vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-772Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕRESEARCH ARTICLEЭффекты активации α1адренорецепторов в межпредсердной перегородке у новорожденных и взрослых крысα1-Adrenoreceptors’ activation effects in the interatrial septum myocardium in newborn and adult ratsПустовитК. Б.PustovitK. B.

Пустовит Ксения Борисовна – науч. сотр. кафедры физиологии человека и животных, биологического факультета; науч. сотр. кафедры физиологии 

 

Department of Human and Animal Physiology, Faculty of Biology; Department of Physiology

Leninskye gory 1–12, Moscow, 119234; Ostrovitianov str. 1, Moscow, 117997

МалолинаЕ. А.MalolinaE. A.

Малолина Екатерина Андреевна – науч. сотр. лаборатории эволюционной биологии развития

119334, г. Москва, ул. Вавилова, д. 26 

Laboratory of Evolutionary Biology of Development

Vavilova str. 26, Moscow, 119334

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. ПироговаРоссияLomonosov Moscow State University; Pirogov Russian National Research Medical UniversityRussian FederationИнститут биологии развития имени Н.К. Кольцова РАНРоссияKoltzov Institute of Developmental Biology, Russian Academy of SciencesRussian Federation201922092019743215221Copyright © Пустовит К.Б., Малолина Е.А., 20192019Пустовит К.Б., Малолина Е.А.Pustovit K.B., Malolina E.A.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/772

Биоэлектрические свойства различных формирующихся участков сердца претерпевают существенные изменения в ходе пре- и постнатального онтогенеза. Тем не менее, именно ранние этапы эмбриогенеза определяют не только общую схему строения сердца, но и особенности биоэлектрической активности в различных участках «зрелого» сердца. В частности, гистологическими методами в межпредсердной перегородке (МПП) сердца млекопитающих показано наличие миокарда с фенотипом, сходным с пейсмекерным. Однако электрическая активность в данной структуре остается неизученной. Цель данной работы заключалась в изучении способности МПП спонтанно генерировать потенциалы действия (ПД), а также в исследовании эффектов адренергического воздействия на биоэлектрическую активность МПП сердца. Для этого регистрировали потенциал покоя и ПД с помощью стандартной микроэлектродной техники в многоклеточных перфузируемых изолированных препаратах МПП и левого предсердия, полученных из сердца крысы в конце первых суток постнатального развития, а также на 60-е сут жизни. В нашей работе α1-адреномиметик фенилэфрин (ФЭ) оказал воздействие на конфигурацию ПД в препаратах как МПП, так и предсердного миокарда, полученных от животных обеих возрастных групп. Также в покоящихся препаратах, т.е. без электрической стимуляции, ФЭ вызывал возникновение спонтанных ПД в МПП, но не в предсердии, что может быть связано с колебаниями уровня цитоплазматического кальция. При подаче ZD 7288 – блокатора тока, активируемого гиперполяризацией (If), наблюдалось снижение скорости медленной диастолической деполяризации ПД в пейсмекерных клетках МПП, снижение частоты и появление пачечной активности. Таким образом, миокард МПП новорожденных и взрослых крыс генерирует спонтанную электрическую активность. Необходимым условием возникновения пейсмекерной активности является адренергическая стимуляция. Способность к спонтанной активности, по всей видимости, связана с наличием в кардиомиоцитах МПП пейсмекерного тока If.

