 |
Examination of the possible mechanisms involved in the delayed antiarrhythmic effect of sodium nitrite
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
121104 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Kovács, Mária |
| Title in Hungarian |
A nátrium nitrit késői antiaritmiás hatásában szerepet játszó mechanizmusok vizsgálata |
| Title in English |
Examination of the possible mechanisms involved in the delayed antiarrhythmic effect of sodium nitrite |
| Keywords in Hungarian |
nátrium nitrit, aritmia, szívizom iszkémia és reperfúzió, mitokondrium, réskapcsolat |
| Keywords in English |
sodium nitrite, arrhythmia, myocardial ischaemia and reperfusion, mitochondria, gap junctions |
| Discipline |
| Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology |
| Department or equivalent |
Institute of Biochemistry (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2019-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
15.090 |
| FTE (full time equivalent) |
2.10 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Jól ismert, hogy a szerves nitrit és nitrátok a szív iszkémiás megbetegedéseinek javításán belül pl. a kamrai aritmiák csökkentésében is fontos szerepet játszanak. Az elmúlt évtized ígéretes felismerése volt, hogy a korábban inert molekulának tekintett anorganikus nitritek és nitrátok, fontosak a nitrogén monoxid védőhatásának közvetítésében. A nitritek, amelyek a NO oxidatív metabolitjai, iszkémiás körülmények között (hipoxia, anoxia, csökkent pH) könnyen NO-dá redukálódnak. Ez az enzim-független NO képződés különösen fontos lehet iszkémiában, amikor a nitrogén monoxidot szintetizáló (NOS) enzimek működése az oxigén hiány következtében korlátozottá válik. Emiatt a nitritek a NO alapvető, természetes raktárának tekinthetők. Korábbi kísérleteinkben igazoltuk, hogy a nátrium nitrit iszkémia előtti, illetve az iszkémia alatti, de a reperfúziót megelőző adása erőteljesen csökkenti az akut koszorúér okklúzió és reperfúzió során megjelenő kamrai aritmiákat. Ugyancsak korábbi adataink kimutatták, hogy a nátrium nitrit antiaritmiás hatást vált ki akkor is, ha 24 órával az iszkémia/reperfúzió kialakítását megelőzően adtuk. Ennek az un. "késői" védőhatásnak a pontos mechanizmusa nem ismert. Nem tudjuk vajon a nitrit önmagában vagy NO-dá alakulva váltja ki a védőhatást. Az sem ismert, hogy milyen folyamatok aktiválódnak a nitrit beadása és az iszkémia kialakítása között eltelt időben. A jelen kutatás fő célkitűzése olyan mechanizmusok vizsgálata, amelyekről feltételezhető, hogy részt vesznek a nátrium nitrit késői antiaritmiás hatásában.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Jól ismert, hogy a NO kulcsfontosságú trigger és mediátor szerepet tölt be a különböző prekondicionáló ingerekkel kiváltható korai és késői védőhatásban. Ugyanakkor nem tudjuk, hogy a nitrit kezelés késői antiaritmiás hatása hasonló mechanizmusok aktiválódásának az eredménye. Tekintettel arra, hogy a NO rendkívül széleskörű szabályozó szerepet tölt be a biológiai folyamatokban, jelen kutatómunkánkban olyan mechanizmusokat választottunk ki és kívánunk vizsgálni, amelyek esetében ismert vagy feltételezhető a NO szabályozó szerepe és amelyek befolyást gyakorolhatnak az késői antiaritmiás hatásban. Ennek megfelelően vizsgálni kívánjuk, hogy a nitrit késői védőhatásában szerepet játszik-e a mitokondrium, valamint a szívizom réskapcsolatok iszkémia hatására bekövetkező strukturális és funkcionális változásának módosulása. Kísérleteket tervezünk a nitrit/NO átalakulás időbeli lefolyásának vizsgálatára is, valamint nitrit hatására bekövetkező génexpressziós és fehérje mennyiségi változásokat is tervezzük nyomon követni.