T-system remodeling of rat cardiomyocytes in metabolic syndrome

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Heart failure of various etiologies, including diabetic cardiomyopathy (DCM), is a worldwide problem. However, the features of DCM pathogenesis, including the role of t-tubules in this process, are not fully understood. Available literature data on T-system remodeling in diabetes models are sometimes contradictory, and t-tubule changes in some of them have been shown already at the prediabetes stage. So, the aim of this work was to evaluate changes in the t-tubule system in a model of metabolic syndrome (MS), preceding the development of type II diabetes mellitus, in rats on high-carbohydrate and high-carbohydrate and high-fat diets. The experiments were performed on male Wistar rats. MS induction in the animals of the experimental groups was carried out using high-carbohydrate (HC) and combined high-carbohydrate and high-fat (HCHF) diets for 10 weeks. The weight of the animals, of the abdominal fat, and of the heart were also assessed, and a glucose tolerance test (GTT) was also performed. The structure of the T-system was studied using confocal microscopy on isolated hearts stained with DI-8-ANEPPS. Rats on the HCHF diet developed more severe MS: body weight, abdominal fat mass, and fasting blood glucose level were significantly higher in these animals than in the controls. Signs of glucose tolerance in the GTT were also revealed. Rats on the HC diet were characterized by the development of moderate MS, manifested only in an increase in abdominal fat mass. Signs of t-tubule system remodeling were also revealed only in the HCHF diet group: they were manifested by a reliable increase in the average interval between t-tubule rows. This differs from the results obtained in the model of type I diabetes and prediabetes. Thus, it can be concluded that changes in the T-system in rat cardiomyocytes appear already at the stage of MS induced by the HCHF diet and are similar to the changes described for type II diabetes, but differ from the changes in type I diabetes and prediabetes, which may indicate different pathogenesis pathways of DCM in different types of diabetes.

Sobre autores

A. Stepanov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: botanik2407@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

Yu. Filippov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Rússia, St. Petersburg; St. Petersburg

L. Pestryakova

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: botanik2407@gmail.com
Rússia, St. Petersburg; St. Petersburg

