See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7344
ETF7344 "Isoleeritud südamelihase raku mehaanoenergeetika (1.01.2008−31.12.2011)", Marko Vendelin, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Küberneetika Instituut.
ETF7344
Isoleeritud südamelihase raku mehaanoenergeetika
Mechanoenergetics of an isolated single cardiomyocyte
1.01.2008
31.12.2011
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 tehnoloogiauuringudP330 Bioenergeetika 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt100,0
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008208 800,00 EEK (13 344,75 EUR)
01.01.2009−31.12.2009200 448,00 EEK (12 810,96 EUR)
01.01.2010−31.12.2010182 208,00 EEK (11 645,21 EUR)
01.01.2011−31.12.201111 644,80 EUR
49 445,72 EUR

Imetajate südamevatsakeste müotsüüdid on välja arenenud nii, et nad suudaksid töötada pika perioodi vältel suurtel töökoormustel ilma et tekiks energia puudujääk. Energiavajaduse täidab mitokondriaalne hingamine ning hingamiskiirus on täpselt reguleeritud, nii et energia tootmine kattuks energia tarbimisega. Vastavalt Frank-Starlingi seadusele ei sõltu südame energia tarbimine ainult kokkutõmmete sagedusest, vaid ka raku deformeerumise mehhanismist, mille kohaselt enam väljaveninud rakud teevad rohkem tööd ning kasutavad rohkem energiat. Hingamisregulatsiooni pole võimalik kirjeldada lihtsa lahuse kineetikaga, arvestada tuleb ka kõrget kompartmentatsiooni taset kardiomüotsüütides. Südame isheemia kahjustused on aga otseselt seotud vähenenud difusioonitakistuse ja energia tarbimisega, seetõttu on südame energeetika kompartmentatsioonil suur tähtsus. Seni on enamus katseid hingamisregulatsiooni uurimiseks tehtud kas isoleeritud südamete või isoleeritud kardiomüotsüütidega. Kuigi viimane moodus annab võimaluse seada eksperimentaalseid tingimusi igale rakule eraldi, on enamus uuringuid tehtud raku puhkeolekus. Mitmed uurimisgrupid on loonud süsteeme, mis võimaldavad reguleerida isoleeritud südameraku mehaanilist kokkutõmbumist. Käesoleva projekti raames on kavas koostada sarnane, kuid uuendatud süsteem, mis võimaldaks uurida ka bioenergeetikat. Käesoleva projekti põhieesmärgiks on analüüsida rakusisest energiavoogu vastavalt Frank-Starlingi seadusele kontraheeruvates kardiomüotsüütides. Plaanis on: koostada süsteem, millega on võimalik uurida konfokaalmikroskoobi abil isoleeritud kardiomüotsüüdi mehaanilist kontraheerumist ning energeetikat; mõõta normaalsetel ja patoloogilistel tingimustel ning erinevatel töökoormustel raku energeetilisi parameetreid; hinnata rakusisest difusioonitakistust erinevatel mehaanilistel koormustel; koostada matemaatiline mudel, mis kirjeldab aktomüosiini mehaanoenergeetikat. Esitatav projekt peaks andma vastuse järgmistele küsimustele: kas kardiomüotsüütides kompartmentatsiooni tase füsioloogilistel tingimustel sama kõrge nagu arvatakse see olevat puhkeoleku korral? Kas füsioloogiline lühenemine või pikenemine omab olulist mõju difusioonitakistusele? Kuidas mõjutab energeetikat kardiomüotsüüdi isheemia kahjustustest tingitud heterogeense energia tootmine? Kasutades mehaanika ja energeetika vaheliste seoste uurimiseks süsteemibioloogilist lähenemist, peaks olema võimalik nendele küsimustele vastused leida.
Mammalian cardiomyocytes are highly specialized to maintain a high power output for extended periods of time without developing an energy-deficit. The energetic requirements are mainly met by oxidative respiration which is accurately regulated to match energy production and consumption. In accordance with the Frank-Starling law, the energy consumption of the heart depends not only on frequency, but also on the mechanics of contraction with more stretched cells making more work and using more energy. The regulation of respiration cannot be explained by a simple solution kinetics, but has to take into account a high level of compartmentalization in cardiomyocytes. Importantly, cardiac ischemia-reperfusion damage is associated with diminished diffusion restrictions and compromised energetics, indicating the importance of compartmentalization for heart energetics. So far, most of the experiments addressing regulation of respiration have been performed either on isolated hearts or single, isolated cardiomyocytes. While the latter allow one to control experimental conditions for each cell precisely, most of the studies in this category have been done in non-physiological relaxed conditions. Recently, several laboratories have built a setup that allows to regulate mechanical contraction of isolated cardiomyocytes. In this project we plan to build a similar system, but with the novelty of using it to study bioenergetics. Aim of this project is to analyze intracellular energy fluxes in contracting cardiomyocytes under the Frank-Starling law. We will construct a system that will allow us to analyze mechanical contraction and energetics of an isolated cardiomyocyte under confocal microscope; determine the energetic state of a cell at different workloads in normal and pathological conditions; estimate intracellular diffusion restrictions at different mechanical load levels; compose a mathematical model describing actomyosin mechanoenergetics. The proposed project should find out whether cardiomyocytes in physiological conditions have as high level of compartmentalization as predicted on relaxed ones. Namely, will a physiological shortening or stretch have a significant effect on diffusion restrictions? How does heterogeneous energy production as after ischemia-reperfusion damage influence mechanics and energetics? By using a systems biology approach to study the interaction between mechanics and energetics, we should be able to answer those questions.