Analysis of calcium-activated chloride current profiles in cardiomyocytes derived from various regions of the canine heart using the action potential voltage-clamp technique  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101171
Type PD
Principal investigator Szentandrássy, Norbert
Title in Hungarian Kalcium-függő kloridáram profilok vizsgálata a kutyaszív különböző régióiból származó szívizomsejteken akciós potenciál feszültség-clamp technikával
Title in English Analysis of calcium-activated chloride current profiles in cardiomyocytes derived from various regions of the canine heart using the action potential voltage-clamp technique
Keywords in Hungarian kalcium-függő kloridáram, akciós potenciál, akciós potenciál feszültség-clamp, regionális különbségek
Keywords in English calcium-activated chloride current, action potential, action potential voltage-clamp, regional differences
Discipline
Cell differentiation, physiology and dynamics (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent Department of Physiology (University of Debrecen)
Starting date 2012-01-01
Closing date 2014-12-31
Funding (in million HUF) 8.187
FTE (full time equivalent) 2.10
state closed project
Summary in Hungarian
Összefoglalás

A kalcium-függő kloridáram (ICl(Ca)) a szívizom akciós potenciál (AP) első fázisában játszik szerepet. Az áram viselkedését korábban már vizsgálták, de az AP alatti profiljának összehasonlítása különböző kamrai szívizomterületek sejtein akciós potenciál feszültség-clamp (APVC) technikával még nem történt meg. Ezen áram területi heterogenitásával kapcsolatban csak macskán és nyúlon állnak rendelkezésre adatok, ahol kizárólag transzmurális különbségeket vizsgáltak. Az ICl(Ca) jelentőségét az adja, hogy korai és késői utódepolarizációk létrejöttében feltételezett szerepe miatt életet veszélyeztető szívritmuszavarok kialakulásához vezethet, habár az eddigi eredmények nem egységesek. A kóros kalciumháztartás miatt szívelégtelenségben és iszkémiás prekondicionálásban is szereppel bírhat a kalcium-függő kloridáram. A pályázat célja, hogy APVC technikával szisztematikusan vizsgálja a vertikális, traszmurális és interventrikuláris ICl(Ca) profilkülönbségeket kutya kamrai szívizomsejteken. Az áram AP kialakításában betöltött ingerlési frekvencia-függő szerepének vizsgálatára is sor kerül APVC és konvencionális mikroelektróda technikákkal.
A pályázatban a következő kérdésekre kívánunk választ adni:
1. Vannak-e különbségek a kalcium-függő kloridáram nagyságában és kinetikai tulajdonságaiban bal kamrából származó szubepikardiális és szubendokardiális sejtek között, továbbá a bal kamra csúcsának és bázisának midmiokardiális rétegéből származó, végül a bal és a jobb kamra midmiokardiális rétegéből származó sejtjei között konvencionális feszültség-clamp módszerrel vizsgálva?
2. Milyen eltérések vannak az APVC módszerrel mért kalcium-függő kloridáram profilok között eltérő kamrai területekről származó sejteken?
3. Hogyan befolyásolja az APVC módszerrel mért kalcium-függő kloridáram profilt az ingerlési frekvencia változtatása?
4. Hogyan változik az akciós potenciál időtartama kalcium-függő kloridáram gátlás hatására különböző ingerlési frekvenciák esetén?
Kísérleteinket kutya szívizomsejteken végezzük, mivel ezen faj elektrofiziológiai tulajdonságai hasonlítanak leginkább a humán szívizomhoz. Várható eredményeink az ICl(Ca) AP kialakításában betöltött szerepét derítik fel különböző kamrai szívizomterületek sejtein. Ezenkívül fontos terápiás következményeik lehetnek, mivel hozzásegítenek a szívritmuszavarok jobb megértéséhez és ezáltal új, hatékonyabb terápiás stratégiák kifejlesztéséhez, mint pl. kloridáramot befolyásoló gyógyszerek lehetséges használata. Szívritmuszavarok megelőzése szempontjából szintén hasznos lehet az AP eltérő kamrai területek közötti különbségeinek kloridáramot befolyásoló gyógyszerek általi csökkentése.



