アルカプトニックオクロノーシスのin vitroヒト血清モデルにおけるホモゲン酸酸の効果の酸化還元プロテオミクス

Alkaptonuria（AKU）は、チロシンおよびフェニルアラニン代謝に関与する酵素であるホモゲンシン酸1,2-ジオキシゲナーゼ（HGO）の不十分な活性に関連する代謝のまれな誤りです。このような欠乏は、メラニン様色素が蓄積する（オクロノーシス）結合組織におけるホモゲン酸酸（HGA）とその酸化/重合生成物の蓄積につながります。オクロノーシスには特に関節が含まれます。そこでは、オクロノー感ス性関節症が発生します。AKUのオクロノーシスとオクロノー症の関節症につながる分子メカニズムではほとんど知られていない。私たちの以前の研究は、HGAが酢酸ベンゾキノン（BQA）への変換を通じて酸化ストレスを伝播することを示しました。したがって、HGAで処理したヒト血清で構成されるin vitroモデルを使用し、グルタチオン関連の抗酸化酵素の活性と酸化ストレスの化合物指数のレベルを評価しました。プロテオミクスと酸化還元プロテオミクスを使用して、BQAに結合できる酸化タンパク質とタンパク質を識別しました。全体として、HGA処理血清中のオクロノーティック色素の産生には、脂質過酸化、酵素グルタチオンペルオキシダーゼの活性が低下し、チオール基の大規模な枯渇が伴い、タンパク質カルボニル化とチオール酸化が増加することがわかりました。また、BQAはキャリアタンパク質と自然に豊富な血清タンパク質に結合し、最終的に化学物理的特性を変化させる可能性が高いことがわかりました。結論として、私たちの仕事は、AKUのHGAおよびBQA媒介ストレスに対抗する際のチオール化合物の重大な重要性を指摘しているため、AKUおよびオクロノーシスの疾患バイオマーカーと薬理学的治療の将来の研究はより簡単に対処できます。

Alkaptonuria (AKU) is a rare inborn error of metabolism associated with a deficient activity of homogentisate 1,2-dioxygenase (HGO), an enzyme involved in tyrosine and phenylalanine metabolism. Such a deficiency leads to the accumulation of homogentisic acid (HGA) and its oxidized/polymerized products in connective tissues, where melanin-like pigments accumulate (ochronosis). Ochronosis involves especially joints, where an ochronotic arthropathy develops. Little is known on the molecular mechanisms leading to ochronosis and ochronotic arthropathy in AKU. Previous works of ours showed that HGA in vitro propagates oxidative stress through its conversion into benzoquinone acetate (BQA). We hence used an in vitro model consisting of human serum treated with HGA and evaluated the activities of glutathione related anti-oxidant enzymes and levels of compounds indexes of oxidative stress. Proteomics and redox-proteomics were used to identify oxidized proteins and proteins more likely able to bind BQA. Overall, we found that the production of ochronotic pigment in HGA-treated serum is accompanied by lipid peroxidation, decreased activity of the enzyme glutathione peroxidase and massive depletion of thiol groups, together with increased protein carbonylation and thiol oxidation. We also found that BQA was likely to bind carrier proteins and naturally abundant serum proteins, eventually altering their chemico-physical properties. Concluding, our work points towards a critical importance of thiol compounds in counteracting HGA- and BQA- mediated stress in AKU, so that future research for disease biomarkers and pharmacological treatments for AKU and ochronosis will be more easily addressed.