ACS Chem. Biol. | 甲基乙二醛与生物分子间形成的交联形式MICA的进一步研究

推荐一篇ACS chemical biology的文章，Methylglyoxal Forms Diverse Mercaptomethylimidazole Crosslinks with Thiol and Guanidine Pairs in Endogenous Metabolites and Proteins。本文通讯作者是芝加哥大学的Raymond E. Moellering。

甲基乙二醛 (MGO) 是一种活性代谢物，主要来自于糖酵解途径中磷酸丙糖的非酶降解。尽管此前研究中已报道过多种MGO与生物分子形成的加合物，但并不完全。本文作者近期就发现了一种MGO参与的新型加合形式，即MGO与蛋白间的半胱氨酸（Cys）和精氨酸(Arg)之间形成了巯基甲基咪唑 (MICA)的交联。因此，作者猜测MGO可能能够与其他含有胍基或巯基的生物分子如蛋白或代谢物发生反应，对此进行深入探究的同时，也对MICA机理的形成进行了研究。

已知MICA的形成发生在MGO与Cys及Arg之间，但是具体的反应机理未知，作者对此进行了探究。首先，作者用模式的胍基类化合物Arg和二甲双胍，及模式的巯基类化合物谷胱甘肽及N-乙酰半胱氨酸（NAC）与MGO进行反应，进行热力学和动力学的测定。结果显示，相对于氨基，巯基与MGO的反应更快，是动力学偏好的，但可逆不稳定；而MGO与Arg形成的咪唑酮，或者MICA形式则是稳定的，热力学偏好的。随后，作者用MGO与NAC或Arg预反应平衡24 h，随后再加入胍基或巯基类的反应物，观察MICA的形成。结果显示，MGO与NAC预反应平衡组比另一组MICA产生得快得多，产率也高得多，说明MGO主要是先和巯基形成动力学偏好的半硫缩醛，然后分子间或分子内的胍基进攻α-酮，最后脱水形成MICA。作者还用BSA与Arg或Cys的反应体系进一步证实了MICA形成的偏好路径。由于Cys的反应性和其在蛋白发挥功能中的重要性，MGO可能可以通过半硫缩醛的形成短时间影响蛋白功能，通过MICA的进一步形成稳定影响蛋白功能。

以上模式反应也进一步说明了在细胞内，MGO很可能与胍基或巯基类的生物分子形成多种MICA的加合物。接下来，作者基于已有的模式反应结果，发展了质谱为基础的多重反应监测（MRM）的靶向鉴定平台，对用MGO处理了的Hela细胞进行检测，检测到了GSH-Arg-MICA的加合产物，进一步探究发现这类加合物会被多药耐药相关蛋白MRP1（已被证明它同时也排出谷胱甘肽和其他小分子的加合物）外排到细胞外，这可能是与已知的MGO解读系统平行而互补的另一条MGO解毒途径。

综上，本文研究拓展了MGO 在细胞或组织内可能参与的反应，发现了一些新的加合物种及其相关的生理变化，有助于深入研究MGO在细胞内发挥的作用。

本文作者：CXM

责任编辑：KLH

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acschembio.1c00553

原文引用：DOI: 10.1021/acschembio.1c00553