Brief structural insight into the allosteric gating mechanism of BK (Slo1) channel

L

Antiarrhythmic and Inotropic Effects of Selective Na+/Ca2+ Exchanger Inhibition: What Can We Learn from the Pharmacological Studies?

Life-long stable heart function requires a critical balance of intracellular Ca2+. Several ion channels and pumps cooperate in a complex machinery that controls the influx, release, and efflux of Ca2+. Probably one of the most interesting and most complex players of this crosstalk is the Na+/Ca2+ exchanger, which represents the main Ca2+ efflux mechanism; however, under some circumstances, it can also bring Ca2+ into the cell. Therefore, the inhibition of the Na+/Ca2+ exchanger has emerged as one of the most promising possible pharmacological targets to increase Ca2+ levels, to decrease arrhythmogenic depolarizations, and to reduce excessive Ca2+ influx. In line with this, as a response to increasing demand, several more or less selective Na+/Ca2+ exchanger inhibitor compounds have been developed. In the past 20 years, several results have been published regarding the effect of Na+/Ca2+ exchanger inhibition under various circumstances, e.g., species, inhibitor compounds, and experimental conditions; however, the results are often controversial. Does selective Na+/Ca2+ exchanger inhibition have any future in clinical pharmacological practice? In this review, the experimental results of Na+/Ca2+ exchanger inhibition are summarized focusing on the data obtained by novel highly selective inhibitors

The myosin activator omecamtiv mecarbil: a promising new inotropic agent

K

Utódepolarizációk ionmechanizmusainak vizsgálata akciós potenciál clamp módszerrel = Afterdepolarization, Cellular electrophysiology, Action Potential Clamp

A project célja az volt, hogy megismerjük az utódepolarizációk által kiváltott ritmuszavarok hátterében álló ionmechanizmusokat. Hagyományos- és akciós potenciál feszültség clamp technika segítségével tanulmányoztuk az akciós potenciál alatt folyó ionáramok tulajdonságait emlős miocardiumban. Matematikai modellek alkalmazásával a tanulmányozott ionáramok viselkedése az akciós potenciál formájából prediktálható volt. - Vizualizáltuk és analizáltuk az akciós potenciál alatti lefutását a következő áramoknak: klorid áram, L-tipusú kalcium áram és a késői egyenirányító kálium áram lassú komponense. A klorid áram az akciós potenciál korai fázisában kifelé irányul, majd irányt vált. Gátlása az akciós potenciált nyújtja és fokozza az utódepolarizációk jelentkezésének gyakoriságát. Az L-tipusú kalcium áram az akciós potenciál első 20 milliszekunduma alatt eléri maximumát, majd platófázis nélkül igen gyorsan lecseng. Megfigyelésünk szerint a késői egyenirányító kálium áram lassú komponense a terminális repolarizáció igen fontos tényezője. - Vizsgáltuk az emlős szívizomzat ioncsatornáinak aszimmetrikus megoszlását. Összehasonlítottuk az ionáramokat és az akciós potenciál morfológiáját az szivizomzat különböző régióiban. Azt találtuk, hogy a tranziens outward K+ áram és a késői egyenirányító K+ áram lassú komponense jelentősen nagyobb az epicardiumban mint a midmyocardiumban mind humán mind kutya szívizom esetén. A Kv4.3, Kv1.4, KchIP2 és KvLQT1 csatornaproteinek expressziója ugyancsak jelentősen magasabb volt az epicardiumban. | The goal of this project was to obtain information on the ionic mechanism of cardiac arrhythmias caused different types of afterdepolarizations. We used traditional and action potential voltage clamp methods to understand the behavior of ionic currents during the action potential in mammalian myocardium. Using mathematical models we could predict the profile of ionic currents studied from the contour of action potential. - We visualized and analyzed the profile of the chloride current, the L-type calcium current and the slow component of delayed rectifier potassium current during the action potential. The chloride current showed an outward peak during the early phase of action potential, but later it became inward. Inhibition of the chloride current prolonged the action potential and facilitated the development of afterdepolarizations. The L-type calcium current showed an early peak during the firs 20 milliseconds of the action potential and decayed quickly without a plateau phase. The slow component of the delayed rectifier potassium current was found to be a crucial component of terminal repolarization. - We studied the asymmetrical distribution of ion channels in mammalian myocardium. We compared the ionic currents and the morphology of action potential in the different regions of the myocardium. We found that the amplitude of the transien outward K+ current and the slow componenet of the delayed rectifier K+ current was significanly larger in epicardiac than in midmyocardiac cells in both human and canine heart. Expression of Kv4.3, Kv1.4, KchIP2 and KvLQT1 was singificantly higher in epicardium