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Eltekintve azoktól a klinikai tanulmányoktól, amelyek különböző kardiovaszkuláris kórképekben (pl. hipertónia) vizsgálták és igazolták a kis dózisban alkalmazott nátrium nitrit kedvező hatását, az eddigi kísérletes vizsgálatok elsődlegesen a nitrit hatásmechanizmusának felderítésére összpontosítottak. Ezeknek a vizsgálatoknak a nagy része 'in vitro' kísérletekben vizsgálta a nátrium nitrit védőhatását és annak lehetséges mechanizmusait. Az erre vonatkozó 'in vivo' vizsgálatok száma meglehetősen csekély, és az iszkémia/reperfúzió okozta aritmiákra gyakorolt hatás vizsgálata teljes mértékben hiányzik. Az általunk alkalmazott modell, amely nagy állatban (kutya) vizsgálja az akut iszkémia és reperfúzió során kialakuló kamrai aritmiák kialakulását és annak gyógyszerekkel történő befolyásolását, majd az így kezelt állatokból vett szívszöveti mintákban, biokémiai és molekuláris módszerek alkalmazásával követi a celluláris szinten bekövetkező változásokat, alkalmat ad a hatás és mechanizmus összefüggésének alaposabb megállapítására. Meggyőződésünk, hogy az anorganikus nitritek hatásmechanizmusának felderítése, az alapkutatáson túlmutatva, a gyakorlat számára is új eredményekkel szolgálhat. Ezt igazolja, hogy az Egyesült Államokban már megkezdődtek a kis dózisban adott anorganikus nitritek és nitrátok hatásának humán vizsgálatai. Tudomásunk szerint hazánkban ezt a kérdést sem kísérletes, sem klinikai szinten nem vizsgálják.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A nitrogén monoxid (NO) folyamatosan termelődik a szervezetben (elsődlegesen az erek falában) és széleskörű szabályozó szerepe van a különböző biológiai folyamatokban. Az érfal károsodása esetén (pl. diabétesz, hipertónia, iszkémiás szívbetegség, stb.) csökken a NO termelés, melynek pótlására és a megfelelő NO szint tartására, a terápiában régóta alkalmazzák az NO leadására képes organikus nitriteket és nitrátokat. Korábbi kísérleteink igazolták, hogy ezek a vegyületek számottevően képesek csökkenteni az iszkémia és reperfúzió során fellépő súlyos kamrai ritmuszavarokat is. Az elmúlt évtizedben az is kiderült, hogy a korábban inertnek tekintett szervetlen nitritek és nitrátok (a NO metabolizmus természetes termékei), szintén képesek NO donorként viselkedni. Ez az un. enzim-független NO képzés különösen jelentős iszkémiás körülmények között, amikor a megfelelő oxigén ellátás hiányában ezek a molekulák könnyen NO-dá redukálódnak. Ennek megfelelően a szervetlen nitritek, mint NO 'raktárak' funkcionálhatnak. A múlt évben közöltük, hogy a szervetlen nátrium nitrit akut adása (közvetlenül az iszkémia vagy a reperfúzió előtt) rendkívül jelentős mértékben csökkenti az iszkémia alatti ritmuszavarokat és fokozza a túlélést. Ugyancsak előzetes eredményeink arra utalnak, hogy hasonló antiaritmiás hatás érhető el, ha a nitritet 24 órával az iszkémiát és megelőzően adjuk. Miután a nitrit ezen késői antiarrhythmiás hatásának a mechanizmusa nem ismert, a jelen kutatómunka elsődleges célja a nitrit terápia késői (24 óra elteltével megjelenő) antiaritmiás hatásának és mechanizmusának felderítése, melynek eredménye a gyakorlat számára is új, hasznosítható információval szolgálhat
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
It is established that organic nitrites and nitrates not only improve ischaemic changes, but they can also suppress the generation of ventricular arrhythmias resulting from ischaemia and reperfusion. A promising recognition of the past decade was that the inorganic nitrites and nitrates, which in the past considered as inert molecules, may play an important role in mediating the protective effects of nitric oxide (NO). These molecules can be readily converted to NO, which occurs primarily under hypoxic or anoxic conditions, when a drop in pH and oxygen tension promotes reductive processes. This enzyme-independent NO formation might be important during ischaemia, when in the absence of oxygen, nitric oxide synthase enzymes are inhibited. Thus, nitrite can serve as a fundamental natural store of NO. We have previously showed that sodium nitrite, given acutely either prior to ischaemia or just prior to reperfusion, markedly reduced the severity of ventricular arrhythmias in anaesthetized dogs. Furthermore, sodium nitrite also evoked delayed antiarrhythmic protection 24h after drug administration. However, the mechanisms of this nitrite-induced delayed protection is still not known. It is still unclear, whether nitrite itself, or after its conversion to NO evokes the protection. It is not known, which mechanism are responsible for the delayed protection over the 24h period that elapses between drug administration and ischaemia. The aim of the present research is, therefore, to examine, those mechanisms, which might be involved in the delayed carrdioprotective effect of sodium nitrite.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
