Täiendkoolituse pakkumise vastavus tööturu vajadusele Ida-Virumaa Kutsehariduskeskuse Narva õppekoha näitel

http://www.ester.ee/record=b4680185*es

Südamerakkude sünnijärgse arengu bioenergeetilised aspektid: struktuuri ja funktsiooni vaheliste seoste väljakujunemine

Taust ja eesmärk. Täiskasvanud südamerakkude bioenergeetikas on valdavaks ATP genereerimisemehhanismiks mitokondriaalne oksüdatiivne fosforüülimine, mis katab tavatingimustel üle 90% südame energeetilisest vajadusest. Mitokondrid paiknevad kardiomüotsüütides korrapäraselt müofibrillide vahel, asetudes kohakuti libisevate filamentide kontaktalaga (sarkomeeri anisotroopne (A) vööt). Aktomüosiinisüsteem, mitokondrid, sarkoplasmaatiline võrgustik ja nendega seotud tsütoskeleti valgud moodustavad rakus ühtse struktuurse ja funktsionaalse terviku, nn energeetilise üksuse (EÜ), mis reguleerib efektiivselt energia tootmist ja fosforüülrühma ülekannet. Vahetult pärast sündi on mitokondrite paigutus ebakorrapärane, täiskasvanud kardiomüotsüüdiga võrreldes on oluliselt erinev ka südamerakkude metabolism ning energiaülekande regulatsioon. Töö eesmärgiks oli uurida südame mitokondriaalse hingamise regulatsiooni mehhanismide väljakujunemist südame sünnijargses arengus ning selle seotust mitokondrite ja tubuliini isovormide rakusisese paigutusega. Töö tulemused võimaldavad selgitada südamerakkude teatud patoloogiliste seisundite etioloogiat. Metoodika. Kardiomüotsüüdid isoleeriti, perfuseerides katseloomade (Wistari liini rotid) südant kollagenaas A lahusega. Skineeritud kiudude eraldamiseks kasutati meetodit, mille käigus lihaskiud eraldatakse õrnalt pintsettidega ja töödeldakse seejärel saponiiniga. Permeabiliseeritud kardiomüotsüütide ja skineeritud kiudude hapnikutarbimine registreeriti suure lahutusvõimega oksügraafil. Preparaatide visualiseerimiseks kasutati konfokaalmikroskoope Zeiss LSM 510 ja Olympus FluoView FV10i-W. Tulemused. Katseloomade sünni järel toimuvad esimese pooleteise kuu jooksul südamerakuenergiaülekande regulatsioonis kiired muutused: mitokondrite paigutus muutub korrapäraseks, toimub tsütoskeleti funktsionaalselt oluliste komponentide paigutumine mitokondrite lähedusse ja sellega samal ajal kasvavad oluliselt difusioonitakistused adenosiindifosfaadile (Km(ADP) väärtus suureneb 75,0 ・} 4,5 μM 3 päeva vanuste rottide kardiomüotsüütides kuni 317 ・} 29,5 μM vorreldes 84päevaste katseloomadega) ning käivitub kreatiinkinaasi-fosfokreatiini ülekandevõrgustik mitokondrite ja tsütosoolsete ATPaaside vahel. Järeldused. Katseloomade sünnijargse arengu käigus toimuvad dünaamilised muutusedkardiomüotsüütide struktuuris, millega kaasnevad muutused nende funktsioonis. Funktsionaalsete vastasmõjude tekkimine mitokondrite ja tsütoskeleti komponentide vahel on eelduseks täiskasvanud südamerakule omase energiametabolismi väljakujunemiseks. Eesti Arst 2013; 92(7):372–38

Uusi suundi kasvajate energiametabolismi uuringutes

Genoomika kiire arengu käigus on selgunud, et selle valdkonna meetoditega ei ole võimalik erinevaid metabolismihäireid terviklikult kirjeldada ning täiendavalt on vaja kasutusele võtta teisi meetodeid rakuenergeetikast ning proteoomikast. Äärmiselt huvitavaks kujuneb selline süsteemsem käsitlus ulatuslike patoloogiliste muutustega maliigses koes. Eelmise sajandi alguses kirjeldas Otto Warburg efekti, kus tuumorirakkudes toimus eelistatult glükolüüs isegi normoksiatingimustes. Tema esmane arvamus, et just see asjaolu ongi raku maliigsuse allikas, lükati järgnevatel aastatel uute avastuste valguses ümber. Lisaks ulatuslikele rakuenergeetilistele ümberkorraldustele maliigse raku sees (nt kärbitud Krebsi-tsükkel, hingamisahela superkompleksid) on viimastel aastatel erinevate vähipaikmete juures korduvalt tõestatud ka kahe kompartmendi olemasolu, kus maliigne rakk allutab ümbritseva strooma enda jaoks vajalikke metaboliite tootma. Maliigsuse täpsem olemus, paremad ravimisihtmärgid ning -strateegiad võivad peituda just kasvajate süsteemsemate uuringute tulemustes. Eesti Arst 2013; 92(5):261–26

Adaptation of striated muscles to Wolframin deficiency in mice: Alterations in cellular bioenergetics

