Kálium ion-csatornák szerepének vizsgálata szívizomsejtekben a génkifejeződés RNS interferencia révén történő blokkolásával = Investigation of the role of potassium ion channels of heart muscle cells by means of RNA interference-mediated blocking of gene expression

Kutatási témánk a szívizom kálium ioncsatornáinak vizsgálata RNS interferencia technikával. Az RNS interferenciát kiváltó expressziós kazettát Aujeszky-féle vírus (AyV) vektorral juttattuk be a szívizomsejtekbe. A konkrét feladat megoldásához több olyan általános problémát is meg kellett oldanunk, amelyhez modellként egy másik posztmitotikus sejttípust, az idegsejteket is felhasználtuk. A munka első fázisában fluoreszcens markereket kifejező AyV törzseket állítottunk elő. E kísérletek célja a vírus génbeviteli hatékonyságának tesztelése volt. Különböző színű markereket vittünk be posztmitotikus sejtekbe (szívizom, idegsejtek). Tenyésztett felnőtt kutya szívizomsejtekben a génbeviteli hatékonyság, magas vírus titer alkalmazásával, közel 100%-os volt. Megvizsgáltuk azt is, hogy a PRV által bevitt gének működőképesek-e a célsejtekben, ill. hogy a vírus hatással van-e ezekre a sejtekre. Modellként egy fluoreszcens kalcium szenzort, a troponeont használtuk. A troponeon mind szívizomsejtekben, mind neuronokban kiválóan működött. A virulencia csökkentése végett különféle PRV mutánsokat állítottunk elő. A korai fehérje 0, a ribonukleotid reduktáz gének kiütése és az ún. antiszensz promóter inaktiválása olyan vírust eredményezett, amely epitél sejteken (PK-15 sejtvonal, ezen szaporítjuk a vírust) megfelelően szaporodott, szívizomsejtekben azonban avirulensnek bizonyult. Továbbá, kutya Kv4.3 gént csendesítő RNS interferenciát közvetítő vírusokat állítottunk elő. | Our research project is the analysis of cardiac potassium ion channels using RNA interference technique. We used pseudorabies virus (PRV) vectors for the delivery of expression cassettes evoking RNA interference. In the first phase of our work we constructed various fluorescence proteins expressing recombinant viruses. The aim of this work was to test the efficiency of gene delivery by the virus. We delivered fluorescence markers with various colors to cardiomyocytes and neurons. The efficiency of PRV-based gene delivery to canine cardiomyocytes was close to 100% in high titer virus infection. The fluorescent markers were delivered to neurons in vivo using mouse and rat models. The next step was the examination whether the delivered gene retains its functionality in a virus-based system. We have used troponeon, a genetically encoded fluorescence activity marker, as model to test this problem. According to our examinations, troponeon, delivered to both cardiomyocytes and neurons, performed very well in both cell types. We have constructed various mutant PRV strains by the deletion of early protein 0 and ribonucleotide reductase genes, as well as the deleted the putative antisense promoter region of the virus. PRVs containing these triple mutations proved to be ideal gene delivery vectors to cardiomyocytes. Furthermore, we have generated viruses expressing the hairpin RNAs for knocking down Kv4.3 gene expression of the dog cardiomyocytes

A szívritmuszavarok és a myocardiális repolarizáció mechanizmusainak vizsgálata; antiaritmiás és proaritmiás gyógyszerhatások elemzése = Study of the mechanism of cardiac arrhythmias and repolarization, antiarrhythmic and proarrhythmic drug action

