Radical acetylation of aminoacids, peptides, and nucleobases by the biacetyl or methylglyoxal/peroxynitrite systems

Biacetilo (2,3-butanediona) é um contaminante de comida e cigarro, também implicado na hepatoxicidade do álcool e em doenças pulmonares. O metilglioxal (MG), um α-oxoaldeído reativo frequentemente associado ao diabetes e envelhecimento, é produto da fragmentação oxidativa de trioses fosfato, acetona e aminoacetona. Por sua vez, peroxinitrito - um potente oxidante, agente nitrante e nucleófilo formado in vivo pela reação controlada por difusão do ânion radical superóxido com o radical óxido nítrico (k ~1010 M-1s-1) é capaz de se adicionar a CO2 e compostos carbonílicos, gerando produtos potencialmente tóxicos ou sinalizadores celulares. Aminoácidos, peptídeos e nucleobases podem ser acetilados nos grupos amina e na porção desoxiribose. Relativamente ao tratamento com peroxinitrito isolado, níveis superiores de 3-nitrotirosina foram detectados quando tirosina foi tratada com peroxinitrito/biacetilo ou metilglioxal. Ambos os grupos amina de lisina (Lys) ou um deles de derivados de lisina bloqueados e um deles (Ac-Lys-OMe, Z-Lys-OMe) foram acetilados pelo sistema biacetilo ou metilglioxal/peroxinitrito. Em tetrapeptídeos sintéticos contendo lisina como aminoácido amino-terminal (H-KALA-OH, Ac-KALA-OH and H-K(Boc)ALA-OH), a lisina foi acetilada pelo sistemas dicarbonilico/peroxinitrito no grupo α-amina (em maior extensão) e/ou no ε-amina (em menor extensão). No conjunto, estes resultados podem ser interpretados à luz do mecanismo proposto para a reação de compostos α-dicarbonílicos com peroxinitrito, o qual envolve sequencialmente: (i) adição nucleofílica de peroxinitrito à carbonila; (ii) homólise do aduto peroxinitroso formado, liberando •NO2 e um radical oxila do reagente carbonílico; (iii) β-clivagem do radical oxila a um ácido carboxílico (ácido acético no caso de biacetilo e ácido fórmico, a partir de metilglioxal) e radical acetila; (iv) captação do radical acetila pelo oxigênio molecular dissolvido dando acetato, ou por aminoácido ou nucleobase, se presentes, gerando o produto acetilado. Tais resultados são interessantes ao levantar a hipótese de acetilação radicalar como mecanismo de modificação pós-traducional de proteínas, até então considerado um processo realizado apenas por acetilases.Diacetyl (2,3-butanedione) is a food and cigarette contaminant recently implicated in alcohol hepatotoxicity and lung disease. In turn, methylglyoxal (MG) is an α-oxoaldehyde frequently associated with diabetes and aging that is putatively formed by the oxidative fragmentation of trioses phosphate, acetone and aminoacetone. Peroxynitrite - a potent oxidant, nitrating agent and nucleophile formed in vivo by the diffusion-controlled reaction of superoxide radical with nitric oxide (k ~1010 M-1s-1) - is able to form adducts with carbon dioxide and carbonyl compounds. When initially present in the reaction mixtures before addition of ONOO-, amino acids, peptides and nucleobases undergo acetylation at the amino group and purine moieties in the presence of biacetyl or methylglyoxal. Higher levels of 3-nitrotyrosine nitration were measured when peroxynitrite/biacetyl or metilglioxal was added to tyrosine, in comparison with peroxynitrite alone. Both amino groups of L-lysine or one of the amino groups of L-lysine derivatives (Z-Lys-OH and Ac-Lys-OH) were acetylated by biacetyl and methylglyoxal/peroxynitrite system. Using tetrapeptides containing lysine at the terminal amino acid (H-KALA-OH, Ac-KALA-OH and H-K(Boc)ALA-OH), the lysine residue was acetylated at both or either α-amino (major adduct) and ε-amino group (minor adduct). Altogether these data can be interpreted by the mechanism proposed to describe the reaction of α-dicarbonyls with peroxynitrite as follows: (i) nucleophilic addition of peroxynitrite to the carbonyl group of the reagent; (ii) homolysis of the formed peroxynitroso carbonyl adduct to •NO2 and a carbonyloxyl radical; (iii) β-cleavage of the oxyl radical to acetyl radical plus acetic acid (from diacetyl) or formic acid (from methylglyoxal); (iv) competitive scavenging of the acetyl radical by dissolved molecular oxygen and by added amino acid, peptide or nucleobase, ultimately yielding acetate or acetylated biomolecule. If occurring in vivo, these radical reactions may contribute to the post-translational modification of proteins catalyzed by transacetylases