Functional tissue and developmental specificities of myofibrils and mitochondria in cardiac muscle C. Vannier, V. Veksler, H. Mekhfi, P. Mateo, and R. Ventura-Clapier Abstract: To understand the factors underlying the functional differences between atrial and ventricular tissues, intrinsic properties of myofibrils and mitochondria of atrial skinned fibers were compared with those of fibers from adult or immature (1 and 2 weeks old) ventricular muscle. Isometric mechanical parameters were determined at various calcium concentrations in fibers treated with Triton X-100 to solubilize all cellular membranes. Maximal active tension and stiffness measured at pCa 4.5, as well as calcium sensitivity, were not different in adult atria and ventricles. Both force and stiffness increased in adult ventricles, while calcium sensitivity diminished in adult ventricles, compared with immature muscles. Myofibrillar contractile kinetics, assessed by the rate constant of tension fall following quick stretches, were similar in adult atria (79.7 ± 6.9 s –1 ) and ventricles (72.4 ± 6.8 s –1 ) and higher in adult atria and ventricles than in immature ventricles (24.1 ± 2.3 s –1 in 1-week-old rats and 49.3 ± 4.2 s –1 in 2-week-old rats). Sensitivity of rigor tension development to MgATP in the presence and in the absence of phosphocreatine was not markedly different in the different tissues. Mitochondrial function was assessed in saponin-skinned fibers. Tissue oxidative capacities, expressed as nmol O 2 ·min –1 ·mg –1 fiber dry weight, were lower in immature ventricles and atria than in adult ventricles. Creatine failed to stimulate respiration in ventricles of young rats and in adult atria, whereas a 74 ± 10% increase in respiration was observed in adult ventricles. Since mitochondrial creatine kinase was present in adult atria, this suggests an absence of coupling between oxidative phosphorylation and mitochondrial creatine kinase in this tissue. Thus, adult atrial tissue differs from neonatal ventricular tissue but it exhibits contractile properties similar to adult ventricular properties and differs from adult ventricle mainly in metabolic properties. Key words: myofibrils, mitochondria, creatine kinase, cardiac development, skinned fibers, oxygen consumption, mechanical parameters, atrium, ventricle, compartmentation. Résumé : De façon à comprendre les facteurs qui sous-tendent les différences fonctionnelles entre tissu auriculaire et ventriculaire, nous avons comparé les propriétés intrinsèques des mitochondries et des myofibrilles de fibres pelées auriculaires avec celles de fibres ventriculaires adultes ou néonatales de 1 ou 2 semaines. Les fibres pelées ont été obtenues à partir de rats âgés de 1 et 2 semaines et de rats adultes. Les paramètres mécaniques en isométrie ont été déterminés à différentes concentrations en calcium dans des fibres traitées au Triton X-100 afin de solubiliser les membranes cellulaires. La tension et la rigidité maximales mesurées à pCa 4,5, ainsi que la sensibilité au calcium, n’étaient pas différentes dans les oreillettes et les ventricules adultes. Les deux premiers paramètres augmentent alors que la sensibilité au calcium diminue dans le ventricule adulte, comparé à l’immature. Les cinétiques contractiles, évaluées par la constante de vitesse de la diminution de tension consécutive à un étirement rapide, étaient identiques dans l’oreillette (79,7 ± 6,9 s –1 ) et le ventricule adulte (72,4 ± 6,8 s –1 ) et supérieures à celles du ventricule immature (24,1 ± 2,3 s –1 chez les rats âgés de 1 semaine et 49,3 ± 4,2 s –1 chez les rats âgés de 2 semaines). La sensibilité du développement de la tension de rigor envers le MgATP en présence ou en absence de phosphocréatine n’était pas vraiment différente dans les différents tissus. La fonction mitochondriale a été étudiée dans des fibres traitées à la saponine. Les capacités oxydatives, exprimées en nmol O 2 ·min –1 ·mg –1 de poids sec étaient plus faibles dans les ventricules de rats nouveaux-nés et dans l’oreillette que dans le ventricule adulte. La créatine ne stimulait la respiration ni dans les fibres ventriculaires de nouveaux-nés ni dans les fibres auriculaires, alors qu’une stimulation de 74 ± 10% était observée dans les fibres ventriculaires adultes. Puisque la créatine kinase mitochondriale présente dans l’oreillette adulte, cette observation suggère une absence de couplage entre les oxydations phosphorylatives et la créatine kinase mitochondriale dans ce tissu. En conclusion, alors qu’il diffère complètement du muscle ventriculaire néonatal, le tissu auriculaire adulte présente des propriétés mécaniques intrinsèques comparables à celles du tissu ventriculaire, et diffère de celui-ci principalement par ses caractéristiques métaboliques. Received January 5, 1995. C. Vannier, 1 V. Veksler, H. Mekhfi, 2 P. Mateo, and R.Ventura-Clapier. 3 Cardiologie cellulaire et moléculaire, CJF 92-11 INSERM, Université Paris-Sud, 92296 Châtenay-Malabry, France. 1 Present address: U-390 INSERM, Physiopathologie cardiovasculaire, CHU Arnaud de Villeneuve, 371, avenue du Doyen Gaston Giraud, 34295 Montpellier Cédex 05, France. 2 Present address: Physiologie et pharmacologie cellulaires, Université Mohamed I, Oujda, Maroc. 3 Author for correspondence. Can. J. Physiol. Pharmacol. 74: 23–31 (1996). Printed in Canada / Imprimé au Canada 23