Background— Little is known about the function of inositol 1,4,5-trisphosphate receptors (IP3Rs) in the adult heart experimentally. Moreover, whether these Ca 2+ release channels are present and play a critical role in human cardiomyocytes remains to be defined. IP3Rs may be activated after Gαq-protein–coupled receptor stimulation, affecting Ca 2+ cycling, enhancing myocyte performance, and potentially favoring an increase in the incidence of arrhythmias. Methods and Results— IP3R function was determined in human left ventricular myocytes, and this analysis was integrated with assays in mouse myocytes to identify the mechanisms by which IP3Rs influence the electric and mechanical properties of the myocardium. We report that IP3Rs are expressed and operative in human left ventricular myocytes. After Gαq-protein–coupled receptor activation, Ca 2+ mobilized from the sarcoplasmic reticulum via IP3Rs contributes to the decrease in resting membrane potential, prolongation of the action potential, and occurrence of early afterdepolarizations. Ca 2+ transient amplitude and cell shortening are enhanced, and extrasystolic and dysregulated Ca 2+ elevations and contractions become apparent. These alterations in the electromechanical behavior of human cardiomyocytes are coupled with increased isometric twitch of the myocardium and arrhythmic events, suggesting that Gαq-protein–coupled receptor activation provides inotropic reserve, which is hampered by electric instability and contractile abnormalities. Additionally, our findings support the notion that increases in Ca 2+ load by IP3Rs promote Ca 2+ extrusion by forward-mode Na + /Ca 2+ exchange, an important mechanism of arrhythmic events. Conclusions— The Gαq-protein/coupled receptor/IP3R axis modulates the electromechanical properties of the human myocardium and its propensity to develop arrhythmias.

HomeCirculationVol. 129, No. 21Response to Letter Regarding Article "Inositol 1,4,5-Trisphosphate Receptors and Human Left Ventricular Myocytes" Free AccessLetterPDF/EPUBAboutView PDFView EPUBSections ToolsAdd to favoritesDownload citationsTrack citationsPermissions ShareShare onFacebookTwitterLinked InMendeleyReddit Jump toFree AccessLetterPDF/EPUBResponse to Letter Regarding Article "Inositol 1,4,5-Trisphosphate Receptors and Human Left Ventricular Myocytes" Sergio Signore, MS, Andrea Sorrentino, MS, João Ferreira-Martins, MD, PhD, Ramaswamy Kannappan, PhD, Mehrdad Shafaie, BS, Fabio Del Ben, MD, Kazuya Isobe, MD, PhD, Christian Arranto, MD, Ewa Wybieralska, PhD, Andrew Webster, BS, Fumihiro Sanada, MD, PhD, Barbara Ogórek, PhD, Hanqiao Zheng, PhD and Xiaoxia Liu, MS Federica del Monte, MD, PhD David A. D'Alessandro, MD, Oriyanhan Wunimenghe, MD and Robert E. Michler, MD Toru Hosoda, MD, PhD, Polina Goichberg, PhD, Annarosa Leri, MD, Jan Kajstura, PhD, Piero Anversa, MD and Marcello Rota, PhD Sergio SignoreSergio Signore Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Andrea SorrentinoAndrea Sorrentino Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , João Ferreira-MartinsJoão Ferreira-Martins Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Ramaswamy KannappanRamaswamy Kannappan Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Mehrdad ShafaieMehrdad Shafaie Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Fabio Del BenFabio Del Ben Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Kazuya IsobeKazuya Isobe Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Christian ArrantoChristian Arranto Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Ewa WybieralskaEwa Wybieralska Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Andrew WebsterAndrew Webster Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Fumihiro SanadaFumihiro Sanada Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Barbara OgórekBarbara Ogórek Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Hanqiao ZhengHanqiao Zheng Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA and Xiaoxia LiuXiaoxia Liu Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA Federica del MonteFederica del Monte Cardiovascular Institute, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA David A. D'AlessandroDavid A. D'Alessandro Department of Cardiovascular and Thoracic Surgery, Montefiore Medical Center, Albert Einstein College of Medicine, New York, NY , Oriyanhan WunimengheOriyanhan Wunimenghe Department of Cardiovascular and Thoracic Surgery, Montefiore Medical Center, Albert Einstein College of Medicine, New York, NY and Robert E. MichlerRobert E. Michler Department of Cardiovascular and Thoracic Surgery, Montefiore Medical Center, Albert Einstein College of Medicine, New York, NY Toru HosodaToru Hosoda Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Polina GoichbergPolina Goichberg Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Annarosa LeriAnnarosa Leri Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Jan KajsturaJan Kajstura Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA , Piero AnversaPiero Anversa Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA and Marcello RotaMarcello Rota Departments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA Originally published27 May 2014https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.114.009347Circulation. 