ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2019-2-99-106ssmu-2311Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSРоль ЦАМФ-зависимой сигнальной системы в регуляции электрических и сократительных свойств гладких мышц мочеточника морской свинки при гипоксииThe role of CAMP-dependent signaling systems in regulation of electrical and contractile properties of smooth muscles of the ureter in hypoxia in guinea pigshttps://orcid.org/0000-0002-9269-0170КовалевИ. В.KovalevI. V.kovalew@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1237-9786БирулинаЮ. Г.BirulinaJ. G.https://orcid.org/0000-0001-5047-8668ГусаковаС. В.GusakovaS. V.

Gusakova Svetlana V., DM, Head of the Division of Biophysics and Functional Diagnostics

2, Moskow Trakt, Tomsk, 634050

https://orcid.org/0000-0002-0119-9707НосаревА. В.NosarevA. V.

Носарев Алексей Валерьевич, д-р мед. наук, профессор, кафедра биофизики и функциональной диагностики; профессор634050, г. Томск, Московский тракт, 2/7

634028, г. Томск, пр. Ленина, 2

Nosarev Alexey V., DM, Professor, Division of Biophysics and Functional Diagnostics; Professor, School of Nuclear Technology2, Moskow Trakt, Tomsk, 634050

2, Lenina Av., Tomsk, 634028

СмаглийЛ. В.SmagliyL. V.https://orcid.org/0000-0001-9034-4226ПетроваИ. В.PetrovaI. V.https://orcid.org/0000-0002-0635-6548РыдченкоВ. С.RydchenkoV. S.ЛещеваА. А.LeshchevaA. A.

Лещева Анастасия Александровна, студент, медико-биологический факультет

634050, г. Томск, Московский тракт, 2/7

МедведевМ. А.MedvedevM. A.СухановаГ. А.SuhanovaG. A.ВасильевВ. Н.VasiliyevV.. N.Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)РоссияSiberian State Medical University (SSMU)Russian FederationСибирский государственный медицинский университет (СибГМУ);Научный исследовательский Томский политехнический университет (НИ ТПУ)РоссияSiberian State Medical University (SSMU); National Research Tomsk Polytechnic University (NR TPU)Russian Federation20191108201918299106Copyright © Ковалев И.В., Бирулина Ю.Г., Гусакова С.В., Носарев А.В., Смаглий Л.В., Петрова И.В., Рыдченко В.С., Лещева А.А., Медведев М.А., Суханова Г.А., Васильев В.Н., 20192019Ковалев И.В., Бирулина Ю.Г., Гусакова С.В., Носарев А.В., Смаглий Л.В., Петрова И.В., Рыдченко В.С., Лещева А.А., Медведев М.А., Суханова Г.А., Васильев В.Н.Kovalev I.V., Birulina J.G., Gusakova S.V., Nosarev A.V., Smagliy L.V., Petrova I.V., Rydchenko V.S., Leshcheva A.A., Medvedev M.A., Suhanova G.A., Vasiliyev V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/2311

