vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-995Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕRESEARCH ARTICLEКалиевые токи входящего выпрямления IK1 и IKACh в рабочем миокарде японского перепела (Coturnix japonica)Inward rectifier currents IK1 and IKACh in working myocardium of Japanese quail (Coturnix japonica)https://orcid.org/0000-0003-0131-1911ФилатоваТ. С.FilatovaT. S.

Филатова Татьяна Сергеевна – мл. науч. сотр. кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ; лаборант-исследователь лаборатории электрофизиологии сердца Национального медицинского исследовательского центра кардиологии; мл. науч. сотр. кафедры физиологии Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12121552, г. Москва, ул. Черепковская 3-я, д. 15а117997, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1Тел.: 8-929-515-25-78

Department of Human and Animal PhysiologyLaboratory of Cardiac ElectrophysiologyDepartment of Physiology

Leninskiye gory, 1–12, Moscow, 1192343rd Cherepkovskaya str., 15A, MoscowOstrovityanova str., 1, Moscow

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

Абрамочкин Денис Валерьевич – докт. биол. наук, вед. науч. сотр. кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ; зав. лабораторией электрофизиологии сердца Национального медицинского исследовательского центра кардиологии; профессор кафедры физиологии Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12121552, г. Москва, ул. Черепковская 3-я, д. 15а117997, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1Тел.: 8-916-603-05-02

Department of Human and Animal PhysiologyLaboratory of Cardiac ElectrophysiologyDepartment of Physiology

Leninskiye gory, 1–12, Moscow, 1192343rd Cherepkovskaya str., 15A, MoscowOstrovityanova str., 1, Moscow

abram340@mail.ruМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии; Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. ПироговаРоссияLomonosov Moscow State University; National Medical Research Center for Cardiology; Pirogov Russian National Research Medical UniversityRussian Federation2021310520217628389Copyright © Филатова Т.С., Абрамочкин Д.В., 20212021Филатова Т.С., Абрамочкин Д.В.Filatova T.S., 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/995

Несмотря на то, что эмбрионы птиц широко используются в исследованиях, клеточные и молекулярные аспекты физиологии сердца взрослых птиц изучены слабо. Недавние исследования показали, что, несмотря на отдаленное систематическое положение, набор реполяризующих калиевых токов в сердце птиц напоминает таковой у млекопитающих и, в частности, у человека, что позволяет считать птиц потенциальным модельным объектом в экспериментальной кардиологии. Данное исследование впервые характеризует калиевые токи входящего выпрямления в рабочем миокарде перепела. С помощью метода пэтч-кламп в изолированных предсердных и желудочковых миоцитах перепела был зарегистрирован основной фоновый ток входящего выпрямления IK1 . Входящая и выходящая компоненты IK1 в желудочковых клетках превышали таковые в предсердных, различия в степени выпрямления тока не были выявлены. Карбахол вызывал активацию ацетилхолинзависимого тока входящего выпрямления IKACh в предсердных, но не в желудочковых миоцитах. Ток IKACh в предсердных миоцитах был чувствителен к терциапину. Конститутивно активный ацетилхолинзависимый ток IKACh не был обнаружен ни в предсердных, ни в желудочковых клетках. В многоклеточных препаратах правого предсердия перепела карбахол вызывал гиперполяризацию и укорочение потенциалов действия, тогда как в препаратах правого желудочка эти эффекты отсутствовали. Активация тока IKACh под действием карбахола была дозозависимой с EC50 =4,922×10 М. Описанное распределение токов входящего выпрямления IK1 и IKACh в миокарде-7 птиц сходно с таковым у млекопитающих, используемых в качестве экспериментальных объектов в физиологических исследованиях.

Birds acquired endothermy and four-chambered heart independently from mammals in the course of evolution. Though avian embryos are widely used in experiments, little is known about adult avian heart. Recent studies have shown that despite of big evolutionary distance, the set of repolarizing potassium currents in avian myocardium resembles that in mammalian heart as well as in humans. That allows to propose birds as a potential model in experimental cardiology. The present study for the first time describes inward rectifier potassium currents in working myocardium of quail. Using patch clamp method, we recorded main background inward rectifier current IK1 in isolated atrial and ventricular cardiomyocytes of quail. Both inward and outward components of IK1 in ventricular cells were larger than those in atrial cells, while there were no differences in voltage dependence of inward rectification. Acetylcholine and carbachol induced activation of acetylcholine-dependent inward rectifier current IKACh in atrial, but not in ventricular myocytes. IKACh in atrial myocytes was sensitive to tertiapin. Constitutively active IKACh has not been detected. In multicellular preparations of quail right atrium carbachol induced hyperpolarization and shortening of action potentials, while in preparations of right ventricle no such effects were observed. Activation of IKACh upon application of carbachol was dose-dependent with EC50=4,922∙10-7М. The described distribution of inward rectifier currents in avian myocardium is similar to that in mammalian species, which are widely used as model objects in experimental cardiology.