A humán szívizom ioncsatornáinak ontogenezise = Ontogenesis of ion channels of human cardiac muscle

A project célja az volt, hogy egészséges adult humán és embrionális kamrai preparátumokon immunbiokémiai ill. immunhisztokémiai módszerekkel, voltage-clamp, akciós potenciál clamp technikákkal feltérképezzük a felszíni membrán legfontosabb ioncsatornáit és azok regionális eltéréseit. A kísérleteket kutya szívizomsejteken is elvégeztük, mert a humán szívizomminták korlátozott hozzáférése miatt egy, a humán szívizom elektrofiziológiai tulajdonságaihoz leginkább hasonlító állatmodellt is kerestünk. A humán embrionális szívizommintákkal végzett kísérletek során magunknak kellett a molekuláris biológiai módszereket humán embrionális szívizomra applikálnunk, hiszen korábban hasonló méréseket senki nem végzett. Western blot technikával sikeresen kimutattuk humán és kutya szívizomban az alábbi csatornaproteineket: Kv4.3, KChip2, MiRP1, KvLQT1, MinK, ?1C, Kir2.1, Kv1.4, HERG. Megállapítottuk, hogy egészséges humán és kutya kamra szívizomban az ioncsatornát alkotó fehérjék eloszlása apiko-bazális és endo-epikardiális inhomogenitást mutat. A csatorna fehérjék eloszlásával összhangban, a szívizom különböző régióiból származó sejteken eltérő az ionáramok denzitása és ez tükröződik az akciós potenciálok morfológiájában is. Az ionáram denzitás és a csatornafehérjék menyisége szoros korrelációt mutat mind humán, mind kutya szívizomsejteken. Az egyes szívterületek ioncsatorna inhomogenitása megegyezik a humán és a kutya szívizomsejteken. Ez alapján elmondhatjuk, hogy a kutya szívizom elektrofiziológiai sajátságok tekintetében jó modellje a humán szívizomnak. | The aim of this project was to detect the major ion channels of the surface membrane of healthy adult human and embryonic cardiomyocytes. Our goal was to explore the possible regional differences of the ion channel distribution of the ventricular wall using immunobiochemical, histochemical voltage-clamp and action potential-clamp techniques. The experiments were done on canine heart, too, because of the limited number of healthy human cardiac tissue samples, we tried to find a good model of the human cardiac myocytes. After collecting human cardiac tissue samples the known immunobiochemical methods were adjusted to the human embryonic cardiac cells, because no one has done such experiments before. Using the Western blot technique we detected the following channel proteins in human and in canine myocardium: Kv4.3, KChip2, MiRP1, KvLQT1, MinK, ?1C, Kir2.1, Kv1.4, HERG. Our experiments revealed that the distribution of the ion channel proteins of the left ventricular wall shows an apico-basal and an endocardial to epicardial inhomogenity. According to this finding we detected unequal ion current density on isolated cardiomyocytes from the different region of the left ventricle. In human and in canine myocardium the density of ion current and the expression of ion channel proteins has a strong correlation. Our results clearly show that the ion channel densities of the various regions of the ventricular wall of human and canine heart are very similar. These results prove that the canine heart is a good model to study the electrophysiological properties of human heart

Az emlős és humán szívizom ioncsatornáinak vizsgálata a kamrafal különböző régióiban = Study of ion channels in various regions of the venticular wall in mammalian and human myocardium

