ミトコンドリアのuncouplersは、AACとUCP1を活性化することによりプロトンリークを誘導します

ミトコンドリアは、内膜を横切るH+漏れ（IH）により熱を生成します1。IHは、茶色の脂肪2-6およびADP/ATPキャリア（AAC）における非結合タンパク質1（UCP1）に対する長鎖脂肪酸の作用に起因します1,7-9ですが、基礎となるメカニズムはよく理解されていません。IHからUCP1およびAACの薬理学的活性化因子の証拠が不足しているため、IHは2,4-ジニトロフェノール（DNP）やシアン化物4-（トリフルオロメトキシ）フェニルヒドラゾン（FCCP）10,11などのプロトンフォアによって誘導されます。プロトノフォアは、動物モデル12-14の肥満、糖尿病、脂肪肝臓と闘う可能性を示していますが、ヒト疾患の治療の臨床的可能性は、すべての生物膜においてH+コンダクタンスを無差別に増加させ、副副作用の有害であるために限られています15。ここでは、DNP、FCCP、およびその他の一般的なプロトノフォアによって誘導されるIHの直接測定を報告し、AACおよびUCP1に依存していることがわかります。AACの分子構造を使用して、計算分析を実行して、プロトノフォアと長鎖脂肪酸の結合部位を決定し、推定ADP/ATP結合部位と重複することがわかります。また、AACを通じてIHを依存していないIHのメカニズムを提案する数学モデルも開発します。したがって、一般的なプロトノファーティックuncouplersは、AACおよびUCP1を介したIHの合成活性化因子であり、ミトコンドリアの生体エネルギーのこれら2つの中央メディエーターの新しいより具体的な活性化因子の開発への道を開いています。

Mitochondria generate heat due to H+ leak (IH) across their inner membrane1. IH results from the action of long-chain fatty acids on uncoupling protein 1 (UCP1) in brown fat2-6 and ADP/ATP carrier (AAC) in other tissues1,7-9, but the underlying mechanism is poorly understood. As evidence of pharmacological activators of IH through UCP1 and AAC is lacking, IH is induced by protonophores such as 2,4-dinitrophenol (DNP) and cyanide-4-(trifluoromethoxy) phenylhydrazone (FCCP)10,11. Although protonophores show potential in combating obesity, diabetes and fatty liver in animal models12-14, their clinical potential for treating human disease is limited due to indiscriminately increasing H+ conductance across all biological membranes10,11 and adverse side effects15. Here we report the direct measurement of IH induced by DNP, FCCP and other common protonophores and find that it is dependent on AAC and UCP1. Using molecular structures of AAC, we perform a computational analysis to determine the binding sites for protonophores and long-chain fatty acids, and find that they overlap with the putative ADP/ATP-binding site. We also develop a mathematical model that proposes a mechanism of uncoupler-dependent IH through AAC. Thus, common protonophoric uncouplers are synthetic activators of IH through AAC and UCP1, paving the way for the development of new and more specific activators of these two central mediators of mitochondrial bioenergetics.