ミトコンドリア複合体I阻害剤ロテノンは、ミトコンドリア反応性酸素種の産生を促進することによりアポトーシスを誘導します

ロテノンによるミトコンドリア呼吸鎖複合体Iの阻害は、さまざまな細胞に細胞死を誘発することがわかっていました。ただし、メカニズムはまだとらえどころのないものです。反応性酸素種（ROS）は、ロテノンによるミトコンドリア呼吸鎖複合体Iのアポトーシスと阻害に重要な役割を果たすため、ミトコンドリアROS産生を上げることができると考えられていたため、ロテノン誘発性アポトーシスとミトコンドリアの酸素種の関係を調査しました。ロテノンは、HL-60細胞からの分離ミトコンドリアおよび培養細胞の両方で、ミトコンドリア複合体I基質サポートミトコンドリアROS産生を誘導することができました。ロテノン誘発アポトーシスは、DNA断片化、シトクロムC放出、およびカスパーゼ3活性によって確認されました。ロテノン誘発アポトーシスとロテノン誘発ミトコンドリアROS産生の間の定量的相関が同定されました。ロテノン誘発アポトーシスは、抗酸化物質（グルタチオン、N-アセチルシステイン、およびビタミンC）による治療により阻害されました。アポトーシスにおけるロテノン誘発ミトコンドリアROSの役割は、HT1080細胞がスーパーオキシドジスムターゼを過剰発現しているHT1080細胞は、コントロール細胞よりもロテノン誘発アポトーシスに対してより耐性があるという発見によっても確認されました。これらの結果は、ロテノンがミトコンドリアの反応性酸素種の生産量を増やすことによりアポトーシスを誘導できることを示唆しています。

Inhibition of mitochondrial respiratory chain complex I by rotenone had been found to induce cell death in a variety of cells. However, the mechanism is still elusive. Because reactive oxygen species (ROS) play an important role in apoptosis and inhibition of mitochondrial respiratory chain complex I by rotenone was thought to be able to elevate mitochondrial ROS production, we investigated the relationship between rotenone-induced apoptosis and mitochondrial reactive oxygen species. Rotenone was able to induce mitochondrial complex I substrate-supported mitochondrial ROS production both in isolated mitochondria from HL-60 cells as well as in cultured cells. Rotenone-induced apoptosis was confirmed by DNA fragmentation, cytochrome c release, and caspase 3 activity. A quantitative correlation between rotenone-induced apoptosis and rotenone-induced mitochondrial ROS production was identified. Rotenone-induced apoptosis was inhibited by treatment with antioxidants (glutathione, N-acetylcysteine, and vitamin C). The role of rotenone-induced mitochondrial ROS in apoptosis was also confirmed by the finding that HT1080 cells overexpressing magnesium superoxide dismutase were more resistant to rotenone-induced apoptosis than control cells. These results suggest that rotenone is able to induce apoptosis via enhancing the amount of mitochondrial reactive oxygen species production.