Aging has different effects on the functional activity and gene expression of classical inward-rectifying potassium channels Kir2.1 and Kir2.4 and ATP-sensitive KATP channels in blood vessels and heart of male rats

Abstract

Старение и связанные с ним дисрегуляционные процессы в артериях и сердце являются ведущими предикторами развития сердечно-сосудистых заболеваний. Важную роль в регуляции сократимости сосудов и миокарда играют ионные каналы. Цель исследования – изучение влияния возраста на функциональную активность и экспрессию генов классических калиевых каналов внутреннего выпрямления Kir2.1 и Kir2.4, а также КATP каналов в аорте и сердце крыс. Методика. Эксперименты проводили на крысах самцах Wistar в возрасте 3 и 18 мес. Силу сокращения грудного отдела аорты измеряли в изометрическом режиме, экспрессию генов оценивали при помощи ПЦР анализа. Результаты. Установлено, что у крыс в возрасте 18 мес в аорте снижается функциональная активность Kir2.1 и Kir2.4 каналов, в то время как уровень экспрессии этих каналов остается неизменным. В стареющих сердцах, напротив, выявлен высокий уровень экспрессии генов Kir2.1 и Kir2.4 каналов. Показано, что KATP каналы не влияют на серотонин-индуцированное сокращение аорты молодых крыс (3 мес), но вносят существенный вклад в развитие гиперчувствительности старых сосудов к вазоконстрикторному действию серотонина. Так, блокада KATP каналов глибенкламидом приводила к статистически значимому смещению зависимости «концентрация-эффект» на серотонин вправо только в аорте возрастных крыс. Выявлено возрастное снижение экспрессии генов порообразующей Kir6.2 и регуляторной Sur2 субъединиц KATP канала в аорте и, напротив, значительное повышение в сердце крыс. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о ранних возрастных изменениях функциональной активности калиевых каналов внутреннего выпрямления Kir 2.1 и Kir 2.4, а также KATP каналов в аорте крыс самцов, которые в процессе дальнейшего старения сосудов могут способствовать развитию гипертензии. Предположено, что гиперэкспрессия Kir2.4 и Kir2.1 каналов в стареющем сердце может инициировать нарушения сократительной функции миокарда и возникновение аритмий в старости, в то время как высокий уровень экспрессии субъединиц KATP является показателем компенсаторно-адаптивных процессов, направленных на повышение устойчивости миокарда к гипоксии и стрессу. Aging and related dysregulatory processes in the arteries and heart are the sleading predictors of cardiovascular diseases. Ion channels play an important role in the regulation of vascular and myocardial contractility. The aim of the study was to investigate the effect of age on the functional activity and gene expression of classical inward-rectifying potassium channels Kir2.1 and Kir2.4, as well as KATP channels in the aorta and heart of rats. Methods. Experiments were performed on Wistar male rats at 3 and 18 months of age. The force of thoracic aorta contractions was measured isometrically, and the gene expression was assessed by PCR analysis. Results. In the aorta of 18-month-old rats, the functional activity of Kir2.1 and Kir2.4 channels was reduced while the expression of these channels remained unchanged. In the aging hearts, on the contrary, the expression level of Kir2.1 and Kir2.4 channel genes was high. The KATP channels had no effect on serotonin-induced aortic contractions in young, 3-month-old rats, but contributed significantly to the development of hypersensitivity of aging blood vessels to serotonin-induced vasoconstriction. Thus, blockade of KATP channels with glibenclamide led to a significant shift of the concentration-effect curve of serotonin to the right only for the aorta from old rats. Age-related decreases in the gene expression of pore-forming Kir6.2 and regulatory Sur2 subunits of the KATP channel were observed in the aorta, and, vice versa, significant increases in their expression were observed in the rat heart. Conclusion. The study results indicated early age-related changes in the functional activity of Kir 2.1 and Kir 2.4 inward-rectifying potassium channels, as well as of KATP channels in the aorta of male rat. During further vascular aging, these changes may contribute to the development of hypertension. It was suggested that Kir2.4 and Kir2.1 channel overexpression in the aging heart may initiate disorders of myocardial contractility and arrhythmias in older age. At the same time, a high level of KATP subunit expression indicates compensatory-adaptive processes aimed at increasing myocardial resistance to hypoxia and stress.