Investigation of the toxic reduction mechanism by chemical reaction of methylglyoxal with polyamine under the biocondition

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05862
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: Tsutsui Ayumi 信州大学, 学術研究院農学系, 助教 (90531731)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田代 充 明星大学, 理工学部, 教授 (40315750)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ポリアミン / スペルミジン / メチルグリオキサール / 糖化反応

Outline of Final Research Achievements

We obtained results suggesting that polyamine, a biomolecule, non-enzymatically captures methylglyoxal, a substance of oxidative stress, and chemically reacts with it, contributing to the reduction of toxicity of methylglyoxal. That is, the structure of a new spermidine derivative produced by chemical reaction between spermidine and methylglyoxal was specified and identified as an intracellular substance. In this process, we found that polyamine derivatives interact intermolecularly in an aqueous solution, and established quantitative analysis conditions that do not affect this. We also found that the addition of methylglyoxal to the medium increased the intracellular production of spermidine derivatives.

Free Research Field

生物有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで主に酵素反応しか注目されてこなかった生体反応において、ポリアミンとメチルグリオキサールが非酵素的に反応したと考えられる化合物を細胞内物質として同定したことの意義は大きい。この結果はポリアミンがメチルグリオキサールの解毒に関わっている可能性を示唆している。メチルグリオキサールは通常、グリオキサラーゼシステムによって代謝されて乳酸に分解され解毒化されている。しかし糖尿病などの病態下においてはメチルグリオキサール量の増加や、グリオキサラーゼシステムに必要不可欠なグルタチオンの産生に障害が出る希少病の報告もあることから、本研究結果がこれらの問題を解決する足掛かりとなるかもしれない。