CEL: Uwalnianie wapnia (Ca(2+)) z retikulum sarkoplazmatycznego (SR) indukowane napływem Ca(2+) przez zależne od napięcia sarkolemmy L-type Ca(2+) (CICR) w komórkach mięśnia sercowego został uznany za potencjalny przyczyniającym się do indukowanej anestetykami depresji mięśnia sercowego. We wcześniejszym badaniu badaniu stwierdziliśmy, że (1) funkcja półlogistyczna (h-L), która reprezentuje półkrzywą sigmoidalnej funkcji logistycznej z granicą w punkcie przegięcia punktu przegięcia, dopasowuje krzywą do pierwszej połowy fazy wstępującej izometrycznego izometrycznego napięcia mięśnia sercowego i izowolumetrycznych przebiegów ciśnienia w lewej komorze (LV) lepiej niż funkcja mono-wykładnicza (m-E) i (2) stałe czasowe h-L są użyteczne jako wskaźniki inotropowe. przydatne jako wskaźniki inotropowe. Przedstawiamy tutaj nasze badanie potencjalnego zastosowania funkcji h-L do analizy pierwszej połowy fazy wstępującej wstępującej fazy krzywej przejściowej Ca(2+) (faCaT), która poprzedza i inicjuje skurcz mięśnia sercowego i wzrost ciśnienia w LV. METODY: Stany przejściowe Ca(2+) (CaT) mierzono przy użyciu wrażliwej na Ca(2+) fotoproteiny aequorin fotoproteiny aequorin, którą wstrzyknięto do siedmiu izolowanych prawych komór królika prawej komory królika i 15 izolowanych mięśni brodawkowatych LV myszy. Dane faCaT od od początku stymulacji skurczowej do maksimum czasu pierwszego rzędu pochodnej stężenia Ca(2+) (dCa/dt(max)) dopasowano krzywą metodą metodą najmniejszych kwadratów przy użyciu równań funkcji h-L i m-E. WYNIKI: Średnie wartości współczynnika korelacji (r) dopasowania krzywych h-L i m-E dla faCaTs wynosiły 0,9740 i 0,9654 (P < 0,05) u królika oraz 0,9895 i 0,9812 (P < 0,0001) u myszy. WNIOSEK: Krzywe h-L śledziły amplitudy i przebiegi czasowe faCaTs w mięśniach sercowych dokładniej niż funkcje m-E. Na podstawie tego wyniku sugerujemy, że stała czasowa h-L może być bardziej wiarygodnym wskaźnikiem niż stała czasowa m-E do oceny szybkości CICR z SR w gospodarce Ca(2+) mięśnia sercowego. . Podejście h-L może zapewnić bardziej użyteczny model do badania CICR podczas procesu skurczu indukowanego przez środki znieczulające. --- Większość kurczliwego wapnia w mięśniu sercowym jest uwalniana z zapasów w retikulum retikulum sarkoplazmatycznym (SR), w procesie uwalniania wapnia indukowanego wapniem (CICR) poprzez receptory ryanodynowe. Ponieważ CICR jest wewnętrznie samowzmacniający, stabilność i stopniowa regulacja sprzężenia EC serca wydają się paradoksalne. wydają się paradoksalne. Obecnie dobrze wiadomo, że ta gradacja wynika ze stochastycznej rekrutacji różnej liczby elementarnych lokalnych zdarzeń uwalniania zdarzeń, które same w sobie mogą być regeneracyjne i które można bezpośrednio zaobserwować jako iskry wapniowe. Receptory ryanodynowe (RyR) są skupione w gęstych sieciach, i obecnie uważa się, że większość iskier wapniowych wiąże się z aktywacją wielu RyR. Oznacza to, że lokalny CICR ma charakter regeneracyjny i wymaga mechanizmu, który go zakończy. go. Początkowo zakładano, że mechanizmem tym jest inaktywacja RyR, ale w ciągu dekady od odkrycia iskier nie wykazano wystarczająco silnego mechanizmu inaktywacji. mechanizm inaktywacji nie został wykazany in vitro, a wszystkie empirycznie dla RyR dają niestabilne sprzężenie EC w symulacjach Monte Carlo. symulacjach Monte Carlo. Rozważamy tutaj możliwe mechanizmy zakończenia uwalniania. Stochastyczne ścieranie to spontaniczny rozpad aktywnych klastrów spowodowany losowym zamknięciem