Änderungen in der Myosinstruktur und -funktion als Reaktion auf Glykation

Die nichtenzymatische Glykosylierung (Glykation) wird als wichtige post-translational Modification erkannt, die strukturelle und funktionale Veränderungen von extrazellulären Proteinen zugrunde liegt. Die Wirkung der Glykation auf intrazelluläre Proteine ist hingegen weniger gut bekannt, obwohl die vitale Bedeutung intrazellulärer Proteine für die Zell-, Gewebe- und Organfunktion von entscheidender Bedeutung ist. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen der Glykation auf die Struktur und Funktion von Skelettmuskelmyosin zu untersuchen. Myosin wurde bis zu 30 Minuten mit Glukose inkubiert und anschließend auf strukturelle und funktionale Modifikationen mittels matrix-unterstützter Laserdesorption/Ionisation (MALDI) Massenspektrometrie und einem In-vitro-Motion-Assay mit Einzelmuskel-Fasern getestet. Die MALDI-Spektren zeigten glykationsbedingte strukturelle Veränderungen, wie den Verlust spezifischer Lys-C-Proteolyseprodukte und das Auftreten höherer Massenpeaks, die auf eine Quervernetzung durch Glukose zurückzuführen sind. Diese Veränderung ging mit einer signifikanten Reduktion der In-vitro-Mobilitätsgeschwindigkeit einher, was auf einen strukturell bedingten Rückgang der Myosinmechanik als Reaktion auf die Glukoseexposition hindeutet. Weitere Hinweise darauf, dass frühe Glykationsprodukte in den regulatorischen Regionen des Myosinmoleküls gebildet werden, ergeben sich aus der Tatsache, dass die Mobilitätsgeschwindigkeit nach der Reaktion mit dem Schiff-Basen-spaltenden Agenten Hydroxylamin-Hydrochlorid vollständig umgekehrt wird. Somit hat die Glykation des Skelettmuskelmyosins einen signifikanten Einfluss sowohl auf die strukturellen als auch auf die funktionalen Eigenschaften des Proteins, ein Ergebnis, das wichtig ist, um die Mechanismen, die der Beeinträchtigung der Muskelfunktion im Zusammenhang mit Alterung und Diabetes zugrunde liegen, zu verstehen.