2014;129:e510–e511We thank Drs Heidrich and colleagues for their comments on our study discussing the role of inositol 1,4,5-trisphosphate receptors (IP3Rs) in ventricular myocytes.1 We documented that IP3Rs are present and operative in the rodent and human ventricular myocardium and that stimulation of Gαq-protein-coupled receptors promotes IP3R-mediated Ca2+ release. This adaptation provides inotropic support but favors electric instability.As pointed out by Dr Heidrich and colleagues, our report did not address the contribution of endogenous IP3R-regulatory proteins2 to the electrophysiological and contractile properties of ventricular myocytes. Specifically, they raised the possibility that chromogranin B, a sarcoplasmic reticulum Ca2+-binding protein, interacts with IP3Rs3 and modulates myocyte behavior after Gαq-protein-coupled receptor stimulation. The relationship between chromogranin B and IP3Rs may be particularly relevant to the failing heart, a condition characterized by upregulation of both chromogranin B and IP3Rs. We share this view, and additional experiments are warranted to elucidate several important aspects of IP3R activation.Consistent with the role of chromogranin B in the control of intracellular Ca2+, other regulatory mechanisms may alter IP3Rs and Ca2+ translocation in myocytes physiologically and in pathological conditions. Unpublished observations from our laboratory indicate that β-adrenergic stimulation induces IP3R-mediated Ca2+ release in cardiac progenitor cells (CPCs). In this cell class, intracellular oscillatory events originate as a consequence of the translocation of Ca2+ from the endoplasmic reticulum to the cytoplasm via IP3Rs.4 In contrast, crucial variables of myocyte Ca2+ homeostasis, voltage-dependent transmembrane Ca2+ fluxes, and ryanodine receptor Ca2+ release are not involved in this process.4 Exposure of human CPCs to the β-adrenergic agonist isoproterenol increases by ≈2-fold the fraction of cells displaying intracellular Ca2+ oscillations. These findings support the notion that IP3R channels undergo posttranslational modifications mediated by protein kinase A, a target of β-adrenergic receptor signaling.5 Myocytes are the progeny of CPCs, and similar mechanisms may be operative in both cell categories, suggesting that IP3Rs participate at distinct levels in the response of the myocardium to β-adrenergic ligands.The multiple endogenous and exogenous regulators of IP3Rs have yet to be identified, and only the integration of molecular protocols with physiological assays will provide a thorough understanding of the function of IP3Rs in the modulation of the properties of cardiomyocytes and CPCs. Whether IP3Rs are implicated not only in the initiation of CPC growth but also in lineage specification and myocyte differentiation is a critical unanswered question. However, the recognition that IP3Rs are expressed in CPCs and cardiomyocytes suggests that they may be implicated in the control of myocyte renewal during the normal wear and tear of the organ and in the repair process after myocardial injury.Sergio Signore, MSAndrea Sorrentino, MSJoão Ferreira-Martins, MD, PhDRamaswamy Kannappan, PhDMehrdad Shafaie, BSFabio Del Ben, MDKazuya Isobe, MD, PhDChristian Arranto, MDEwa Wybieralska, PhDAndrew Webster, BSFumihiro Sanada, MD, PhDBarbara Ogórek, PhDHanqiao Zheng, PhDXiaoxia Liu, MSDepartments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular MedicineBrigham and Women's HospitalHarvard Medical SchoolBoston, MAFederica del Monte, MD, PhDCardiovascular InstituteBeth Israel Deaconess Medical CenterHarvard Medical SchoolBoston, MADavid A. D'Alessandro, MDOriyanhan Wunimenghe, MDRobert E. Michler, MDDepartment of Cardiovascular and Thoracic SurgeryMontefiore Medical CenterAlbert Einstein College of MedicineNew York, NYToru Hosoda, MD, PhDPolina Goichberg, PhDAnnarosa Leri, MDJan Kajstura, PhDPiero Anversa, MDMarcello Rota, PhDDepartments of Anesthesia and Medicine and Division of Cardiovascular MedicineBrigham and Women's HospitalHarvard Medical SchoolBoston, MASources of FundingThis work was supported by National Institute of Health grants R01 HL091021, R01 HL114346, P01 AG043353, P01 HL092868, R01 AG037495, R01 HL111183, R01 AG037490, R01 HL105532, and R37 HL081737.DisclosuresNone.References1. Signore S, Sorrentino A, Ferreira-Martins J, Kannappan R, Shafaie M, Del Ben F, Isobe K, Arranto C, Wybieralska E, Webster A, Sanada F, Ogórek B, Zheng H, Liu X, Del Monte F, D'Alessandro DA, Wunimenghe O, Michler RE, Hosoda T, Goichberg P, Leri A, Kajstura J, Anversa P, Rota M. Inositol 1,4,5-trisphosphate receptors and human left ventricular myocytes.Circulation. 