![](img/space.gif) |
A spontán automácia mechanizmusának vizsgálata a szív nodális szöveteiben: létezik-e úgynevezett „pacemaker-rezerv”?
|
súgó
nyomtatás
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Projekt adatai |
|
|
azonosító |
![](img/space.gif) 129117 |
típus |
FK |
Vezető kutató |
Nagy Norbert |
magyar cím |
A spontán automácia mechanizmusának vizsgálata a szív nodális szöveteiben: létezik-e úgynevezett „pacemaker-rezerv”? |
Angol cím |
Investigation of the mechanism of spontaneous automaticity in cardiac nodal tissues: does the potential „pacemaker-reserve” exist? |
magyar kulcsszavak |
automácia, NCX, funny-áram, szinusz-csomó, Purkinje-rost |
angol kulcsszavak |
automaticity, NCX, funny-current, sinus-node, Purkinje-fibre |
megadott besorolás |
Kardiovaszkuláris rendszer (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 60 % | Ortelius tudományág: Szív- és véredényrendszer | Biológiai rendszerek elemzése, modellezése és szimulációja (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 40 % | Ortelius tudományág: Sejtbiológia |
|
zsűri |
Élettan, Kórélettan, Gyógyszertan és Endokrinológia |
Kutatóhely |
Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet (Szegedi Tudományegyetem) |
résztvevők |
Gazdag Péter Morvay Nikolett Nagy Zsófia Ördög Balázs Prorok János Szlovák Jozefina
|
projekt kezdete |
2018-09-01 |
projekt vége |
2023-02-28 |
aktuális összeg (MFt) |
40.000 |
FTE (kutatóév egyenérték) |
10.56 |
állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A szív folyamatos, ritmikus működését a szinusz csomó által generált ingerek biztosítják, amelyek egy jól összehangolt mechanizmus révén jönnek létre. Azonban a pacemaker folyamat pontos elektrofiziológiai mechanizmusa nem teljesen ismert. Két, egymásnak részben ellentmondó elméletet írtak le az ingerképzés mechanizmusának magyarázatára: az egyik a hiperpolarizáció aktivált, úgynevezett „funny” áram (If), amely inward áramot szállítva depolarizálja a membránt a diasztolés fázis alatt. Ezt a koncepciót vitatta az úgynevezett „kalcium-clock” hipotézis, amely szerint a szarkoplazmatikus retikulum által generált, spontán, ritmikus Ca2+-felszabadulások a pacemaker funkció fő ritmusgenerátorai. Ez a felszabaduló Ca2+, különböző ioncsatornákon keresztül átkapcsolódva (legfőképp a Na+/Ca2+ cseremechanizmuson) depolarizálja a membránt. A legújabb kutatások igyekeznek összhangba hozni a két modellt, egy „coupled-clock” mechanizmust feltételezve. Ugyanakkor, nem rendelkezünk direkt bizonyítékokkal a Na/Ca cseremechanizmus (NCX) pacemaker folyamatban való szerepéről, mert ez idáig nem volt elérhető egy valóban hatékony, szelektív NCX gátló vegyület. Munkánk egyik célkitűzése az NCX pacemaker folyamatban való szerepének vizsgálata, egy szelektív NCX gátló vegyület, az ORM-10962 segítségével, emlős és humán szinusz csomóban, valamint Purkinje rostban. Legfőbb célunk azonban annak vizsgálata, hogy a spontán automácia rendelkezik-e „rezerv” kapacitással, azaz létezik-e funkcionális kooperáció az NCX és If között, és amennyiben igen milyen következményei vannak a spontán automáciában egészséges szíven és szívelégtelenségben.
