Enhancing Mitochondrial Ca 2+ Uptake in Myocytes From Failing Hearts Restores Energy Supply and Demand Matching

NAD+激酶 心肌细胞 胞浆 刺激 线粒体 化学 氧化磷酸化 内科学 内分泌学 生物化学 生物 酶 医学
作者
Ting Liu,Brian O’Rourke
出处
期刊:Circulation Research [Lippincott Williams & Wilkins]
卷期号:103 (3): 279-288 被引量:213
标识
DOI:10.1161/circresaha.108.175919
摘要

Mitochondrial ATP production is continually adjusted to energy demand through coordinated increases in oxidative phosphorylation and NADH production mediated by mitochondrial Ca 2+ ([Ca 2+ ] m ). Elevated cytosolic Na + impairs [Ca 2+ ] m accumulation during rapid pacing of myocytes, resulting in a decrease in NADH/NAD + redox potential. Here, we determined 1) if accentuating [Ca 2+ ] m accumulation prevents the impaired NADH response at high [Na + ] i ; 2) if [Ca 2+ ] m handling and NADH/NAD + balance during stimulation is impaired with heart failure (induced by aortic constriction); and 3) if inhibiting [Ca 2+ ] m efflux improves NADH/NAD + balance in heart failure. [Ca 2+ ] m and NADH were recorded in cells at rest and during voltage clamp stimulation (4Hz) with either 5 or 15 mmol/L [Na + ] i . Fast [Ca 2+ ] m transients and a rise in diastolic [Ca 2+ ] m were observed during electric stimulation. [Ca 2+ ] m accumulation was [Na + ] i -dependent; less [Ca 2+ ] m accumulated in cells with 15 Na + versus 5 mmol/L Na + and NADH oxidation was evident at 15 mmol/L Na + , but not at 5 mmol/L Na + . Treatment with either the mitochondrial Na + /Ca 2+ exchange inhibitor CGP-37157 (1 μmol/L) or raising cytosolic P i (2 mmol/L) enhanced [Ca 2+ ] m accumulation and prevented the NADH oxidation at 15 mmol/L [Na + ] i . In heart failure myocytes, resting [Na + ] i increased from 5.2±1.4 to 16.8±3.1mmol/L and net NADH oxidation was observed during pacing, whereas NADH was well matched in controls. Treatment with CGP-37157 or lowering [Na + ] i prevented the impaired NADH response in heart failure. We conclude that high [Na + ] i (at levels observed in heart failure) has detrimental effects on mitochondrial bioenergetics, and this impairment can be prevented by inhibiting the mitochondrial Na + /Ca 2+ exchanger.

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