ミオグロビンの可逆的な酸化的修飾と機能的意味合い

Reversible Oxidative Modifications in Myoglobin and Functional Implications.

• Mark H Mannino
• Rishi S Patel
• Amanda M Eccardt
• Blythe E Janowiak
• David C Wood
• Fahu He
• Jonathan S Fisher

抄録

ミオグロビン（Mb）は、心臓や骨格筋で高度に発現する酸素結合性ヘム蛋白質であり、in vitroで過酸化水素（HO）に曝露すると、分子間および分子内の両方のレベルで酸化的修飾を受けることが示されている。ここでは、HOに曝露するとMbのペルオキシダーゼ活性が増加することを示しています。HOとMbを反応させると、Mbタンパク質（Mb-X）にヘムが共有結合し、アスコルビン酸が還元性共基質である場合には、ペルオキシダーゼ活性が増加します。アスコルビン酸と HO 反応した Mb の処置は Mb-X の架橋を逆転させます。HOとの反応によりMbは二量体、三量体、およびより大きな分子量のMbの集合体を形成し、アスコルビン酸で処理するとMbのモノマーが再生される。ＨＯとの反応はジチロシンクロスリンクの形成を引き起こすが、アスコルビン酸で処理することによって壊れたクロスリンクの不安定性は、Ｍｂの可逆的な凝集がジチロシン以外のクロスリンクによって媒介されていることを示唆している。トリプトファン残基を含むペプチドの消失は、MbがHOで処理されたときに、ペプチドの再出現は、アスコルビン酸とのその後の処理後にトリプトファンの側鎖は、可逆的な架橋に関与している可能性が示唆されています。これらのデータは、HOへの暴露はMb-Xの形成、Mbペルオキシダーゼ活性の増加、Mbの凝集を引き起こすが、これらの酸化的修飾はアスコルビン酸で処理することで可逆的であることを示唆している。注意点としては、今後の研究では、Mbの特性に関するこれらの知見やその他のin vitroでの知見が、細胞内環境、特に生体内で見られるmetMb、HO、およびアスコルビン酸の実際の濃度に関連していることを実証する必要があるということである。

Myoglobin (Mb), an oxygen-binding heme protein highly expressed in heart and skeletal muscle, has been shown to undergo oxidative modifications on both an inter- and intramolecular level when exposed to hydrogen peroxide (HO) in vitro. Here, we show that exposure to HO increases the peroxidase activity of Mb. Reaction of Mb with HO causes covalent binding of heme to the Mb protein (Mb-X), corresponding to an increase in peroxidase activity when ascorbic acid is the reducing co-substrate. Treatment of HO-reacted Mb with ascorbic acid reverses the Mb-X crosslink. Reaction with HO causes Mb to form dimers, trimers, and larger molecular weight Mb aggregates, and treatment with ascorbic acid regenerates Mb monomers. Reaction of Mb with HO causes formation of dityrosine crosslinks, though the labile nature of the crosslinks broken by treatment with ascorbic acid suggests that the reversible aggregation of Mb is mediated by crosslinks other than dityrosine. Disappearance of a peptide containing a tryptophan residue when Mb is treated with HO and the peptide's reappearance after subsequent treatment with ascorbic acid suggest that tryptophan side chains might participate in the labile crosslinking. Taken together, these data suggest that while exposure to HO causes Mb-X formation, increases Mb peroxidase activity, and causes Mb aggregation, these oxidative modifications are reversible by treatment with ascorbic acid. A caveat is that future studies should demonstrate that these and other in vitro findings regarding properties of Mb have relevance in the intracellular milieu, especially in regard to actual concentrations of metMb, HO, and ascorbate that would be found in vivo.