Цель исследования. Изучение механизмов регуляции электрической активности и механического напряжения гладкомышечных клеток (ГМК) мочеточника морской свинки, опосредованных циклическим аденозинмонофосфатом (цАМФ), при гипоксии. Материалы и методы. Методом двойного сахарозного моста исследовано действие изопреналина (100 мкМ)), форсколина (1 мкМ), 3-изобутил-1-метилксантина (IBMX, 100 мкМ), тетраэтиламмония хлорида (ТЭА, 5 мкМ) на электрические свойства и сокращения гладкомышечных полосок мочеточника морской свинки в условиях нормоксии и гипоксии. Гипоксические условия моделировали путем помещения ГМК в гипооксигенированный раствор Кребса, содержащий (10,0 ± 0,2) об. % кислорода. Результаты. Увеличение внутриклеточного уровня цАМФ, вызванное стимулятором β-адренорецепторов изопреналином, активацией аденилатциклазы форсколином, неселективным ингибитором фосфодиэстераз IBMX, подавляло электрическую и сократительную активность ГМК мочеточника морской свинки. Снижение уровня кислорода в омывающем полоски растворе приводило к увеличению амплитуды потенциала действия и величины сокращения гладких мышц мочеточника. На фоне возрастания внутриклеточного уровня цАМФ активирующее влияние гипоксии на гладкомышечные  сегменты снижалось. Угнетение калиевой проводимости мембраны ГМК мочеточника при помощи ТЭА в условиях нормоксии подавляло цАМФ-зависимые процессы, индуцированные форсколином в ГМК, но при гипоксии, наоборот, вызывало потенцирование активирующего влияния на электрическую и сократительную активность гладкомышечных сегментов морской свинки. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о вовлечении цАМФ-зависимой сигнальной системы в эффекты гипоксии на электрическую и сократительную активность ГМК мочеточника. Модуляция внутриклеточного уровня цАМФ нивелировала активирующее и констрикторное влияние гипоксии на гладкие мышцы мочеточника, вызванное увеличением калиевой проводимости мембраны мышечных клеток, чем способствовала адаптации их к условиям среды.

Aim. To study the features of regulating the electrical activity and mechanical tension of smooth muscle cells (SMCs) of the guinea pig ureter as modulated by cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in hypoxia. Materials and methods. The effects of isoprenaline (100 μM), forskolin (1 μM), 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX, 100 μM) and tetraethylammonium chloride (TEA, 5 μM) on the contractile and electrical properties of isolated smooth muscle segments of the guinea pig ureter in normoxia and hypoxia were measured by the double sucrose bridge. Hypoxic conditions were created by placing the SMCs in Krebs solution containing (10.0 ± 0.2) vol. % O2. Results. It was found that an increase in the intracellular cAMP level caused by isoprenaline, the β-adrenergic receptor agonist, and activation of adenylate cyclase by forskolin, an inhibitor of phosphodiesterase IBMX, caused a decrease in the electrical and constrictor properties of the SMCs in the guinea pig ureter. The decrease in the level of oxygen in the perfusion solution resulted in the increase in the action potential amplitude and contraction of smooth muscles from the ureter. With an increase in the intracellular cAMP level, the activating effect of hypoxia on smooth muscle segments decreased. Inhibition of potassium conductivity of the ureteral SMCs with TEA in normoxia suppressed the cAMP-dependent processes induced by forskolin, whereas in hypoxia it caused the potentiation of an activating effect on the electrical activity and contractions of smooth muscle segments. Conclusion. Thus, the results suggest the involvement of cAMP-dependent signaling system in the influence of hypoxia on the electrical and contractile properties of ureteral SMCs. Modification of the intracellular cAMP level reduced the stimulatory effect of hypoxia on the smooth muscle strips of the ureter caused by increase in the ionic conductivity of the membrane and contributed to their adaptation to environmental conditions.

