vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biology10.55959/MSU0137-0952-16-79-2S-9vestnik-bio-msu-1384Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕRESEARCH ARTICLEМеханизмы воздействия полиароматических углеводородов нефти на электрическую активность сердца северной наваги (Eleginus nawaga)The mechanisms of effects of oil-derived polyaromatic hydrocarbons on cardiac electrical activity in navaga cod (Eleginus nawaga)https://orcid.org/0000-0003-0131-1911ФилатоваТ. С.FilatovaT. S.

Филатова Татьяна Сергеевна – канд. биол. наук, науч. сотр. кафедры физиологии человека и животных биологического факультета, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12;

121552, г. Москва, ул. Академика Чазова, д. 15а

Department of Human and Animal Physiology, Biological Faculty, Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234;

st. Academician Chazova, 15a, Moscow, 121552

filatova@mail.bio.msu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7372-9324БородковА. С.BorodkovA. S.

Бородков Алексей Сергеевич – канд. хим. наук, ст. науч. сотр. лаборатории инструментальных методов и органических реагентов,

119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 19, стр. 1

Kosygina st. 19–1, Moscow, 119991

abors@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0919-0712КарховА. М.KarkhovA. M.

Кархов Андрей Михайлович – студент кафедры физиологии человека и животных биологического факультета, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12;

121552, г. Москва, ул. Академика Чазова, д. 15а

Department of Human and Animal Physiology, Biological Faculty, Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234;

st. Academician Chazova, 15a, Moscow, 121552

akarchoff@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5167-2112ДжуманиязоваИ. Х.DzhumaniiazovaI. H.

Джуманиязова Ирина Хамрабековна – аспирант кафедры физиологии человека и животных биологического факультета,

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Human and Animal Physiology, Biological Faculty, 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234

dzhumaniiazova.irina.2019@post.bio.msu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5137-2187ПустовитО. Б.PustovitO. B.

Пустовит Оксана Борисовна – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры физиологиичеловека и животных биологического факультета,

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Human and Animal Physiology, Biological Faculty, 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234

k_pustovit@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5751-8853АбрамочкинД. В.AbramochkinD. V.

Абрамочкин Денис Валерьевич – докт. биол. наук, зав. кафедрой физиологии человека и животных биологического факультета,

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Department of Human and Animal Physiology, Biological Faculty, 

Leninskie gory 1–12, Moscow, 119234

abram340@mail.ruМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Научно-исследовательский институт экспериментальной кардиологии имени академика В.Н. Смирнова, Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова Минздрава РоссииРоссияLomonosov Moscow State University; Academician Smirnov Institute of Experimental Cardiology, Academician Chazov National Medical Research Centre o CardiologyRussian FederationИнститут геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского, Российская академия наукРоссияVernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of SciencesRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова Научно-исследовательский институт экспериментальной кардиологии имени академика В.Н. Смирнова, Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова Минздрава РоссииРоссияLomonosov Moscow State University; Academician Smirnov Institute of Experimental Cardiology, Academician Chazov National Medical Research Centre o CardiologyRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202427082024792S8997Copyright © Филатова Т.С., Бородков А.С., Кархов А.М., Джуманиязова И.Х., Пустовит О.Б., Абрамочкин Д.В., 20242024Филатова Т.С., Бородков А.С., Кархов А.М., Джуманиязова И.Х., Пустовит О.Б., Абрамочкин Д.В.Filatova T.S., Borodkov A.S., Karkhov A.M., Dzhumaniiazova I.H., Pustovit O.B., Abramochkin D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/1384

