心臓ミトコンドリアによるアントラサイクリンの酸化還元サイクリングI Nadh Dehydrogenaseによるアントラサイクリンラジカル形成

本研究では、牛肉心臓の提出物質調製（BH-SMP）を使用して、ミトコンドリア複合体I、おそらくナド・デヒドロゲナーゼ・フラビンの成分がアントラサイクリン減少のミトコンドリア部位であることを実証しました。前方電子輸送中、アントラサイクリンドキソルビシン（アドリアマイシン）とドウノルビシンは、NADHが基質として使用された場合にのみ、BH-SMPの1電子受容体として作用しました（つまり、セミキノンラジカル種に還元されました）。コハク酸塩とアスコルビン酸塩は効果がありませんでした。阻害剤実験（ロテノン、アミタル、ピエリシジンA）は、アントラサイクリン還元部位がユビキノンの基質側にあることを示しました。ドキソルビシンとドノルビシンのセミキノンラジカルは、ESR分光法によって容易に検出されました。ドキソルビシンとドアノルビシンセミキノンラジカル（2.004と一致するG、4.5 gと一致する信号幅）は、おそらくO2-を生成するために分子酸素と熱心に反応し、レドックスサイクルを完了しました。アントラサイクリン還元部位としての複合体Iの同定は、アンチマイシンAまたはKCN呼吸ブロックの存在下で、基質としてのコハク酸塩またはアスコルビン酸を使用したATPに及ぼす逆電子輸送の研究によって確認されました。ドキソルビシンとダウノルビシンは、逆電子輸送中のNAD+のNADHへの減少を阻害しました。さらに、添加されたNAD+の非存在下での逆電子輸送中に、ドキソルビシンおよびダウノルビシンの添加により、アントラサイクリンセミキノンラジカルによる分子酸素（O2-まで）の減少により酸素消費が生じました。電子源としてコハク酸塩を使用すると、Thenoyltrifluoroacetone（複合体IIの阻害剤）とロテノンの両方が酸素消費をブロックしましたが、電子源としてのアスコルビン酸はロテノンのみが有効阻害剤でした。BH-SMP前方電子輸送中のドキソルビシンによるNADH酸化は、99マイクロームのkmと30 nmol x min-1 x mg-1のVmax（pH 7.4および23度C）;ダウノルビシンの値は71 microMおよび37 nmol x min-1 x mg-1でした。pH 7.2および37度Cでの酸素消費量は、ドキソルビシンでは65マイクローム、ドノルビシンでは47マイクロム、ドキソルビシンおよび114 nmol x min-1 x mg-1の116 nmol x min-1 x mg-1のvmax値を示しました。ダウノルビシン用。これらの結果と顕著なコントラストでは、5-イミノダウノドルビシン（心毒性の低下を伴う新しいアントラサイクリン）は、還元を受けたり、BH-SMPで酸化還元サイクルを受けたりする傾向がほとんどまたはまったく示されませんでした。ミトコンドリアのナド・デヒドロゲナーゼによるアントラサイクリンの酸化還元サイクリングは、付随する論文（Doroshow、J。H。、and Davies、K。J. A.（1986）J。Biol。Chem。261、3068-3074）に示されています。これらの抗腫瘍剤の心毒性の根底にある可能性があります。

In the present study we have used beef heart submitochondrial preparations (BH-SMP) to demonstrate that a component of mitochondrial Complex I, probably the NADH dehydrogenase flavin, is the mitochondrial site of anthracycline reduction. During forward electron transport, the anthracyclines doxorubicin (Adriamycin) and daunorubicin acted as one-electron acceptors for BH-SMP (i.e. were reduced to semiquinone radical species) only when NADH was used as substrate; succinate and ascorbate were without effect. Inhibitor experiments (rotenone, amytal, piericidin A) indicated that the anthracycline reduction site lies on the substrate side of ubiquinone. Doxorubicin and daunorubicin semiquinone radicals were readily detected by ESR spectroscopy. Doxorubicin and daunorubicin semiquinone radicals (g congruent to 2.004, signal width congruent to 4.5 G) reacted avidly with molecular oxygen, presumably to produce O2-, to complete the redox cycle. The identification of Complex I as the site of anthracycline reduction was confirmed by studies of ATP-energized reverse electron transport using succinate or ascorbate as substrates, in the presence of antimycin A or KCN respiratory blocks. Doxorubicin and daunorubicin inhibited the reduction of NAD+ to NADH during reverse electron transport. Furthermore, during reverse electron transport in the absence of added NAD+, doxorubicin and daunorubicin addition caused oxygen consumption due to reduction of molecular oxygen (to O2-) by the anthracycline semiquinone radicals. With succinate as electron source both thenoyltrifluoroacetone (an inhibitor of Complex II) and rotenone blocked oxygen consumption, but with ascorbate as electron source only rotenone was an effective inhibitor. NADH oxidation by doxorubicin during BH-SMP forward electron transport had a KM of 99 microM and a Vmax of 30 nmol X min-1 X mg-1 (at pH 7.4 and 23 degrees C); values for daunorubicin were 71 microM and 37 nmol X min-1 X mg-1. Oxygen consumption at pH 7.2 and 37 degrees C exhibited KM values of 65 microM for doxorubicin and 47 microM for daunorubicin, and Vmax values of 116 nmol X min-1 X mg-1 for doxorubicin and 114 nmol X min-1 X mg-1 for daunorubicin. In marked contrast with these results, 5-iminodaunodrubicin (a new anthracycline with diminished cardiotoxic potential) exhibited little or no tendency to undergo reduction, or to redox cycle with BH-SMP. Redox cycling of anthracyclines by mitochondrial NADH dehydrogenase is shown, in the accompanying paper (Doroshow, J. H., and Davies, K. J. A. (1986) J. Biol. Chem. 261, 3068-3074), to generate O2-, H2O2, and OH which may underlie the cardiotoxicity of these antitumor agents.