Mitochondrial membrane fluidity, potential, and calcium transients in the myocardium from acute diabetic rats

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Abstract

In this study, we report for the first time concurrent measurements of membrane potential and dynamics and respiratory chain activities in rat heart mitochondria, as well as calcium transients in the hearts of rats in an early phase of streptozotocin diabetes, not yet accompanied with diabetes-induced complications. Quantitative relationships among these variables were assessed. The mitochondria from diabetic rats exhibited decreased fluorescence anisotropy values of diphenylhexatriene. This indicates that hydrophobic core of the membranes was more fluid compared with controls (p < 0.05). We discuss the changes in fluidity as having been associated with augmented energy transduction through the diabetic membranes. Reduced ratio of JC-1 fluorescence (aggregates to monomers) in the mitochondria from diabetic hearts reflected descendent transmembrane potential. A significant negative association between membrane fluidity and potential in the diabetic group was found (p < 0.05; r = 0.67). Further, we observed an increase in calcium transient amplitude (CTA) in the diabetic cardiomyocytes (p = 0.048). We conclude that some of the calcium-induced regulatory events that dictate fuel selection and capacity for ATP production in diabetic heart occur at the membrane level. Our findings offer new insight into acute diabetes-induced changes in cardiac mitochondria.

Dans la présente étude, nous rendons compte pour la première fois de mesures simultanées de la dynamique et du potentiel de membrane, ainsi que des activités de la chaîne respiratoire dans les mitochondries de coeur de rats, et des transitoires calciques dans le coeur de rats dans les premières phases du diabète induit par la streptozotocine, avant l'apparition des complications associées au diabète. Nous avons évalué les relations quantitatives entre ces variables. Les mitochondries des rats diabétiques ont montré une diminution des valeurs d'anisotropie de fluorescence du diphénylhexatriène, ce qui indique que le noyau hydrophobe des membranes de ces rats a été plus fluide que celui des témoins (p < 0,05). Nous discutons des modifications de fluidité dans le contexte de leur association à l'augmentation de la transduction d'énergie à travers les membranes diabétiques. La diminution du rapport de fluorescence du JC-1 (d'agrégats à monomères) dans les mitochondries des coeurs diabétiques a reflété un potentiel transmembranaire descendant. Nous avons trouvé une association négative significative entre la fluidité et le potentiel de membrane chez le groupe diabétique (p < 0,05; r = 0,67). De plus, nous avons observé une augmentation de l'amplitude du transitoire calcique (ATC) dans les cardiomyocytes diabétiques (p = 0,048). Nous pouvons conclure que certains des événements régulateurs induits par le calcium, qui influencent la sélection de carburant et la capacité de production de l'ATP dans le coeur diabétique, se produisent au niveau de la membrane. Nos résultats apportent un nouvel éclairage sur les changements induits par le diabète aigu dans les mitochondries cardiaques.

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