"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8041
ETF8041 "Na+ /Ca2+ -vahetaja roll vikerforelli kardiomüotsüütide elektromehaaniline sidestus ja energeetika (1.01.2009−31.12.2012)", Rikke Birkedal Nielsen, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Küberneetika Instituut.
ETF8041
Na+ /Ca2+ -vahetaja roll vikerforelli kardiomüotsüütide elektromehaaniline sidestus ja energeetika
Role of the Na+/Ca2+-exchanger in excitation-contraction coupling and energetics in rainbow trout cardiomyocytes
1.01.2009
31.12.2012
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.12. Bio- ja keskkonnateadustega seotud uuringud, näiteks biotehnoloogia, molekulaarbioloogia, rakubioloogia, biofüüsika, majandus- ja tehnoloogiauuringudB130 Füsioloogiline biofüüsika1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt100,0
PerioodSumma
01.01.2009−31.12.2009184 320,00 EEK (11 780,20 EUR)
01.01.2010−31.12.2010184 320,00 EEK (11 780,20 EUR)
01.01.2011−31.12.201111 780,40 EUR
01.01.2012−31.12.201211 780,40 EUR
47 121,20 EUR

Käesolev projekt tegeleb Na+/Ca2+ vahetaja (NCX) rolliga vikerforelli kardiomüotsüütide energeetikas ja elektromehaanilise (e-m) sidestuses. Terves imetaja südames on NCX põhiliseks Ca2+ sisseevoo vahendajaks diastoolse relaksatsiooni ajal. Samas, eri elustaadiumites NCX-i roll muutub: südamepuudulikkusega imetaja südames, kus sarkoplasmaatilise retiikulumi funktsioneerimine on vähendatud, muudab kõrge [Na+]i NCX-i tasakaalu, mis lisaks diastoolse Ca2+ väljavoo vahendaja funktsioonile, hakkab nüüd ka süstoli ajal Ca2+-i sisse transportima. NCX omab sellist kaheosalist rolli ka vastsündinud imetajate ja nagu viitavad hiljutised tulemused, samuti vikerforelli südames. Väärib märkimist, et forelli, vastusündinud ja südamepuulikkusega südametel on kaks sarnast joont: 1) e-m sidestus: NCX-il on duaalne roll, ning sarkoplasmaatilise retiikulimi tähtsus Ca2+ dünaamikas on võrreldes tervete imetajate kardiomüotsüütidega väike; 2) need südamed suudavad töötada energeetiliiselt ebasoodsates tingimustes. See tõstatab küsimuse, kas e-m sidestus võib olla seotud energeetikaga? Sellel projektil on kaks uuritavat probleemi: esiteks, teha kindlaks NCX-i roll vikerforelli südames. See peaks olema suurema olulisusega vatsakeste rakkudes võrreldes kodadega. Lisaks, on oodatav selle rolli sõltumine temperatuurist, kontraktsioonide sagedusest ja androgeensest stimulatsioonist. Me teeme kindlaks NCX-i rolli määrates eri tingimuste juures ära Ca2+ sissevoo läbi NCX-i. Teiseks eesmärgiks on kasutada vikerforelli mudelorganismina e-m sidestuse ja energeetika uurmisel. Vikerforelli kardiomüotsüüdid on selle jaoks ideaalsed, kuna vatsakeste ja kodade rakud on struktuurilt ja hingamisvõimelt sarnased, kuid NCX omab suuremat tähtsust vatsakeste rakkude toimimises vastupidiselt kodade rakkudelele, kus sama rolli täidab sarkoplasmaatiline retiikulum. Meie eesmärk on seda fakti ära kasutada ning hapniku mõõta mikroelektroodidega erinevusi hapnikutarbimises tervete ja elektroodidega ühendatud kodade ja vatsakeste rakkude vahel. Üksiku, elektroodiga ühendatud, raku hapnikutarbimist pole kunagi varem mõõdetud. See meetod võimaldab meil võrrelda hapnikutarbimist rakkudes, kus NCX-i funksionaalsust on muudetud erinevate Na+ kontsentratsioonidega pipetis. Me teeme kindlaks NCX-i ja sarkoplasmaatilise retiikulumiga seotud Ca2+ voo energeetilise maksumuse seoses hapnikutarbmise suhtega raku lühenemisesse ja muutustega intratsellulaarses Ca2+ kontsentratsioonis.
This project concerns the role of the Na+/Ca2+-exchanger (NCX) in excitation-contraction (e-c) coupling and energetics of rainbow trout cardiomyocytes. In healthy adult mammalian hearts, the NCX is the main pathway for Ca2+-efflux during diastolic relaxation. However, the role of NCX changes with life stage: in mammalian heart failure (HF) hearts, where sarcoplasmic reticulum function is diminished, a high [Na+]i shifts the equilibrium of NCX to function as Ca2+-influx pathway during systole in addition to its function as Ca2+-efflux pathway during diastole. This dual role of NCX seems also to operate in neonatal hearts, and recent evidence strongly suggests that this is also the case in the rainbow trout heart. Interestingly, the hearts from trout, neonatal and HF mammals have two things in common: 1) the design of e-c coupling is similar: NCX has a dual role, whereas Ca2+-cycling via the sarcoplasmic reticulum is relatively small compared to healthy adult mammalian cardiomyocytes, and 2) these hearts are able to work under conditions of reduced oxidative capacity. This raises the question whether e-c coupling design is related to energetics? This project has two lines of research: The first aim is to establish the role of NCX in rainbow trout heart. It is expected to be more important in ventricular than in atrial tissue. Additionally, it is expected to vary with temperature, contraction frequency and adrenergic stimulation. We will establish the role of NCX by quantifying NCX Ca2+-influx under a range of conditions. The second aim is to use rainbow trout as a model organism to study the relationship between e-c coupling and energetics. Rainbow trout cardiomyocytes are ideal for this, because atrial and ventricular myocytes are similar in structure and oxidative capacity, but NCX seems to be more important in ventricular myocytes, whereas the sarcoplasmic reticulum seems to be more important in atrial myocytes. We propose to take advantage of this and use an oxygen micro-electrode to compare oxygen flux to intact and patch clamped atrial and ventricular myocytes. Oxygen consumption of patch clamped cells has never been recorded before. This method will allow us to compare oxygen flux to cells with different roles of NCX modified by varying in [Na+] in the patch pipette. We will determine the energetic cost of Ca2+-flux via NCX and the sarcoplasmic reticulum in terms of oxygen flux relative to cell shortening and transient changes in [Ca2+-]i.