Összefoglalás laikusok számára

A kalcium-függő kloridáram fontos szereppel bír a szívizom elektromos működésében. Kóros körülmények között, pl. szívelégtelenségben, életet veszélyeztető szívritmuszavarok kialakulásához vezethet, habár az ilyen irányú kutatások eddigi eredményei nem egységesek. Az áram tulajdonságaiban, szerepében eltérések lehetnek továbbá különböző szívizomterületek sejtein, melyről jelenleg kevés adat áll rendelkezésünkre. A pályázat célja, hogy szisztematikusan vizsgálja ezen lehetséges különbségeket többféle kísérletes módszerrel, köztük egy olyannal, mely során a szervezeten belüli működést leginkább közelítő módon próbálunk az áram működéséről képet kapni. Összehasonlítjuk egymással a kalcium-függő kloridáramot a szív bal kamrájának falában a külső és a belső felszín alatti sejteken, a szívcsúcs és a szívbázis sejtjein, és a szív bal és jobb kamrájából származó sejteken. Várható eredményeink az áramnak a szívizom elektromos aktivitásában betöltött szerepét derítik fel különböző kamrai szívizomterületek sejtein. Ezenkívül hozzásegítenek a szívritmuszavarok jobb megértéséhez és ezáltal új terápiás stratégiák (kloridáramot befolyásoló gyógyszerek) kifejlesztéséhez.
Summary
Summary

Calcium-activated chloride current (ICl(Ca)) contributes to phase 1 repolarization of ventricular action potential (AP). The behavior of ICl(Ca) has been described earlier but its profile during APs using action potential voltage clamp (APVC) technique was not compared in various regions of ventricular muscle. Our knowledge on regional heterogeneity of ICl(Ca) is restricted to transmural differences in rabbit and cat only. The importance of ICl(Ca) is highlighted by its possible contribution to life threatening arrhythmias since its contribution in early and delayed afterdepolarizations was suggested, however the results are not concordant. Due to abnormal calcium handling in heart failure and ischemic preconditioning ICl(Ca) may be involved. This project aims to systematically explore vertical, transmural and interventricular differences in the profiles of ICl(Ca) measured with APVC in canine ventricular cardiomyocytes. Rate-dependent contribution of ICl(Ca) to the generation of AP will also be determined using APVC and conventional microelectrode techniques.
This proposal aims to answer the following questions:
1. Is there a difference in the density and kinetic properties of ICl(Ca) measured with conventional voltage-clamp in cells obtained form left ventricular subepicardial vs. subendocardial cells; midmyocardial cells of the apical vs. basal part of the left ventricle; and finally in midmyocardial cells derived from the right vs. left ventricles?
2. What is the difference in the profiles of ICl(Ca) measured with APVC in myocytes isolated from various regions of the ventricles?
3. How does the profile of ICl(Ca) measured with APVC influenced by the stimulation rate?
4. What is the rate-dependent effect of chloride channel blockade on action potential duration?
These experiments will be done in dog, which displays electrophysiological characteristics most resembling those of the human heart. The results to be obtained are expected to improve our understanding regarding the behavior of ICl(Ca) during APs of canine ventricular cells isolated from various regions of the heart. However, they may also carry important therapeutic consequences by helping to develop more adequate, and consequently, more rational therapeutic interventions, including new antiarrhythmic strategies such as a potential use of specific chloride channel blockers. A potential reduction in regional AP heterogeneity could also be beneficial in prevention of arrhythmias.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kalcium-függő kloridáram fontos szereppel bír a szívizom elektromos működésében. Kóros körülmények között, pl. szívelégtelenségben, életet veszélyeztető szívritmuszavarok kialakulásához vezethet. Egyes közlemények az áram működése kapcsán kísérletes modellekben a szívritmuszavar kialakulását előrevetítő jelenségek csökkenését írták le. A pályázat célja az volt, hogy szisztematikusan megvizsgáljuk egyes szívterületek sejtjein az áram tulajdonságaiban és szerepében lehetséges különbségeket. Kutatásaink során bizonyítottuk az áram kalciumfüggését és a kloridiont, mint az áram kialakulásáért felelős töltéshozdozót is valószínűsítettük. Eredményeink továbbá megerősítették és feltárták az áramnak a szívizom elektromos aktivitásában betöltött szerepét különböző kamrai szívizomterületek sejtein. A szív külső felszínéhez közeli sejteken az áram nagyobbnak bizonyult az akciós potenciál alatt a többi sejten mérthez képest. Az eltérő területekről származó sejtek elektromos aktivitásának különbségeit a kalcium-függő kloridáram jelenléte csökkenti, ezáltal is hozzájárul az áram szívritmuszavarok kialakulása elleni védő szerepéhez. Jellemeztük az áram kalciumfüggését és feltártuk, hogy az áram kialakulásához nem elengedhetetlen a sejten belüli kalcium raktárakból történő kalcium felszabadulás. Eredményeink hozzájárulhatnak a szívritmuszavarok lehetséges okainak jobb megértéséhez és ezáltal új terápiás stratégiák (kloridáramot befolyásoló gyógyszerek) kifejlesztéséhez.
Results in English
Calcium-activated chloride current has an important role in the electrical activity of the heart. It may trigger life-threatening arrhythmias in diseased states, like heart failure. Some articles reported that the current reduces the development of arrhythmia triggering events in experimental models. The goal of this project was to systematically explore differences in the properties and role of the current in cells derived from various cardiac regions. In our research we proved the calcium-dependence of the current and described chloride ion as its possible charge carrier. Our results strengthened and explored the role of the current in the electrical activity of the cardiac myocytes of various cardiac regions. Cells located underneath the outer surface of the heart possessed larger current during the action potential than those from other regions. Calcium-activated chloride current reduces the extent of regional differences in electrical activity, thereby contributes to the antiarrhythmic role of the current. We described the calcium-dependence of the current and revealed that the calcium release from intracellular calcium stores is not essential for the activation of the current. Our results can help to understand the possible reasons of cardiac arrhythmias better and may also carry important therapeutic consequences since new antiarrhythmic strategies (including chloride channel modulators) could be designed.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101171
Decision
Yes