A kardiovaszkuláris betegségek és azon belül is az életet veszélyeztető kamrai és pitvari aritmiák a fő halálozási okok közé tartoznak a fejlett ipari országokban, de Magyarországon is. Ezzel összhangban, a jelen kutatási projekt is a különböző életet veszélyeztető aritmiák megelőzésének a lehetőségét, és a különböző gyógyszerek antiaritmiás és proaritmiás hatásainak a kutatását tűzte ki célul. Vizsgálataink során megállapítottuk, hogy kísérletes diabetes mellitusban mind kutyán, mind nyúlon az IKs áram és következményesen a repolarizációs rezerv csökkenése következik be amely emberben vélhetően hozzájárulhat e betegségben észlelt hirtelen szívhalál kockázat növekedéséhez. Molekuláris biológiai vizsgálatokban sikerült feltérképeznünk az emberi szívizom különféle ioncsatornáinak denzitását is. A proaritmiás gyógyszerhatások elemzésére újszerű módszert dolgoztunk ki, amelynek gyógyszerbiztonsági klinikai jelentősége és hasznosulása várható. A projekt teljesítése során további új ismereteket szereztünk a Na+/Ca2+ cseremechanizmus (NCX) repolarizációban betöltött szerepét illetően. In vivo kutya kísérletekben vizsgáltuk a peroxynitrit és gap junction csatornák szerepét az ischaemiás prekondicionálásban. Ezek az eredmények várhatóan hozzájárulnak egyrészt a szívizomzat élettani, kórélettani (aritmia mechanizmusok) ismereteinek a gyarapításában, másrészt új és biztonságos antiaritmiás terápiák kifejlesztéséhez. | Cardiovascular diseases, including life threatening ventricular and supraventricular arrhythmias, are the leading causes of mortality in industrialized countries and also in Hungary. In harmony with this, the major goal of the project was to investigate the mechanisms involved in cardiac repolarization and in antiarrhythmic and proarrhythmic drug actions. Representing important findings during the project, we established that in experimental diabetes mellitus the IKs potassium current is down-regulated resulting in the attenuation of repolarization reserve which may contribute to the increased proarrhythmic risk of diabetic patients. Using molecular biological methods we have analyzed the transmembrane ion channel densities of the human heart. To assess proarrhyhtmic drug side effects we developed a novel method which can be expected to contribute to better prediction of proarrhythmic risk in both preclinical and clinical safety pharmacology investigations. During the project, we have gained further insights regarding the role of NCX in the cardiac repolarization process. In in vivo studies we have investigated the possible role of peroxynitrite and gap junctions in ischaemic preconditioning. These results can be expected to help to better understand the physiology and pathophysiology of cardiac muscle, and arrhythmias, and should significantly contribute to the development of safer and more effective antiarrhythmic treatment modalities

Life style and structure differences between species of freshwater fish

It has been recommended that people eat fish rich in unsaturated fats at least twice a week to reduce the risk of heart disease. Fish consumption is significant, mainly from fish living in ocean saltwater. However, in countries without sea like Hungary, the richness of freshwater fish has developed a wide range of cooking techniques for fish with different nutrition. We suspect that muscle structure differences have not yet been investigated. The difference in fatty acid composition of African catfish and Siberian sturgeon is known, but no morphological studies have been performed on their muscle structure. The aim of this study was to compare the structure differences between freshwater fish with different lifestyles. The organization of muscle structure was monitored in meat by means of cytochemistry combined with scanning electron microscopic studies on tissues of two different species, and the techno-functional parameters measured. The filleted muscles of African catfish (Clarias gariepinus) and Siberian sturgeon (Acipenser baerii) were compared after fresh and fast freeze. The associated complex structure of muscle in both species appeared different. One is a tightly closed muscle mass, while the other is a soft structure, which shows a different degree of softness of the meat after baking. In both species, the right muscle structure is beneficial under extreme environmental conditions. The different skeletal structure in fish needs altered processing, which we wish to continue with further testing and to prepare tasty food for consumers and use in dietetics

Ionic mechanisms limiting cardiac repolarization-reserve in humans compared to dogs.

The species-specific determinants of repolarization are poorly understood. This study compared the contribution of various currents to cardiac repolarization in canine and human ventricle. Conventional microelectrode, whole-cell patch-clamp, molecular biological and mathematical modelling techniques were used. Selective IKr block (50–100 nmol l−1 dofetilide) lengthened AP duration at 90% of repolarization (APD90) >3-fold more in human than dog, suggesting smaller repolarization reserve in humans. Selective IK1 block (10 μmol l−1 BaCl2) and IKs block (1 μmol l−1 HMR-1556) increased APD90 more in canine than human right ventricular papillary muscle. Ion current measurements in isolated cardiomyocytes showed that IK1 and IKs densities were 3- and 4.5-fold larger in dogs than humans, respectively. IKr density and kinetics were similar in human versus dog. ICa and Ito were respectively ∼30% larger and ∼29% smaller in human, and Na+–Ca2+ exchange current was comparable. Cardiac mRNA levels for the main IK1 ion channel subunit Kir2.1 and the IKs accessory subunit minK were significantly lower, but mRNA expression of ERG and KvLQT1 (IKr and IKsα-subunits) were not significantly different, in human versus dog. Immunostaining suggested lower Kir2.1 and minK, and higher KvLQT1 protein expression in human versus canine cardiomyocytes. IK1 and IKs inhibition increased the APD-prolonging effect of IKr block more in dog (by 56% and 49%, respectively) than human (34 and 16%), indicating that both currents contribute to increased repolarization reserve in the dog. A mathematical model incorporating observed human–canine ion current differences confirmed the role of IK1 and IKs in repolarization reserve differences. Thus, humans show greater repolarization-delaying effects of IKr block than dogs, because of lower repolarization reserve contributions from IK1 and IKs, emphasizing species-specific determinants of repolarization and the limitations of animal models for human disease