Paraquat에 의한 산소 Radical 생성 및 지질과산화 작용의 Mouse 간 Submitochondria Particle과 Microsome에서의 비교

Comparison of Paraquat Actions on Oxygen Radical Generation and Lipid Peroxidation between Submitochondrial Particle and Microsome of Mouse Liver

Paraquat 독성작용에 있어서 mitochondria의 잠재적인 역할을 평가하기 위하여, 이 약물의 산소 radical 생성과 지질과산화 반응에 미치는 영향을 mouse간의 submitochondrial particle 과 microsome에서 비교하여 보았다. Submitochondrial particle 사용시 NADH를, microsome 사용시 NADPH를 전자공여체로 이용한 경우 paraquat는 두 분획에서 superoxide anion과 hydrogen peroxide의 생성을 증가시켰다. 동일한 조건하에서 paraquat는 hydroxyl radical의 생성을 시사하는 methional로 부터 ethylene의 생성을 증가시켰다. 그러나, paraquat에 의한 이들 각각의 효과는 microsome에서 보다 submitochondrial particle에서 약간 낮았다. 한편, 두 분획 모두에서 paraquat는 지질과산화 반응을 촉진시켰다. Submitochondrial particle과 microsome에서의 Paraquat에 의한 지질과산화반응은 i) 두 분회에서 지질과산화는 SOD에 의해서 부분적으로 억제됨을 보였고, DETAPAC(iron chelator)에 의해서는 완전히 억제되었고, catalase와 hydroxyl radical scavenger에 의해서는 억제되지 아니하였으며, ii) 반응내 $ADP-Fe^{3+}$ 첨가로 paraquat에 의한 지질과산화는 더욱 증가되었지만 methional로 부터 ethylene 생성은 감소하여 hydroxyl radical 생성과 지질과산화 사이에는 상관성이 없음으로 보아 같은 기전을 통해 촉진됨을 알 수 있었고 이러한 촉진작용은 perferryl ion을 통하여 일어나리라 추측되었다. Submitochondrial particle에서 paraquat에 의해 촉진된 산소라디칼 생성과 지질과산화 반응은 p-hydroxymercuribenzoate(NADH dehydrogenase 억제제)에 의하여 억제되었으나 다른 respiratory chain 차단제들에 의해서는 거의 영향을 받지 않음으로 보아 mitochondria에서의 paraquat의 redox-cycling은 CoQ 보다는 NADH dehyrogenase와 관련이 있음을 시사하였다. 이상의 결과로 보아 산소 radical의 생성과 지질과산화를 유도하는 paraquat의 redox-cycling은 microsome에서와 마찬가지로 mitochondria에서도 일어나며, 이결과 생체내에서의 paraquat의 독작용에 관여함을 짐작할 수 있다.

In order to evaluate a potential role of mitochondria in the mediation of toxicity of paraquat (PQ), submitochondrial particle and microsome of mouse liver were compared by oxygen radical generation and lipid peroxidation. With NADH in submitochondrial particle and NADPH in microsome as electron donors, PQ stimulated production of superoxide anion and $H_2O_2$ in both fractions. Under the same conditions, PQ enhanced the generation of ethylene from methional suggestiong stimulation of OH production by PQ. But these effects by PQ were somewhat lower in submitochondrial particle than in microsome. In addition, lipid peroxidation(measured as MDA production) was stimulated by PQ in both fractions. The stimulation of lipid peroxidation in both fractions seemed to occur by the same mechanism probably through perferryl ion. This was supported by the following findings: i) The lipid peroxidation in both fractions was partially inhibited by SOD and completely inhibited by DETAPAC(an iron chelator) but not by catalase or OH scavenger. ii) Addition of $ADP-Fe^{3+}$ further increased PQ-induced lipid peroxidation but decreased ethylene production from methional suggesting no correlation between OH production and lipid peroxidation. The redox-cycling of PQ in mitochondria appeared to be linked to NADH dehydrogenase, not to CoQ since all of the observed stimulations by PQ in submitochondrial particle were inhibited by p-hydroxymercuribenzoate(a NADH dehydrogenase inhibitor) but not affected by other respiratory chain blockers. The above results demonstrate that redox-cycling properties of PQ leading to oxygen radical generation and lipid peroxidation can also occur in mitochondria in the same manner as in microsome. Therefore, the observed actions of PQ in mitochondria suggest that mitochondria may also contribute to toxicity of this drug in vivo.