コエンザイムQ10（CoQ10）の美肌、抗老化作用におけるミトコンドリア移行の意義
同志社大学生命科学部

斎藤芳郎

Coenzyme Q (CoQ) is a well-known electron transporter in the mitochondrial respiratory chain. Furthermore, ubiquinol(UQH2)—a reduced form of ubiquinone (UQ)—has been shown to act as a radical-scavenging antioxidant. Some studies
have reported the beneficial effect of CoQ addition to cultured cells; however, the cellular uptake and distribution of CoQ
have not been elucidated. Our recent study suggests that the added UQ10 as well as UQ10H 2 mainly localized in themitochondrial fraction, which is similar to the localization of endogenous CoQ but different from that of aT. These results
suggest a certain system which accumulates CoQ preferentially in mitochondria. Benzoquinone ring of CoQ suggests a
redox function, while the isoprenic side chain mediates the arrangement of CoQ in the lipid core of biomembranes; however,detail molecular mechanisms of accumulating system of CoQ in mitochondria are still unknown. In the present study, we
examined the cellular distribution of CoQ with different isoprenic side chain. At first, we developed the measurement systemof short chain homolog of CoQ using HPLC system. Now we examined the cellular uptake and distribution of short chain
homolog of CoQ.

１．緒成する）と比較した結果、両者が類似の細胞内分布を示し、言4）

ミトコンドリア画分に多く含まれることを見いだした 。

コエンザイム Q（以下 CoQ）は、ATP 合成に必須の分子

この結果から、細胞外から添加した CoQ10 が未知のメカであり、酸化型のユビキノール（UQ）と、その還元型であニズムによりミトコンドリアに選択的に蓄積する可能性がるユビキノン（UQH2）が存在する 。さらに、UQH2 は活考えられた。

1）

2）性酸素を消去する抗酸化作用を持つことが知られている 。

本研究では、側鎖構造の異なる CoQ を用いて検討を行CoQ のベンゾキノン環が酸化還元反応を担い、イソプレい、ミトコンドリア移行に重要な化学構造を同定し、コスン側鎖が生体膜内での分布に関与すると考えられている。

メトロジーの分野において期待される CoQ10 の機能発現

ヒトでは、イソプレン側鎖が 10 残基連なっている CoQ10に重要な化学構造を提示することを目的としている。

が主に存在し、ラットなどのげっ歯類では CoQ 9 が存在す

２．実る。CoQ10 は、生体内で合成される抗酸化物質の一つで3）あり、主にミトコンドリアで生合成される 。実際、ミト

2. 1.

験

細胞培養

コンドリアでの含量が他の細胞内小器官に比べて多い。

ラット褐色細胞腫 PC12 細胞（以下 PC12 細胞）は、10％CoQ10 の生体内含量が加齢と共に減少することなどから、非働化ウシ胎児血清および5％非働化ウマ血清を含むサプリメントとしての摂取が推奨されている。また化粧品

DMEM/F12 Medium を用いて培養した。短鎖 CoQ（エタにも多数含まれており、美肌効果や肌の若返り作用、抗酸ノール溶液）を終濃度 10 mM 添加し、一定時間培養した細化作用などが期待されている。しかしながら、CoQ10 の胞を各種実験に供した。実験に供した短鎖 CoQ（CoQ4 お

生理機能およびそのメカニズムについては、不明な点が多よび CoQ 7）は、神戸学院大学

い。特に細胞内分布・細胞内小器官への移行メカニズムに与された。

薬学部

岡本教授から供ついては明らかになっていなかった。
筆者らは、これまで神経細胞のモデルである PC12 細胞

2. 2. 細胞分画を用いて、CoQ10 の生理機能・抗酸化作用について検討培養した細胞を回収して洗浄後、ホモジナイズバッファーしてきた。細胞外から添加した CoQ10 の細胞内分布を内（0.25M sucrose, 0.1mM EDTA, 0.7mM 2-mercaptoethanol を在性の CoQ（ラット由来の PC12 細胞の場合、CoQ9 を生合含む 50 mM Tris-HCl, pH 7.4）に細胞を懸濁し、窒素破砕した。破砕後、500 g で 10 分間、5000 g で 10 分間、105,000 g
で１時間それぞれ遠心し、沈殿に核、ミトコンドリア、細Significance of translocation of coenzyme
Q10 to mitochondria in its whitening
and anti-aging effects
Yoshiro Saito
Faculty of Life and Medical Sciences,
Doshisha University

胞膜を、上清に細胞質画分を得た。得られた各画分について、BCA protein assay kit（Pierce 社）を用い、ウシ血清アルブミンを標準物質としてタンパク量を測定した。さらに、 各 画 分 に つ い て そ れ ぞ れ の マ ー カ ー 酵 素 で あ る
cytochrome c oxidase（ミトコンドリアマーカー）、NADPH-− 66 −

コエンザイム Q10（CoQ10）の美肌、抗老化作用におけるミトコンドリア移行の意義

cytochrome c reductase（ミクロソームマーカー）、とlactate（LC8、5 mm, 250×4.6 mm, Sigma-Aldrich）で分離後、電dehydrogenase（細胞質マーカー）活性を測定し、短鎖 CoQ気化学的検出器により検出した。の細胞内分布を見積もった。各々の測定方法については、

３．結文献 5 を参照。

3. 1.
2. 3.

