Na+ dependent regulation of Ca2+ homeostasis in cardiomyocytes

Na+ dependent regulation of Ca2+ homeostasis in cardiomyocytesI denne studien ønsker vi å avdekke natriumavhengige reguleringsmekanismer for hjertemuskelcellenes sammentrekningsevne. - Dette er viktig for å forstå hva som går galt i hjertemuskelcellene ved hjertesvikt, sier prosjektleder Fredrik Swift ved Institutt for eksperimentell medisinsk forskning på Oslo universitetssykehus Ullevål.Ved hjertesvikt er hjertets pumpefunksjon svekket slik at det ikke klarer å pumpe nok blod til å dekke kroppens behov. Dette skyldes blant annet at hjertemuskelcellene trekker seg dårligere sammen, men også at sammentrekningen oppheves tregere (treg relaksasjon). Hjertemuskelcellenes sammentrekning er avhengig av en forbigående økning av kalsium (Ca) i cellene. Denne økningen av kalsium reguleres blant annet av natrium (Na) strømmer gjennom proteiner i cellemembranen. Samspillet mellom to natriumtransporterende membranproteiner, en Na/K-ATPase og en Na/Ca-ionebytter, er viktig for å kontrollere hjertets sammentrekning. En aktuell forklaringsmodell for hvordan hjertets sammentrekning reguleres innebærer at det finnes lokale ”lommer” under cellemembranen hvor ionekonsentrasjonen kan være forskjellig fra ionekonsentrasjonen i resten av cytosol. I tråd med denne forklaringsmodellen har vi nå vist at Na/K-ATPasen og Na/Ca-ionebytteren deler lokale ”lommer” av natrium. Dette kan ha betydning ved hjertesvikt hvor Na/K-ATPasen er nedregulert og strukturelle endringer fører til at ”lommene” blir endret. Dette arbeidet revideres nå for publikasjon i tidsskriftet Cell Calcium. Samspillet gjennom lokale ”ionelommer” forutsetter at de ionetransporterende proteinene er riktig plassert i cellemembranen. Vi belyser nå dette i flere delprosjekter. - Det er vist at forankringsproteinet ankyrin B koordinerer Na/K-ATPasen, Na/Ca-ionebytteren og en IP3 reseptor. I forsøk hvor bindingen mellom Na/K-ATPasen og ankyrin B brytes ved hjelp av peptider har vi vist at Na/K-ATPase aktiviteten reduseres. Vi undersøker nå om reguleringen av Na/K-ATPasen via ankyrin B kan være forstyrret ved hjertesvikt, og om dette kan bidra til økt forekomst av arytmier ved hjertesvikt. - Videre undersøker vi funksjonen til IP3 reseptorer i ventrikkelceller. På tross av at de er lite uttrykt i normale celler kan vi se i pilotforsøk at kalsium håndteringen i hjertemuskelcellene endres når de blir stimulert med IP3. Dette kan ha betydning for arytmier, særlig ved hjertesvikt hvor vi har funnet en økning i uttrykket av IP3 reseptoren. - For å sette i gang hjertekontraksjonen strømmer kalsium inn i cellen via kalsiumkanaler i cellemembranen og åpner kalsium frislippskanaler i hjertemuskelcellens indre kalsium lager kalt sarkoplasmatisk retikulum. Denne prosessen kalles kalsium indusert kalsium frigjøring. Kalsiumkanalen i cellemembranen og kalsium frislippskanalen er adskilt av en tynn spalte på ca. 12 nm. Ved hjelp av et nylig innkjøpt et elektronmikroskop med mulighet for tomografi ved Oslo universitetssykehus Ullevål er vi i gang med å lage tredimensjonale bilder av spalten for å undersøke om den er bredere ved hjertesvikt. En bredere spalte vil kunne forklare en mindre effektiv kalsium indusert kalsium frigjøring som er observert ved hjertesvikt. - Redusert effektivitet i den kalsium induserte kalsium frigjøringen kan også forklares av strukturelle endringer i hjertemuskelcellenes t-rør. I en Serca knockout musemodell for hjertesvikt har vi funnet strukturelle endringer i t-rør organiseringen. Vi tror disse strukturelle endringene skjer for at hjertemuskelcellene lettere skal kunne sirkulere kalsium over cellemembranen. Vi har i tillegg skrevet en oversiktsartikkel om endringer i t-rør ved bl.a. hjertesvikt som publiseres i Journal of Biomedicine and Biotechnology i mai 2010. Prosjektleder Fredrik Swift er i tillegg til å lede prosjektet sentral i administrasjonen av Senter for hjertesviktforskning ledet av Geir Christensen. Senter for hjertesviktforskning er finansiert av Helse Sør-Øst og Universitetet i Oslo.

Na-avhengig regulering av Ca-håndtering i hjertemuskelcellerI denne studien ønsker vi å avdekke natriumavhengige reguleringsmekanismer for hjertemuskelcellenes sammentrekningsevne. Dette er viktig for å forstå hva som går galt i hjertemuskelcellene ved hjertesvikt.Ved hjertesvikt er hjertets pumpefunksjon svekket slik at det ikke klarer å pumpe nok blod til å dekke kroppens behov. Dette skyldes blant annet at hjertemuskelcellene trekker seg dårligere sammen. Hjertemuskelcellenes sammentrekning er avhengig av en forbigående økning av kalsium (Ca) i cellene. Denne økningen av Ca reguleres blant annet av natrium (Na)-strømmer gjennom proteiner i cellemembranen. Vi har funnet at samspillet mellom to natriumtransporterende membranproteiner, en Na/K-ATPase og en Na/Ca-ionebytter, er endret ved hjertesvikt hos rotter, og at dette påvirker hjertemuskelcellens evne til å kontrahere. En variasjon av Na/K-ATPasen (alpha2-isoformen) spiller en viktig rolle i dette samspillet. I hjertemuskelceller fra mus hvor alpha2-isoformen ble hemmet, klarte ikke Na/Ca-ionebytteren å drive Ca ut av cellene like raskt. Siden dette er en forutsetning for normal hjertemuskelcellefunksjon, antar vi at dette kan være en årsak til tregere relaksasjon i hjertemuskelceller ved hjertesvikt. Flere forsøk er nødvendige for å kunne bekrefte dette. Forsøkene ble utført under postdoc Fredrik Swifts opphold ved Universitetet i Bern, Sveits. Vi har dratt god nytte av oppholdet, og metodene som ble brukt er nå etablert ved Institutt for eksperimentell medisinsk forskning, Ullevål universitetssykehus. Metodene vil bli brukt videre i prosjektet. Nye rapporter viser at Na/K-ATPasen og en Na/Ca-ionebytteren kan være koblet til et ankerprotein, ankyrin. Vi ønsker videre å undersøke om ankyrin er viktig for å plassere Na/K-ATPasen og Na/Ca-ionebytteren til spesielle områder i cellemembranen, og om dette er endret ved hjertesvikt. Vi tror feilplassering av disse proteinene i cellemembranen kan forstyrre proteinenes funksjon og bidra til hjertesvikt. Eksperimentelle forsøk for å finne ut av dette er under arbeid p.t.