The bioelectric properties of various forming parts of the heart undergo significant changes during pre- and postnatal ontogenesis. Nevertheless, the early stages of embryogenesis determine not only the general scheme of the structure of the heart, but also the features of bioelectric activity in various parts of the mature heart. In particular, the presence of a myocardium with is similar to pacemaker was shown by histological methods in the interatrial septum (AS) of the mammalian heart. However, the electrical activity in this structure remains unexplored. The purpose of this work was to study the ability of AS to generate spontaneous action potentials (AP), as well as to study the effects of adrenergic effects on the bioelectric activity of heart AS. For this, the resting potential and AP were recorded using standard microelectrode techniques in multicellular perfused isolated AS and left atrium preparations obtained from the rat heart at the end of the first day of postnatal development, as well as on the 60th day of life. In our work, α1-adrenomimetic phenylephrine (PE affected the configuration of AP in both AS and atrial tissue obtained from animals of both age groups. In addition, in dormant preparations, PE caused spontaneous activity in AS, but not in atrium, which may be due to fluctuations in the level of cytoplasmic calcium. With the application of a blocker current, activated by hyperpolarization (If), ZD7288 against the background of PE, showed us a decrease in the rate of slow diastolic depolarization of AP in AS - pacemaker cells, a decrease in frequency and the appearance of burst activity, up to complete suppression of AP generation. Thus, the myocardium of the AS in newborn rats generates spontaneous electrical activity in the absence of adrenergic stimulation, which in adult rats is a necessary condition for the appearance of the AS-pacemaker activity. The ability for spontaneous activity is highly – likely to be associated with the presence of pacemaker current If in cardiomyocytes of AS.

