КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-24-00356
НазваниеФункциональные особенности кардиомиоцитов миокарда легочных вен
Руководитель Щепкин Даниил Владимирович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-204 - Биофизика
Ключевые слова миокард предсердий, миокард легочных вен, сокращение одиночных кардиомиоцитов, титин, фосфорилирование, актин-миозиновое взаимодействие
Код ГРНТИ34.17.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Фибрилляция предсердий (ФП) является наиболее распространенным типом сердечной аритмии, которая может приводить к инсульту, сердечной недостаточности и летальному исходу. Множественные механизмы инициации и поддержания ФП являются проблемой для успешной коррекции данного заболевания. Последние годы особое внимание уделяется изучению электрофизиологических свойств кардиомиоцитов миокардиальных «рукавов» легочных вен, находящихся за пределами камер сердца, и связи их с механизмами инициации ФП. Показано, что растяжение миокардиальных «рукавов» легочных вен приводит к активации механо-чувствительных каналов, изменению характеристик потенциала действия (механо-электрическая обратная связь) и появлению спонтанных потенциалов действия. Такая эктопическая активность является одной из причин развития ФП.
Известно, что динамика сокращения саркомера влияет на длительность потенциала действия. В свою очередь сокращение и расслабление саркомера зависит от пассивного напряжения, которое определяется титином, характеристик циклирования поперечных мостиков, степени фосфорилирования белков саркомера, кальциевой чувствительности тонкой нити саркомера и др. Таким образом, механическая активность кардиомиоцитов миокардиальных «рукавов» легочных вен может влиять на динамику внутриклеточного кальция и потенциал действия, способствуя их спонтанной активности и аритмогенезу. Исследование механических свойств кардиомиоцитов легочных вен, которое могло бы расширить наши знания о возникновении спонтанной активности, не проводились и является новой тематикой для нашего коллектива.
Научная новизна проекта заключается в проведении комплексного исследования по сравнению механических свойств одиночных кардиомиоцитов миокардиальных «рукавов» легочных вен и левого предсердия в том числе при помощи уникальной методики анализа длинозависимой регуляции сократимости (зависимость Франка-Старлинга) при растяжении миоцитов карбоновыми волокнами. На молекулярном уровне будет проведен анализ характеристик актин-миозинового взаимодействия, изоформного состава миозина и титина, степени фосфорилирования белков саркомера в левом предсердии и миокарде легочных вен.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Симонова Р., Бутова К., Мячина Т., Кочурова А., Копылова Г., Хохлова А., Щепкин Д. The characteristics of the contraction of cardiomyocytes from myocardial sleeves of pulmonary veins, vena cava, and the atria. Abstract book of 50th European Muscle Conference, Florence, Italy, September 2-6, 2023, P. 23., p.23 (год публикации - 2023)
2. Кочурова А.М., Копылова Г.В., Щепкин Д.В. Функциональные свойства миозина из миокардиальных рукавов легочных вен. Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, Санкт-Петербург, С. 249-250 (год публикации - 2023)
3. Симонова Р.А., Бутова К.А., Мячина Т.А., Кочурова А.М., Копылова Г.В., Хохлова А.Д., Щепкин Д.В., Молекулярные особенности сокращения кардиомиоцитов из миокардиальных рукавов легочных вен, полых вен и предсердий Сборник материалов IV Молодежной школы-конференции «Молекулярные механизмы регуляции физиологических функций»,, С. 9–10. (год публикации - 2023)
4.
Симонова R.A., Бутова К.А., Мячина Т.А., Копылова Г.В., Хохлова А.Д., Щепкин Д.В.