птицырабочий миокардбиоэлектрическая активностьизолированные кардиомиоцитыпэтч-клампионные токиbirdsworking myocardiumbioelectrical activityisolated cardiomyocytespatch clampionic currentsРабота выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 19-34-90142).The research was funded by Russian Foundation for Basic Research, project number 19-34-90142.ReferencesShiels H.A., Galli G.L.J. The sarcoplasmic reticulum and the evolution of the vertebrate heart // Physiology. 2014. Vol. 29. N 6. P. 456–469.Shiels H.A., Galli G.L.J. The sarcoplasmic reticulum and the evolution of the vertebrate heart // Physiology. 2014. Vol. 29. N 6. P. 456–469.Jensen B., Wang T., Christoffels V.M., Moorman A.F.M. Evolution and development of the building plan of the vertebrate heart // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Cell Res. 2013. Vol. 1833. N 4. P. 783–794.Jensen B., Wang T., Christoffels V.M., Moorman A.F.M. Evolution and development of the building plan of the vertebrate heart // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Cell Res. 2013. Vol. 1833. N 4. P. 783–794.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: Novel translational model for cardiac electrophysiology // Comp. Biochem. Physiol. Part A Mol. Integr. Physiol. 2021. Vol. 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: Novel translational model for cardiac electrophysiology // Comp. Biochem. Physiol. Part A Mol. Integr. Physiol. 2021. Vol. 255: 110919.Filatova T.S., Abramochkin D. V., Shiels H.A. Warmer, faster, stronger: Ca 2+ cycling in avian myocardium // J. Exp. Biol. 2020. Vol. 223. N 19: jeb228205.Filatova T.S., Abramochkin D. V., Shiels H.A. Warmer, faster, stronger: Ca 2+ cycling in avian myocardium // J. Exp. Biol. 2020. Vol. 223. N 19: jeb228205.Vornanen M., Hassinen M., Haverinen J. Tetrodotoxin sensitivity of the vertebrate cardiac Na+ current // Mar. Drugs. 2011. Vol. 9. N 11. P. 2409–2422.Vornanen M., Hassinen M., Haverinen J. Tetrodotoxin sensitivity of the vertebrate cardiac Na+ current // Mar. Drugs. 2011. Vol. 9. N 11. P. 2409–2422.Abramochkin D. V., Matchkov V., Wang T. A characterization of the electrophysiological properties of the cardiomyocytes from ventricle, atrium and sinus venosus of the snake heart // J. Comp. Physiol. B Biochem. Syst. Environ. Physiol. 2020. Vol. 190. N 1. P. 63–73.Abramochkin D. V., Matchkov V., Wang T. A characterization of the electrophysiological properties of the cardiomyocytes from ventricle, atrium and sinus venosus of the snake heart // J. Comp. Physiol. B Biochem. Syst. Environ. Physiol. 2020. Vol. 190. N 1. P. 63–73.Cavero I., Crumb W. Native and cloned ion channels from human heart: laboratory models for evaluating the cardiac safety of new drugs // Eur. Hear. J. Suppl. 2001. Vol. 3. Suppl. K. P. K53–K63.Cavero I., Crumb W. Native and cloned ion channels from human heart: laboratory models for evaluating the cardiac safety of new drugs // Eur. Hear. J. Suppl. 2001. Vol. 3. Suppl. K. P. K53–K63.Jost N., Virág L., Bitay M., Takács J., Lengyel C., Biliczki P., Nagy Z., Bogáts G., Lathrop D.A., Papp J.G., Varró A. Restricting excessive cardiac action potential and QT prolongation: A vital role for I Ks in human ventricular muscle // Circulation. 2005. Vol. 112. N 10. P. 1392–1399.Jost N., Virág L., Bitay M., Takács J., Lengyel C., Biliczki P., Nagy Z., Bogáts G., Lathrop D.A., Papp J.G., Varró A. Restricting excessive cardiac action potential and QT prolongation: A vital role for I Ks in human ventricular muscle // Circulation. 2005. Vol. 112. N 10. P. 1392–1399.Ehrlich J.R. Inward rectifier potassium currents as a target for atrial fibrillation therapy // J. Cardiovasc. Pharmacol. 