Mitochondrial Dynamics in Cardiovascular Medicine

ABSTRACT

Mitochondria in cardiac myocytes are densely packed to form a cell-wide network of communicating organelles that accounts for about 35% of the myocyte’s volume . The lattice-like arrangement of  mitochondria, mostly in long and dense rows parallel to the cardiac myocyte myoflaments, has the structural features of a highly ordered network . This specifc mitochondrial network architecture ensures that the large demand of adenosine triphosphate (ATP) of cardiac myocytes is met and appropriately distributed. Mitochondria synthesize approximately 30 kg of ATP each day to both provide energy for the basic cellular metabolism and to secure basic physiological functions of the cardiovascular system such as the maintenance of pulmonary and systemic blood pressure during heart contractions . Their intracellular position is closely associated with the sarcoplasmic reticulum and the myoflaments to facilitate cellular distribution of ATP . However, the role of mitochondrial structure and function is not only limited to ATP generation; mitochondria participate in and control numerous metabolic pathways and signaling cascades such as the calcium signaling, redox oxidation, β-oxidation of fatty acids, oxidative phosphorylation, the synthesis of aminoacids, heme and steroids, and cellular apoptosis . Their structural and functional diversity thus surpasses any other cellular organelle.

INTRODUCTION

  When subjected to critical amounts of oxidative stress or substrate deprivation, the mitochondrial network in cardiac myocytes may pathophysiologically transition into a state where the inner membrane potential ΔΨm of a large amount of mitochondria depolarizes and oscillates . Oscillations of individual mitochondria in intact myocytes were frst documented in the early 1980s when Berns et al. excited quiescent cardiac myocytes with a focal laser beam to induce transient cycles of alternating ΔΨm depolarization and repolarization . Mitochondrial inner membrane depolarizations were also detected in smooth muscle cells , cultured neurons , and in isolated mitochondria . A functional link between metabolic oscillations and cardiac function was demonstrated when O’Rourke et al. showed that cyclical activation of ATP-sensitive potassium currents in guinea pig cardiac myocytes under substrate deprivation was associated with low frequency oscillations in the myocyte’s action potential duration and excitation-contraction coupling. These oscillations were accompanied by a synchronous oxidation and reduction of the intra-cellular nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) concentration.

چکیده

میتوکندریا در Myocytes قلب به صورت گسترده ای بسته بندی می شود تا یک شبکه سلولی از اندام های ارتباط برقرار کند که حدود 35 درصد حجم مایوسیت را تشکیل می دهد. ترتیب شبکهای میتوکندری، بیشتر در ردیفهای طولانی و متراکم موازی با myoflamaments میوکسی قلب، دارای ویژگیهای ساختاری یک شبکه بسیار مرتب است. این معماری شبکه اختصاصی میتوکندری تضمین می کند که تقاضای زیادی از آدنوزین تری فسفات (ATP) از میوزیت های قلب ملاقات و به طور مناسب توزیع شده است. Mitochondria هر روز حدود 30 کیلوگرم ATP سنتز می کند تا هر دو انرژی برای متابولیسم سلولی اولیه ایجاد کند و برای حفظ قابلیت های پایه فیزیولوژیکی سیستم قلبی عروقی مانند حفظ فشار خون ریه و سیستمیک در طی انقباضات قلب. موقعیت داخل سلولی آنها به طور دقیق با reticulum saroclasmic و myoflamants برای تسهیل توزیع سلولی ATP مرتبط است. با این حال، نقش ساختار و عملکرد میتوکندری نه تنها به تولید ATP محدود می شود؛ میتوكندری ها در كنترل مسیرهای متابولیک متعدد و آبشارهای سیگنالینگ مانند سیگنالینگ كلسیم، اكسیداسیون باز، اكسیداسیون اسیدها اسیدهای چرب، فسفوریلاسیون اكسیداتیو، سنتز اسیدهای آمینه، هام و استروئیدها و آپوپتوز سلولی مشاركت می كنند. بنابراین تنوع ساختاری و عملکردیشان از هر ارگانل سلولی دیگر فراتر رفته است.

مقدمه

هنگامی که در معرض مقادیر بحرانی استرس اکسیداتیو یا محرومیت بستر قرار می گیرد، شبکه میتوکندری در میوسیت های قلب ممکن است به صورت پاتوفیزیولوژیکی به یک حالت تبدیل شود که در آن پتانسیل غشای داخلی ΔΨm مقدار زیادی از میتوکندری دپولاریزه و نوسانی می شود. نوسانات میتوكندری های فردی در میوسیت های سالم بدون سند در اوائل دهه ی 1980 ثبت شد، زمانی كه Berns et al. هیپوتالاموس با استفاده از یک پرتو لیزری کانونی، باعث ایجاد چرخه های گذرا از دیولاریاسیون و دفولریزاسیون متناوب ΔΨm می شود. Deolarization های غشای داخلی میتوکندریایی نیز در سلول های عضله صاف، نورون های کشت شده و در میتوکندری های جدا شده تشخیص داده شد. یک رابطه عملکردی بین نوسانات متابولیک و عملکرد قلب وجود دارد زمانی که O’Rourke و همکاران. نشان داد که فعال شدن دوره ای از جریانات پتاسیم حساس به ATP در میوسیت های قلبی قارچ دریایی تحت محرومیت سوبسترا با نوسانات فرکانس پایین در مدت زمان بالقوه فعالیت های میوسیت و همبستگی انقباضی تحریک پذیر همراه است. این نوسانات با اکسیداسیون همزمان و کاهش غلظت آدنین دینکلوتید نیکوتین آمید (NADH) درون سلولی همراه بود.

Year: 2016

Publisher: SPRINGER

By :  Gaetano Santulli

File Information: English Language/ 644 Page / size: 9.69 MB

Download

سال : 1395

ناشر : SPRINGER

کاری از : گتانو سانتانلی

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 644 صفحه / حجم : MB 9.69

لینک دانلود