tuena M (1970) On the role of K+ on oxidative phosphorylation. J Biol Chem 245: 5239–5247.

Глазунов ВВ, Коротков СМ (1997) Дыхание и набухание изолированных митохондрий печени крысы модифицированных замещением калия в их матриксе на натрий. ДАН 356: 551–554. [Glazunov VV, Korotkov SM (1997) Respiration and swelling of isolated rat liver mitochondria, modified by replacing potassium for sodium in their matrix. Dokl Akad Nauk 356: 551–554. (In Russ)].

Gómez-Puyou A, Tuena de Gómez-Puyou M (1977) Monovalent cations in mitochondrial oxidative phosphorylation. J Bioenerg Biomembr 9: 91–102. https://doi.org/0.1007/BF00745045.

Harris EJ, Cooper MB (1981) Calcium and magnesium ion losses in response to stimulants of efflux applied to heart, liver and kidney mitochondria. Biochem Biophys Res Commun 103: 788–796. https://doi.org/10.1016/0006-291x(81)90518-0.