Strukturelle Charakterisierung von Formaldehyd-induzierten Quervernetzungen zwischen Aminosäuren und Desoxynukleosiden sowie deren Oligomeren

Die Exposition gegenüber Formaldehyd führt zur Bildung von DNA-Protein-Quervernetzungen (DPCs) als primärem genotoxischen Effekt. Obwohl DPCs biologisch wichtig sind und acht Aminosäuren als stabilen Addukte mit Formaldehyd gebildet haben, wurden die Strukturen dieser Quervernetzungen bislang nicht aufgeklärt. Wir haben die Formaldehyd-induzierten Quervernetzungen von Lys, Cys, His und Trp mit dG, dA und dC charakterisiert. dT bildete keine Quervernetzungen, ebenso wenig wie Arg, Gln, Tyr oder Asn. Die Reaktion von Formaldehyd mit Lys und dG ergab die höchste Ausbeute an vernetzten Produkten, gefolgt von der Reaktion mit Cys und dG. Die Ausbeuten aus den anderen Kupplungsreaktionen lagen um den Faktor 10 oder mehr niedriger. Eine detaillierte strukturelle Untersuchung durch NMR und Massenspektrometrie ergab, dass die Quervernetzungen zwischen Aminosäuren und einzelnen Nukleosiden eine Formaldehyd-abgeleitete Methylencoupling-Brücke beinhalten. Lys ergab zwei zusätzliche Produkte mit dG, bei denen die verbindende Struktur ein 1,N(2)-fusionierter Triazinoring ist. Die Lys-vernetzten Produkte waren bei Raumtemperatur instabil. Reaktionen zwischen den reaktiven N(alpha)-Boc-geschützten Aminosäuren und den Trinukleotiden d(T(1)B(2)T(3)), wobei B(2) die Zielbase G, A oder C ist, sowie Reaktionen zwischen dG, dA und dC und 8-Mer-Peptiden, die ein einzelnes reaktives Zielrest an Position 5 enthalten, ergaben vernetzte Produkte mit Strukturen, die aus hochauflösenden Massenspektrometrie und Fragmentierungsmustern abgeleitet wurden, die mit denen zwischen N(alpha)-Boc-geschützten Aminosäuren und einzelnen Nukleotiden, die rigoros durch NMR-Studien bestimmt wurden, übereinstimmen. Diese Strukturen werden eine Grundlage für die Untersuchung der Merkmale und Eigenschaften von DPCs bilden, die in vivo gebildet werden, und werden hilfreich sein, um Biomarker für die Bewertung der Formaldehyd-Exposition sowohl am Kontaktort als auch an entfernten Stellen zu identifizieren.