Background: Wolfram syndrome (WS), caused by mutations in WFS1 gene, is a multi-targeting disease affecting multiple organ systems. Wolframin is localized in the membrane of the endoplasmic reticulum (ER), influencing Ca2+ metabolism and ER interaction with mitochondria, but the exact role of the protein remains unclear. In this study we aimed to characterize alterations in energy metabolism in the cardiac and in the oxidative and glycolytic skeletal muscles in Wfs1-deficiency. Methods: Alterations in the bioenergetic profiles in the cardiac and skeletal muscles of Wfs1-knock-out (KO) male mice and their wild type male littermates were determined using high resolution respirometry, quantitative RT-PCR, NMR spectroscopy, and immunofluorescence confocal microscopy. Results: Oxygen consumption without ATP synthase activation (leak) was significantly higher in the glycolytic muscles of Wfs1 KO mice compared to wild types. ADP-stimulated respiration with glutamate and malate was reduced in the Wfs1-deficient cardiac as well as oxidative and glycolytic skeletal muscles. Conclusions: Wfs1-deficiency in both cardiac and skeletal muscles results in functional alterations of energy transport from mitochondria to ATP-ases. There was a substrate-dependent decrease in the maximal Complex I –linked respiratory capacity of the electron transport system in muscles of Wfs1 KO mice. Moreover, in cardiac and gastrocnemius white muscles a decrease in the function of one pathway were balanced by the increase in the activity of the parallel pathway. General significance: This work provides new insights to the muscle involvement at early stages of metabolic syndrome like WS as well as developing glucose intoleranc

Südamelihase rakkude struktuuri olulisus rakuhingamise regulatsioonis

Viimastel aastatel on järjest selgemaks saanud seos raku energeetilise ainevahetuse ja südamehaiguste vahel, mistõttu on oluline uurida seda mõjutavaid tegureid. Töös uuriti südamelihase rakkude mitokondriaalse hingamise regulatsiooni väga erineva rakustruktuuriga preparaatides: 1) permeabiliseeritud kardiomüotsüütides, kus mitokondrid on regulaarselt organiseeritud; 2) südamelihase fenotüübiga sarnastes kontraheeruvates HL-1 (B HL-1) rakkudes ja 3) HL-1 mittekontraheeruvates (NB HL-1) rakkudes. Nende preparaatide vahel esines suur erinevus mitokondriaalse hingamise regulatsioonis. Selline tulemus näitab raku struktuuri ja funktsiooni vaheliste seoste tähtsust südamelihase rakkudes ning võimaldab paremini mõista protsesse nii terves kui ka patoloogilises südamelihases. Eesti Arst 2008; 87(1):19−2

Molecular System Bioenergics of the Heart: Experimental Studies of Metabolic Compartmentation and Energy Fluxes versus Computer Modeling †

In this review we analyze the recent important and remarkable advancements in studies of compartmentation of adenine nucleotides in muscle cells due to their binding to macromolecular complexes and cellular structures, which results in non-equilibrium steady state of the creatine kinase reaction. We discuss the problems of measuring the energy fluxes between different cellular compartments and their simulation by using different computer models. Energy flux determinations by 18O transfer method have shown that in heart about 80% of energy is carried out of mitochondrial intermembrane space into cytoplasm by phosphocreatine fluxes generated by mitochondrial creatine kinase from adenosine triphosphate (ATP), produced by ATP Synthasome. We have applied the mathematical model of compartmentalized energy transfer for analysis of experimental data on the dependence of oxygen consumption rate on heart workload in isolated working heart reported by Williamson et al. The analysis of these data show that even at the maximal workloads and respiration rates, equal to 174 μmol O2 per min per g dry weight, phosphocreatine flux, and not ATP, carries about 80–85% percent of energy needed out of mitochondria into the cytosol. We analyze also the reasons of failures of several computer models published in the literature to correctly describe the experimental data

Application of the Principles of Systems Biology and Wiener’s Cybernetics for Analysis of Regulation of Energy Fluxes in Muscle Cells in Vivo

The mechanisms of regulation of respiration and energy fluxes in the cells are analyzed based on the concepts of systems biology, non-equilibrium steady state kinetics and applications of Wiener’s cybernetic principles of feedback regulation. Under physiological conditions cardiac function is governed by the Frank-Starling law and the main metabolic characteristic of cardiac muscle cells is metabolic homeostasis, when both workload and respiration rate can be changed manifold at constant intracellular level of phosphocreatine and ATP in the cells. This is not observed in skeletal muscles. Controversies in theoretical explanations of these observations are analyzed. Experimental studies of permeabilized fibers from human skeletal muscle vastus lateralis and adult rat cardiomyocytes showed that the respiration rate is always an apparent hyperbolic but not a sigmoid function of ADP concentration. It is our conclusion that realistic explanations of regulation of energy fluxes in muscle cells require systemic approaches including application of the feedback theory of Wiener’s cybernetics in combination with detailed experimental research. Such an analysis reveals the importance of limited permeability of mitochondrial outer membrane for ADP due to interactions of mitochondria with cytoskeleton resulting in quasi-linear dependence of respiration rate on amplitude of cyclic changes in cytoplasmic ADP concentrations. The system of compartmentalized creatine kinase (CK) isoenzymes functionally coupled to ANT and ATPases, and mitochondrial-cytoskeletal interactions separate energy fluxes (mass and energy transfer) from signalling (information transfer) within dissipative metabolic structures – intracellular energetic units (ICEU). Due to the non-equilibrium state of CK reactions, intracellular ATP utilization and mitochondrial ATP regeneration are interconnected by the PCr flux from mitochondria. The feedback regulation of respiration occurring via cyclic fluctuations of cytosolic ADP, Pi and Cr/PCr ensures metabolic stability necessary for normal function of cardiac cells