Method of obtaining and analyzing the functional features of cardiomyocytes of the myocardium of the pulmonary veins
Biophysical Reviews, p. 1557 (год публикации - 2023)
10.1007/s12551-023-01150-w
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Сокращение миокардиальных рукавов легочных вен играет важную роль в работе сердца, принимая активное участие в наполнении левого предсердия кровью и его расслаблении во время систолы левого желудочка. На крысах было показано, что отсутствие кардиомиоцитов в легочных венах приводит к развитию легочной гипертензии. Вследствие своих анатомических и электрофизиологических свойств миокардиальные рукава вен известны как источник эктопической активности, инициирующей развитие фибрилляции предсердий (ФП). Механизмы возникновения эктопической активности и факторы, поддерживающие эту аномальную электрическую активность, остаются плохо изученными. В частности, слабо исследована сократительная функция кардиомиоцитов миокардиальных рукавов, а между тем их механические свойства могут служить основой для возникновения электрофизиологических аномалий по механизму механоэлектрической обратной связи.
Цель проекта состоит в сравнительном анализе характеристик сокращения одиночных кардиомиоцитов миокардиальных рукавов грудных вен (верхняя полая вена и легочные вены) и кардиомиоцитов левого и правого предсердия, а также выяснении молекулярных особенностей сокращения кардиомиоцитов миокардиальных рукавов грудных вен.
Мы сравнили характеристики сократительной функции одиночных кардиомиоцитов из миокардиальных рукавов верхней полой вены и легочных вен и предсердий морской свинки и проанализировали возможность формирования в миокарде вен механических предпосылок для возникновения эктопических очагов электрической активности. Были получены следующие основные результаты: 1) кардиомиоциты верхней полой вены и легочных вен отличаются между собой временем укорочения и расслабления саркомеров, но не отличаются характеристиками укорочения-расслабления саркомеров от кардиомиоцитов соответствующих предсердий; 2) для кардиомиоцитов миокардиальных рукавов верхней полой вены и легочных вен характерно наличие альтернансов амплитуды укорочения саркомеров и отсутствие корреляции между амплитудой укорочения саркомеров и длиной кардиомиоцитов. Альтернансы амплитуд укорочения саркомеров одиночных кардиомиоцитов могут указывать на возможность формирования неоднородного фронта сократительной активности в ткани миокардиального рукава. 3) При растяжении, кардиомиоциты миокардиальных рукавов верхней полой вены и легочных вен демонстрировали угнетение динамики саркомеров и сократительной способности по сравнению с кардиомиоцитами правого левого предсердия. Таким образом, механические свойства кардиомиоцитов миокардиальных рукавов верхней полой вены и легочных вен могут служить основой для возникновения электрофизиологических аномалий по механизму механоэлектрической обратной связи и быть одной из причин возникновения фибрилляции предсердий.
На молекулярном уровне мы сравнили фосфорилирование белков саркомера и функциональные характеристики сердечного миозина из левого и правого предсердий, верхней полой вены и легочных вен сердца свиньи. Обнаружено, что миозин из миокардиальных рукавов содержит больше β-изоформы тяжелой цепи, то есть характеризуется более медленной кинетикой прикрепления/открепления поперечных мостиков, чем предсердный миозин. В миокардиальных рукавах фосфорилирование тропонина T и I и тропомиозина было ниже, чем в предсердиях. Обнаруженные особенности фосфорилирования белков тонкого филамента крупных животных (свинья) могут влиять на механические характеристики сокращения кардиомиоцитов, а также на механизмы, регулирующие сокращение миокарда, такие как длинозависимая регуляция и механоэлектрическая обратная связь. Механоэлектрическая обратная связь играет важную роль в электрофизиологии сердца, например, изменение механических характеристик миокарда при дилатации предсердий влияет на его электрофизиологические свойства и является причиной аритмий и фибрилляции предсердий.
В результате работы по проекту мы установили ряд молекулярных и механических особенностей сокращения кардиомиоцитов миокардиальных рукавов верхней полой вены и легочных вен, которые могут обусловливать возникновение эктопических очагов электрической активности в предсердиях.
Публикации
1. Щепкин Д., Бутова К., Мячина Т., Симонова Р., Кочурова А., Хохлова А., Копылова Г. Features of the contractile characteristics of single cardiomyocytes in the myocardial sleeves of the pulmonary veins of guinea pigs Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция: Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.). — 2024. — c.1686-1688. (год публикации - 2024)
2.