kanału. zamknięcia kanału; obliczenia pokazują, że jest on zbyt wolny, chyba że jest wspomagany przez inny proces. inny proces. Zależna od wapnia inaktywacja RyR z udziałem białek trzecich pozostaje realnym, ale spekulatywnym mechanizmem; obecni kandydaci obejmują kalmodulina i sorcyna. Lokalne wyczerpanie wapnia w terminalu uwalniania SR mogłoby zakończyć uwalnianie, jednak obliczenia i pomiary pozostawiają niepewność czy istnieje wystarczający opór dyfuzyjny w SR, aby utrzymać takie zubożenia. Zubożenie może być wspomagane przez zależność aktywności RyR od SR [Ca(2+)]. Istnieją istotne dowody na taką aktywację światła, ale nie jest jasne, czy jest to wystarczająco silny efekt, aby wyjaśnić silne zakończenie iskier. Istnienie bezpośrednich interakcji między skupionymi RyRs może wyjaśniać rozbieżność między właściwościami inaktywacji izolowanych RyR i nienaruszonych klastrów. Takie sprzężone bramkowanie pozostaje kontrowersyjne. Określenie mechanizmu zakończenia uwalniania jest wciąż nierozwiązanym problemem. nierozwiązanym problemem sprzężenia sercowego EC i prawdopodobnie będzie wymagało szeroko zakrojonej genetycznej manipulacji aparatem sprzęgającym EC w jego natywnym środowisku, aby odkryć rozwiązanie. rozwiązanie. --- Skurcz kardiomiocytów zależy od szybkich zmian wewnątrzkomórkowego Ca(2+). U ssaków, napływ Ca(2+) jako prąd Ca(2+) typu L (ICa) wyzwala uwalnianie Ca(2+) z retikulum sarkoplazmatycznego (SR) i indukowane Ca(2+) uwalnianie Ca(2+) (CICR) ma kluczowe znaczenie dla sprzężenia pobudzenie-skurcz. U ryb, względny udział zewnętrznego i wewnętrznego Ca(2+) jest niejasny. Tutaj scharakteryzowaliśmy rolę ICa w wyzwalaniu uwalniania SR Ca(2+) w miocytach komorowych pstrąga tęczowego wykorzystując regulację ICa przez Ca(2+) jako wskaźnik CICR. ICa rejestrowano z wolnym (EGTA) lub szybkim (BAPTA) chelatorem Ca(2+) w warunkach kontrolnych i izoproterenolu warunkach kontrolnych i izoproterenolu. Przy braku stymulacji β-adrenergicznej szybkość inaktywacji ICa nie różniło się istotnie w przypadku EGTA i BAPTA (27,1 ± 1,8 vs. 30,3 ± 2,4 ms), podczas gdy w przypadku izoproterenolu (1 μM), inaktywacja była znacznie szybsza z EGTA (11,6 ± 1,7 vs. 27,3 ± 1,6 ms). Gdy bar był nośnikiem ładunku, inaktywacja była znacznie wolniejsza w obu warunkach (61,9 ± 6,1 vs. 68,0 ± 8,7 ms, kontrola, izoproterenol). Kwantyfikacja ujawniła że bez izoproterenolu tylko 39% inaktywacji ICa było spowodowane przez Ca(2+), podczas gdy w przypadku izoproterenolu inaktywacja była zależna od Ca(2+) (∼65%) i wysoce zależna od SR Ca(2+) (∼46%). Tak więc, SR Ca(2+) nie jest uwalniany w warunkach podstawowych warunki, a ICa jest głównym wyzwalaczem skurczu, podczas gdy podczas stresu odpowiedź, SR Ca(2+) jest ważnym źródłem cytozolowego Ca(2+). To nie było przypisywano różnicom w obciążeniu SR Ca (2+), ponieważ transjenty indukowane kofeiną nie różniły się w obu warunkach. Dlatego Ca(2+) przechowywany w SR kardiomiocytów pstrąga może działać jako mechanizm bezpieczeństwa, pozwalając na większy skurcz, gdy wymagana jest wyższa kurczliwość, np. gdy wymagana jest wyższa kurczliwość, na przykład podczas stresu lub ćwiczeń. --- Indukowane wapniem (Ca(2+)) uwalnianie Ca(2+) (CICR) jest powszechnie akceptowane jako główny mechanizm mechanizm łączący pobudzenie elektryczne i skurcz mechaniczny w komórkach serca. komórkach serca. Mechanizm CICR został zrozumiany głównie w oparciu o wiązanie cytozolowego Ca(2+) z receptorami ryanodynowymi (RyRs) i indukowaniu uwalniania