흰쥐 뇌 미토콘드리아에 의한 superoxide radical의 생성과 이 radical이 미토콘드리아 및 미토콘드리아 외 물질에 대한 독작용과 그 기전에 관한 연구

Generation of Superoxide Radical from Rat Brain Mitochondria and Mechanism of Its Toxic Action to Mitochondrial and Extra-mitochondrial Components

흰쥐 뇌 미토콘드리아에 의한 $O^{-}_{2}{\cdot}$ 의 생성과 이 radical의 유해작용 및 그 작용기전을 알아보기 위하여 본실험을 수행하였다. Succinate와 antimycin존재하에서 미토콘드리아는 $O^{-}_{2}{\cdot}$을 생성하였으며 이는 SOD-inhibitable NBT환원으로 확인되었다. 동일 조건에서 $H_2O_2$는 일차생성물인 $O^{-}_{2}{\cdot}$의 dismutation으로 생성됨을 알수 있었다. 상기조건에서 미토콘드리아의 막지질이 파괴되었고 반응액에 첨가된 isocitrate dehydrogenase와 적혈구에 각각 불활성화와 용혈이 초래되었다. 이같은 작용은 $Fe^{++}$이 있을때만 관찰 되었다. 그리고 독작용은 superoxide dismutase 혹은 castalase에 의해서 억제되었다. 또한 methional을 첨가하였을 때 ethylene이 생성되었으며 그 생성은 $Fe^{++}$에 의하여 현저히 증가하였다. Ethylene 생성 역시 상기 효소에 의하여 억제되었다. 따라서 미토콘드리아에서 발생된 $O^{-}_{2}{\cdot}$은 거대분자 및 세포에 독성을 나타낼수 있으며 이같은 작용은 $Fe^{++}$의 촉매작용에 의한 $O^{-}_{2}{\cdot}$와 $H_2O_2$의 상호작용으로 발생되는 $OH{\cdot}$ 에 의한것으로 추측되었다. 이상의 결과는 미토콘드리아가 유독성 산소 radical을 발생하므로 조직손상을 시킬 수 있다는 가능성을 시사하는 증거라고 생각되었다.

The generation of $O^{-}_{2}{\cdot}$ and its toxic effects were studied with rat brain mitochondria. The production of $O^{-}_{2}{\cdot}$ from mitochondria in the presence of succinate and antimycin was demonstrated by SOD-inhibitable reduction of NBT. Although succinate can support the $O^{-}_{2}{\cdot}$ formation, the highest rate needs antimycin indicating that blockade of electron flow in the respiratory chain augments the univalent reduction of molecular oxygen. Under this condition, $H_2O_2$ was also observed to be produced. But its formation appears to be derived from the dismutation of the primary product, $O^{-}_{2}{\cdot}$ since the rate of $H_2O_2$ production was markedly decreased by NBT and ferricytochrome c. The $O^{-}_{2}{\cdot}$ and $H_2O_2$ produced were able to cause toxic actions to mitochondrial and extra-mitochondrial components as shown by lipid peroxidation of mitochondrial membrane, and inactivation and lysis of isocitrate dehydrogenase and erythrocytes added to the medium, respectively. In all the toxic actions observed, $Fe^{++}$ was required. It appears that in the toxic actions $OH{\cdot}$ generated from the iron-catalyzed Haber-Weiss reaction acts as a mediator. This was supported by the finding that mitochondria in the presence of succinate and antimycin produced ethylene from methional, and $Fe^{++}$ added increased the ethylene production. The observed toxic actions of mitochondrial $O^{-}_{2}{\cdot}$ may provide evidence supporting a potential role of mitochondria as a source of oxygen radicals to cause tissue damage.