сердцемежпредсердная перегородкапейсмекербиоэлектрическая активностьпотенциал действияпостнатальное развитиеheartinteratrial septumpacemakerbioelectric activityaction potentialpostnatal developmentReferencesMoorman A.F.M., Christoffels V.M. Cardiac chamber formation: development, genes, and evolution // Int. J. Cardiol. 2003. Vol. 83. N 4. P. 1223–1267.Moorman A.F.M., Christoffels V.M. Cardiac chamber formation: development, genes, and evolution // Int. J. Cardiol. 2003. Vol. 83. N 4. P. 1223–1267.Yanni J., Tellez J.O., Sutyagin P.V., Boyett M.R., Dobrzynski H.J. Structural remodelling of the sinoatrial node in obese old rats // J. Mol. Cell. Cardiol. 2010. Vol. 48. N 4. P. 653–662.Yanni J., Tellez J.O., Sutyagin P.V., Boyett M.R., Dobrzynski H.J. Structural remodelling of the sinoatrial node in obese old rats // J. Mol. Cell. Cardiol. 2010. Vol. 48. N 4. P. 653–662.Kelly R.G., Buckingham M.E. The anterior heart-forming field: voyage to the arterial pole of the heart // Trends Genet. 2002. Vol. 18. N 4. P. 210–216.Kelly R.G., Buckingham M.E. The anterior heart-forming field: voyage to the arterial pole of the heart // Trends Genet. 2002. Vol. 18. N 4. P. 210–216.Davis J.S., Hassanzadeh S., Winitsky S., Lin H., Satorius C., Vemuri R., Aletras A.H., Wen H., Epstein N.D. The overall pattern of cardiac contraction depends on a spatial gradient of myosin regulatory light chain phosphorylation // Cell. 2001. Vol. 107. N 5. P. 631–641.Davis J.S., Hassanzadeh S., Winitsky S., Lin H., Satorius C., Vemuri R., Aletras A.H., Wen H., Epstein N.D. The overall pattern of cardiac contraction depends on a spatial gradient of myosin regulatory light chain phosphorylation // Cell. 2001. Vol. 107. N 5. P. 631–641.Rentschler S., Vaidya D.M., Tamaddon H., Degenhardt K., Sassoon D., Morley G.E., Jalife J., Fishman G.I. Visualization and functional characterization of the developing murine cardiac conduction system // Development. 2001. Vol. 128. N 10. P. 1785–1792.Rentschler S., Vaidya D.M., Tamaddon H., Degenhardt K., Sassoon D., Morley G.E., Jalife J., Fishman G.I. Visualization and functional characterization of the developing murine cardiac conduction system // Development. 2001. Vol. 128. N 10. P. 1785–1792.Højgaard M.V., Holstein-Rathlou N.H., Agner E., Kanters J.K. Reproducibility of heart rate variability, blood pressure variability and baroreceptor sensitivity during rest and head-up tilt // Blood Press. Monit. 2005. Vol. 10. N 1. P. 19–24.Højgaard M.V., Holstein-Rathlou N.H., Agner E., Kanters J.K. Reproducibility of heart rate variability, blood pressure variability and baroreceptor sensitivity during rest and head-up tilt // Blood Press. Monit. 2005. Vol. 10. N 1. P. 19–24.Moorman A.F.M., Jong F.De., Denyn M.M., Lamers W.H. Development of the cardiac conduction system // Circ. Res. 1998. Vol. 82. N 6. P. 629–644.Moorman A.F.M., Jong F.De., Denyn M.M., Lamers W.H. Development of the cardiac conduction system // Circ. Res. 1998. Vol. 82. N 6. P. 629–644.Moorman A.F.M., Anderson R.H. Development of the pulmonary vein // Int. J. Cardiol. 2011. Vol. 147. N 1. P. 182.Moorman A.F.M., Anderson R.H. Development of the pulmonary vein // Int. J. Cardiol. 2011. Vol. 147. N 1. P. 182.Pustovit K.B., Kuzmin V.S., Abramochkin D.V. Diadenosine tetra- and pentaphosphates affect contractility and bioelectrical activity in the rat heart via P2 purinergic receptors // Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 2016. Vol. 389. N 3. P. 303–313.Pustovit K.B., Kuzmin V.S., Abramochkin D.V. Diadenosine tetra- and pentaphosphates affect contractility and bioelectrical activity in the rat heart via P2 purinergic receptors // Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 2016. Vol. 389. N 3. P. 303–313.Pustovit K.B., Potekhina V.M., Ivanova A.D., Petrov A.M., Abramochkin D.V., Kuzmin V.S. Extracellular ATP and β-NAD alter electrical properties and cholinergic effects in the rat heart in age-specific manner // Pur. Sign. 2019. Vol. 15. N 1. P. 107–111.Pustovit K.B., Potekhina V.M., Ivanova A.D., Petrov A.M., Abramochkin D.V., Kuzmin V.S. Extracellular ATP and β-NAD alter electrical properties and cholinergic effects in the rat heart in age-specific manner // Pur. Sign. 2019. Vol. 15. N 1. P. 107–111.Hoffman B.F., Cranefield P.F. Electrophysiology of the heart. N.Y.: McGraw-Hill, 1960. 390 pp.Hoffman B.F., Cranefield P.F. Electrophysiology of the heart. N.Y.: McGraw-Hill, 1960. 