 

List of publications

  
Váczi K, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Kistamás K, Horváth B, Bányász T, Nánási PP, Szentandrássy N, Magyar J: 9 anthracene carboxylic acid is more suitable than DIDS for characterization of calcium-activated chloride current during canine ventricular action potential, NAUNYN-SCHMIEDEBERGS ARCHIVES OF PHARMACOLOGY 388: (1) pp. 87-100., 2015
Szentmiklósi JA, Szentandrássy N, Hegyi B, Horváth B, Magyar J, Bányász T, Nánási PP.: Chemistry, Physiology, and Pharmacology of β-Adrenergic Mechanisms in the Heart. Why are β-Blocker Antiarrhythmics Superior?, CURRENT PHARMACEUTICAL DESIGN 21: (8) pp. 1030-1041., 2015
Magyar J, Bányász T, Szentandrássy N, Kistamás K, Nánási PP, Satin J.: Role of gap junction channel in the development of beat-to-beat action potential repolarization variability and arrhythmias., CURRENT PHARMACEUTICAL DESIGN 21: (8) pp. 1042-1052., 2015
Szentandrássy N, Nagy D, Hegyi B, Magyar J, Bányász T, Nánási PP.: Class IV Antiarrhythmic Agents: New Compounds using an Old Strategy., CURRENT PHARMACEUTICAL DESIGN 21: (8) pp. 977-1010., 2015
Hegyi B, Vaczi K, Gonczi M, Kistamas K, Ruzsnavszky F, Horvath B, Banyasz T, Magyar J, Nanasi PP, Szentandrassy N: TMEM16A mediated calcium-activated chloride current synchronizes repolarization within mammalian ventricular myocardium, EUROPEAN HEART JOURNAL 35: Abstract Suppl. 448, 2014
Hegyi B, Vaczi K, Ruzsnavszky F, Kistamas K, Gonczi M, Horvath B, Banyasz T, Magyar J, Nanasi P, Szentandrassy N: Two sides of the same coin: integrative role of the calcium-activated chloride channels, CARDIOVASCULAR RESEARCH (ISSN: 0008-6363) 103 Suppl.1: p. S18., 2014
Hegyi B, Váczi K, Ruzsnavszky F, Kistamás K, Gönczi M, Horváth B, Bányász T, Magyar J, Nánási PP, Szentandrássy N: Two sides of the same coin: Integrative role of the calcium-activated chloride channels in the ventricular myocardium, ACTA PHYSIOLOGICA (ISSN: 1748-1708) 211 Suppl. s697: pp. 86-87., 2014
Ruzsnavszky F, Hegyi B, Kistamás K, Váczi K, Horváth B, Szentandrássy N, Bányász T, Nánási PP, Magyar J: Asynchronous activation of calcium and potassium currents by isoproterenol in canine ventricular myocytes., NAUNYN-SCHMIEDEBERGS ARCHIVES OF PHARMACOLOGY 387: (5) pp. 457-467., 2014
Szentandrássy N, Kistamás K, Hegyi B, Horváth B, Ruzsnavszky F, Váczi K, Magyar J, Bányász T, Varró A, Nánási PP.: Contribution of ion currents to beat-to-beat variability of action potential duration in canine ventricular myocytes., PFLÜGERS ARCHIV - EUROPEAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY (ISSN: 0031-6768) [Epub ahead of print], 2014
Farkas V, Szentandrássy N, Bárándi L, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Ruzsnavszky O, Horváth B, Bányász T, Magyar J, Márton I, Nánási PP.: Interaction between Ca(2+) channel blockers and isoproterenol on L-type Ca(2+) current in canine ventricular cardiomyocytes., Acta Physiol (Oxf). 2012 Sep;206(1):42-50., 2012
Hegyi B, Váczi K, Ruzsnavszky F, Kistamás K, Horváth B, Magyar J, Bányász T, Nánási PP, Szentandrássy N: Dispersion and role of calcium-activated chloride current in different regions of mammalian ventricular myocardium., CARDIOLOGICA HUNGARICA 43: pp. B10., 2013
