Ventriküler kardiyomiyositlerde hücre içi serbest ZN+2 artışının K+-kanal akımlarına etkisinin incelenmesi
Investigation on the effects of free intracellular ZN+2 increase on the K+-channel currents on ventricular cardiomyocytes
Yazar: SİNAN DEĞİRMENCİ
Danışman: PROF. DR. BELMA TURAN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Aksiyon potansiyelleri = Action potentials ; Elektrofizyoloji = Electrophysiology ; Kalp = Heart ; Miyokard = Myocardium ; Miyosit-kardiyak = Myocytes-cardiac ; Potasyum = Potassium ; Potasyum kanalları = Potassium channels ; Ventriküler fonksiyon = Ventricular function ; Çinko = Zinc

Özet:
Memeli kardiyomiyositlerinde ölçülen hücre içi serbest Zn+2 derişimi nanomolar düzeyindedir. Buna karşın, çeşitli patolojik koşullarda bu seviyenin önemli derecelerde yükselebildiğine dair çalışmalar mevcuttur. Hücre içi serbest Zn+2 derişimindeki değişimlerin hücre içi çeşitli mekanizmaları etkileyerek hücrelerin fonksiyonlarında önemli değişikliklere neden olabildiği çeşitli direk/indirek yollardan işaret edilmektedir. Bu tez çalışmasında, ventriküler kardiyomiyositlerde hücre içi serbest Zn+2 artışının aksiyon potansiyeli repolarizasyon fazındaki uzamadan sorumlu olduğu düşünülen bazı K+-kanal akımlarına etkisinin incelenmesi hedeflenmiştir.
Memeli kalp kası hücresi olarak ya enzimatik yöntemle yetişkin erkek sıçan kalbi sol ventrikülünden taze olarak izole edilen hücreler ya da H9c2 olarak bilinen embriyonik sıçan ventrikül hücre hattı kullanılmıştır. Yama-kenetleme tekniği aksiyon potansiyelleri için akım-kenetleme modunda ve akımlar için voltaj-kenetleme modunda tüm-hücre konfigürasyonunda kaydedilmiştir. Hücre içi Zn+2 artışı, farklı konsantrasyonlarda akut ZnPT ve pipet içi ZnCl2 uygulaması ile sağlanmıştır. Histolojik bulgular TEM ile kaydedilen görüntüler değerlendirilerek elde edilmiştir.
İzole kardiyomiyositlerde akut ZnPT uygulamasının membran potansiyelinde depolarizasyona ve aksiyon potansiyelinin repolarizasyon süresinin (APD), konsantrasyon-bağımlı olarak uzamasına neden olduğu gözlenmiştir. İzole kardiyomiyositlerde ve H9c2'lerde farklı konsantrasyonlarda ZnPT uygulamasının toplam voltaj-kapılı K+-kanal akımlarına etkileri incelendiğinde, yine konsantrasyon-bağımlı olarak azalttığı gözlenmiştir. Bunlara ek olarak, patch-pipeti içine ZnCl2 eklenerek akım kayıtları tekrar edildiğinde, yine voltaj-kapılı K+-kanal akımlarını azaltırken ATP-duyarlı K+-kanal akımlarını artırdığı gözlemlenmiştir. Bununla birlikte hücre içi Zn+2 artışının taze olarak izole edilmiş sıçan kardiyomiyositlerinde mitokondri hasarına yol açabileceği ortaya çıkmıştır.
Artan sitozolik Zn+2 miktarının kardiyomiyositlerde direk veya indirek yollarla K+-kanal akımlarına ve aksiyon potansiyeline etki ederek kalbin elektriksel aktivitesini bozabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In mammalian cardiomyocytes, particularly under physiological condition, the measured cytosolic free Zn+2 concentration is about nanomolar range. However, several studies showed that the intracellular free Zn+2 concentration is increased mostly under pathophysiological conditions. It has been mentioned that the cellular function can be affected directly and/or indirectly due to the changes in intracellular free Zn+2 level. In this study, we aimed to investigate the effects of the increased levels of cytosolic free Zn+2 on action potential parameters, particularly action potential duration (APD) as well as the voltage-gated K+-channel currents, which are responsible from the changes in the repolarization phase of AP, in cardiomyocytes.
It has been used either freshly isolated cardiomyocytes from left ventricle of male adult rats by enzymatic method or embryonic rat ventricular cell line, H9c2 or both. Action potentials were recorded on current-clamp mode and total K+-currents were recorded on voltage-clamp mode of the patch-clamp technique by using whole-cell configuration. Intracellular Zn+2 increase is achieved by acute application of ZnPT to bath or ZnCl2 in the pipette solution during recordings. Histological evaluations were done via TEM images.
The acute ZnPT application to isolated cardiomyocytes induced depolarizing alterations on the membrane potential and significant prolongation on the APD, in a concentration-dependent manner. Furthermore, the acute ZnPT application as well as the intracellular ZnCl2 severely inhibited the voltage-gated K+-channel currents comparison to the controls in both the freshly isolated rat cardiomyocytes and the H9c2 cells.  On the other hand, intracellular ZnCl2 application increased ATP sensitive K+-channel currents on freshly isolated cardiomyocytes. Morever, it is revealed that, the increase of intracellular Zn+2 concentration may lead to mitochondria damage.
In conclusion, our data point out the important contribution of the increased cytosolic free Zn+2 level to alteration of the electrical activity of the heart via affecting the action potential duration and K+-channel currents of the cardiomyocytes.