Интенсивное развитие нефте- и газодобывающей отраслей в Арктике ставит под угрозу арктические водные экосистемы. Считается, что токсическое и, прежде всего, летальное кардиотоксическое действие нефти на живые организмы связано с полиароматическими углеводородами (ПАУ), и в предыдущих работах были рассмотрены электрофизиологические механизмы действия отдельных ПАУ в составе нефти. Однако физиологические эффекты сложной смеси ПАУ в составе водорастворимой фракции (ВРФ) нефти ранее не изучались. Данное исследование сфокусировано на анализе действия ВРФ нефти на электрическую активность и основные ионные токи в рабочем миокарде наваги (Eleginus nawaga), одного из наиболее важных промысловых видов рыб Арктики. Было обнаружено, что 1%-ные и 10%-ные растворы ВРФ нефти вызывают выраженное увеличение длительности потенциалов действия в кардиомиоцитах наваги. Этот эффект, по всей видимости, связан с подавлением быстрого тока задержанного выпрямления IKr (IC50 около 3% в желудочковом и предсердном миокарде). В более высоких концентрациях ВРФ нефти подавляла и кальциевый ток ICaL (IC50 = 10,6%), что приводило к снижению сократительной активности изолированных препаратов миокарда. В отличие от отдельных трициклических ПАУ, ВРФ нефти не действовала на быстрый натриевый ток INa и не влияла на скорость фазы быстрой деполяризации потенциала действия. Оценка содержания трициклических ПАУ в 10%-ной ВРФ нефти показала, что их совокупная концентрация относительно низка и не превышает 100 нМ. Таким образом, ВРФ нефти также оказывает мощное кардиотоксическое действие в миокарде рыб, однако ее эффект отличается от исследованных ранее эффектов трициклических ПАУ и позволяет предполагать присутствие в составе нефти еще не исследованных соединений, обладающих более выраженной способностью блокировать калиевые каналы ERG.

The intensive development of oil and gas industries in the Arctic threatens Arctic aquatic ecosystems. The toxic and primarily lethal cardiotoxic effects of oil in living organisms are believed to be associated with polyaromatic hydrocarbons (PAHs), and previous works revealed the electrophysiological mechanisms of action of individual oil-derived PAHs. However, the physiological effects of a complex PAHs mixture in oil water-soluble fraction (WSF) have not been previously studied. This study is focused on the effects of oil WSF on electrical activity and major ionic currents in the working myocardium of navaga (Eleginus nawaga), which is one of the most important commercial fish species in the Arctic. We found that 1% and 10% solutions of oil WSF cause a marked increase in the duration of action potentials (APs) in navaga cardiomyocytes. This effect appears to be due to the suppression of rapid delayed rectifying current IKr (IC50 about 3% in ventricular and atrial myocardium). At higher concentrations, oil WSF also suppressed calcium current ICaL (IC50 = 10.6%), which led to a decrease in the contractile activity in isolated myocardial preparations. Unlike individual tricyclic PAHs, oil WSF did not affect fast sodium current INa and AP upstroke velocity. An assessment of the content of tricyclic PAHs in 10% solution of oil WSF showed that their total concentration is relatively low and does not exceed 100 nM. Thus, oil WSF also has a powerful cardiotoxic effect in fish myocardium, but its effects differ from the previously studied effects of tricyclic PAHs and suggest the presence of yet unexplored oil compounds that have a more powerful toxic potential against ERG channels.