2008. Vol. 52. N 2. P. 129–135.Ehrlich J.R. Inward rectifier potassium currents as a target for atrial fibrillation therapy // J. Cardiovasc. Pharmacol. 2008. Vol. 52. N 2. P. 129–135.Klein M.G., Shou M., Stohlman J., Solhjoo S., Haigney M., Tidwell R.R., Goldstein R.E., Flagg T.P., Haigney M.C. Role of suppression of the inward rectifier current in terminal action potential repolarization in the failing heart // Heart Rhythm. 2017. Vol. 14. N 8. P. 1217–1223.Klein M.G., Shou M., Stohlman J., Solhjoo S., Haigney M., Tidwell R.R., Goldstein R.E., Flagg T.P., Haigney M.C. Role of suppression of the inward rectifier current in terminal action potential repolarization in the failing heart // Heart Rhythm. 2017. Vol. 14. N 8. P. 1217–1223.Isenberg G., Klockner U. Calcium tolerant ventricular myocytes prepared by preincubation in a “KB medium” // Pflügers Arch. Eur. J. Physiol. 1982. Vol. 395. N 1. P. 6–18.Isenberg G., Klockner U. Calcium tolerant ventricular myocytes prepared by preincubation in a “KB medium” // Pflügers Arch. Eur. J. Physiol. 1982. Vol. 395. N 1. P. 6–18.Valance D., Després G., Richard S., Constantin P., Mignon-Grasteau S., Leman S., Boissy A., Faure J.M., Leterrier C. Changes in heart rate variability during a tonic immobility test in quail // Physiol. Behav. 2008. Vol. 93. N 3. P. 512–520.Valance D., Després G., Richard S., Constantin P., Mignon-Grasteau S., Leman S., Boissy A., Faure J.M., Leterrier C. Changes in heart rate variability during a tonic immobility test in quail // Physiol. Behav. 2008. Vol. 93. N 3. P. 512–520.Haverinen J., Vornanen M. Responses of action potential and K + currents to temperature acclimation in fish hearts: phylogeny or thermal preferences? // Physiol. Biochem. Zool. 2009. Vol. 82. N 5. P. 468–482.Haverinen J., Vornanen M. Responses of action potential and K + currents to temperature acclimation in fish hearts: phylogeny or thermal preferences? // Physiol. Biochem. Zool. 2009. Vol. 82. N 5. P. 468–482.Varro A., Nanasi P.P., Lathrop D.A. Potassium currents in isolated human atrial and ventricular cardiocytes // Acta Physiol. Scand. 1993. Vol. 149. N 2. P. 133–142.Varro A., Nanasi P.P., Lathrop D.A. Potassium currents in isolated human atrial and ventricular cardiocytes // Acta Physiol. Scand. 1993. Vol. 149. N 2. P. 133–142.Panama B.K., McLerie M., Lopatin A.N. Heterogeneity of I K1 in the mouse heart // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2007. Vol. 293. N 6. P. H3558–H3567.Panama B.K., McLerie M., Lopatin A.N. Heterogeneity of I K1 in the mouse heart // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2007. Vol. 293. N 6. P. H3558–H3567.Ward C.A., Ma Z., Lee S.S., Giles W.R. Potassium currents in atrial and ventricular myocytes from a rat model of cirrhosis // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 1997. Vol. 273. N 2. P. G537–G544.Ward C.A., Ma Z., Lee S.S., Giles W.R. Potassium currents in atrial and ventricular myocytes from a rat model of cirrhosis // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 1997. Vol. 273. N 2. P. G537–G544.Hassinen M., Haverinen J., Hardy M.E., Shiels H.A., Vornanen M. Inward rectifier potassium current (IK1 ) and Kir2 composition of the zebrafish (Danio rerio) heart // Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 2015. Vol. 467. N 12. P. 2437–2446.Hassinen M., Haverinen J., Hardy M.E., Shiels H.A., Vornanen M. Inward rectifier potassium current (IK1 ) and Kir2 composition of the zebrafish (Danio rerio) heart // Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 2015. Vol. 467. N 12. P. 2437–2446.Skarsfeldt M.A., Bomholtz S.H., Lundegaard P.R., Lopez-Izquierdo A., Tristani-Firouzi M., Bentzen B.H. Atriumspecific ion channels in the zebrafish-A role of I KACh in atrial repolarization // Acta Physiol. 