Роль NO в регуляции Ca2+ токов L-типа циклическими нуклеотидами в кардиомиоцитах нормотермных и гибернирующих животных Грушин Кирилл Сергеевич

Введение к работе

Актуачыюсть проблемы.

Са ⁺ каналы L-типа (Ca_vl 2 каналы) в кардиомиоцитах играют важную

роль в процессах электромеханического сопряжения и мышечного сокращения, во многом определяя функционирование миокарда Регуляция Са²^-тока через L-каналы осуществляется различными регуляторними каскадами, часть которых действуют через циклические нуклеотиды - цАМФ, цГМФ По литературным данным, цАМФ является внутриклеточным мессенжером, участвующим в регуляции сердечной деятельности двумя основными регуляторньши системами - адренергической и холинергической Другому циклическому нуклеотиду (цГМФ), большинство исследователей отводили роль, противоположную цАМФ, однако, из-за неоднозначности получаемых данных, на данный момент затруднительно адекватно определить роль в регуляции Са²⁺ тока L-типа как цГМФ и цГМФ-зависимого фосфорилирования, так и оксида азога (NO), одного из активаторов цГМФ-зависимого каскада Наблюдаемые расхождения в результатах исследователи объясняли особенностями регуляции L-каналов в клетках различных типов (синус, предсердие, желудочек) или разных видов животных С этим можно было бы согласиться, если бы результаты экспериментов на одних тех же объектах совпадали, однако на одном и том же препарате разные авторы получали неодинаковые, качественно различные данные

Корректное изучение действия роли цГМФ-зависимого фосфорилирования и всего NO-цГМФ каскада в регуляции Са²⁺ -транспорта в норме и патологии является актуальной задачей, поскольку данный каскад в сердечно-сосудистой системе участвует в большом колігчестве регуляторных процессов, в частности ангиогенезе (Kawasaki et al, 2003), поддержании работоспособности миокарда и его защите от гипертензии, гипертрофии и реперфузии (Gao et al, 2002, Massion et al, 2003, Fiedler and Woliert, 2004) В сердце перечисленные свойства каскада связаны непосредственно с регуляцией Са²⁺ гомеостаза и уровня [Са²⁺] В качестве одной из экспериментальных

моделей участия каскада в развитии ряда патологий могут служить спонтанно-гипертензивные крысы (SHR) Отличительная черта этих животных -повышенное давление, гипертрофия миокарда, диабет II типа (инсулиновая резистентность) и другие физиологические нарушения В кардиомиоцитах этих крыс наблюдается нарушение Са²⁺ гомеостаза, повышенный по сравнению с нормой уровень [Са²⁺], и развитие гипертрофии через активацию кальцинейрин/NFAT системы (Kempf and Wollert, 2004) Однако, причины, приводящие к подобным событиям у SHR до сих пор полностью не установлены С другой стороны, на первичной культуре клеток желудочка сердца крыс линии Sprague-Dawley показано, что активация NO-цГМФ каскада уменьшает активность кальцинейрин/NFAT системы за счет подавления входа Са²⁺ в клетку через L-тип канала (Fiedler et al, 2002) Таким образом, крысы линии SHR представляют большой интерес для изучения причин развития сердечно-сосудистых заболеваний

С другой стороны, есть группа животных, в которых также происходят серьезные изменения в регуляции Са²⁺ гомеостаза Эти животные - гибернанты Изменение регуляции Са²⁺ токов во время зимней спячки позволяет им поддерживать сердечную деятельность в условиях низких температур, повышенной вязкости крови и других неблагоприятных факторов Однако, стоит заметить, что, несмотря на подобные изменения, у гибернантов патологических изменений в миокарде не происходит. И исследование возможного участия NO-цГМФ каскада в регуляции Са²⁺ тока L-типа во время гибернации может пролить свет на возможные причины подобного приспособления без серьезных патологических изменений

Цели и задачи исследования.