кардиомиоцитпотенциал действияпэтч-клампполиароматические углеводородыионные токинефтьcardiomyocyteaction potentialpatch-clamppolyaromatic hydrocarbonsionic currentsoilРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-14- 00075). В работе было использовано оборудование, приобретенное МГУ имени М.В. Ломоносова в рамках федерального проекта «Развитие инфраструктуры для научных исследований и подготовки кадров» национального проекта «Наука и университеты» от 29.12.2022г №15-пр/42 (соглашение №355 от 15.03.2024).ReferencesKrupenio N.N., Parmuzin P.I., Zamoiskii V.L. Mapping of segments polluted by petroleum products in the Usinsk region of the Komi republic from remotemeasurement data. Hydrotechnical Construction. 1995;29(11):648–652.Krupenio N.N., Parmuzin P.I., Zamoiskii V.L. Mapping of segments polluted by petroleum products in the Usinsk region of the Komi republic from remotemeasurement data. Hydrotechnical Construction. 1995;29(11):648–652.Филатова Т.С., Абрамочкин Д.В. Физиологические эффекты полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в организме рыб. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16: Биол. 2023;78(3):127–138.Филатова Т.С., Абрамочкин Д.В. Физиологические эффекты полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в организме рыб. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16: Биол. 2023;78(3):127–138.Marris C.R., Kompella S.N., Miller M.R., Incardona J.P., Brette F., Hancox J.C., Sorhus E., Shiels H.A. Polyaromatic hydrocarbons in pollution: a heart-breaking matter. J. Physiol. 2020;598(2):227–247.Marris C.R., Kompella S.N., Miller M.R., Incardona J.P., Brette F., Hancox J.C., Sorhus E., Shiels H.A. Polyaromatic hydrocarbons in pollution: a heart-breaking matter. J. Physiol. 2020;598(2):227–247.Brette F., Machado B., Cros C., Incardona J.P., Scholz N.L., Block B.A. Crude oil impairs cardiac excitation-contraction coupling in fish. Biophys. J. 2014;106(2):732a.Brette F., Machado B., Cros C., Incardona J.P., Scholz N.L., Block B.A. Crude oil impairs cardiac excitation-contraction coupling in fish. Biophys. J. 2014;106(2):732a.Vehniäinen E.R., Haverinen J., Vornanen M. Polycyclic aromatic hydrocarbons phenanthrene and retene modify the action potential via multiple ion currents in rainbow trout oncorhynchus mykiss cardiac myocytes. Env. Toxicol. Chem. 2019;38(10):2145–2153.Vehniäinen E.R., Haverinen J., Vornanen M. Polycyclic aromatic hydrocarbons phenanthrene and retene modify the action potential via multiple ion currents in rainbow trout oncorhynchus mykiss cardiac myocytes. Env. Toxicol. Chem. 2019;38(10):2145–2153.Ainerua M.O., Tinwell J., Kompella S.N., Sorhus E., White K.N., van Dongen B.E., Shiels H.A. Understanding the cardiac toxicity of the anthropogenic pollutant phenanthrene on the freshwater indicator species, the brown trout (Salmo trutta): From whole heart to cardiomyocytes. Chemosphere. 2020;239:124608.Ainerua M.O., Tinwell J., Kompella S.N., Sorhus E., White K.N., van Dongen B.E., Shiels H.A. Understanding the cardiac toxicity of the anthropogenic pollutant phenanthrene on the freshwater indicator species, the brown trout (Salmo trutta): From whole heart to cardiomyocytes. Chemosphere. 2020;239:124608.Abramochkin D.V., Kompella S.N., Shiels H.A. Phenanthrene alters the electrical activity of atrial and ventricular myocytes of a polar fish, the Navaga cod. Aquat. Toxicol. 2021;235:105823.Abramochkin D.V., Kompella S.N., Shiels H.A. Phenanthrene alters the electrical activity of atrial and ventricular myocytes of a polar fish, the Navaga cod. Aquat. Toxicol. 2021;235:105823.Abramochkin D.V., Haverinen J., Mitenkov Y.A., Vornanen M. Temperature and external K+ dependence of electrical excitation in ventricular myocytes of cod-like fishes. J. Exp. Biol. 2019;222(5):193607.Abramochkin D.V., Haverinen J., Mitenkov Y.A., Vornanen M. Temperature and external K+ dependence of electrical excitation in ventricular myocytes of cod-like fishes. J. Exp. Biol. 2019;222(5):193607.Kompella S.N., Brette F., Hancox J.C, Shiels H.A. Phenanthrene impacts zebrafish cardiomyocyte excitability by inhibiting IKr and shortening action potential duration. J. Gen. Physiol. 2021;153(2):e202012733.Kompella S.N., Brette F., Hancox J.C, Shiels H.A. Phenanthrene impacts zebrafish cardiomyocyte excitability by inhibiting IKr and shortening action potential duration. J. Gen. Physiol. 2021;153(2):e202012733.Abramochkin D.V., Filatova T.S., Kuzmin V.S., Voronkov Y.I., Kamkin A., Shiels H.A. Tricyclic hydrocarbon fluorene attenuates ventricular ionic currents and pressure development in the navaga cod. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2023;273:109736.Abramochkin D.V., Filatova T.S., Kuzmin V.S., Voronkov Y.I., Kamkin A., Shiels H.A. Tricyclic hydrocarbon fluorene attenuates ventricular ionic currents and pressure development in the navaga cod. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2023;273:109736.Abramochkin D.V., Vornanen M. Inhibition of the cardiac ATP-dependent potassium current by KB-R7943. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2014;175:38–45.Abramochkin D.V., Vornanen M. Inhibition of the cardiac ATP-dependent potassium current by KB-R7943. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2014;175:38–45.Filatova T.S., Abramochkin D.V., Shiels H.A. Thermal acclimation and seasonal acclimatization: a comparative study of cardiac response to prolonged temperature change in shorthorn sculpin. J. Exp. Biol. 2019;222(Pt. 16):jeb202242.Filatova T.S., Abramochkin D.V., Shiels H.A. Thermal acclimation and seasonal acclimatization: a comparative study of cardiac response to prolonged temperature change in shorthorn sculpin. J. Exp. Biol. 2019;222(Pt. 16):jeb202242.Abramochkin D.V., Borodinova A.A., Rosenshtraukh L.V. Effects of acetylcholinesterase inhibitor paraoxon denote the possibility of non-quantal acetylcholine release in myocardium of different vertebrates. J. Comp. Physiol. B. 2012;182(1):101–108.Abramochkin D.V., Borodinova A.A., Rosenshtraukh L.V. Effects of acetylcholinesterase inhibitor paraoxon denote the possibility of non-quantal acetylcholine release in myocardium of different vertebrates. J. Comp. Physiol. B. 2012;182(1):101–108.Heuer R.M., Galli G.L.J., Shiels H.A., Fieber L.A., Cox G.K., Mager E.M., Stieglitz J.D., Benetti D.D., Grosell M., Crossley Ii. D.A. Impacts of Deepwater Horizon crude oil on Mahi-Mahi (Coryphaena hippurus) heart cell function. Environ. Sci. Technol. 2019;53(16):9895–9904.Heuer R.M., Galli G.L.J., Shiels H.A., Fieber L.A., Cox G.K., Mager E.M., Stieglitz J.D., Benetti D.D., Grosell M., Crossley Ii. D.A. Impacts of Deepwater Horizon crude oil on Mahi-Mahi (Coryphaena hippurus) heart cell function. Environ. Sci. Technol. 2019;53(16):9895–9904.Haverinen J., Abramochkin D.V., Kamkin A., Vornanen M. Maximum heart rate in brown trout (Salmo trutta fario) is not limited by firing rate of pacemaker cells. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2017;312(2):R165–R171.Haverinen J., Abramochkin D.V., Kamkin A., Vornanen M. Maximum heart rate in brown trout (Salmo trutta fario) is not limited by firing rate of pacemaker cells. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2017;312(2):R165–R171.Abramochkin D.V., Filatova T.S., Pustovit K.B., Voronina Y.A., Kuzmin V.S., Vornanen M. Ionic currents underlying different patterns of electrical activity in working cardiac myocytes of mammals and non-mammalian vertebrates. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2022;268:111204.Abramochkin D.V., Filatova T.S., Pustovit K.B., Voronina Y.A., Kuzmin V.S., Vornanen M. Ionic currents underlying different patterns of electrical activity in working cardiac myocytes of mammals and non-mammalian vertebrates. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2022;268:111204.Filatova T.S., Abramochkin D.V., Pavlova N.S., Pustovit K.B., Konovalova O.P., Kuzmin V.S., Dobrzynski H. Repolarizing potassium currents in working myocardium of Japanese quail: a novel translational model for cardiac electrophysiology. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2021;255:110919.Filatova T.S., Abramochkin D.V., Pavlova N.S., Pustovit K.B., Konovalova O.P., Kuzmin V.S., Dobrzynski H. Repolarizing potassium currents in working myocardium of Japanese quail: a novel translational model for cardiac electrophysiology. Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2021;255:110919.Abramochkin D.V., Vornanen M. Seasonal changes of cholinergic response in the atrium of Arctic navaga cod (Eleginus navaga). J. Comp. Physiol. B 2017;187(2):329–338.Abramochkin D.V., Vornanen M. Seasonal changes of cholinergic response in the atrium of Arctic navaga cod (Eleginus navaga). J. Comp. Physiol. B 2017;187(2):329–338.Belles B., Malécot C.O., Hescheler J., Trautwein W. “Run-down” of the Ca current during long whole-cell recordings in guinea pig heart cells: role of phosphorylation and intracellular calcium. Pflugers. Arch. 1988;411(4):353–360.Belles B., Malécot C.O., Hescheler J., Trautwein W. “Run-down” of the Ca current during long whole-cell recordings in guinea pig heart cells: role of phosphorylation and intracellular calcium. Pflugers. Arch. 1988;411(4):353–360.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.