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. A kutatás kiinduló hipotézise, hogy az NCX áram szerepet játszik a spontán automáciában, és szoros összhangban működik az If árammal. Az összhang eredménye egy erős „pacemaker rezerv” amely értelmében az egyik vagy másik áram gátlása nem okoz jelentős frekvencia lassulást, mert a másik, nem gátolt áram képes kompenzálni a gátlásból eredő hatást. Ez a redundáns automácia a biztosíték arra, hogy a szinusz működés, mint az élet nélkülözhetetlen feltétele a változó körülmények (gyógyszer mellékhatások, toxikus ártalmak) ellenére is zavartalan maradjon. A vizsgálatsorozat választ adna arra a közel 20 éves kérdésre, miszerint ha az If áram kiemelt fontosságú a szinusz működésben, miért van az, hogy az If áram gátlásával semmiképpen nem állítható meg a szinusz működés? Hasonlóképpen, mi annak a magyarázata, hogy a szinusz-csomó sejt Ca2+ ciklusának közel teljes szupresszálása sem állítja meg a spontán automáciát? További vizsgálatok tárgyát képezné az a feltételezés, miszerint a krónikus szívelégtelenség során tapasztalható szinusz-bradikardia nemcsak az If áramot szállító csatornaprotein expressziójának csökkenéséből adódik, hanem az If-NCX kapcsolat jelentősen gyengülése is hozzájárul.
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! A spontán automácia jelenleg elfogadott elképzelése szerint az If áram és az NCX a diasztolés depolarizáció egy-egy szakaszáért felelős, közöttük indirekt kapcsolat van („coupled-clock” teória). A kutatás legfőbb jelentősége, hogy amennyiben hipotézisünk igazolást nyer, elmondható hogy a spontán ingerképzés is hasonló redundáns folyamat eredménye, mint az akciós potenciál repolarizációja, vagy a vér stabil pH értékének fenntartása, illetve sok más egyéb folyamat is a szervezetben. Ez által a két áram szerepe nem csak a diasztolés depolarizáció egy-egy szakaszára korlátozódik, hanem sokkal többet jelent: egy olyan általános védelmi mechanizmusról beszélhetünk, amely révén a szervezet saját integritását – jelen esetben a stabil szívműködést – igyekszik fenntartani. Ennek jelentősége lehet mind élettani mind kórélettani szempontból, valamint a gyógyszerbiztonság és a toxikológia területén is. A szinusz-csomó elektrofiziológiai vizsgálatára felálló kutatócsoportunk egyedülálló lenne abból a szempontból, hogy Magyarországon mindezidáig a szinusz-csomó működésével elsősorban csak klinikai vizsgálatok során foglalkoztak. Kutatócsoportunk lehetne az első az országban, amely modern eszközök segítségével mélyrehatóan tanulmányozhatná a szinusz-csomó celluláris elektrofiziológiáját és ingerképzés mechanizmusát. Intézetünk nemzetközi szinten abba a viszonylag szűk körbe tartozik, amelynek lehetősége adódik egészséges humán donor szíveken dolgozni. Mivel humán szíven rendkívül kevés információ áll rendelkezésre a szinusz csomó vagy Purkinje rost spontán ingerképzéséről celluláris szinten, minden megszerzett információ nagy jelentőséggel bírhat.
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 szinusz-csomó a szív jobb pitvarának falában elhelyezkedő sejtcsoport, amelynek ritmikus ingerképzése az élet nélkülözhetetlen feltétele. Ugyanakkor számos szívbetegség során kimutatható a szinusz-csomó kóros működése, amely során vagy súlyos ritmuszavarok jönnek létre, vagy nagymértékben lelassul az ingerképzés. A szinusz-csomó rendkívüli jelentősége ellenére a spontán ingerképzés folyamatát nem ismerjük pontosan. Jelenleg két ioncsatorna-mechanizmus együttműködését valószínűsítik az ingerképzésben: az úgynevezett pacemaker áramot, és a Na+/Ca2+ kicserélőt, azonban ez utóbbi szerepéről nincs direkt bizonyítékunk szelektív gátlószer hiányában. További kérdés, hogy a pacemaker áram szelektív gátlásával a szinusz-csomó működés nem állítható meg. A jelen kísérletsorozat célja kettős: egyrészt szeretnénk direkt bizonyítékot szolgáltatni a Na+/Ca2+ kicserélő spontán ingerképzésben betöltött szerepéről egy új szelektív gátlószer az ORM-10962 segítségével. Másrészt célul tűztük ki annak a hipotézisnek a vizsgálatát, hogy a spontán ingerképzésért felelős két mechanizmus (Na+/Ca2+ kicserélő és pacemaker áram) kooperációja funkcionális következménnyel is jár, amely során egy úgynevezett „ingerképzési tartalék” jön létre. Ez azt feltételezi, hogy a fent említett két mechanizmus egymást segítve, kiegészítve hozza létre az ingereket, így az egyik vagy a másik mechanizmus gátlása nem jár számottevő szinusz-csomó lassulással. Ez magyarázhatná a fent említett problémát, továbbá egy fontos biztonsági tartalékot jelentene a szinusz működés számára, amely lehetővé teszi, hogy az ingerképzés változó körülmények között (betegségek, toxikus ártalmak) is relatíve stabil maradjon.