Szentandrássy N, Farkas V, Bárándi L, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Horváth B, Bányász T, Magyar J, Márton I, Nánási PP.: Role of action potential configuration and the contribution of Ca2+ and K+ currents to isoprenaline-induced changes in canine ventricular cells., Br J Pharmacol. 2012 Oct;167(3):599-611., 2012
Hegyi B, Bárándi L, Komáromi I, Papp F, Horváth B, Magyar J, Bányász T, Krasznai Z, Szentandrássy N, Nánási PP.: Tetrodotoxin blocks L-type Ca2+ channels in canine ventricular cardiomyocytes., PFLÜGERS ARCHIV - EUROPEAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY 464: (2) pp. 167-174. (2012), 2012
Gönczi M, Birinyi P, Balázs B, Szentandrássy N, Harmati G, Könczei Z, Csernoch L, Nánási PP.: Age-dependent changes in ion channel mRNA expression in canine cardiac tissues., GENERAL PHYSIOLOGY AND BIOPHYSICS 31: (2) pp. 153-162. (2012), 2012
Szabó L, Szentandrássy N, Kistamás K, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Váczi K, Horváth B, Magyar J, Bányász T, Pál B, Nánási PP.: Effects of tacrolimus on action potential configuration and transmembrane ion currents in canine ventricular cells., NAUNYN-SCHMIEDEBERGS ARCHIVES OF PHARMACOLOGY 2012 Dec 19. [Epub ahead of print], 2012
Farkas V, Szentandrássy N, Bárándi L, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Ruzsnavszky O, Horváth B, Bányász T, Magyar J, Márton I, Nánási PP.: Interaction between Ca(2+) channel blockers and isoproterenol on L-type Ca(2+) current in canine ventricular cardiomyocytes., Acta Physiol (Oxf). 2012 Sep;206(1):42-50., 2012
Szentandrássy N, Farkas V, Bárándi L, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Horváth B, Bányász T, Magyar J, Márton I, Nánási PP.: Role of action potential configuration and the contribution of Ca2+ and K+ currents to isoprenaline-induced changes in canine ventricular cells., Br J Pharmacol. 2012 Oct;167(3):599-611., 2012
Gönczi M, Birinyi P, Balázs B, Szentandrássy N, Harmati G, Könczei Z, Csernoch L, Nánási PP.: Age-dependent changes in ion channel mRNA expression in canine cardiac tissues., GENERAL PHYSIOLOGY AND BIOPHYSICS 31: (2) pp. 153-162. (2012), 2012
Szabó L, Szentandrássy N, Kistamás K, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Váczi K, Horváth B, Magyar J, Bányász T, Pál B, Nánási PP.: Effects of tacrolimus on action potential configuration and transmembrane ion currents in canine ventricular cells., NAUNYN-SCHMIEDEBERGS ARCHIVES OF PHARMACOLOGY 2012 Dec 19. [Epub ahead of print], 2012
Hegyi B, Komáromi I, Kistamás K, Ruzsnavszky F, Váczi K, Horváth B, Magyar J, Bányász T, Nánási PP, Szentandrássy N.: Tetrodotoxin blockade on canine cardiac L-type Ca2+ channels depends on pH and redox potential., Mar Drugs. 11(6):2140-53., 2013
Hegyi B, Komáromi I, Nánási PP, Szentandrássy N.: Selectivity problems with drugs acting on cardiac Na+ and Ca2+ channels., Curr Med Chem. 20(20):2552-71., 2013
Kistamás K, Szentandrássy N, Hegyi B, Ruzsnavszky F, Váczi K, Bárándi L, Horváth B, Szebeni A, Magyar J, Bányász T, Kecskeméti V, Nánási PP.: Effects of pioglitazone on cardiac ion currents and action potential morphology in canine ventricular myocytes., Eur J Pharmacol. 710(1-3):10-9., 2013
Szentandrassy N, Papp F, Hegyi B, Bartok A, Krasznai Z, Nanasi PP.: Tetrodotoxin blocks native cardiac L-type calcium channels but not CaV1.2 channels expressed in HEK cells., J Physiol Pharmacol. 64(6):807-10., 2013



Back »