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Ca2+-regulated-cAMP/PKA signaling in cardiac pacemaker cells links ATP supply to demand.
Yaniv, Yael; Juhaszova, Magdalena; Lyashkov, Alexey E; Spurgeon, Harold A; Sollott, Steven J; Lakatta, Edward G.
Afiliación
  • Yaniv Y; Laboratory of Cardiovascular Science, Gerontology Research Center, Intramural Research Program, National Institute on Aging, NIH, Baltimore, Maryland 21224-6825, USA.
J Mol Cell Cardiol ; 51(5): 740-8, 2011 Nov.
Article en En | MEDLINE | ID: mdl-21835182
ABSTRACT
RATIONALE In sinoatrial node cells (SANC), Ca(2+) activates adenylate cyclase (AC) to generate a high basal level of cAMP-mediated/protein kinase A (PKA)-dependent phosphorylation of Ca(2+) cycling proteins. These result in spontaneous sarcoplasmic-reticulum (SR) generated rhythmic Ca(2+) oscillations during diastolic depolarization, that not only trigger the surface membrane to generate rhythmic action potentials (APs), but, in a feed-forward manner, also activate AC/PKA signaling. ATP is consumed to pump Ca(2+) to the SR, to produce cAMP, to support contraction and to maintain cell ionic homeostasis.

OBJECTIVE:

Since feedback mechanisms link ATP-demand to ATP production, we hypothesized that (1) both basal ATP supply and demand in SANC would be Ca(2+)-cAMP/PKA dependent; and (2) due to its feed-forward nature, a decrease in flux through the Ca(2+)-cAMP/PKA signaling axis will reduce the basal ATP production rate. METHODS AND

RESULTS:

O(2) consumption in spontaneous beating SANC was comparable to ventricular myocytes (VM) stimulated at 3 Hz. Graded reduction of basal Ca(2+)-cAMP/PKA signaling to reduce ATP demand in rabbit SANC produced graded ATP depletion (r(2)=0.96), and reduced O(2) consumption and flavoprotein fluorescence. Neither inhibition of glycolysis, selectively blocking contraction nor specific inhibition of mitochondrial Ca(2+) flux reduced the ATP level.

CONCLUSIONS:

Feed-forward basal Ca(2+)-cAMP/PKA signaling both consumes ATP to drive spontaneous APs in SANC and is tightly linked to mitochondrial ATP production. Interfering with Ca(2+)-cAMP/PKA signaling not only slows the firing rate and reduces ATP consumption, but also appears to reduce ATP production so that ATP levels fall. This distinctly differs from VM, which lack this feed-forward basal cAMP/PKA signaling, and in which ATP level remains constant when the demand changes.
Asunto(s)
Adenosina Trifosfato/biosíntesis; Señalización del Calcio/fisiología; Calcio/metabolismo; Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico/metabolismo; AMP Cíclico/biosíntesis; Retroalimentación Fisiológica; ATPasas de Translocación de Protón Mitocondriales/metabolismo; Nodo Sinoatrial/metabolismo; Potenciales de Acción/efectos de los fármacos; Potenciales de Acción/fisiología; Adenilil Ciclasas/genética; Adenilil Ciclasas/metabolismo; Animales; Señalización del Calcio/efectos de los fármacos; Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico/antagonistas & inhibidores; Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico/genética; Inhibidores Enzimáticos/farmacología; Glucólisis/efectos de los fármacos; Glucólisis/fisiología; Frecuencia Cardíaca/efectos de los fármacos; Frecuencia Cardíaca/fisiología; Ventrículos Cardíacos/citología; Ventrículos Cardíacos/metabolismo; Mitocondrias/efectos de los fármacos; Mitocondrias/metabolismo; ATPasas de Translocación de Protón Mitocondriales/antagonistas & inhibidores; ATPasas de Translocación de Protón Mitocondriales/genética; Miocitos Cardíacos/citología; Miocitos Cardíacos/efectos de los fármacos; Miocitos Cardíacos/metabolismo; Consumo de Oxígeno; Periodicidad; Fosforilación/efectos de los fármacos; Fosforilación/fisiología; Conejos; Retículo Sarcoplasmático/efectos de los fármacos; Retículo Sarcoplasmático/metabolismo; Nodo Sinoatrial/citología; Nodo Sinoatrial/efectos de los fármacos; Nodo Sinoatrial/fisiología

Texto completo: 1 Banco de datos: MEDLINE Asunto principal: Nodo Sinoatrial / Adenosina Trifosfato / Calcio / Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico / AMP Cíclico / Señalización del Calcio / ATPasas de Translocación de Protón Mitocondriales / Retroalimentación Fisiológica Idioma: En Año: 2011 Tipo del documento: Article

Texto completo: 1 Banco de datos: MEDLINE Asunto principal: Nodo Sinoatrial / Adenosina Trifosfato / Calcio / Proteínas Quinasas Dependientes de AMP Cíclico / AMP Cíclico / Señalización del Calcio / ATPasas de Translocación de Protón Mitocondriales / Retroalimentación Fisiológica Idioma: En Año: 2011 Tipo del documento: Article