390 pp.O’Connell T.D.O., Jensen B.C., Baker A.J., Simpson P.C. Cardiac alpha 1-adrenergic receptors: novel aspects of expression, signaling mechanisms, physiologic function, and clinical importance // Pharmacol. Rev. 2014. Vol. 66. N 1. P. 308–333.O’Connell T.D.O., Jensen B.C., Baker A.J., Simpson P.C. Cardiac alpha 1-adrenergic receptors: novel aspects of expression, signaling mechanisms, physiologic function, and clinical importance // Pharmacol. Rev. 2014. Vol. 66. N 1. P. 308–333.Egorov Y.V., Kuzmin V.S., Glukhov A.V., Rosenshtraukh L.V. Electrophysiological characteristics, rhythm, disturbances and conduction discontinuities under autonomic stimulation in the rat pulmonary vein myocardium // J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2015. Vol. 26. N 10. P. 1130–1139.Egorov Y.V., Kuzmin V.S., Glukhov A.V., Rosenshtraukh L.V. Electrophysiological characteristics, rhythm, disturbances and conduction discontinuities under autonomic stimulation in the rat pulmonary vein myocardium // J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2015. Vol. 26. N 10. P. 1130–1139.Xiao R.-P., Zhu W., Zheng M., Cao C., Zhang Y., Lakatta E.G., Han Q. Subtype-specific α1- and β-adrenoceptor signaling in the heart // Trends Pharmacol. Sci. 2006. Vol. 27. N 6. P. 330–337.Xiao R.-P., Zhu W., Zheng M., Cao C., Zhang Y., Lakatta E.G., Han Q. Subtype-specific α1- and β-adrenoceptor signaling in the heart // Trends Pharmacol. Sci. 2006. Vol. 27. N 6. P. 330–337.Reimann F., Ashcroft F.M. Inwardly rectifying potassium channels // Curr. Opin. Cell Biol. 1999. Vol. 11. N 4. P. 503–508.Reimann F., Ashcroft F.M. Inwardly rectifying potassium channels // Curr. Opin. Cell Biol. 1999. Vol. 11. N 4. P. 503–508.Anumonwo J.M.B., Lopatin A.N. Cardiac strong inward rectifier potassium channels // J. Mol. Cell. Cardiol. 2010. Vol. 48. N 1. P. 45–54.Anumonwo J.M.B., Lopatin A.N. Cardiac strong inward rectifier potassium channels // J. Mol. Cell. Cardiol. 2010. Vol. 48. N 1. P. 45–54.Oliva C., Cohen I.S., Pennefather P. The mechanism of rectification of iK1 in canine Purkinje myocytes // J. Gen. Physiol. 1990. Vol. 96. N 2. P. 299–318.Oliva C., Cohen I.S., Pennefather P. The mechanism of rectification of iK1 in canine Purkinje myocytes // J. Gen. Physiol. 1990. Vol. 96. N 2. P. 299–318.Ibarra J., Morley G.E., Delmar M. Dynamics of the inward rectifier K+ current during the action potential of guinea pig ventricular myocytes // Biophys. J. 1991. Vol. 60. N 6. P. 1534–1539.Ibarra J., Morley G.E., Delmar M. Dynamics of the inward rectifier K+ current during the action potential of guinea pig ventricular myocytes // Biophys. J. 1991. Vol. 60. N 6. P. 1534–1539.Zhong M., Rees, C.M., Terentyev D., Choi B., Koren G., Karma A. NCX-mediated subcellular ca2d dynamics underlying early afterdepolarizations in lqt2 cardiomyocytes // J Biophys. 2018. Vol. 115. N 6. P. 1019–1032.Zhong M., Rees, C.M., Terentyev D., Choi B., Koren G., Karma A. NCX-mediated subcellular ca2d dynamics underlying early afterdepolarizations in lqt2 cardiomyocytes // J Biophys. 2018. Vol. 115. N 6. P. 1019–1032.Kapoor N., Tran A., Kang J., Zhang R., Philipson K.D., Goldhaber J. Regulation of calcium clock-mediated pacemaking by inositol-1,4,5trisphosphate receptors in mouse sinoatrial nodal cells // J. Physiol. 2015. Vol. 593. N 12. P. 2649–2663.Kapoor N., Tran A., Kang J., Zhang R., Philipson K.D., Goldhaber J. Regulation of calcium clock-mediated pacemaking by inositol-1,4,5trisphosphate receptors in mouse sinoatrial nodal cells // J. Physiol. 2015. Vol. 593. N 12. P. 2649–2663.Giladi M., Tal I., Khananshvili D. Structural features of ion transport and allosteric regulation in sodium-calcium exchanger (NCX) proteins // Front. Physiol. 2016. Vol. 7: 30.Giladi M., Tal I., Khananshvili D. Structural features of ion transport and allosteric regulation in sodium-calcium exchanger (NCX) proteins // Front. Physiol. 2016. Vol. 7: 30.Roell W., Lewalter T., Sasse P., Tallini Y.N., Choi B.R., Breitbach M., Doran R., Becher U.M., Hwang S.M., Bostani T., Von Maltzahn J. Engraftment of connexin 43-expressing cells prevents post-infarct arrhythmia // Nature. 2007. Vol. 450. N 7171. P. 819–824.Roell W., Lewalter T., Sasse P., Tallini Y.N., Choi B.R., Breitbach M., Doran R., Becher U.M., Hwang S.M., Bostani T., Von Maltzahn J. Engraftment of connexin 43-expressing cells prevents post-infarct arrhythmia // Nature. 2007. Vol. 450. N 7171. P. 819–824.

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