メラトニンと関連するインドラミンのヒドロキシルラジカル消去活性

Hydroxyl radical scavenging activity of melatonin and its related indolamines.

• Aiswarya Purushothaman
• Achutha Anil Sheeja
• Deepa Janardanan

抄録

内因性に産生される神経ホルモンであるメラトニンとその関連するインドラミンである-アセチルトリプトファン(NAT)や-アセチルセロトニン(NAS)のヒドロキシルラジカル(-OH)消去活性を密度汎関数理論を用いて研究した。そのメカニズムは4つのステップを含む：インドール環の3位への最初のラジカル付加、ケト-アミンからエノール-イミンへの互変異性化、環化、最後に2番目の-OHの付加で環状の最終生成物が得られる。共異性化ステップに明示的な水分子を組み込むことで、このステップのバリアーが大幅に低下し、その後の環化ステップが速度制限的になるようになります。OHの非常に高い反応性と一致して、インドラミンへの-OHの最初と最後の添加はバリアフリーであることがわかった。最初の段階で形成されたラジカル付加体は、基質中に存在する広範な共役により、非常に安定であることがわかった。計算の結果、メラトニンが3つの分子の中で最も効果的なラジカル消去剤であることがわかった。NASはメラトニンと同等の抗ラジカル特性を示すことがわかった。トリプトファンの抗酸化活性が低下するという一般的な観察とは対照的に、ここで使用されているトリプトファンの非天然誘導体(NAT)は良好なラジカル消去活性を示すことがわかりました。この研究はさらに、インドラミンの非天然誘導体がメラトニンとほぼ同等の抗酸化効率を示すことから、フリーラジカルの解毒にも有用であることを示唆しています。

The hydroxyl radical (•OH) scavenging activities of Melatonin, an endogenously produced neurohormone and its related indolamines like -acetyl tryptophan (NAT) and -acetyl serotonin (NAS) have been investigated using density functional theory. The mechanism involves 4 steps: initial radical addition to position-3 of the indole ring, keto-amine to enol-imine tautomerization, cyclisation, and finally, addition of a second •OH leading to a cyclic end product. Incorporation of an explicit water molecule in tautomerization step leads to a significant reduction in the barrier of this step, so that the subsequent cyclisation step becomes rate-limiting. In agreement with the very high reactivity of •OH, the initial and final addition of •OH to indolamine are found to be barrierless. Radical adduct formed in the initial step was found to be very stable due to the extensive conjugation present in the substrate. Our calculations show that melatonin is the most effective radical scavenger among the three molecules chosen. NAS was found to exhibit antiradical property comparable to that of melatonin. In contrast to the general observation of reduced antioxidant activity of tryptophan, a non-natural derivative of tryptophan used here (NAT) is found to have good radical scavenging activity. This work further implies that non-natural derivatives of indolamines might as well be useful in the detoxification of free radicals as they exhibit almost comparable antioxidant efficiency as that of melatonin.