К.А. Бутова, Т.А. Мячина, Р.А. Симонова, А.М. Кочурова, А.Д. Кочурова, Г.В. Копылова, А.Д. Хохлова и Д.В. Щепкин
Contractile Characteristics of Single Cardiomyocytes in the Myocardial Sleeves of the Pulmonary Veins of Guinea Pigs
Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, The Pleiades Publishing., J Evol Biochem Phys 60, 1741–1750 (2024). (год публикации - 2024)
10.1134/S0022093024050077
3. Ксения Бутова, Татьяна Мячина, Раиса Симонова, Анастасия Кочурова, Галина Копылова, Анастасия Хохлова, Даниил Щепкин CONTRACTILE CHARACTERISTICS OF SINGLE CARDIOMYOCYTES IN THE MYOCARDIAL SLEEVES OF THE THORACIC VEINS OF GUINEA PIGS Institute of Bioorganic Chemistry NASB, Minsk (год публикации - 2024)
4. А.М. Кочурова, Е.А. Бельдия, Ю.Я. Антонец, Г.В. Копылова, Д.В. Щепкин ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЛКОВ САРКОМЕРА МИОКАРДИАЛЬНЫХ РУКАВОВ ВЕРХНЕЙ ПОЛОЙ ВЕНЫ И ЛЕГОЧНЫХ ВЕН СЕРДЦА СВИНЬИ Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. АНО «Издательство РАМН» (год публикации - 2024)
5. Бутова К.А., Мячина Т.А., Симонова Р.А., Кочурова А.М., Хохлова А.Д., Копылова Г.В., Щепкин Д.В. СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРДИОМИОЦИТОВ ИЗ МИОКАРДИАЛЬНЫХ РУКАВОВ ГРУДНЫХ ВЕН МОРСКИХ СВИНОК Всероссийская конференция «Достижения и перспективы фундаментальной физиологии: к столетию кафедры физиологии человека и животных МГУ»: сборник материалов / [Под редакцией Д.В. Абрамочкина, О.Б. Пустовит]. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2024. 228 с. Биологический факультет МГУ, 2024. Москва (год публикации - 2024)
6. Симонова Р.А., Бутова К.А., Мячина Т.А., Хохлова А.Д., Щепкин Д.В. Особенности сокращения кардиомиоцитов из миокардиальных рукавов легочных вен XI Всероссийскойс международным участием школы-конференциипо физиологии мышц и мышечной деятельности, посвященной 70-летию открытиямеханизма мышечного сокращения (Москва, 22–25 апреля 2024 г.) ГНЦ РФ – ИМБП РАН, Материалы XI Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности, посвящённой 70-летию открытия механизма мышечного сокращения. Тезисы докладов. Москва. — 2024. — с. 164. (год публикации - 2024)
7.
Мячина Т.А., Бутова К.А., Симонова Р.А., Кочурова А.М., Копылова Г.В., Хохлова А.Д., Щепкин Д.В.
МЕХАНИЧЕСКИЕ АЛЬТЕРНАНСЫ В КАРДИОМИЦИТАХ МИОКАРДИАЛЬНЫХ РУКАВОВ ВЕРХНЕЙ ПОЛОЙ ВЕНЫ И ЛЕГОЧНЫХ ВЕН КАК ВОЗМОЖНЫЙ ИСТОЧНИК ЭКТОПИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПРЕДСЕРДИЙ
ЖУРНАЛ ЭВОЛЮЦИОННОЙ БИОХИМИИ И ФИЗИОЛОГИИ, ЖУРНАЛ ЭВОЛЮЦИОННОЙ БИОХИМИИ И ФИЗИОЛОГИИ, 2025, том 61, № 2, с. 108–118
DOI: 10.31857/S0044452925020044, EDN: IFCLRT (год публикации - 2025)
10.31857/S0044452925020044