It is well established that NO is a key trigger and mediator in the preconditioning-induced early and delayed cardioprotection. However, we do not know, whether in the delayed protective effect of nitrite administration similar pathways are activated. Since, NO has a widespread modulator action on various biological processes, we have selected different mechanisms, in which the regulator role of NO can be suspected, and which are associated with arrhythmia generation as well. Thus, we plan to examine the alterations of mitochondrial and gap junctional structure and function in the delayed protective effect of nitrite. We also plan to examine in two species (rats and dogs), whether nitrite itself or after conversion to NO would elicit the protection. Experiments are designed to follow the time course changes of the nitrite/NO conversion, as well as of gene and protein expressions of mitochondrial complex I and connexin43 after nitrite administration. Changes of these proteins during ischaemia and reperfusion may be also associated with arrhythmia generation.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Apart from those clinical studies, which have examined and proved the salutary effects of low dose of inorganic nitrites in various cardiovascular diseases (e.g. hypertonia), most of the experimental work was primary focused on the exploration of mechanisms, involved in the nitrite-induced cardioprotection. The majority of these examinations used, however, ‘in vitro’ experiments, there are only few studies, which were carried out under ‘in vivo’ conditions, and there is no study, which would have examined the protective effect of nitrite in relation to arrhythmias. Our established ‘in vivo’ canine model of ischaemia and reperfusion allows the simultaneous assessment of a drug effect and then, by taking blood and tissue samples from these experiments, of the underlying mechanisms, by applying ‘in vitro’ biochemical and molecular biological methods. We are convinced that such a comprehensive experimental approach can provide a useful tool for finding possible relationship between drug effect and mechanism. We believe that the exploration of mechanisms involved in the nitrite-induced delayed cardioprotection would provide important, useful and novel information for clinical cardiology as well. This is supported by the fact that clinical trials have already been started in USA with the administration of low doses of nitrite in various cardiovascular diseases. According to our best knowledge the nitrite-induced cardioprotective effect is not examined in our country.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
There is ample of evidence that nitric oxide (NO) is constitutively formed in the body (primarily in the vascular endothelium) and regulates a number of various biological functions. When the vascular endothelium is injured (e.g. diabetes, hypertonia, ischaemic heart disease, etc.) the NO synthesis is reduced. In the therapy organic nitrites and nitrates, which donate NO, are used for a long time to replace the loss of NO synthesis and maintain adequate NO bioavailability. Our own previous studies provided evidence that these drugs protect the myocardium against the ischaemia and reperfusion-induced severe ventricular arrhythmias as well. More recently, it has become evident that not only the organic, but the inorganic nitrites and nitrates, which were considered as inert molecules without own biological activity, can also form NO. This enzyme-independent NO formation is particularly marked under ischaemic conditions, when in the absence of adequate oxygen supply these molecules readily reduce back to NO. We have just recently reported that infusing sodium nitrite prior to ischaemia or before reperfusion, the severity of arrhythmias is markedly reduced and survival is increased. We have also some evidence that a similar effect can be achieved, when nitrite is given 24h prior to ischaemia and reperfusion. Since the mechanism of this delayed protection is not known, the present research aim to examine the the alterations in mitochondrial and in gap junctional morphology and function in the protective effect of nitrite. We are convinced that the results would provide therapeutically useful, novel information.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
