В опасной для жизни ситуации сердце бьется быстрее и сильнее, воодушевленное реакцией «бей или беги», которая мгновенно подготавливает человека к реакции или бегу. Новое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Университета Темпл (TUSM), показывает, что рост сократимости сердечной мышцы, возникающий при остром стрессе, вызван притоком кальция в митохондрии – электростанции клеток, производящие энергию.
Исследователям давно известно, что кальций проникает в митохондрии в клетках сердечной мышцы, но физиологическая роль этого процесса была неясна. "Функция поглощения кальция митохондриями во время стресса обычно была связана с коллапсом производства энергии и гибелью клеток," объяснил Джон В. Элрод, доктор философии, доцент кафедры фармакологии Центра трансляционной медицины в TUSM и старший исследователь нового исследования, которое появится 25 июня в журнале Cell Reports.
"Однако мы показываем, что в периоды острого стресса повышенное поглощение кальция митохондриями сердца функционирует как хорошо, так и плохо: во время реакции «бей или беги» он обеспечивает необходимую энергетическую поддержку для сердца, но во время сердечный приступ, он приводит к гибели большого количества сердечных клеток," Доктор. Элрод сказал.
В реакции «бей или беги» выброс адреналина активирует многочисленные системы в организме, чтобы подготовиться к воспринимаемому стрессу. Ключевым аспектом этой реакции является увеличение сократимости сердца. Адреналин увеличивает круговорот кальция в сердце, вызывая сокращение. Тот же самый кальций поступает в митохондрии через канал, известный как митохондриальный унипортер кальция (MCU). Доктор. Элрод и его коллеги из TUSM и детской больницы Цинциннати изучают MCU с момента его открытия в 2011 году, пытаясь выяснить его функцию именно в клетках сердечной мышцы.
В рамках своей работы они выбили или удалили MCU из митохондрий в сердцах взрослых мышей. При этом они обнаружили, что у мышей, лишенных MCU, сердце не реагировало на стимуляцию адреналиновых рецепторов изопротеренолом – адреналиноподобным химическим веществом, которое в высоких дозах обычно приводит к перегрузке сердца, имитируя аспекты борьбы или бегства. отклик. Между тем, у мышей без MCU, перенесших сердечные приступы с ишемией (блокирование кровотока) с последующей реперфузией (восстановление подачи крови и кислорода), было обнаружено, что потеря MCU сохраняет сердечную ткань и увеличивает выживаемость клеток. Без канала кальций не мог проникнуть в митохондрии, чтобы вызвать гибель клеток.
"Эффекты были специфичны для острого стресса," Доктор. Элрод объяснил. "В нормальных условиях потеря MCU практически не повлияла на метаболическую функцию сердца."
Новые результаты дополняют работу, которая ведется исследователями из Temple, чтобы лучше понять функцию сердца и передачу адренергических (связанных с адреналином) сигналов в сердечных клетках. В 2013 году Мадеш Мунисвами, доктор философии, адъюнкт-профессор биохимии, адъюнкт-профессор Центра сердечно-сосудистых исследований и адъюнкт-профессор Центра трансляционной медицины в TUSM и соавтор доктора. Элрод в новом исследовании сообщил об открытии MCUR1, белка во внутренней мембране митохондрии, который необходим для MCU-опосредованного поглощения кальция.
Доктор. Элрод и его коллеги планируют продолжить свои исследования MCU, а затем проанализируют его роль в хроническом стрессе, который имеет отношение к таким состояниям, как сердечная недостаточность и высокое кровяное давление.
"Мы также изучаем другие пути обработки кальция в клетках сердца, и в частности, как кальций уходит из митохондрий," Доктор. Элрод отметил. "Понимание того, как регулируется обмен кальция в митохондриях, может помочь нацелить новые методы лечения, чтобы сохранить производство энергии в клетке, но ограничить перегрузку кальцием, связанную с гибелью клеток."