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The life-long, rhythmic beating of the heart is initiated and governed by a fine-tuned complex mechanism of sinus-node cells. However the exact mechanism of the pacemaking is not fully understood. Two competing models were provided to describe the spontaneous automaticity: the hyperpolarization activated, so-called “funny-current” (If) carrying inward current slowly depolarizes the membrane during the diastolic phase. This concept was later challenged by the so-called “Ca2+-clock” hypothesis claiming that the rhythmic oscillatory Ca2+ releases from the sarcoplasmic reticulum is the main mechanism of sinus-node pacemaking. This released Ca2+ is coupled with different ion channels and transporters (primarily the Na+/Ca2+ exchanger) and depolarizes the membrane. The latest results aim to synthesize these theories suggesting a “coupled-clock” model, however direct evidence regarding the role of the NCX on spontaneous automaticity is not available so far because of the lack of selective inhibitor. The aim of this study is to investigate the role of NCX current in the pacemaker mechanism of rabbit and human sinus-node and Purkinje-fibres. Our main aim is to explore a potential “reserve capacity” of the spontaneous automaticity, or in other words, is there any cooperation between the If and NCX, and what could be the possible functional consequences in the pacemaking in undiseased heart as well as in heart failure.
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. The hypothesis of the study is the NCX current has an important role in the spontaneous automaticity and functions with close cooperation with the If current. The result of this crosstalk is a strong „pacemaker-reserve” which means that the individual inhibition of If or NCX may not cause marked decrease in the frequency, because the other, not inhibited current may be able to compensate for the effect of inhibition. This redundant automaticity may provide a safety margin for the sinus function, supporting stable pacemaking during various circumstances (e.g.: adverse drug effects, several toxic effects). The research aims to provide answers for a more than 20 years old debate claiming the inhibition of the If current does not stop the sinus beating. Similarly, the suppression of the Ca2+ handling of the sinus cell does not cease spontaneous firing. Furthermore, we assume that the sinus-bradycardia during chronic heart failure is not only the consequence of the downregulation of the channel protein carrying the If current but the attenuation of the If-NCX crosstalk may contribute in some extent.
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. The current concept of pacemaking describes the diastolic depolarization as a function of the If and NCX where both current is responsible for a defined section of the diastolic depolarization. The If and NCX operates together during depolarization and an indirect coupling could be found between them. The major significance of this research – if our hypothesis is confirmed – is the pacemaking process may be a redundant mechanism similarly with the action potential repolarization, or the pH control of the blood, or many other processes in the body. This means that the function of If and NCX is not only to control a given section of the diastolic depolarization but together may establish a safety margin by which the body is able to maintain its integrity. These results may have importance both in physiological and pathophysiological functions as well as in safety pharmacology and toxicology. Our sinus-node electrophysiology research team could be unique since the sinus-node research was confined primarily to clinical investigation in Hungary so far. Our research team could be the first in the country performing detailed sinus-node electrophysiology with modern techniques. In international level, our institute has the unique possibility to work with undiseased human donor hearts. Since we have very limited information about human cellular sinus-node or Purkinje-fibre electrophysiology all obtained data may have marked significance.
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. The sinus-node is located in the right atrium of the heart which rhythmic impulse generation is a crucial requirement of the life. In the same time several cardiac diseases involve the sinus node establishing arrhythmias or considerable decrease in sinus rhythm. Even though its pivotal importance, the exact mechanism of the impulse generation is not fully understood. Recently the cooperation of two ion channel mechanisms is suspected in the pacemaking: the pacemaker current and the Na+/Ca2+ exchanger, however the latest has not been experimentally proved because of the lack of selective inhibitor. Further question is that the sinus-node function could not been stopped by the selective inhibition of the pacemaker current. This research has two aims: we would like to prove direct evidences regarding the role of Na+/Ca2+ exchanger in the pacemaker mechanism by using a new, selective inhibitor ORM-10962. Our further aim to investigate a hypothesis, suggesting that the cooperation of these mechanisms (pacemaker current and Na+/Ca2+ exchanger) has important functional consequence by establishing a so-called “pacemaker reserve”. This assumes that these mechanisms support the function of each other, thus the inhibition of one current may not cause significant decrease in pacemaking. It may explain the problem mentioned above, furthermore it may provide an important safety margin for stable pacemaking during various circumstances (heart diseases, toxic effects).