Ca(2+) z retikulum sarkoplazmatycznego (SR). Jednak ostatnie eksperymenty sugerują, że Ca(2+) w świetle SR może również uczestniczyć w regulacji bramkowania RyR poprzez kalsekwestrynę (CSQ), bufor Ca(2+) w świetle SR. Badamy, w jaki sposób SR Ca(2+) przez RyR jest regulowane przez Ca(2+) i kalsekwestrynę (CSQ). Po pierwsze, model matematyczny model kinetyki RyR jest wyprowadzany na podstawie dowodów eksperymentalnych. My zakładamy, że RyR ma trzy miejsca wiązania, dwa miejsca cytozolowe dla Ca(2+) aktywacji i inaktywacji oraz jedno miejsce w świetle SR do wiązania CSQ. Prawdopodobieństwo otwarcia (P(o)) RyR jest znajdowane przez symulację pod kontrolą cytozolowego i Ca(2+) w świetle SR. Zarówno szczytowe, jak i ustalone P(o) efektywnie wzrasta jako Ca(2+) w świetle SR. Po drugie, włączyliśmy model RyR do modelu CICR który ma zarówno przestrzeń diadyczną, jak i łączący SR (jSR). Przy niskim obciążeniu jSR Ca(2+), CSQ z większym prawdopodobieństwem wiążą się z RyR i działają hamująco na uwalnianie jSR uwalnianie Ca(2+), podczas gdy przy wysokich obciążeniach SR CSQ są bardziej skłonne do odłączenia się od RyR, zwiększając w ten sposób uwalnianie jSR Ca(2+). Co więcej, ten model CICR tworzy nieliniową zależność między ułamkowym uwalnianiem jSR Ca(2+) a obciążeniem jSR load. Wyniki te są zgodne z obserwacjami eksperymentalnymi w dwuwarstwach lipidowych i miocytach serca. miocytach serca. --- Przerost wywołany przeciążeniem ciśnieniowym jest kluczowym etapem prowadzącym do niewydolności serca. Proces uwalniania Ca(2+) indukowany przez Ca(2+) (CICR), który reguluje kurczliwość serca, jest wadliwy w przeroście/niewydolności serca. jest wadliwy w przeroście / niewydolności serca, ale mechanizmy molekularne pozostają nieuchwytne. mechanizmy molekularne pozostają nieuchwytne. Aby zbadać międzycząsteczkowe aspekty CICR podczas przerostu, wykorzystaliśmy luźne obrazowanie konfokalne do wizualizacji sygnalizacji pomiędzy pojedynczym kanałem Ca(2+) typu L (LCC) a receptorami ryanodynowymi (RyR) w modelach modele szczurów ze zwężeniem aorty z kompensowanym (CHT) i zdekompensowanym (DHT) przerostem przerostu. Stwierdziliśmy, że sprzężenie międzycząsteczkowe LCC-RyR wykazało 49% wydłużenie opóźnienia sprzężenia, 47% spadek szansy trafienia i 72% wzrost szansy na chybienie w DHT, wykazując stan "międzycząsteczkowej awarii". Nieoczekiwanie, modyfikacje te wystąpiły również w CHT z powodu przynajmniej częściowo przynajmniej częściowo ze względu na zmniejszoną ekspresję junctophilin, wskazując, że niewydolność międzycząsteczkowa występuje przed objawami komórkowymi. W rezultacie, uwalnianie Ca(2+) w całej komórce, wizualizowane jako "skoki Ca(2+)", uległo desynchronizacji, co ostro kontrastowało z niezmienionymi całkami skoków i całokomórkowymi Ca(2+) w CHT. Dane te sugerują, że w ramach pewnego limitu, określanego jako "marginesem stabilności", łagodna niewydolność międzycząsteczkowa nie uszkadza komórkowej integralności komórkowego sprzężenia pobudzenie-skurcz. Tylko wtedy, gdy kroki modyfikacji poza margines stabilności następuje globalne uszkodzenie. Odkrycie "ukrytej" "ukrytych" uszkodzeń międzycząsteczkowych w CHT ma ważne implikacje kliniczne. --- Indukowane wapniem uwalnianie wapnia (CICR) zaobserwowano w miocytach serca jako elementarne zdarzenia uwalniania wapnia (iskry wapniowe) związane z otwarciem kanałów Ca(2+) typu L. W komórkach serca, ścisłe sprzężenie między bramkowaniem pojedynczych kanałów Ca(2+) typu L i receptorów ryanodynowych (RYR) leży u podstaw uwalniania wapnia. uwalnianie wapnia. Tutaj pokazujemy, że kanały Ca(2+) typu L aktywują RYRs w celu wytworzenia CICR w komórkach mięśni gładkich w postaci iskier Ca(2+) i propagowanych fal Ca(2+). propagowanych fal Ca(2+). Jednakże, w przeciwieństwie do CICR w mięśniu sercowym, otwarcie kanału RYR nie jest ściśle związane z bramkowaniem kanałów Ca(2+) typu L. Kanały Ca(2+ typu L mogą otwierać się bez wyzwalania iskier Ca(2+), a wyzwolone iskry Ca(2+) są często obserwowane po zamknięciu kanału. CICR jest funkcją strumienia netto strumienia jonów Ca(2+) do cytozolu, a nie amplitudy pojedynczego kanału kanałów Ca(2+) typu L. Ponadto, w przeciwieństwie do CICR w mięśniach poprzecznie prążkowanych, uwalnianie wapnia jest całkowicie eliminowane przez cytozolowe buforowanie wapnia. Zatem kanały Ca(2+ typu L Ca(2+) są luźno sprzężone z RYR poprzez wzrost globalnego poziomu [Ca(2+)] ze względu na wzrost efektywnej odległości między kanałami Ca(2+) typu L i RYR. i RYR, co skutkuje rozłączeniem obowiązkowego związku, który istnieje w mięśniach prążkowanych między potencjałem czynnościowym a uwalnianiem wapnia. --- Uwalnianie wapnia indukowane wapniem (CICR) jest z natury procesem regeneracyjnym z powodu na zależne od Ca(2+) bramkowanie receptorów ryanodynowych (RyR) w sarko/endoplazmatycznym retulum (SR) sarko / retikulum endoplazmatycznym (SR) i ma kluczowe znaczenie dla serca serca. Proces ten jest postrzegany jako iskry Ca(2+), które odzwierciedlają skoordynowane bramkowanie grup RyRs w diadach, wyspecjalizowanych wyspecjalizowanej domenie sygnalizacyjnej między SR a błoną powierzchniową. Jednakże mechanizm(y) odpowiedzialny(e) za zakończenie regeneracyjnego CICR podczas ewolucji iskier Ca(2+) pozostają niepewne. Bramkowanie RyR serca szczura zostało zarejestrowane przy fizjologicznych poziomach Ca(2+), Mg(2+) i ATP i włączono do modelu 3D który odtwarzał przebieg czasowy iskier Ca(2+), mignięć Ca(2+) i mignięć Ca(2+) i restytucji iskry Ca(2+). Modelowe zakończenie CICR było solidne, stosunkowo niewrażliwe na liczbę diadycznych RyR i automatyczne. To emergentne zachowanie wynikało z szybkiego rozwoju i rozpuszczania nanoskopowych gradientów Ca(2+) w obrębie diad. Symulacje te pokazują, że CICR nie wymaga wewnętrznej inaktywacji lub mechanizmów wykrywania wapnia SR dla stabilności i zaprzestania regeneracji, która wynika z lokalnej kontroli w skali molekularnej poprzez proces, który nazywamy "rozpadem indukcyjnym".
Co to jest indukowane wapniem uwalnianie wapnia (CICR) i jego rola w kurczliwości kardiomiocytów?
mechanizm cicr został zrozumiany głównie w oparciu o wiązanie cytozolowego Ca(2+) z receptorami ryanodynowymi (ryrs) i indukowanie uwalniania Ca(2+) z retikulum sarkoplazmatycznego (sr). kanały ca(2+) typu l aktywują ryrs do produkcji cicr w komórkach mięśni gładkich w postaci iskier ca(2+) i propagowanych fal ca(2+). w komórkach serca, ścisłe sprzężenie między bramkowaniem pojedynczych kanałów ca(2+) typu l i receptorów ryanodynowych (ryrs) leży u podstaw uwalniania wapnia. znaczenie uwalniania wapnia indukowanego przez Ca w sprzężeniu pobudzenie-skurcz w sercu. fale uwalniania wapnia indukowanego przez Ca występują w różnych typach komórek i są związane z powstawaniem arytmii serca. U ssaków napływ Ca(2+) w postaci prądu Ca(2+) typu l (ica) wyzwala uwalnianie Ca(2+) z retikulum sarkoplazmatycznego (sr), a indukowane przez Ca(2+) uwalnianie Ca(2+) (cicr) ma kluczowe znaczenie dla sprzężenia pobudzenie-skurcz.