| Das zytosolische Ca2+ wird in Kardiomyozyten vor allem durch die Aktivität der sarkoplasmatischen Ca2+ ATPase (SERCA) und dem sarkolemmalen Na/Ca2+ Austauscher (NCX), in geringerem Maße auch durch die plasmalemmale Ca2+ ATPase und Mitochondrien erniedrigt. Wir beschreiben erstmals räumliche und zeitliche Inhomogenitäten in der zytosolischen Ca2+-Entfernung in normalen und erkrankten Herzen und erforschen zu Grunde liegende Mechanismen.
Räumlich aufgelöste Ca2+-Transienten (1 Hz, Fluo-4 AM) wurden unter „Steady-State“ Bedingungen in ventrikulären Kardiomyozyten mittels konfokaler Mikroskopie aufgezeichnet. Wir quantifizierten die Zeitkonstante des zytosolischen Ca2+-Abfalls (tau_loc) des lokalen Ca2+-Transienten in Intervallen von 1 µm über die Zelle.
Die Verteilung von tau_loc war in murinen Kardiomyozyten inhomogen, mit einer maximalen Differenz zwischen den Zellregionen von 237±9 ms und einem Variationskoeffizienzen (CV_tau) von 14±2% (mean±S.E.M., n=10 cells). Es fand sich keine Abhängigkeit von tau_loc und der lokalen Amplitude oder Ca2+-Freisetzungskinetik. Kohärente Regionen schneller (FastCaR, tau_loc < mittleres Tau der Gesamtzelle) und langsamer (SlowCaR) Ca2+-Entfernung hatten dieselbe Breite (4.6±0.2 vs. 5.1±0.5 µm). Forskolin beschleunigte, und der SERCA-Inhibitor Cyclopiazonsäure(CPA) hemmte die Ca2+-Entfernung significant starker in SlowCaR als in FastCaR. Im Gegensatz dazu verlangsamter der NCX-Inhibitor SEA0400 die zytosolische Ca2+-Entfernung in gleichem Maße in SlowCaR und FastCaR. Zudem war CV_tau in NCX+/- knock-out vs. wild-typ Mäusen gleich, eine Tatsache, die auf einen geringeren Beitrag des NCX zur Inhomogenität der zytosolischen Ca2+-Entfernung hinweist. Die Verteilung von tau_loc war auch in ventrikulären Kardiomyozyten des Schweines inhomogen. Die Ca2+-Entfernung aus dem Zytosol war stärker inhomogen in Kardiomyozyten eines chronisch (4 Wochen) ischämischen Schweinemyokards (Peri-Infarkt Zone) im Vergleich mit sham-operierten Tieren (CV_tau 24±1% vs. 20±1%, n=57 cells/group, p<0,05).
Simultane Aufnahmen von Ca2+-Transienten und mitochondrialen Signalen (Mitotracker) brachten eine signifikante Korrelation zwischen FastCaR und Mitochondrien zum Vorschein(n=9 cells, p<0,05). Ru360 (MCU-Inhibitor) verlangsamte tau_loc in FastCaR stärker (auf 126±12% vs. 112±10% der Basiswerte in SlowCaR; p<0,05, n=5).
Konklusion: Die zytosolische Ca2+-Entfernung ist sowohl in Maus als auch in Schweinekardiomyozyten inhomogen. Da die Ca2+-Entfernung in chronisch ischämischen Kardiomyozyten stärker inhomogen ist, ist ein potentiell neuer Mechanismus der Herzmuskelzell-Dysfunktion zu vermuten. Mitochondrien haben einen Einfluss auf die Unterschiede in der lokalen Ca2+-Entfernung.
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