A kardiális akciós potenciál és az annak hátterében lévő ionáramok regionális eltérésekeit vizsgáltuk kutya és egészséges humán szivekből izolált szívizomsejteken patch-clamp és Western-blott technikával, melynek során az alábbi fontosabb különbségeket kaptuk. 1. Az apicalis akciós potenciálok időtartama rövidebb, korai repolarizációjuk kifejezettebb, mint a basalisoké. Ennek hátterében két káliumáram: az Ito és az IKs, valamint az ezeket mediáló ioncsatornák fokozott apicalis expressziója áll. 2. A midmyocardiális sejtekről elvezetett akciós potenciálok amplitúdója, időtartama és maximális depolarizációs sebessége nagyobb, míg korai repolarizációjuk amplitúdója kisebb, mint az epikardiális sejtekre jellemző értékek. Epicardiális sejteken az Ito és az Iks erősebb, míg midmyocardiális sejteken a nátriumáramért felelős ioncsatornák expressziója dominál. 3. Akciós potenciál clamp technikával jelentős transzmurális különbségeket tártunk fel a kalciumáram lefutásában: epicardiális sejteken a kalciumáram két egymást követő aktivációs csúcsot mutat, míg endocardiális sejtek esetében az áram egyetlen maximummal jellemezhető. Kimutattuk, hogy epicardiális sejteken a már inaktiválódott ill. deaktiválódott kalcium-csatornák újranyílnak, amelynek oka az epicardiális sejtre jellemző spike-and-dome akciós potenciál konfiguráció. | Inhomogeneous distribution of the ventricular action potential and the underlying ion currents and ion channel proteins was studied in canine and human ventricular myocardium using patch clamp and Western blot techniques. The following regional differences were obtained. 1. Myocytes of apical origin had shorter action potentials with larger phase-1 repolarization than the basal ones due to the more pronounced expression of two potassium currents (Ito and IKs) in the epicardial region. 2. Duration, amplitude and maximum rate of depolarization was larger, but phase-1 repolarization was weaker in midmyocardial than in epicardial myocytes. Accordingly, expression of Ito and IKs was weaker, but density of the sodium current was greater in midmyocardial than epicardial cells. 3. Marked transmural differences in the kinetics of the L-type calcium current were explored using action potential clamp techniques. Densities and kinetics of the channels are similar in the two cell types, the twin-peaked appearance of epicardial calcium current is due to the reopening of the deactivated and inactivated calcium channels during the incisura of epicardial action potential

Krónikus kalcium antagonista kezelés hatása a szívizomra = The effects of chronic calcium channel blocker treatment on heart

A project célja az volt, hogy megvizsgáljuk, milyen hatással van a kalcium antagonista krónikus adagolása a szívizom L-típusú kalcium-csatornáinak molekuláris biológiai és elektorfiziológiai sajátságaira. Munkánk során a kutyákat 4 hétig kalcium antagonistákal kezeltük. Folyamatosan monitoroztuk serum nifedipin koncentrációját, a kísérleti állatok EKG paramétereit és vérnyomás értékeit. Megállapítottuk, hogy a nifedipin kezelést követően (4 hét) a kalciumáram (ICa-L) amplitúdója a bal kamra mindhárom rétegében szignifikánsan nagyobbnak bizonyult, átlagosan 48 ± 13%-kal, a kontroll állatokéhoz képest, nem változtak viszont a káliumáramok (Ito, IKr, IK1) amplitúdói és kinetikai paraméterei. Az összegyűjtött szövetmintákban a kalcium csatorna alfa alegységének (Cav1.2) mennyisége és az L-típusú kalciumcsatorna elleni antitesttel történő jelölődés is szignifikánsan kisebb volt a krónikusan kalcium antagonistával kezelt kutyákon, mint a kontrollokban. Az akciós potenciál időtartama (APD50 és APD90) és azok diasztólés intervallum függése sem változtak szignifikáns mértékben krónikus nifedipin kezelés hatására. Változatlan maradt az intracelluláris kalciumtranziensek amplitúdója is , de szignifikánsan csökkent a nyugalmi fluoreszcencia mértéke, valamint gyorsult a kalcium eltávolítása a sejtekből. A krónikus kalcium antagonista kezelés nem változtatta meg a szívizomsejtek kontraktilis filamentumainak kalcium érzékenységét. | The goal of this project was to study the effects of chronic calcium antagonist treatment on the electrophysiological and molecular biological parameters of cardiac muscle. Dogs were treated with calcium channel antagonists for 4 weeks. The serum nifedipine concentration the ECG parameters and the blood pressure values were monitored continuously. The chronic nifedipine treatment significantly reduced the calcium current (ICa-L) amplitude by 48 ± 13% in all the layer of the left ventricular wall, but it had no effect on the amplitude and the kinetic parameters of the potassium currents(Ito, IKr, IK1). In the cardiac tissue samples the amount of calcium channel alpha subunit was significantly less after the chronic calcium antagonist treatment than that in control. The immunofluorescence labeling was also reduced by nifedipine treatment. We could not detect any change in the diastolic interval dependency of the action potential duration (APD50 and APD90) after the 4 weeks treatment. The chronic calcium antagonist treatment had no effect on he amplitude of intracellular calcium transients, but it reduced the resting calcium concentration and speeded up the process of calcium elimination. The nifedipine treatment did not change the calcium sensitivity of contractile filaments of cardiomyocytes

Calcium Handling Defects and Cardiac Arrhythmia Syndromes

K