ヒトカルノシナーゼのアンセリン加水分解活性に関する機械的洞察

アンセリンとカルノシンは、ヒト生理学に多能性保護効果を発揮するヒスチジンを含むジペプチドを表しています。アンセリンは、糖尿病および心血管疾患における酸化ストレスから保護することが知られています。ヒトカルノシナーゼ（CN1およびCN2）は、カルノシンの恒常性に関与するジペプチダーゼです。ポイキラ剤脊椎動物では、アンセリナーゼ酵素がアンセリンの加水分解に関与しています。しかし、ヒトに存在する特定のアンセリン加水分解酵素はありません。この研究では、ヒトCN1およびCN2のアンセリン加水分解活性を体系的に調査しました。基質としてカルノシンとアンセリンを使用して、CN1およびCN2の酵素動態を研究するために、標的複数の反応モニタリング（MRM）ベースのアプローチが採用されました。驚くべきことに、CN1とCN2の両方は、アンスリンを効果的に加水分解できます。観察された触媒上昇率（VMAX/[E] T）は、CN1およびCN2でそれぞれ21.6 S-1および2.8 S-1でした。CN1は、CN2のカルノシン加水分解活性の効率に匹敵するCN2と比較して、加水分解においてほぼ8倍効率が高くなります。CN1（1.96 mm）のMichaelis定数（km）値は、CN2（6.33 mm）と比較してほぼ3倍低く、Anserine-CN1相互作用に対するより高い基質親和性を表しています。分子ドッキング研究により、カルノシナーゼの触媒部位にアンセリンが結合することが示されました。全体として、本研究では、敏感なLC-MS/MSアプローチを使用して、加水分解アンセリンにおけるヒトカルノシナーゼの固有の乱交を解明しました。

Anserine and carnosine represent histidine-containing dipeptides that exert a pluripotent protective effect on human physiology. Anserine is known to protect against oxidative stress in diabetes and cardiovascular diseases. Human carnosinases (CN1 and CN2) are dipeptidases involved in the homeostasis of carnosine. In poikilothermic vertebrates, the anserinase enzyme is responsible for hydrolyzing anserine. However, there is no specific anserine hydrolyzing enzyme present in humans. In this study, we have systematically investigated the anserine hydrolyzing activity of human CN1 and CN2. A targeted multiple reaction monitoring (MRM) based approach was employed for studying the enzyme kinetics of CN1 and CN2 using carnosine and anserine as substrates. Surprisingly, both CN1 and CN2 can hydrolyze anserine effectively. The observed catalytic turnover rate (Vmax/[E]t) was 21.6 s-1 and 2.8 s-1 for CN1 and CN2, respectively. CN1 is almost eight-fold more efficient in hydrolyzing anserine compared to CN2, which is comparable to the efficiency of the carnosine hydrolyzing activity of CN2. The Michaelis constant (Km) value for CN1 (1.96 mM) is almost three-fold lower compared to CN2 (6.33 mM), representing higher substrate affinity for anserine-CN1 interactions. Molecular docking studies showed that anserine binds at the catalytic site of the carnosinases with an affinity similar to carnosine. Overall, the present study elucidated the inherent promiscuity of human carnosinases in hydrolyzing anserine using a sensitive LC-MS/MS approach.