гладкие мышцыциклический аденозинмонофосфатаденилатциклазагипоксияионные каналы.smooth musclescyclic adenosine monophosphateadenylate cyclasehypoxiaion channelsИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (научные проекты № 16-34-00419 и № 18-315-00296/18)The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research (RFBR) (research projects No. 16-34-00419 and No. 18-315-00296\18)ReferencesWebb J.G., Yates P.W., Yang Q., Mukhin Y.V., Lanier S.M. Adenylyl cyclase isoforms and signal integration in models of vascular smooth muscle cells. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2001; 281 (4): H1545– H1552. DOI:10.1152/ajpheart.2001.281.4.H1545.Webb J.G., Yates P.W., Yang Q., Mukhin Y.V., Lanier S.M. Adenylyl cyclase isoforms and signal integration in models of vascular smooth muscle cells. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2001; 281 (4): H1545– H1552. DOI:10.1152/ajpheart.2001.281.4.H1545.Nelson C.P., Rainbow R.D., Brignell J.L., Perry M.D., Willets J.M., Davies N.W., Standen N.B., Challiss R.A. Principal role of adenylyl cyclase 6 in K⁺ channel regulation and vasodilator signalling in vascular smooth muscle cells. Cardiovasc. Res. 2011; 91 (4): 694–702. DOI: 10.1093/cvr/cvr137.Nelson C.P., Rainbow R.D., Brignell J.L., Perry M.D., Willets J.M., Davies N.W., Standen N.B., Challiss R.A. Principal role of adenylyl cyclase 6 in K⁺ channel regulation and vasodilator signalling in vascular smooth muscle cells. Cardiovasc. Res. 2011; 91 (4): 694–702. DOI: 10.1093/cvr/cvr137.Thorneloe K.S., Nelson M.T. Ion channels in smooth muscle: regulators of intracellular calcium and contractility. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2005; 83 (3): 215–242. DOI: 10.1139/y05-016.Thorneloe K.S., Nelson M.T. Ion channels in smooth muscle: regulators of intracellular calcium and contractility. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2005; 83 (3): 215–242. DOI: 10.1139/y05-016.Barman S.A., Zhu S., White R.E. Hypoxia modulates cyclic AMP activation of BKCa channels in rat pulmonary arterial smooth muscle. Lung. 2005; 183 (5): 353–361. DOI: 10.1007/s00408-005-2547-2.Barman S.A., Zhu S., White R.E. Hypoxia modulates cyclic AMP activation of BKCa channels in rat pulmonary arterial smooth muscle. Lung. 2005; 183 (5): 353–361. DOI: 10.1007/s00408-005-2547-2.Almohanna A.M., Wray S. Hypoxic conditioning in blood vessels and smooth muscle tissues: effects on function, mechanisms, and unknowns. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2018; 315 (4): H756–H770. DOI: 10.1152/ajpheart.00725.2017.Almohanna A.M., Wray S. Hypoxic conditioning in blood vessels and smooth muscle tissues: effects on function, mechanisms, and unknowns. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2018; 315 (4): H756–H770. DOI: 10.1152/ajpheart.00725.2017.Ковалев И.В., Попов А.Г., Баскаков М.Б., Миноченко И.Л., Килин А.А., Бородин Ю.Л., Анфиногенова Я.Д., Капилевич Л.В., Медведев М.А. Влияние ингибиторов фосфодиэстераз циклических нуклеотидов на электрическую и сократительную активность гладкомышечных клеток. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2002; 133 (1): 47–50.Kovalev I.V., Popov A.G., Baskakov M.B., Minochenko I.L., Kilin A.A., Borodin Yu.L., Anfinogenova Ya.D., Kapilevich L.V., Medvedev M.A. Effect of inhibitors of cyclic nucleotide phosphodiesterases on the electrical and contractile activity of smooth muscle cells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2002; 133 (1): 47–50 (in Russ.). DOI: 10.1023/A:1015196125469.Chan C.K., Vanhoutte P.M. Hypoxia, vascular smooth muscles and endothelium. Acta Pharmacol. Sin. B. 2013; 3 (1): 1–7. DOI: 10.1016/j.apsb.2012.12.007.Chan C.K., Vanhoutte P.M. Hypoxia, vascular smooth muscles and endothelium. Acta Pharmacol. Sin. B. 2013; 3 (1): 1–7. DOI: 10.1016/j.apsb.2012.12.007.