Калиевые токи входящего выпрямления I_K1 и I_KACh в рабочем миокарде японского перепела (Coturnix japonica)

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 I_K1 . Входящая и выходящая компоненты I_K1 в желудочковых клетках превышали таковые в предсердных, различия в степени выпрямления тока не были выявлены. Карбахол вызывал активацию ацетилхолинзависимого тока входящего выпрямления I_KACh в предсердных, но не в желудочковых миоцитах. Ток I_KACh в предсердных миоцитах был чувствителен к терциапину. Конститутивно активный ацетилхолинзависимый ток I_KACh 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 I_KACh под действием карбахола была дозозависимой с EC₅₀ =4,922×10 М. Описанное распределение токов входящего выпрямления I_K1 и I_KACh в миокарде-7 птиц сходно с таковым у млекопитающих, используемых в качестве экспериментальных объектов в физиологических исследованиях.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Vornanen M., Hassinen M., Haverinen J. Tetrodotoxin sensitivity of the vertebrate cardiac Na+ current // Mar. Drugs. 2011. Vol. 9. N 11. P. 2409–2422.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.