O. Karnishkina

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

A. Panov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

M. Dobretsov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: botanik2407@gmail.com
Rússia, St. Petersburg

Bibliografia

  1. Pásek M, Brette F, Nelson A, Pearce C, Qaiser A, Christe G, Orchard CH (2008) Quantification of t-tubule area and protein distribution in rat cardiac ventricular myocytes. Prog Biophys Mol Biol 96: 244–257. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2007.07.016
  2. Hong T, Shaw RM (2017) Cardiac T-Tubule Microanatomy and Function. Physiol Rev 97: 227–252. https://doi.org/10.1152/physrev.00037.2015
  3. Setterberg IE, Le C, Frisk M, Perdreau-Dahl H, Li J, Louch WE (2021) The Physiology and Pathophysiology of T-Tubules in the Heart. Front Physiol 12: 718404. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.718404
  4. Crocini C, Coppini R, Ferrantini C, Yan P, Loew LM, Tesi C, Cerbai E, Poggesi C, Pavone FS, Sacconi L (2014) Defects in T-tubular electrical activity underlie local alterations of calcium release in heart failure. Proc Natl Acad Sci USA 111: 15196–15201. https://doi.org/10.1073/pnas.1411557111
  5. Song L-S, Sobie EA, McCulle S, Lederer WJ, Balke CW, Cheng H (2006) Orphaned ryanodine receptors in the failing heart. Proc Natl Acad Sci USA 103: 4305–4310. https://doi.org/10.1073/pnas.0509324103
  6. Louch WE, Mørk HK, Sexton J, Strømme TA, Laake P, Sjaastad I, Sejersted OM (2006) T-tubule disorganization and reduced synchrony of Ca2+ release in murine cardiomyocytes following myocardial infarction. J Physiol 574: 519–533. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2006.107227
  7. Heinzel FR, Bito V, Biesmans L, Wu M, Detre E, von Wegner F, Claus P, Dymarkowski S, Maes F, Bogaert J, Rademakers F, D’hooge J, Sipido K (2008) Remodeling of T-tubules and reduced synchrony of Ca2+ release in myocytes from chronically ischemic myocardium. Circ Res 102: 338–346. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.107.160085
  8. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 354 diseases and injuries for 195 countries and territories, 1990–2017: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017 – PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30496104/. Accessed 15 Oct 2024
  9. Kannel WB, Hjortland M, Castelli WP (1974) Role of diabetes in congestive heart failure: The Framingham study. Am J Cardiol 34: 29–34. https://doi.org/10.1016/0002-9149(74)90089-7
  10. Tousoulis D, Oikonomou E, Siasos G, Stefanadis C (2014) Diabetes Mellitus and Heart Failure. Eur Cardiol Rev 9: 37–42. https://doi.org/10.15420/ecr.2014.9.1.37
  11. Rutter MK, Parise H, Benjamin EJ, Levy D, Larson MG, Meigs JB, Nesto RW, Wilson PWF, Vasan RS (2003) Impact of glucose intolerance and insulin resistance on cardiac structure and function: Sex-related differences in the Framingham Heart Study. Circulation 107: 448–454. https://doi.org/10.1161/01.cir.0000045671.62860.98
  12. Stølen TO, Høydal MA, Kemi OJ, Catalucci D, Ceci M, Aasum E, Larsen T, Rolim N, Condorelli G, Smith GL, Wisløff U (2009) Interval training normalizes cardiomyocyte function, diastolic Ca2+ control, and SR Ca2+ release synchronicity in a mouse model of diabetic cardiomyopathy. Circ Res 105: 527–536. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.109.199810
  13. Frisk M, Le C, Shen X, Røe ÅT, Hou Y, Manfra O, Silva GJJ, van Hout I, Norden ES, Aronsen JM, Laasmaa M, Espe EKS, Zouein FA, Lambert RR, Dahl CP, Sjaastad I, Lunde IG, Coffey S, Cataliotti A, Gullestad L, Tønnessen T, Jones PP, Altara R, Louch WE (2021) Etiology-Dependent Impairment of Diastolic Cardiomyocyte Calcium Homeostasis in Heart Failure With Preserved Ejection Fraction. J Am Coll Cardiol 77: 405–419. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2020.11.044
  14. Ward M-L, Crossman DJ (2014) Mechanisms underlying the impaired contractility of diabetic cardiomyopathy. World J Cardiol 6: 577. https://doi.org/10.4330/wjc.v6.i7.577
  15. Kubasov IV, Bobkov DE, Stepanov AV, Sukhov IB, Chistyakova OV, Dobretsov MG (2020) Evaluation of the T-system of Rat Cardiomyocytes During Early Stages of Streptozotocin-Induced Diabetes. Russ J Physiol 106(9): 1098–1108. https://doi.org/10.31857/S0869813920090046
  16. Stepanov AV, Dobretsov MG, Novikova EV, Filippov YuA, Kubasov IV (2023) Remodeling of Extracellularly Recorded Action Potentials of Rat Heart Subepicardial Cardiomyocytes after Ischemia Reperfusion Injury. J Evol Biochem Physiol 59: 1497–1509. https://doi.org/10.1134/S0022093023050046
  17. Rodríguez-Correa E, González-Pérez I, Clavel-Pérez PI, Contreras-Vargas Y, Carvajal K (2020) Biochemical and nutritional overview of diet-induced metabolic syndrome models in rats: What is the best choice? Nutr Diabetes 10: 1–15. https://doi.org/10.1038/s41387-020-0127-4
  18. Beulens J, Rutters F, Rydén L, Schnell O, Mellbin L, Hart HE, Vos RC (2019) Risk and management of pre-diabetes. Eur J Prev Cardiol 26: 47–54. https://doi.org/10.1177/2047487319880041
  19. Richter B, Hemmingsen B, Metzendorf M-I, Takwoingi Y (2018) Development of type 2 diabetes mellitus in people with intermediate hyperglycaemia. Cochrane Database Syst Rev 10: CD012661. https://doi.org/10.1002/14651858.CD012661.pub2
  20. Kang SY, Kim YS (2022) Relationships between fasting glucose levels, lifestyle factors, and metabolic parameters in Korean adults without diagnosis of diabetes mellitus. J Diabetes 14: 52–63. https://doi.org/10.1111/1753-0407.13238
  21. Bub G, Camelliti P, Bollensdorff C, Stuckey DJ, Picton G, Burton RA, Clarke K, Kohl P (2010) Measurement and analysis of sarcomere length in rat cardiomyocytes in situ and in vitro. Am J Physiol – Heart Circ Physiol 298: H1616. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00481.2009
  22. Cosentino F, Grant PJ, Aboyans V, Bailey CJ, Ceriello A, Delgado V, Federici M, Filippatos G, Grobbee DE, Hansen TB, Huikuri HV, Johansson I, Jüni P, Lettino M, Marx N, Mellbin LG, Östgren CJ, Rocca B, Roffi M, Sattar N, Seferović PM, Sousa-Uva M, Valensi P, Wheeler DC, ESC Scientific Document Group (2020) 2019 ESC Guidelines on diabetes, pre-diabetes, and cardiovascular diseases developed in collaboration with the EASD. Eur Heart J 41: 255–323. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehz486
  23. Abudureyimu M, Luo X, Wang X, Sowers JR, Wang W, Ge J, Ren J, Zhang Y (2022) Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) in type 2 diabetes mellitus: From pathophysiology to therapeutics. J Mol Cell Biol 14: mjac028. https://doi.org/10.1093/jmcb/mjac028
  24. Russell J, Du Toit EF, Peart JN, Patel HH, Headrick JP (2017) Myocyte membrane and microdomain modifications in diabetes: Determinants of ischemic tolerance and cardioprotection. Cardiovasc Diabetol 16: 155. https://doi.org/10.1186/s12933-017-0638-z
  25. Seferović PM, Paulus WJ (2015) Clinical diabetic cardiomyopathy: A two-faced disease with restrictive and dilated phenotypes. Eur Heart J 36: 1718–1727, 1727a–1727c. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehv134

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».