Ковалев И.В., Бирулина Ю.Г., Гусакова С.В., Смаглий Л.В., Петрова И.В., Носарев А.В., Медведев М.А., Орлов С.Н. Влияние гипоксии на электрические и сократительные свойства гладких мышц мочеточника морской свинки. Бюллетень сибирской медицины. 2016; 15 (3): 48–54.Kovalev I.V., Birulina Y.G., Gusakova S.V., Smagliy L.V., Nosarev A.V., Petrova I.V., Medvedev M.A., Orlov S.N. The effect of hypoxia on electrical and contractile properties of smooth muscles of the guinea pig ureter. Bulletin of Siberian Medicine. 2016; 15 (3):48–54 (in Russ.)]. DOI: 10.20538/1682-0363-2016-3-48-54.Hasan A.U., Kittikulsuth W., Yamaguchi F., Musarrat Ansary T., Rahman A., Shibayama Y., Nakano D., Hitomi H. Tokuda M., Nishiyama A. IBMX protects human proximal tubular epithelial cells from hypoxic stress through suppressing hypoxia-inducible factor-1α expression. Exp. Cell. Res. 2017; 358 (2): 343–351. DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.07.007.Hasan A.U., Kittikulsuth W., Yamaguchi F., Musarrat Ansary T., Rahman A., Shibayama Y., Nakano D., Hitomi H. Tokuda M., Nishiyama A. IBMX protects human proximal tubular epithelial cells from hypoxic stress through suppressing hypoxia-inducible factor-1α expression. Exp. Cell. Res. 2017; 358 (2): 343–351. DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.07.007.Rybalkin S.D., Yan C., Bornfeldt K.E., Beavo J.A. Cyclic GMP phosphodiesterases and regulation of smooth muscle function. Circ. Res. 2003; 93 (4): 280–291. DOI:10.1161/01.RES.0000087541.15600.2B.Rybalkin S.D., Yan C., Bornfeldt K.E., Beavo J.A. Cyclic GMP phosphodiesterases and regulation of smooth muscle function. Circ. Res. 2003; 93 (4): 280–291. DOI:10.1161/01.RES.0000087541.15600.2B.Nunes A.R., Batuca J.R., Monteiro E.C. Acute hypoxia modifies cAMP levels induced by inhibitors of phosphodiesterase-4 in rat carotid bodies, carotid arteries and superior cervical ganglia. Br. J. Pharmacol. 2010; 159 (2): 353–361. DOI: 10.1111/j.1476-5381.2009.00534.x.Nunes A.R., Batuca J.R., Monteiro E.C. Acute hypoxia modifies cAMP levels induced by inhibitors of phosphodiesterase-4 in rat carotid bodies, carotid arteries and superior cervical ganglia. Br. J. Pharmacol. 2010; 159 (2): 353–361. DOI: 10.1111/j.1476-5381.2009.00534.x.Robert R., Norez C., Becq F. Disruption of CFTR chloride channel alters mechanical properties and cAMP-dependent Cl− transport of mouse aortic smooth muscle cells. J. Physiol. 2005; 568 (Pt 2): 483–495. DOI: 10.1113/jphysiol.2005.085019.Robert R., Norez C., Becq F. Disruption of CFTR chloride channel alters mechanical properties and cAMP-dependent Cl− transport of mouse aortic smooth muscle cells. J. Physiol. 2005; 568 (Pt 2): 483–495. DOI: 10.1113/jphysiol.2005.085019.Sands W.A., Palmer T.M. Regulating gene transcription in response to cyclic AMP elevation. Cell Signal. 2008; 20 (3): 460–466. DOI: 10.1016/j.cellsig.2007.10.005.Sands W.A., Palmer T.M. Regulating gene transcription in response to cyclic AMP elevation. Cell Signal. 2008; 20 (3): 460–466. DOI: 10.1016/j.cellsig.2007.10.005.Cavadas M.A.S., Cheong A., Taylor C.T. The regulation of transcriptional repression in hypoxia. Exp. Cell. Res. 2017; 356 (2): 173–181. DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.02.024.Cavadas M.A.S., Cheong A., Taylor C.T. The regulation of transcriptional repression in hypoxia. Exp. Cell. Res. 2017; 356 (2): 173–181. DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.02.024.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.