Elucidation of metabolism-excitation-contraction coupling in cardiomyocytes through metabolic imaging

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03400
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48020:Physiology-related
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: Matsuoka Satoshi 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (00263096)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹内 綾子 福井大学, 学術研究院医学系部門, 准教授 (00378704) ; 竹田 有加里 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (20582159)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ミトコンドリア / 代謝 / 心臓 / 興奮収縮連関 / 数理モデル

Outline of Final Research Achievements

We succeeded in recording membrane current generated by mitochondrial Na+-Ca2+ exchange for the first time, and demonstrated that mitochondrial Na+-Ca2+ exchange is electrogenic and voltage-dependent. We demonstrated that a part of Ca2+ transported by mitochondrial Na+-Ca2+ exchange to the outside of mitochondria enters sarcoplasmic reticulum, then affects Ca2+ release from sarcoplasmic reticulum and frequency of the action potential generation of sinoatrial node cells (automaticity). We developed a new mathematical model of cardiomyocyte including H+ flux across mitochondria and intracellular pH regulation.

Free Research Field

生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ミトコンドリアNa+-Ca2+交換に起因する膜電流測定に成功した。これは、ミトコンドリアNa+-Ca2+交換の起電性と膜電位依存性についての長年の議論に終止符を打つ発見である。また、心臓のペースメーカ部位である洞房結節の自動能は、古くは細胞膜の電気現象として説明されていたが、細胞内のミトコンドリアも自動能発生に関わることを明らかにした。