アミノグリコシド抗生物質であるゲンタマイシンによって誘発されるリソソーム膜透過およびアポトーシスにおける酸化ストレスの役割

重度の細菌感染症の治療に使用されるアミノグリコシド抗生物質であるゲンタマイシンは、急性腎不全を引き起こす可能性があります。治療濃度では、ゲンタマイシンはリソソームに蓄積し、腎臓近位尿細管細胞のアポトーシスを誘導します。ゲンタマイシン処理腎LLC-PK1細胞では、以前はリソソーム膜透過化として解釈されていたリソソームからのアクリジンオレンジ放出が、ゲンタマイシンとのインキュベーション中に発生するアポトーシスカスケードに先行します。しかし、ゲンタマイシンリソソームの蓄積とアポトーシスとの間のリンクは不明のままです。ここで、反応性酸素種（ROS）産生がゲンタマイシン誘発性アクリジンオレンジ放出とアポトーシス、およびこれらのイベントにおける鉄の意味を説明できるかどうかを調べました。ゲンタマイシンは、アクリジンオレンジ放出およびアポトーシスの前に、および必要よりも低い薬物濃度でROS産生を誘発することがわかりました。ROS抗酸化剤またはスカベンジャー、カタラーゼ、およびN-アセチルシステインは、これらのイベントを大幅に防止しました。Vital Compocal Imagingは、ゲンタマイシン誘発ROS産生がリソソームで発生することを明らかにしました。エンドサイトーシス化され、リソソームに蓄積される鉄キレート剤であるデフェロキサミンは、アポトーシスと同様にゲンタマイシン誘発ROS産生を大部分予防しました。ゲンタマイシン誘発性リソソーム膜の透過性の直接的な証拠は、ゲンタマイシンとして同等の分子量を持つ膜浸漬エンドサイトーシストレーサーであるルシファーイエローのサイトゾルへの放出を示すことにより提供されました。全体として、我々のデータは、ゲンタマイシン誘発性リソソーム膜浸透性とアポトーシスにおけるリソソーム鉄と初期ROS産生の重要な役割を示しています。

Gentamicin, an aminoglycoside antibiotic used to treat severe bacterial infections, may cause acute renal failure. At therapeutic concentrations, gentamicin accumulates in lysosomes and induces apoptosis in kidney proximal tubular cells. In gentamicin-treated renal LLC-PK1 cells, acridine orange release from lysosomes, previously interpreted as lysosomal membrane permeabilization, precedes the apoptotic cascade that develops during incubation with gentamicin. However, the link between gentamicin lysosomal accumulation and apoptosis remains unclear. We here examined if reactive oxygen species (ROS) production could account for gentamicin-induced acridine orange release and apoptosis, and the implication of iron in these events. We found that gentamicin induced ROS production prior to, and at lower drug concentrations than required for, acridine orange release and apoptosis. ROS antioxidant or scavenger, catalase, and N-acetylcysteine largely prevented these events. Vital confocal imaging revealed that gentamicin-induced ROS production occurs in lysosomes. Deferoxamine, an iron chelator, which is endocytosed and accumulates in lysosomes, largely prevented gentamicin-induced ROS production as well as apoptosis. Direct evidence for gentamicin-induced permeabilization of lysosomal membrane was provided by showing the release into the cytosol of Lucifer yellow, a membrane-impermeant endocytic tracer with a comparable molecular weight as gentamicin. Altogether, our data demonstrate a key role of lysosomal iron and early ROS production in gentamicin-induced lysosomal membrane permeabilization and apoptosis.