2018. Vol. 223. N 3: e13049.Skarsfeldt M.A., Bomholtz S.H., Lundegaard P.R., Lopez-Izquierdo A., Tristani-Firouzi M., Bentzen B.H. Atriumspecific ion channels in the zebrafish-A role of I KACh in atrial repolarization // Acta Physiol. 2018. Vol. 223. N 3: e13049.Dobrzynski H., Marples D.D.R., Musa H., Yamanushi T.T., Henderson Z., Takagishi Y., Honjo H., Kodama I., Boyett M.R. Distribution of the muscarinic K+ channel proteins Kir3.1 and Kir3.4 in the ventricle, atrium, and sinoatrial node of heart // J. Histochem. Cytochem. 2001. Vol. 49. N 10. P. 1221–1234.Dobrzynski H., Marples D.D.R., Musa H., Yamanushi T.T., Henderson Z., Takagishi Y., Honjo H., Kodama I., Boyett M.R. Distribution of the muscarinic K+ channel proteins Kir3.1 and Kir3.4 in the ventricle, atrium, and sinoatrial node of heart // J. Histochem. Cytochem. 2001. Vol. 49. N 10. P. 1221–1234.Liang B., Nissen J.D., Laursen M., Wang X., Skibsbye L., Hearing M.C., Andersen M.N., Rasmussen H.B., Wickman K., Grunnet M., Olesen S.-P., Jespersen T. G-protein-coupled inward rectifier potassium current contributes to ventricular repolarization // Cardiovasc. Res. 2014. Vol. 101. N 1. P. 175–184.Liang B., Nissen J.D., Laursen M., Wang X., Skibsbye L., Hearing M.C., Andersen M.N., Rasmussen H.B., Wickman K., Grunnet M., Olesen S.-P., Jespersen T. G-protein-coupled inward rectifier potassium current contributes to ventricular repolarization // Cardiovasc. Res. 2014. Vol. 101. N 1. P. 175–184.Beckmann C., Rinne A., Littwitz C., Mintert E., Bosche L.I., Kienitz M.-C., Pott L., Bender K. G ProteinActivated (GIRK) Current in Rat Ventricular Myocytes is Masked by Constitutive Inward Rectifier Current (IK1 ) // Cell. Physiol. Biochem. 2008. Vol. 21. N 4. P. 259–268.Beckmann C., Rinne A., Littwitz C., Mintert E., Bosche L.I., Kienitz M.-C., Pott L., Bender K. G ProteinActivated (GIRK) Current in Rat Ventricular Myocytes is Masked by Constitutive Inward Rectifier Current (IK1 ) // Cell. Physiol. Biochem. 2008. Vol. 21. N 4. P. 259–268.Dobrev D., Graf E., Wettwer E., Himmel H.M., Hála O., Doerfel C., Christ T., Schüler S., Ravens U. Molecular basis of downregulation of G-protein-coupled inward rectifying K + current (IK,ACh ) in chronic human atrial fibrillation decrease in GIRK4 mrna correlates with reduced I K,ACh and muscarinic receptor-mediated shortening of action potentials // Circulation. 2001. Vol. 104. N 21. P. 2551–2557.Dobrev D., Graf E., Wettwer E., Himmel H.M., Hála O., Doerfel C., Christ T., Schüler S., Ravens U. Molecular basis of downregulation of G-protein-coupled inward rectifying K + current (IK,ACh ) in chronic human atrial fibrillation decrease in GIRK4 mrna correlates with reduced I K,ACh and muscarinic receptor-mediated shortening of action potentials // Circulation. 2001. Vol. 104. N 21. P. 2551–2557.Abramochkin D. V., Vornanen M. Seasonal changes of cholinergic response in the atrium of Arctic navaga cod (Eleginus navaga) // J. Comp. Physiol. B Biochem. Syst. Environ. Physiol. 2017. Vol. 187. N 2. P. 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 Biochem. Syst. Environ. Physiol. 2017. Vol. 187. N 2. P. 329–338.Lomax A.E., Rose R.A., Giles W.R. Electrophysiological evidence for a gradient of G proteingated K + current in adult mouse atria // Br. J. Pharmacol. 2003. Vol. 140. N 3. P. 576–584.Lomax A.E., Rose R.A., Giles W.R. Electrophysiological evidence for a gradient of G proteingated K + current in adult mouse atria // Br. J. Pharmacol. 2003. Vol. 140. N 3. P. 576–584.

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