Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Department of Pharmacology and Pharmacotherapy (University of Szeged)
Participants
Horváth, Zoltán László Koncz, István Kristóf, Attila András
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-07-31
Funding (in million HUF)
9.001
FTE (full time equivalent)
3.47
state
closed project
Summary in Hungarian
A jelen kutatási tervjavaslat célja a tranziens kifelé haladó áram (Ito) kamrai repolarizációban betöltött szerepének tanulmányozása. Legfrissebb információk szerint a specifikus IKs gátlónak tartott chromanol 293B a késői egyenirányító kálium áram lassú komponensén (IKs) kívül blokkolja az Ito-t is . Ez lehetőséget adna annak tanulmányozására, hogy az Ito gátlása miképpen befolyásolja a kamrai repolarizációt. A specifikus IKs gátló L-735,821 jelenlétében az akciós potenciálban chromanol 293B hatására bekövetkező változások ugyanis az Ito blokk hatását tükröznék. A tervjavaslatban az alábbi kérdésekre szertnénk választ kapni: Befolyásol-e az Ito és a IKs áramokon kívül más transzmembrán ionáramot a chromanol 293B? Az Ito ionáram gátlása (100 microM chromanol 293B) megnyújtja-e a kamrai szívizom repolarizációját kutya endokardiális preparátumokon, és ha igen, akkor ennek milyen a frekvenciafüggése? Hogyan befolyásolja az Ito ionáram gátlása a kamrai repolarizációt kutya epikardiális preparátumokon? Miként változik chromanol 293B hatására a kamrai repolarizáció tengerimalac és humán preparátumokon? Van-e jelentős szerepe az Ito lassan inaktiválódó fázisának az akciós potenciál repolarizációjában? Milyen tulajdonságai vannak az a 4-aminopyridin független Ito áramnak (Ito2) kutya és humán kamrai miocitán? A kutatási tervjavaslatban vázolt vizsgálatok eredményeképpen született adatok várhatóan hozzájárulnak az akciós potenciál repolarizáció mechanizmusának, illetve ebben a tranziens kifelé haladó áram szerepének mélyebb megismeréséhez és az aritmiamechanizmus alaposabb megértéséhez ami serkentőleg hathat új hatásmechanizmusú, az eddigieknél hatásosabb és kisebb proaritmiás hatással bíró gyógyszerek kifejlesztésére.
Summary
The major goal of this project is to evaluate the role of the transient outward current (Ito) in ventricular repolarization of the mammalian heart. According to recent information the IKs blocker chromanol 293B inhibits not only the slow component of the delayed rectifier potassium current (IKs) but also Ito, which give us a chance to investigate how Ito blockade influences the cardiac repolarization. In the presence of the specific IKs blocker L-735,821 the changes in the action potential after application of chromanol 293B would reflect the effect of Ito block. In this project we would like to answer the following question: Does chromanol 293B affect transmembrane ion currents other than IKs and Ito? Does blockade of Ito (100 microM chromanol 293B) lengthen the ventricular repolarization in dog endocardial preparations? How does this effect depend on the stimulation frequency? How does the blockade of Ito affect the ventricular repolarization in dog epicardial preparations? How does chromanol 293B affect the ventricular repolarization in guinea-pig and human preparations? Does the slow inactivation phase of Ito have significant role in the repolarization of the action potential? What are the major characteristics of the 4-aminopyridine resistant Ito current (Ito2) in dog and human ventricular myocytes? The results of the experiments planned in this project expectedly contribute to a better understanding of the mechanism of cardiac repolarization and the role of transient outward current in the repolarization process and may stimulate the development of more effective new antiarrhythmic drugs with less proarrhythmic potency.
Final report
Results in Hungarian
A kutatási programunk keretében megvizsgáltuk a tranziens kifelé haladó kálium áramnak (Ito), a kamrai repolarizációban betöltött szerepét emlős szívizomban. Kísérleteinkben a lassú késői egyenirányító kálium áramot (IKs) gátló chromanol 293B nagy koncentrációban szelektíven gátolta az Ito áramot kutya kamrai szívizomban feltéve, hogy a kísérleteket egy IKs blokkoló szer jelenlétében végeztük. Így a chromanol 293B alkalmas eszköz volt a célkitűzésben leírt vizsgálatok elvégzésére. Megállapítottuk, hogy az Ito lassú komponense jelentős repolarizáló erőt jelenthet a plató fázis korai szakaszában, azaz amikor más repolarizáló ionáramok relatíve gyengék, valamint a plató fázis késői szakaszában reaktiválódó áram (Ito “window” áram) szintén hozzájárulhat a repolarizációhoz. Úgy találtuk, hogy Ito gátlás hatására szignifikánsan megnyúlt az akciós potenciál mind epikardiális, mind endokardiális preparátumokon. Dofetilid alkalmazásával beszűkített repolarizációs tartalékkal rendelkező preparátumokon végzett kísérleteinkben az Ito áram gátlása nagyon nagymértékben megnyújtotta a repolarizációt, több esetben korai utódepolarizációt indukálva. Munkánk legfontosabb következtetése az, hogy a tranziens kifelé haladó kálium áram nemcsak közvetett módon, a plató fázis potenciáljának modulálásával, hanem közvetlenül is befolyásolja a repolarizációt kutya kamrai szívizomban, valamint jelentősen hozzájárul a repolarizációs tartalékhoz.
Results in English
In our research project we studied the role of transient outward potassium current (Ito) in the repolarization of mammalian heart. In our experiments the slow delayed rectifier (IKs) blocker chromanol 293B at high concentration selectively blocked Ito in dog ventricular muscle provided that the experiments were performed in the presence of an IKs blocking compound. Therefore, chromanol 293B was a suitable tool to fulfill the experiments described in the study proposal. We observed that the slowly inactivating component of the current represents significant repolarizing force during the initial phase of the action potential plateau, i.e. when other membrane currents are relatively week. The current reactivated in the later phase of the plateau (Ito “window” current) may also contribute to the repolarization. We found that blockade of Ito significantly lengthened the repolarization in both epicardial and endocardial preparations. Ito block dramatically prolonged the action potential when the repolarization reserve was impaired by previous application of dofetilide frequently inducing early afterdepolarizations. The main finding of the present project is that the transient outward potassium current in addition to indirectly modulate the plateau phase, can also directly alter the repolarization in dog ventricular muscle and can be regarded as an important contributing factor to the repolarization reserve.
Lengyel Cs, Virág L, Kovács PP, Kristóf A, Pacher P, Kocsis E, Koltay ZM, Nánási PP, Tóth M, Kecskeméti V, Papp JG, Varró A, Jost N.: Role of slow delayed rectifier K+-current in QT prolongation in the alloxan-induced diabetic rabbit heart., Acta Physiol (Oxf), 192(3):359-68, 2008
Virág L, Acsai K, Hála O, Zaza A, Bitay M, Bogáts G, Papp JGy and Varró A.: Self augmentation of the lengthening of repolarization is related to the shape of the cardiac action potential: implication for reverse rate dependency, Br J Pharmacol, 156:1076–1084, 2009
Virág L, Jost N, Papp R, Koncz I, Kristóf A, Kohajda Zs, Harmati G, Carbonell-Pascual B, Ferrero JM, Papp J Gy, Nánási PP, Varró A.: Analysis of the contribution of Ito to repolarization in canine ventricular myocardium, Br J Pharmacol, közlésre beadva, 2010