2013; 128:1286–1297.LinkGoogle Scholar2. Choe CU, Ehrlich BE. The inositol 1,4,5-trisphosphate receptor (IP3R) and its regulators: sometimes good and sometimes bad teamwork.Sci STKE. 2006; 2006:re15.CrossrefMedlineGoogle Scholar3. Heidrich FM, Zhang K, Estrada M, Huang Y, Giordano FJ, Ehrlich BE. Chromogranin B regulates calcium signaling, nuclear factor kappaB activity, and brain natriuretic peptide production in cardiomyocytes.Circ Res. 2008; 102:1230–1238.LinkGoogle Scholar4. Ferreira-Martins J, Rondon-Clavo C, Tugal D, Korn JA, Rizzi R, Padin-Iruegas ME, Ottolenghi S, De Angelis A, Urbanek K, Ide-Iwata N, D'Amario D, Hosoda T, Leri A, Kajstura J, Anversa P, Rota M. Spontaneous calcium oscillations regulate human cardiac progenitor cell growth.Circ Res. 2009; 105:764–774.LinkGoogle Scholar5. Wojcikiewicz RJ, Luo SG. Phosphorylation of inositol 1,4,5- trisphosphate receptors by cAMP-dependent protein kinase: type I, II, and III receptors are differentially susceptible to phosphorylation and are phosphorylated in intact cells.J Biol Chem. 1998; 273:56705677.CrossrefGoogle Scholar Previous Back to top Next FiguresReferencesRelatedDetails May 27, 2014Vol 129, Issue 21 Advertisement Article InformationMetrics © 2014 American Heart Association, Inc.https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.114.009347PMID: 24868002 Originally publishedMay 27, 2014 PDF download Advertisement

Aging is associated with alterations in the electrical properties of the heart resulting in an increased incidence of arrhythmic events and perturbation of cardiac performance. The aim of the present study was to determine whether the late sodium current (I NaL ), which presents slow inactivation kinetics, is upregulated in myocytes from old hearts contributing to the electrical remodeling of the senescent myocardium. For this purpose, the electrical profile of young (3-5 months) and old (24-30 months) C57BL6 mice was established at the organ and cellular levels. In comparison to young mice, old animals presented enlarged left ventricles and declined systolic and diastolic functions. The QRS complex and QT interval of the ECG were significantly prolonged in old animals, indicating that aging delays the electrical activation and recovery of the myocardium. The latter property was confirmed by slower repolarization phases of epicardial monophasic action potentials (AP) in old hearts, using perfused Langendorff preparations. Moreover, old hearts were more prone to develop arrhythmia by programmed electrical stimulation. By patch-clamp technique, myocytes from old mice showed a 2- and 1.7-fold increase in the time to 50% and 90% repolarization of the AP, respectively, than cells from young animals. In voltage-clamp mode, I NaL , which is operative during the repolarization phase of the AP, was 1.7-fold larger in cells obtained from old hearts with respect to young. Activation, steady state inactivation and time constants for I NaL were comparable in young and old myocytes, indicating that the enhanced late current was mediated by an increased maximal conductance. In old myocytes, blockade of I NaL with low doses of tetrodotoxin or mexiletine reduced by 24-48% the intermediate and late repolarization phases of the AP, whereas in young cells this intervention affected to a lesser extent only the late repolarization phase. Finally, administration of mexiletine in old mice shortened the QT interval by 25%, restoring ventricular electrical recovery. In conclusion, the late sodium current I NaL is upregulated with aging and contributes to the slower repolarization of the senescent myocardium.

The recognition that ryanodine receptor (RyR) dysfunction is associated to arrhythmogenic diseases raises the possibility that alternative Ca2+ release channels alter the electrical properties of ventricular myocytes. The aim of this study was to determine whether inositol triphosphate receptor (IP3R)-mediated Ca2+ mobilization modulates Ca2+ cycling and electrical behavior in LV myocytes. Cells were obtained from human and mouse hearts and the expression and function of IP3Rs were evaluated. IP3Rs were identified in isolated myocytes by immunocytochemistry and Western blotting. In field-stimulated cells, IP3R activation via Gq-protein receptor agonists (ET-1, ATP) or enhancer of ligand affinity (thimerosal) increased diastolic Ca2+ and transient amplitude by 11% and 44%, respectively. Additionally, extra-systolic Ca2+ release and sustained Ca2+ elevations were detected. These effects were prevented by inhibition of IP3 production or by IP3R blockade. Importantly, myocytes obtained from mice infected in vivo with small hairpin RNA (shRNA) targeting IP3R type 2, failed to respond to Gq-protein receptor agonists. In patch-clamped human and mouse cells, changes in Ca2+ transient properties following IP3R activation were accompanied by a decrease in resting potential, action potential (AP) prolongation, and emergence of arrhythmic events. In mouse cardiomyocytes, assessment of excitation-contraction coupling gain and blockade of RyR channels under IP3R stimulation, excluded the contribution of RyRs to the effects induced by IP3R activation. In voltage-clamped cells, IP3R agonists promoted transient inward currents at the membrane potential of -70 mV and increased a nickel-sensitive current in the range of potentials corresponding to forward mode operation of the Na-Ca exchanger. To establish whether enhanced Ca2+ load was responsible for the altered electrical properties under IP3R activation, conditions buffering cytosolic Ca2+ levels were employed. Under these circumstances, IPR stimulation failed to prolong the AP and to induce arrhythmias. In conclusions, our observations demonstrate that Ca2+ mobilization via IP3Rs directly alters the electrical properties of human and rodent myocytes.