ミトコンドリアマトリックスのpHは無酸素下で酸性化し、無酸素下でもFF-ATPaseによって維持されている

Mitochondrial matrix pH acidifies during anoxia and is maintained by the FF-ATPase in anoxia-tolerant painted turtle cortical neurons.

• Peter John Hawrysh
• Leslie Thomas Buck

抄録

ニシキガメ（）は、一連のメカニズムを介して無酸素状態の長期間を生き延びることができ、そのエネルギー必要量を減らすことができる。これらのメカニズムの中心となるのがミトコンドリアの反応であり、ミトコンドリアはKの流入により無酸素状態に反応して脱分極する。この反応がミトコンドリアのマトリックスpHにどのような影響を与えるかは現在のところ不明であるが、我々はK/H交換体活性の増加によりマトリックスpHが無酸素状態の間に酸性化するという仮説を立てた。キニーネを介した K/H 交換の阻害は、ロダミン-123 蛍光で示されるように、カメの皮質ニューロンでは酸素状態ではミトコンドリア膜電位（Ψ）の崩壊につながり、無酸素状態では2倍の速さで起こり、これは K コンダクタンスの上昇を示している。ミトコンドリアマトリックスのpHは共焦点顕微鏡で観察したSNARF-1蛍光で示されるように無酸素下で酸性化し、FF-ATPaseをオリゴマイシン-Aで阻害すると無酸素下でさらに酸性化が起こり、無酸素下ではΔpH崩壊が防止されていることが示された。これらの結果は、ミトコンドリアのプロトン電気化学的勾配が無酸素状態の間に積極的に保存され、ΨとΔpHの崩壊を防止していることを示している。

The western painted turtle () can survive extended periods of anoxia via a series of mechanisms that serve to reduce its energetic needs. Central to these mechanisms is the response of mitochondria, which depolarize in response to anoxia in turtle pyramidal neurons due to an influx of K. It is currently unknown how mitochondrial matrix pH is affected by this response and we hypothesized that matrix pH acidifies during anoxia due to increased K/H exchanger activity. Inhibition of K/H exchange via quinine led to a collapse of mitochondrial membrane potential (Ψ) during oxygenated conditions in turtle cortical neurons, as indicated by rhodamine-123 fluorescence, and this occurred twice as quickly during anoxia which indicates an elevation in K conductance. Mitochondrial matrix pH acidified during anoxia, as indicated by SNARF-1 fluorescence imaged via confocal microscopy, and further acidification occurred during anoxia when the FF-ATPase was inhibited with oligomycin-A, indicating that ΔpH collapse is prevented during anoxic conditions. Collectively, these results indicate that the mitochondrial proton electrochemical gradient is actively preserved during anoxia to prevent a collapse of Ψ and ΔpH.