|
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Közleményjegyzék |
|
|
Alexandra Polyák, Leila Topal, Noémi Zombori-Tóth, Noémi Tóth, János Prorok, Zsófia Kohajda, Szilvia Déri, Vivien Demeter-Haludka, Péter Hegyi, Viktória Venglovecz, Gergely Ágoston, Zoltán Husti, Péter Gazdag, Jozefina Szlovák, Tamás Árpádffy-Lovas, Muhammad Naveed, Annamária Sarusi, Norbert Jost, László Virág, Norbert Nagy, István Baczkó, Attila S Farkas, András Varró: Cardiac electrophysiological remodeling associated with enhanced arrhythmia susceptibility in a canine model of elite exercise, Elife, 2023 | Péter Kui, Alexandra Polyák, Nikolett Morvay, László Tiszlavicz, Norbert Nagy, Balázs Ördög, Hedvig Takács, István Leprán, András Farkas, Julius Gy Papp, Norbert Jost, András Varró, István Baczkó, Attila S Farkas: Long-Term Endurance Exercise Training Alters Repolarization in a New Rabbit Athlete's Heart Model, Frontiers in Physiology, 2022 | Norbert Nagy, Noémi Tóth, Péter P Nánási: Antiarrhythmic and Inotropic Effects of Selective Na+/Ca2+ Exchanger Inhibition: What Can We Learn from the Pharmacological Studies?, International Journal Of Molecular Sciences, 2022 | Noémi Tóth, Axel Loewe, Jozefina Szlovák, Zsófia Kohajda, Gergő Bitay, Jouko Levijoki, Julius Gy Papp, András Varró, Norbert Nagy: The reverse mode of the Na+/Ca2+ exchanger contributes to the pacemaker mechanism in rabbit sinus node cells, Scientific Reports, 2022 | Gergő Bitay, Noémi Tóth, Szilvia Déri, Jozefina Szlovák, Zsófia Kohajda, András Varró, Norbert Nagy: The Inhibition of the Small-Conductance Ca2+-Activated Potassium Channels Decreases the Sinus Node Pacemaking during Beta-Adrenergic Activation, Pharmaceuticals, 2022 | András Varró, Jakub Tomek, Norbert Nagy, László Virág, Elisa Passini, Blanca Rodriguez, István Baczkó: Cardiac transmembrane ion channels and action potentials: cellular physiology and arrhythmogenic behavior, Physiological Reviews, 2021 | Axel Loewe, Yannick Lutz, Deborah Nairn, Alan Fabbri, Norbert Nagy, Noemi Toth, Xiaoling Ye, Doris H. Fuertinger, Simonetta Genovesi, Peter Kotanko, Jochen G. Raimann, Stefano Severi: Hypocalcaemia-Induced Slowing of Human Sinus Node Pacemaking, Biophysical Journal, 2019 | Axel Loewe, Yannick Lutz, Norbert Nagy, Alan Fabbri, Christoph Schweda, András Varro, Stefano Severi: Inter-Species Differences in the Response of Sinus Node Cellular Pacemaking to Changes of Extracellular Calcium, Engineering in Medicine and Biology Conference - 2019, 2019 | Alexandra Polyák, Péter Kui, Nikolett Morvay, István Leprán, Gergely Ágoston, Albert Varga, Norbert Nagy, István Baczkó, András Farkas, Julius Gy. Papp2, András Varró, Attila S. Farkas: Long-term endurance training-induced cardiac adaptation in new rabbit and dog animal models of the human athlete’s heart, Reviews In Cardiovascular Medicine, 2019 | Zsófia Kohajda, Noémi Tóth, Jozefina Szlovák, Axel Loewe, Gergő Bitay, Péter Gazdag, János Prorok, Norbert Jost , Jouko Levijoki, Piero Pollesello, Julius Gy Papp, András Varró, Norbert Nagy: Novel Na +/Ca 2+ Exchanger Inhibitor ORM-10962 Supports Coupled Function of Funny-Current and Na +/Ca 2+ Exchanger in Pacemaking of Rabbit Sinus Node Tissue, Frontiers in