Mitochondrial proliferation in cardiac hypertrophy

Summary

Mitochondrial proliferation was studied in mature female rats following aortic constriction. Mitochondrial DNA (mtDNA) was assayed by a fluorometric method. The conditions for removal of nuclear DNA were developed and verified by assessment of molecular conformation of DNA. The mtDNA concentration in mitochondria increased 2,4, and 7 days post-operatively by 11, 72 and 117% respectively. Comparison with the rates of accumulation of cytochrome c, b, and aa₃ indicates that during the first 24 hours of cardiac enlargement the inner mitochondrial components accumulate faster then mtDNA, but during the six subsequent days the rate of mtDNA increment far outstrips that of the cytochromes. These data indicate that the amount of available mtDNA template is not the only factor regulating the transcriptional and translational processes in the enlarging myocardium.

The analysis of population of replicative intermediates of mtDNA have shown dramatic decrease in the frequency of D-loops in preparations obtained from hypertrophied hearts. This observation indicates that the increase in replicative flux of mtDNA is associated with the removal of a block in the conversion of D-loops to other intermediates.

Zusammenfassung

Bei erwachsenen weiblichen Ratten wurde die Proliferation der Mitochondrien nach experimenteller Aortenkonstriktion untersucht. Die mitochondriale DNA (mtDNA) wurde fluorometrisch bestimmt. Die methodischen Voraussetzungen für eine Beseitigung der Zellkern-DNA wurden entwickelt und überprüft durch Bestimmung der molekularen Konformation der DNA. Die Konzentration an mtDNA in den Mitochondrien war 2,4 und 7 Tage nach der Operation um 11, 72 bzw. 117% erhöht. Bei Vergleich mit der Akkumulationsgeschwindigkeit von Cytochrom c, b und aa₃ ergaben sich Hinweise dafür, daß während der ersten 24 Stunden der Herzerweiterung die inneren Komponenten der Mitochondrien schneller akkumulieren als mtDNA. Jedoch überholt der mtDNA-Anstieg während der 6 folgenden Tage die Geschwindigkeit des Anstiegs der Cytochrome bei weitem. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, daß die Menge verfügbarer mtDNA “templates” nicht den einzigen regulierenden Faktor für die Transkriptions- und Translationsprozesse während der Herzerweiterung darstellt.

Die Analyse der Zusammensetzung replikativer Intermediärprodukte von mtDNA zeigte einen dramatischen Rückgang in der Frequenz der D-loops bei Präparaten, die von hypertrophierten Herzen gewonnen wurden. Diese Beobachtung zeigt, daß der Anstieg des replikativen Fluxes von mtDNA mit der Beseitigung eines Blocks in der Umwandlung von D-loops zu anderen Intermediärprodukten verknüpft ist.