果

短鎖 CoQ 測定条件の検討

CoQ およびα-トコフェロール（αT）の測定

まず、短鎖 CoQ を分離同定するため、電気化学的検出

細 胞 内 CoQ 及 び aT の 測 定 は、 電 気 化 学 的 検 出 器

器を組み合わせた HPLC を用いて、種々の溶媒における分（NANOSPACE SI-1, 資生堂、700 mV の条件）を組み合わ離条件を検討した。その結果、50 mM 過塩素酸ナトリウムせた高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を用いて測定を 含 む methanol の 条 件 で、CoQ 7 が 25 分（ 図 1A）に、を行った 。CoQ は、細胞を PBS に懸濁し、メタノール /CoQ 4 が 7.5 分（ 図 1B）に 溶 出 さ れ る こ と が 分 か っ た。

ヘキサン（1：5：10）と混合して、遠心後（15,000 rpm、10CoQ 9 は、これまでに確立した 50 mM 過塩素酸ナトリウム分間）、上清のヘキサン層を分析サンプルとした。検討しを含む methanol/tert-butyl alcohol（85：15, v/v）の条件た溶媒中で、流速１ml/min、C18 カラム（LC8、5 mm, 250で測定を行った。

6）

× 4.6 mm, Sigma-Aldrich）で分離後、還元カラムで UQ をUQH2 に還元し、電気化学的検出器により検出した。aTの場合は、PBS に懸濁した細胞を、クロロフォルム / メタ

3. 2.

CoQ7 を用いた解析

10 mM CoQ7 で 1 時間反応した細胞の各画分について、

ノール（1：2：1）と混合し、遠心後（15,000 rpm、10 分間）、CoQ 9、CoQ 7、a -トコフェロール含量を測定した。これ下層のクロロフォルム層を分析サンプルとした。50 mM 過までの結果から、CoQ 9 はミトコンドリア画分のマーカー塩素酸ナトリウムを含む methanol/tert-butyl alcohol（95：酵素と類似の分布を、aT は膜画分のマーカー酵素と類似5, v/v）を 溶 媒 と して 用い、流 速１ml/min、C18 カ ラ ムの分布を示すことがすでにわかっている 。各々の測定値

図１

短鎖 CoQ の HPLC 解析結果

− 67 −3）

コスメトロジー研究報告 Vol.19, 2011

を図２にまとめた。各々の面積が、核（N）、ミトコンドリ認できた（図 2）。以上の結果から、CoQ 7 は、CoQ9 と同ア（M）、細胞膜（Mc）、細胞質（C）への分布（縦軸が各じくミトコンドリアに分布すると考えられた。

CoQ の相対含量、横軸はタンパク質量を示す）を表している。この結果から、CoQ 7 と内在性の CoQ 9 の分布に類似

3. 3.

CoQ4 を用いた解析性が認められた。一方、膜画分マーカーと類似の分布を示

CoQ 7 と同様の解析を、CoQ 4 でも行った。図３に得らす aT と比較して、CoQ 7 の分布が異なっていることも確れた結果をまとめた。この結果から、CoQ 4 は、内在性の

図２ CoQ7 処理細胞における CoQ7、CoQ9、αT の細胞内分布各々の面積が、核（N）、ミトコンドリア（M）、細胞膜（Mc）、細胞質（C）への分布（縦軸が各化合物の相対含量、横軸はタンパク質量を示す）を現している。

図３

CoQ4 処理細胞における CoQ4、CoQ9,αT の細胞内分布− 68 −

コエンザイム Q10（CoQ10）の美肌、抗老化作用におけるミトコンドリア移行の意義

CoQ 9 とは異なり、膜画分へ多く分布する可能性が考えら

hydroquinone, ubiquinol, and alpha-tocopherol against

れた。同サンプル中の aT の分布と比較すると、CoQ 4 のlipid peroxidation. Free Radic. Biol. Med. 27, 334-46,分布に類似性が認められる。これらの結果から、CoQ 4 の

1999

場合には、CoQ 9 や CoQ 7 とは異なる細胞分布を示すと考３）Fernandez-Ayala, D.J., Brea-Calvo, G., Lopez-Lluch,G., and Navas, P. Coenzyme Q distribution in HL-60

えられた。

４．考

human cells depends on the endomembrane system.

察Biochim. Biophys. Acta 1713, 129–37, 2005

以上の結果から、CoQ がミトコンドリアに移行するた

４）S a i t o , Y . , F u k u h a r a , A . , N i s h i o , K . e t a l .

めに必要な側鎖の繰り返しが、7 では十分条件を満たしてCharacterization of cellular uptake and distribution of

おり、4 より長い側鎖が必要であることが分かった。今後、

coenzyme Q10 and vitamin E in PC12 cells. J. Nutr.

CoQ 5 または CoQ6 で検討を行うことにより、ミトコンド

Biochem., 20, 350-357, 2008

リア移行に必要な化学構造が決定できると考えられる。ま５）Saito, Y., Yoshida, Y., Nishio, K., Hayakawa, M.,

た、CoQ のミトコンドリア移行メカニズムが、細胞の種and Niki, E. Characterization of cellular uptake and類の違いで変わるかという点も今後の課題である。

distribution of vitamin E. Ann. N. Y. Acad. Sci., 1031,368–75, 2004.

（文献）

６）Yoshida, Y., Hayakawa, M., Habuchi, Y., and

１）Lenaz, G., Fato, R., Formiggini, G. et al. The role

Niki, E. Evaluation of the dietary effects ofof Coenzyme Q in mitochondrial electron transport.

coenzyme Q in vivo by the oxidative stress marker,Mitochondrion 7 Suppl, S8-33, 2007

hydroxyoctadecadienoic acid and its stereoisomer ratio.

２）Shi, H., Noguchi, N. and Niki, E. Comparative study

Biochim. Biophys. Acta, 1760, 1558–68, 2006.

on dynamics of antioxidative action of alpha-tocopheryl− 69 −