Contribution of spacio-temporal Ca2+ dynamics to the pacemaker rhythm in sinoatrial node cells

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K18996
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: General physiology
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: Himeno Yukiko 立命館大学, 生命科学部, 助教 (10534365)
• Research Collaborator: Noma Akinori ; Amano Akira
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 洞房結節 / 細胞内Ca2+ / 歩調取り / コンピュータシミュレーション

Outline of Final Research Achievements

To evaluate the contribution of intracellular Ca<SUP>2+</SUP> dynamics to the pacing mechanism of the sinus node (SAN) pacemaker cells, an SAN simulation model was developed.　The model introduced a framework to calculate local Ca<SUP>2+</SUP> concentration (Hinch model Biophys J, Hinch 2004), which was firstly introduced in a ventricular myocyte model (HuVEC model Biophys J, Himeno et al. 2015). As a result, it was suggested that contribution of NaCa exchanger activated by extremely high local Ca<SUP>2+</SUP> concentration was not small despite the cell membrane and the sarcoplasmic reticulum membrane were more weakly coupled and the number of Ca<SUP>2+</SUP> releasing units was smaller in SAN cells compared to ventricular myocytes.

Free Research Field

生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、細胞内Ca<SUP>2+</SUP>動態を、数理時空間上でこれまでよりも高い精度で再現し、実験で入手可能なデータと摺り合わせを行っていくためのプラットフォームを提案することができた。これにより、さらに現実的なモデルへと精緻化を進めていくためには、実験でどのようなデータを計測してどのパラメータへと反映させていくべきかというような方策も立てることができるようになった点は意義深い。特に、面積や体積を見積もるための細胞内部構造や拡散定数など、Ca<SUP>2+</SUP>濃度計算に関わる部分に関連する計測技術の発展により、精度は格段に向上するだろう。