Ca²⁺ Sensitization of Myocardial Force and Actomyosin ATPase by (D-Ala², Met⁵) Enkephalinamide

Summary

The presence of proenkephalin mRNA and proenkephalin peptides in cardiac muscle cells suggests the local production of enkephalins in the myocardium. Yet, the effects of these peptides on the function of the contractile proteins are unknown. The effects of (D-Ala²,Met⁵) enkephalinamide (DALA) on the activity of the actin stimulated Ca, Mg-myosin ATPase in myofibrils and on the contractility and the activity of the related actomyosin ATPase of chemically skinned muscle fibres from pig myocardium were studied. In this article, it is shown that the myofibrillar actomyosin ATPase as well as the contractility and the actomyosin ATPase in skinned fibres are sensitized to Ca²⁺ ions by DALA. 10^-11 - 10^-6 mol/l DALA decrease the effective concentration of Ca²⁺ stimulating the myofibrillar ATPase activity by 50% (EC50) from 4.0 · 10^-5 to 1.5 · 10^-5 mol/l (p< 0.05). The magnesium dependent myosin ATPase activity at low Ca²⁺ concentration (10^-9- mol/l) is increased. The EC values of Ca²⁺ for both force development and the related actomyosin ATPase activity of skinned fibres are decreased by DALA (10^-11 -10^-5 mol/l) from 2.5 · 10^-6 to 2.0 · 10^-6 mol/l (contractions; p < 0.01) and from 2.0 · 10^-6 to 1.3 · 10^-6 mol/l (ATPase activity; p < 0.01). The tension cost (ATPase/tension) of the fibres is unchanged by DALA. In conclusion, the results demonstrate a Ca²⁺ sensitization of the contractile proteins by low concentrations of DALA, indicating a direct regulatory involvement of enkephalins in the regulation of myocardial contractility. These results correspond with the positive inotropic effects of enkephalins in isolated heart muscle cells.

Zusammenfassung

Ca²⁺-Sensibilisierung von myokardialer Kraft und Aktomyosin-ATPase durch (D-Ala2, Met5) Enkephalinamid

Die Anwesenheit von Proenkephalin-mRNA und Proenkephalin-Peptiden im Herzmuskel legt eine lokale myokardiale Produktion von Enkephalinen nahe. Die Effekte dieser Peptide auf die Funktion der kontraktilen Proteine sind jedoch unbekannt. Die Wirkung von (D-Ala*, Met⁵)-Enkephalinamid (DALA) auf die Aktivität der Aktin-stimulierten, Ca, Mg-Myosin-ATPase in Myofibrillen und auf die Kontraktilität und die Aktomyosin-ATPase chemisch gehäuteter Muskelfasern aus dem Schweinemyokard wurde untersucht. Es wird gezeigt, daß durch DALA sowohl die myofibrilläre ATPase als auch die Kontraktilität und Aktomyosin- ATPase der gehäuteten Fasern in ihrer Empfindlichkeit für Ca²⁺-Ionen gesteigert werden. 10^-11–10^-6 mol/l DALA vermindern die halbmaximal aktivierende Ca²⁺-Konzentration (EC50) für die myofibrilläre ATPase von 4,0 · 10^-5 auf 1,5 · 10^-5 mol/l (p < 0,05). Die Magnesium-abhän-gige Myosin-ATPase-Aktivität wird bereits bei niedrigen Ca²⁺ -Konzentrationen (10^-9 mol/l) gesteigert. Die Ca²⁺ -EC₅₀ für Kraft und Aktomyosin-ATPase-Aktivität in gehäuteten Fasern wird durch DALA (10^-11-10^-5mol/l) von 2,5 · 10^-6 auf 2,0 · 10^-6 mol/l (Kraft; p < 0,01) und von 2,0 · 10^-6 auf 1,3 · 10^-6 mol/l (ATPase-Aktivität p < 0,01) vermindert. Die mechanische Energetik (ATPase / Kraft) der gehäuteten Fasern wird durch DALA nicht verändert. Die Resultate zeigen einen Ca²⁺- sensibilisierenden Effekt auf die kontraktilen Proteine durch DALA in niedrigen Konzentrationen, was auf eine direkte regulatorische Rolle von Enkephalinen bei der Regulation der myokardialen Kontraktilität hinweist. Diese Resultate sind im Einklang mit dem positiv inotropen Effekt von Enkephalinen in isolierten Herzmuskelzellen.

Key words

Contractile proteins, Ca²⁺ sensitivity - (D-Ala², Met⁵) enkephalinamide - Enkephalin - Myocardium - Myofibrils - Proenkephalins