24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI IMPLEMENTAZIONE DI UN MODELLO MARKOVIANO DELLA CORRENTE DI CALCIO L-TYPE IN UN CARDIOMIOCITA VENTRICOLARE.

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1 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI IMPLEMENTAZIONE DI UN MODELLO MARKOVIANO DELLA CORRENTE DI CALCIO L-TYPE IN UN CARDIOMIOCITA VENTRICOLARE

2 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Ruolo della I CaL Caratterizza la fase 2 del potenziale dazione: il plateau. Compensa luscita del K+; Impedisce che il cuore venga riattivato prima che i ventricoli abbiano avuto il tempo di riempirsi dopo la sistole precedente

3 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI A Rabbit Ventricular Action Potential Model Replicating Cardiac Dynamics at Rapid Heart Rates Aman Mahajan et al. (UCLA)

4 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Whats the problem? Portati a frequenze elevate (Rapid Heart Rates) Esistono diversi modelli dettagliati di AP; Non riproducono correttamente alcuni importanti dati inerenti alla aritmie cardiache.

5 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Per esempio i modelli forniscono: Curve di APD non fisiologiche; Una non adeguata alternanza delandamento del calcio intracellulare (Ca i ).

6 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Il Ca i svolge un ruolo primario nella genesi delle aritmie Attraverso la sua influenza su: Correnti sensibili al Calcio come la I CaL Scambiatori come Na-Ca

7 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Partendo da un modello di AP di un cardiomiocita di coniglio pre-esistente di Shannon et al. (A mathematical treatment of integrated Ca dynamics within the ventricular myocyte. 2004). Unito ad ulteriori dati forniti da nuovi sperimentali patch-clamp (sempre su cardiomiciti i coniglio) Per superare queste limitazioni: Ě stato formulato un nuovo modello modificando il precedente di Shannon.

8 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Quali modifiche? 1.Un nuovo modello Markoviano di I Cal, che svolge un ruolo primario sia nellandamento del Ca i sia nella regolazione dellAPD; 2.Una nuova formulazione per landamento del Ca i per riprodurre il controllo locale che determina linstabilità dal Ca i stesso ad alte frequenze;

9 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Modello dellandamento del Ca i Il Ca i non è distribuito in modo uniforme allinterno della cellula: 1.Ci sono zone in cui è presente in quantità maggiori rispetto ad altre; 2.Zone in cui varia con una velocità maggiore; Ciò ha portato a dividere la cellula in più compartimenti (sotto spazi) in cui è presente un diverso quantitativo di calcio. Nellarticolo di Mahajan et al. i sottospazi sono quattro.

10 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Sub memebrane space (Cs): 1.Na-Ca; 2.I CaL ; 3.RyR recptors; Dyadic Junction (Cp): 1.I CaL ; 2.RyR recptors;

11 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI dyadic junctional SR: Ca che esce durante la CICR; non-dyadic juctional SR: Ca che entra con il SERCA

12 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Ca i Cao

13 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI 1.Cp; 2.Cs; 3.Caio. Concentrazioni considerate 1.Caio sempre costante; 2.Cs e Cp considerate costanti;Cs e Cp considerate costanti; Patch – Clamp (EGTA)

14 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Modello Markoviano Normalmente lattivazione dei canali del calcio L-Type avviene attraverso la transizione tra 4 stai chiusi Nellarticolo è stato realizzato un modello minimo a 2 stati chiusi, ritenuti sufficienti

15 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Linattivazione di ICaL: Voltaggio dipendente (VDI) Ba è il charge carrier Ca è il charge carrier VDICDI

16 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Nel secondo caso del Ca charge carrier si è dedotto, da esperimenti biofisici, che: Nel caso CDI, Ca interagisce con la Calmodulina, legata al terminale-C del canale di I CaL; Nel caso VDI questo non accade; Cosa comporta?

17 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI In assenza del calcio il complesso terminale- C+CaM agisce da freno sulla capacità di inattivazione del canale

18 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Quando il calcio è presente e legato alla Calmdulina ne induce un cambiamento di conformazione spostando il terminale-C dal sito di frenaggio braking-site, permettendo al canale di chiudersi più velocemente.

19 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI La CDI si può vedere come una caratterizzazione più rapida della VDI

20 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Questa condizione è rappresentata da 2 stati di apertura in cui la transizioni tra O1 e O2 è Calcio dipendente, mentre quelle tra O2 e gli stati inattivati è Voltaggio dipendente.

21 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Se però Ca si lega alla Calmodulina in tempi brevi e raggiunge anche una condizione di regime possiamo rappresentare lapertura con un solo stato O, in cui: 1.Po=Po1+Po2; 2.q + =k on /(k on +k off )*k +, che è sia Ca che V dipendente. Si può rappresentare la VDI rapida mediata dal calcio come la transizione da un singolo stato aperto ad uno disattivato

22 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Il modello assume quindi questa forma Il ramo superiore rappresenta le transizioni in cui il calcio è legato alla Calmodulina (non cè inibizione) Il ramo inferiore rappresenta quelle senza tale legame

23 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI 2 stati inattivati sono necessari per avere un buon fitting dei dati (in alcuni modelli il secondo stato inattivato viene eliminato) I2 ha anche la funzione di impedire a C1 di ripopolare velocemente O Lo stato I1 Ba è inattivato ma il complesso termine-C+CaM è nel sito di frenaggio, nello stato I2 Ba viene rimosso da tale sito Da sottolineare che il passaggio C1 O è completamente voltaggio indipendente

24 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Implementazione modello Markoviano:

25 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Allinterno di ogni blocco abbiamo lequazione di stato di ogni variabile dC/dT=α*C2+K2*I1 Ca +K2*I1 Ba +r2*Po-(r1+β+k1+k1)*C1

26 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Landamento di O per un gradino è il seguente: O la grandezza che determina landamento di I CaL, le altre sono costanti o gradini che non modificano solo il valore della corrente ma non landamento

27 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Grafico di attivazione

28 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI I CaL 2*α*J Ca α= 8e 3 (V*M -1 ) J Ca =g Ca *Po*i Ca Flusso di particelle Driving Force

29 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Driving Force (mA/cm^2) icaica = 4*Pca*V*F^2/(R*T)*(( cs*exp(2*a)-0.341*Cao)/(exp(2*a)-1))

30 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI

31 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Commentiamo ora O e ica

32 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Il prodotto delle due grandezze mi da anticipatamente il valore del grafico I-V normalizzato per il valore massimo

33 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Moltiplicando il precedente prodotto ica-O per Gca, ottengo il fattore Jca, infine moltiplico per 2*alfa e ottengo la corrente

34 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Modello implementato

35 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI

36 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI

37 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Confronto con i dati della pubblicazione

38 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Andamento del Calcio intracellulare

39 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Andamento del Calcio Diadico

40 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI Andamento del Calcio submembrane

41 24 marzo 2009EMANUELE SALIMBENI THANKS TO ALL THE C3MIGers