Phenanthrene alters the electrical activity of atrial and ventricular myocytes of a polar fish, the Navaga cod

Abstract

Oil and gas exploration in the Arctic can result in the release of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) into relatively pristine environments. Following the recent spill of approximately 17 500 tonnes of diesel fuel in Norilsk, Russia, May 2020, our study focussed on the effects of phenanthrene, a low molecular weight PAH found in diesel and crude oil, on the isolated atrial and ventricular myocytes from the heart of the polar teleost, the Navaga cod ( Eleginus nawaga ). Acute exposure to phenanthrene in navaga cardiomyocytes caused significant action potential (AP) prolongation, confirming the proarrhythmic effects of this pollutant. We show AP prolongation was due to potent inhibition of the main repolarising current, I Kr , with an IC 50 value of ~2 µM. We also show a potent inhibitory effect (~55%) of 1 µM phenanthrene on the transient I Kr currents that protects the heart from early-after-depolarizations and arrhythmias. These data, along with more minor effects on inward sodium (I Na ) (~17% inhibition at 10 µM) and calcium (I Ca ) (~17% inhibition at 30 µM) currents, and no effects on inward rectifier (I K1 and I KAch ) currents, demonstrate the cardiotoxic effects exerted by phenanthrene on the atrium and ventricle of navaga cod. Moreover, we report the first data that we are aware of on the impact of phenanthrene on atrial myocyte function in any fish species.

Global Air Pollutant Phenanthrene and Arrhythmic Outcomes in a Mouse Model

“…There is a large focus in the literature on Phe and repolarizing currents; however, a recent study in fish pointed to inhibitory effects on the inward current. 29 In mice, similar to in humans, the influx of through voltage-gated sodium channels drives the upstroke of the ventricular AP and is responsible for AP initiation and propagation. 80 We found significant inhibition of ( Figure 5A ), even at the lower end of the Phe concentration range tested, resulting in reduced AP upstroke velocity ( Figure 2Diii ) and reduced AP amplitude ( Figure 2iv ).…”

Alkyl-phenanthrenes in early life stage fish: differential toxicity in Atlantic haddock (Melanogrammus aeglefinus) embryos

“…31 Among phenanthrenes, the clearest example is PHE which acts directly on cardiac cells to reduce cardiac function. 3,8,[43][44][45] In contrast, RET responses are mediated by AHR but are cyp-independent, and rst lead to morphological cardiac disruption with resulting impairment in cardiac function. 12,31 RET strongly induces expression of cyp1a, unlike PHE, yet both are metabolized by CYP1A.…”

Physiological effects of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in fish organism

“…Подавление тока I Kr было подтверждено в последующей работе этой же научной группы, рассматривающей действие отдельных ПАУ: было выявлено, что фенантрен в концентрации 5 мкМ подавляет I Kr в кардиомиоцитах тунца более чем на 50% [50]. Ингибирование тока I Kr фенантреном было показано для кардиомиоцитов различных видов рыб, в том числе пресноводных [51][52][53][54] -причем сравнение концентраций полуингибирования показывает, что, вероятно, разные виды животных могут иметь различную чувствительность к негативным эффектам ПАУ. До недавнего времени механизм воздействия фенантрена на ток I Kr был неизвестен.…”

“…Недавние исследования научных групп Д.В. Абрамочкина и М. Ворнанена также показали, что ПАУ способны ингибировать в миокарде рыб быстрый натриевый ток I Na , опосредующий деполяризацию миокарда в ходе генерации потенциалов действия (ПД), причем для разных видов рыб характерна разная чувствительность I Na к действию ПАУ -так, натриевый ток в миокарде радужной форели (Oncorhynchus mykiss) практически нечувствителен к фенантрену и ретену, тогда как в кардиомиоцитах европейского керчака (Myoxocephalus scorpio) фенантрен в концентрации 10 мкМ подавляет I Na более чем наполовину [52][53][54]. Подавление натриевого тока влечет за собой снижение скорости проведения возбуждения по миокарду, что провоцирует аритмии.…”