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Erschienen in: Basic Research in Cardiology 6/2020

01.12.2020 | Original Contribution

Hyperglycemia regulates cardiac K+ channels via O-GlcNAc-CaMKII and NOX2-ROS-PKC pathways

verfasst von: Bence Hegyi, Johanna M. Borst, Logan R. J. Bailey, Erin Y. Shen, Austen J. Lucena, Manuel F. Navedo, Julie Bossuyt, Donald M. Bers

Erschienen in: Basic Research in Cardiology | Ausgabe 6/2020

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Abstract

Chronic hyperglycemia and diabetes lead to impaired cardiac repolarization, K+ channel remodeling and increased arrhythmia risk. However, the exact signaling mechanism by which diabetic hyperglycemia regulates cardiac K+ channels remains elusive. Here, we show that acute hyperglycemia increases inward rectifier K+ current (IK1), but reduces the amplitude and inactivation recovery time of the transient outward K+ current (Ito) in mouse, rat, and rabbit myocytes. These changes were all critically dependent on intracellular O-GlcNAcylation. Additionally, IK1 amplitude and Ito recovery effects (but not Ito amplitude) were prevented by the Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) inhibitor autocamtide-2-related inhibitory peptide, CaMKIIδ-knockout, and O-GlcNAc-resistant CaMKIIδ-S280A knock-in. Ito reduction was prevented by inhibition of protein kinase C (PKC) and NADPH oxidase 2 (NOX2)-derived reactive oxygen species (ROS). In mouse models of chronic diabetes (streptozotocin, db/db, and high-fat diet), heart failure, and CaMKIIδ overexpression, both Ito and IK1 were reduced in line with the downregulated K+ channel expression. However, IK1 downregulation in diabetes was markedly attenuated in CaMKIIδ-S280A. We conclude that acute hyperglycemia enhances IK1 and Ito recovery via CaMKIIδ-S280 O-GlcNAcylation, but reduces Ito amplitude via a NOX2-ROS-PKC pathway. Moreover, chronic hyperglycemia during diabetes and CaMKII activation downregulate K+ channel expression and function, which may further increase arrhythmia susceptibility.
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Metadaten
Titel
Hyperglycemia regulates cardiac K+ channels via O-GlcNAc-CaMKII and NOX2-ROS-PKC pathways
verfasst von
Bence Hegyi
Johanna M. Borst
Logan R. J. Bailey
Erin Y. Shen
Austen J. Lucena
Manuel F. Navedo
Julie Bossuyt
Donald M. Bers
Publikationsdatum
01.12.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Basic Research in Cardiology / Ausgabe 6/2020
Print ISSN: 0300-8428
Elektronische ISSN: 1435-1803
DOI
https://doi.org/10.1007/s00395-020-00834-8

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