Основная цель работы - исследование роли NO-цГМФ каскада в регуляции Са*⁺ тока L-типа в норме и патологии Задачи

1. Исследование влияния цГМФ-зависимого фосфорилирования на базальные и активированные цАМФ-зависимым фосфорилированием Са²⁺ тока L-типа в норме

2. Исследование роли NO-цГМФ каскада в регуляции базальных и активированных цАМФ-зависимым фосфорилированием Са²⁺ токов L-типа

3. Исследование роли NO-цГМФ каскада в регуляции Са²⁺ тока L- типа при гипертензии и гипертрофии миокарда у крыс линии SHR

4. Исследование роли NO-цГМФ каскада при адаптации к экстремальным условиям у зимоспящих животных

Научная новизна работы и полученные результаты

В экспериментах на кардиомиоцитах нормотензивных крыс впервые показано, что при постоянном присутствии во всех рабочих средах аминокислоты L-аргинина (1 мМ) проявляются ответы на соединения, активирующие цГМФ-зависимое фосфорилирование Изучено действие на Са²⁺ тоюі L-типа соединений, регулирующих активность различных звеньев NO-цГМФ каскада в норме Во всех проведенных экспериментах введение активаторов NO-цГМФ каскада (8Br-cGMP ІмкМ, L-аргинин 5мМ, SNP 1мМ) приводила к подавлению базальных Са²⁺токов L-типа на 29±9,6% Использование блокаторов различных звеньев каскада показало, что ингибирующее действие связано с активацией протеинкиназой G Показано, что, в отличие от базальных токов, активация NO-цГМФ каскада не способна вызвать какие-либо значимые изменения активированных насыщающей концентрацией изопротеренола Са²⁺ токов L-типа Однако, при совместном действии ацетилхолнна и агонистов NO-цГМФ каскада происходит возвращение токов до базального уровня

Впервые показано, что кардиомиоцитах спонтанно-гипертензивных крыс (SHR) и гибернирующих сусликов NO-цГМФ каскад нарушен и имеет низкую активность. Полученные данные позволяют предположить, что низкая активность NO-цГМФ каскада в кардиомиоцитах крыс линии SHR является одной из основополагающих причин развития у них гипертензии и гипертрофии, в тоже время у гибернирующих сусликов подобное изменение может носить приспособительный характер к низкотемпературным условиям зимней спячки

Научно-практическая ценность

Полученные результаты расширяют наши знания о механизмах регуляции Са²⁺ тока в кардиомиоцитах нормотермно-нормотензивных, нормотермно-гипертензивных и зимоспящих животных Кроме того, полученные данные позволяют в значительной степени облегчить исследования механизмов регуляции Са²⁺ токов L-типа и помогут решить противоречия, скопившиеся на данный момент в исследованиях роли N0 и цГМФ-регуляторного пути в регуляции работы сердца как на уровне клетки, так и уровне целого органа Дальнейшие исследования на основе полученных данных могут привести к созданию методик и новых препаратов для лечения сердечнососудистых заболеваний.

Апробация диссертации

Материалы диссертации были представлены на IX международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2005), на всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (г Санкт-Петербург, 2005, 2006,2007 гг), на международных конференциях «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2005, 2007), на I съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005 г)

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах в том числе 2 статьи в реферируемых журналах

Структура и объем диссертации

Похожие диссертации на Роль NO в регуляции Ca2+ токов L-типа циклическими нуклеотидами в кардиомиоцитах нормотермных и гибернирующих животных

Регуляция Ca2+ токов L-типа L-аргинином через активацию 2-адренорецепторов в изолированных желудочковых кардиомиоцитахНенов Мирослав Николаевич

Регуляция потенциал-зависимого Ca2+ тока L-типа поддерживаемым потенциалом и модуляторами фосфорилирования по тирозинуПименов Олег Ювенальевич

Роль элементов цитоскелета в регуляции Ca2+-сигналов в перитонеальных макрофагахКурилова Лидия Сергеевна

Ca2+-связывающие свойства пальмитиновой и стеариновой кислот и роль комплекса этих кислот с Ca2+ в регуляции проницаемости митохондриальной мембраныЛимаренко Елена Анатольевна

Микрокалометрическое исследование гидратации нуклеотидов, синтетических полинуклеотидов и природных ДНК с различным типом ГЦ-содержанием Джапаридзе Гурам Шалвович

Термодинамические и кинетические параметры взаимодействия транспортной РНК с А сайтом 70S рибосомы Escherichia coli: роль 37 нуклеотида Коневега Андрей Леонидович

Роль параметров системы регуляции перекисного окисления липидов в формировании биологических последствий воздействия неблагоприятных экологических факторов Урнышева Валентина Васильевна

Роль лейкемияингибирующего фактора в регуляции роста эмбриональных стволовых клеток и зародышей мыши в культуре Федорова Виктория Викторовна

Роль полиморфизма тайтина в регуляции структурно-функциональных свойств миокарда в норме и при патологии Макаренко Ирина Викторовна

Сезонные особенности ритмоинотропных отношений сердца зимнеспящих и роль инсулина в их регуляции Чумаева Надежда Анатольевна