The Role of Uncoupling in Down-regulation of Reactive Oxygen Species

Abstract

Produkci superoxidu komplexem I lze tlumit odpřažením, které urychlí elektronový tok a protonové pumpování komplexu I. Za podmínek, kdy je znemožněné protonové pumpování komplexu I, např. v důsledku mutací mitochondriální DNA kódujicí podjednotku ND2, ND4 nebo ND5 komplexu I, podílející se na protonovém pumpování, by terapeutická intervence založená pouze na odpřažení nebyla účinná. V pokusech je model poruchy protonového pumpování simulován hydrofobním amiloridem EIPA. My jsme poprvé ukázali, že EIPA je inhibitor protonového pumpování i pro mitochondriální komplex I. Hledali jsme agens, jenž by na rozdíl od opřažení tlumilo oxidační stres v důsledku omezeného protonového pumpování komplexu I. Ubichinon cílený do mitochondrií MitoQ10 se pro tento účel ukázal být účinným antioxidantem při zvýšené produkci superoxidu způsobené zpomaleným elektronovým tokem na komplexu I. V souvislosti s prooxidačními účinky MitoQ10 je nutné jej při léčbě cílit do místa poškozené tkáně. Aktivací mitochondriální fosfolipasy iPLA2 mírným oxidačním stresem jsou uvolňovány hydroperoxidy mastných kyselin sloužící jako cyklující substráty pro UCP2, jenž mírným odpřažením zpětnovazebně tlumí produkci reaktivních sloučenín kyslíku. Buňky s nižším zastoupením oxidativní fosforylace adaptují méně účinně na podmínky fyziologické...

Uncoupling attenuates Complex I-derived superoxide production by accelerating electron flux and proton pumping within Complex I. However, under circumstances leading to hampered proton pumping pathway within Complex I, e.g. due to aberrant mutations of mtDNA encoding either ND2, ND4 or ND5 Complex I H+-pumping subunit, therapeutic strategy based simply on uncoupling would fail. Experimentally, hydrophobic amiloride EIPA mimicks the model of disabled H+-pumping. We show for the first time that EIPA is a real inhibitor of H+-pumping of mitochondrial Complex I. We searched for an agent that, unlike uncoupling, would be able to counteract oxidative stress associated with obstructed proton pumping of Complex I. Mitochondria-targeted ubiquinone MitoQ10 proved to be an effective antioxidant for this purpose when the rate of superoxide formation was high due to the electron flow retardation within Complex I. Because of its pro-oxidant properties, targeted delivery of MitoQ10 as a cure to the pathological tissue is necessary. Activation of mitochondrial phospholipase iPLA2 by mild oxidative stress can provide free fatty acid hydroperoxides as the cycling substrates for UCP2 that initiates mild uncoupling leading to the attenuation of reactive oxygen species (ROS) production, as a part of feedback regulatory loop of...