Kardioprotektívna stimulácia proteínov dýchacieho reťazca srdcových mitochondrií a mPTP v stave zníženej kyslíkovej utilizácie

Mitochondriálna dysfunkcia sa javí ako efektívny cieľ kardioprotektívnej terapie, ktorej prejavom je zabezpečenie energetickej udržateľnosti a zlepšenie prežívania myokardu. Preconditioning (PC) ako jedna z foriem neinvazívnej kardioterapie je účinným nástrojom na zvýšenie tolerancie voči myokardiálnej záťaži. Pochopenie mechanizmov signálnych dráh a kardioprotektívnych procesov na úrovni srdcových mitochondrií pomocou proteomických analýz ponúka nové možnosti štúdia ich terapeutického potenciálu. Stav zníženej utilizácie kyslíka v srdcových mitochondriách vyvolaný akútnym streptozotocínovým diabetes mellitus (D) je možné prirovnať k stavu čiastočnej alebo úplnej absencie kyslíka pri ischemickom PC. Procesy inhibície otvárania mitochondriálnych pórov prechodnej permeability (mPTP) a zabezpečenia procesu oxidačnej fosforylácie, ktoré vedú k udržaniu adekvátnej produkcie ATP predstavujú výhodnú kardioprotektívnu stratégiu. Podrobná proteomická analýza komplexov dýchacieho reťazca srdcových mitochondrií spoločne s mPTP hrá dôležitú úlohu pri identifikácii kardioprotektívnej kompenzácie a zaistení prežitia akútne diabetického pseudohypoxického myokardu.

Izolované srdcové mitochondrie potkana kmeňa Wistar boli podrobené kvantitatívnej label-free LC-MS / MS proteomickej analýze so zameraním na mPTP a proteíny komplexov dýchacieho reťazca. Model D (65 mg/kg i.p.) bol vystavený metabolickému regulátoru dichlóracetátu (DCA), ktorý podporuje aktiváciu pyruvátdehydrogenázy inhibíciou pyruvátdehydrogenázovej kinázy, čo umožňuje zmeniť metabolizmus glukózy a tak potvrdiť alebo vyvrátiť zapojenie molekulových mechanizmov, ktoré súvisia s anaérobnou glykolýzou a udržaním energetiky mitochondrií. Dichlóracetát bol zvieratám podávaný v dvoch dávkach (150 mg/kg a 75 mg/kg i.p.) 60 a 15 minút pred excíziou srdca.

Získané výsledky preukázali štatisticky významnú stimuláciu proteínov dýchacieho reťazca komplexu I a komplexu II (p < 0,0001) v D skupine v porovnaní so zdravou kontrolnou skupinou (K). U diabetických zvierat, ktorým bol podaný DCA, pozorujeme u komplexov I, III a V dýchacieho reťazca udržanie expresií na úrovni diabetických mitochondrií, v prípade komplexu II (p=0,001) a komplexu IV (p=0,036) nastal signifikantný pokles.  Abundantnosť mPTP proteínov ako celku bola v D skupine vyššia v porovnaní s K skupinou (p < 0,001) aj v porovnaní s D skupinou po aplikácii DCA (p < 0,01). K najviac abundantným mPTP proteínom patria ADT1, ATP5I, ATPA a ATPB.

Naše zistenia preukazujúce stimuláciu proteínov tvoriacich komplexy dýchacieho reťazca srdcových mitochondrií a mPTP naznačujú výhodnosť zabezpečenia energie využitím glykolytického metabolizmu počas zníženej schopnosti využívať kyslík navodenej akútnou formou D. Dosiahnuté výsledky môžu byť užitočné pri prípadnej terapii PC, ktorého princíp je spojený s krátkymi hypoxickými impulzami.