Localization of cytosolic isoforms of creatine kinase and hexokinase in hypertrophied heart

Abstract

Hypertrophy of the heart is tightly bound to the metabolic adaptations and a cellular remodeling. An important and dynamic system contributing to the maintenance of energy homeostasis is the creatine kinase system (CK). The microcompartmentalization of CK isoforms maintains the flux of ATP between energy production and consumption sites and ensures the effectiveness of the CK system. Changes in expression and activity of CK isoforms during hypertrophy are already well described - to extend this knowledge, this thesis quantified changes in association of cytosolic CK isoforms and sarcomeres. Another essential system, maintaining homeostasis in overloaded heart is composed of the hexokinase (HK) isoforms, located also in cytosol and in mitochondrial compartment. HK1 is associated with mitochondria under physiological conditions, maintaining mitochondrial membrane potential, while HK2 is located mainly in the cytosol. Under stress conditions translocation of HK2 into mitochondrial membrane occurs, which increases the direct supply of ADP to complex V of the respiratory chain and decreases the probability of apoptosis activation. We analyzed association of individual HK isoforms with mitochondria within the second aim of this thesis. Third aim of the thesis was to characterize changes in the CK and M...

Hypertrofie srdce je úzce spjatá s metabolickými adaptacemi a buněčnou remodelací. Významný a dynamický systém podílející se na udržení energetické homeostázy v rozvoji hypertrofie je kreatin-kinázový systém (CK). Mikrokompartmentalizace CK izoforem udržuje tok ATP mezi místy jeho spotřeby a produkce a zabezpečuje efektivitu CK systému. Je známo, že v průběhu hypertrofie dochází k změnám v expresi a aktivitě jednotlivých izoforem CK - tato studie rozšiřuje toto poznání o kvantifikaci změn v asociaci cytosolických izoforem CK v oblasti sarkomery. Druhý významný systém, který udržuje homeostázu v přetíženém srdci je tvořen izoformami hexokinázy (HK), je též lokalizován v cytosolu a v oblasti mitochondrií. Za fyziologických podmínek je izoforma HK1 asociována s mitochondriemi, kde udržuje mitochondriální membránový potenciál, zatímco HK2 je lokalizována převážně v cytosolu. V zátěžových podmínkách dochází k translokaci HK2, což zvyšuje přímou dodávku ADP ke komplexu V respiračního řetězce a snižuje pravděpodobnost aktivace apoptózy. V rámci druhého cíle této práce jsme analyzovali asociaci jednotlivých izoforem hexokinázy (HK) s mitochondriemi. Třetím cílem práce bylo charakterizovat změny v asociaci CK s M liniemi po ischemii a reperfúzi u potkanů adaptovaných na kardioprotektivní režim intermitentní...