Pharmacology, 2020 | Zsófia Kohajda , Axel Loewe , Noémi Tóth , András Varró , Norbert Nagy: The Cardiac Pacemaker Story-Fundamental Role of the Na +/Ca 2+ Exchanger in Spontaneous Automaticity, Frontiers in Pharmacology, 2020 | Cristian Trovato , Elisa Passini, Norbert Nagy, András Varró, Najah Abi-Gerges, Stefano Severi, Blanca Rodriguez: Human Purkinje in silico model enables mechanistic investigations into automaticity and pro-arrhythmic abnormalities, Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 2020 | Leena Otsomaa, Jouko Levijoki , Gerd Wohlfahrt , Hugh Chapman, Ari-Pekka Koivisto, Kaisa Syrjänen , Tuula Koskelainen, Saara-Elisa Peltokorpi, Piet Finckenberg , Aira Heikkilä, Najah Abi-Gerges , Andre Ghetti , Paul E Miller, Guy Page, Eero Mervaala, Norbert Nagy, Zsófia Kohajda, Norbert Jost , László Virág , András Varró , Julius Gy Papp: Discovery and characterization of ORM-11372, a unique and positively inotropic sodium-calcium exchanger/inhibitor, British Journal of Pharmacology, 2020 | Balázs Horváth, Tamás Hézső, Norbert Szentandrássy, Kornél Kistamás, Tamás Árpádffy-Lovas, Richárd Varga, Péter Gazdag, Roland Veress, Csaba Dienes, Dóra Baranyai, János Almássy, László Virág, Norbert Nagy, István Baczkó, János Magyar, Tamás Bányász, András Varró, Péter P Nánási: Late sodium current in human, canine and guinea pig ventricular myocardium, Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 2019 | Péter Gazdag, Kinga Oravecz, Károly Acsai, Vivien Demeter-Haludka, Balázs Ördög, Jozefina Szlovák, Zsófia Kohajda, Alexandra Polyák, Bálint András Barta, Attila Oláh, Tamás Radovits, Béla Merkely, Julius Gy Papp, István Baczkó, András Varró, Norbert Nagy, János Prorok: Increased Ca 2+ content of the sarcoplasmic reticulum provides arrhythmogenic trigger source in swimming-induced rat athlete's heart model, Scientific Reports, 2020 | Varró A, Tomek J, Nagy N, Virág L, Passini E, Rodriguez B, Baczkó I: Cardiac transmembrane ion channels and action potentials: cellular physiology and arrhythmogenic behavior, Physiological Reviews, 2020 | Szlovák J, Tomek J, Zhou X, Tóth N, Veress R, Horváth B, Szentandrássy N, Levijoki J, Papp JG, Herring N, Varró A, Eisner DA, Rodriguez B, Nagy N: Blockade of sodium‑calcium exchanger via ORM-10962 attenuates cardiac alternans, Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 2021 | Tóth N, Szlovák J, Kohajda Z, Bitay G, Veress R, Horváth B, Papp JG, Varró A, Nagy N.: The development of L-type Ca 2+ current mediated alternans does not depend on the restitution slope in canine ventricular myocardium, Scientific Reports, 2021 | Bitay G, Tóth N, Déri S, Szlovák J, Kohajda Z, Varró A, Nagy N.: The Inhibition of the Small-Conductance Ca 2+-Activated Potassium Channels Decreases the Sinus Node Pacemaking during Beta-Adrenergic Activation, Pharmaceuticals, 2022 | Tóth N, Soós A, Váradi A, Hegyi P, Tinusz B, Vágvölgyi A, Orosz A, Solymár M, Polyák A, Varró A, Farkas AS, Nagy N.: Effect of ivabradine in heart failure: a meta-analysis of heart failure patients with reduced versus preserved ejection fraction, Can J Physiol Pharmacol, 2021 |
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif) vissza »
|
![](img/space.gif) |
|