Mecanismo de oxidação aeróbica de acetoacetato e 2-metilacetoacetato catalisada por mioglobina: implicações em desordens cetogênicas / Mechanism of the aerobic oxidation of acetoacetate and 2- methylacetoacetate catalyzed by Mb: implications for ketogenic disorders

Acetoacetato (AA) e 2-metilacetoacetato (MAA) são compostos β-cetoácidos acumulados em diversas desordens metabólicas como no diabetes e na isoleucinemia, respectivamente. Examinamos o mecanismo de oxidação aeróbica de AA e MAA iniciada por intermediários reativos de mioglobina de coração de cavalo (Mb) gerados pela adição de H2O2. Uma rota quimioluminescente que envolve um intermediário dioxetânico cuja termólise gera espécies α-dicarbonílicas (metilglioxal e biacetilo) foi proposta e estudada. Emissão de luz ultra fraca acompanha a reação, e sua intensidade aumenta linearmente pelo aumento da concentração tanto de Mb (10-500 µM) quando AA (10-100 mM). Estudos de consumo de oxigênio mostraram que MAA é, como esperado, quase uma ordem de grandeza mais reativo que AA. Estudos de EPR com captação de spin, utilizando MNP, possibilitaram detectar adutos de MAA atribuíveis a um radical centrado no Cα (aN = 1.55 mT) e ao radical acetila (aN = 0.83 mT). O sinal do radical acetila é totalmente suprimido por sorbato, um conhecido e eficiente supressor de espécies tripletes, o que é consistente com uma rota reacional envolvendo um intermediário dioxetânico. Clivagem-α da ligação carbonila-carbonila do produto biacetilo triplete produziria, de fato, radicais acetila. Além disso, utilizando AA como substrato para Mb/H2O2, um sinal de EPR atribuível ao aduto MNP-AA• (aN = 1.46 mT e aH = 0.34 mT) foi observado e confirmado por efeito isotópico. O consumo de oxigênio e o rendimento de compostos α-dicarbonílicos foram dose-dependentes à concentração de AA ou MAA (1-50 mM) bem como à concentração de H2O2 adicionado às misturas de reação contendo Mb (até 1:10 quando medido o consumo de oxigênio, e até 1:25 quando medido o rendimento de compostos α-dicarbonílicos) e tert-butilhidroperóxido (até 1:200). Os perfis de pH (5,8-7,8) para consumo de oxigênio e rendimento de compostos α-dicarbonílicos mostraram maiores rendimentos para baixos valores de pH, indicativo de ferrilMb...

Acetoacetate (AA) and 2-methylacetoacetate (MAA) are β-ketoacids accumulated in several metabolic disorders such as diabetes and isoleucinemia, respectively. Here we examine the mechanism of AA and MAA aerobic oxidation initiated by the reactive enzyme intermediates formed by the reaction of muscle horse myoglobin (Mb) with H2O2. A chemiluminescent route involving a dioxetane intermediate whose thermolysis yields triplet α-dicarbonyl species (methylglyoxal and diacetyl) is envisaged. Accordingly, the ultraweak light emission that accompanies the reaction increases linearly by raising the concentration of both Mb (10-500 µM) and AA (10- 100 mM). Oxygen uptake studies revealed that MAA is, expectedly, almost one order of magnitude more reactive than AA. EPR spin-trapping studies with MNP detected spin adducts from MAA attributable to an α-carbon-centered radical (aN = 1.55 mT) and to an acetyl radical (aN = 0.83 mT). As the acetyl radical signal is totally suppressed by sorbate, a well-known efficient triplet species quencher, the dioxetane hypothesis seems to be reliable. The α-cleavage of the carbonyl-carbonyl bond of a putative excited triplet diacetyl product would, in fact, leads to an acetyl radical. Furthermore, using AA as substrate for Mb/H2O2, an EPR signal assignable to a MNP-AA• adduct (aN = 1.46 mT and aH = 0.34 mT) was observed and confirmed by isotope effect. Oxygen consumption and α-dicarbonyl yield were also dependent on AA or MAA concentrations (1-50 mM) as well as on the concentration of peroxide added to the Mb-containing reaction mixtures: H2O2 (up to 1:10 when measuring oxygen uptake and up to 1:25 when measuring the α-dicarbonyl yield) and t-butOOH (up to 1:200). The pH profiles (5.8-7.8) of oxygen consumption and α-dicarbonyl yield show higher reaction rates at lower pHs, indicative of a ferrylMb intermediate. Evaluating Mb lesion, both β-ketoacids reduced disorganization of the secondary and tertiary protein structure elicited by H2O2...

Lipoperoxidação, perda de viabilidade celular e diminuição da liberação de IL-8 de neutrófilos humanos na presença de corpos cetônicos / Lipoperoxidation, loss of cell viability and inhibition of release of IL-8 BY human neutrophils in the presence of ketone bodies

Portadores de diabetes tipo-1 são acometidos por episódios freqüentes de acidose causada pelo aumento no metabolismo de ácido graxos com conseqüente acúmulo de acetoacetato (AcAc) e beta-hidroxibutirato (beta -OB). Neste trabalho estudou-se o efeito de concentrações patológicas destes metabólitos na lipoperoxidação, viabilidade e liberação da quimiocina CXCL8 (IL-8) por neutrófilos em cultura. Neutrófilos de indivíduos saudáveis foram isolados por gradiente de densidade (Histopaque 1077/1119) e incubados com os corpos cetônicos. A lipoperoxidação foi determinada pela presença de substâncias reagentes ao ácido tiobarbitúrico (TBARS). A viabilidade celular foi avaliada pela liberação da enzima lactato desidrogenase. A liberação de CXCL8 para o meio extracelular foi medida após cultura de 24 horas de neutrófilos estimulados por zymosan opsonizado por ensaio imunoenzimático (ELISA). O AcAc causou um aumento na lipoperoxidação dos neutrófilos e este efeito foi dependente da sua concentração (p < 0.05; r = 0.99146); não se observou efeito do beta-HOB. No estudo do efeito citotóxico, houve aumento dose-dependente da liberação da LDH até 40 mM de AcAc (p < 0.05); não se observou efeito do beta-HOB. A liberação de CXCL8 foi suprimida de modo dose-dependente por AcAc e beta-HOB. Estes resultados sugerem que o acúmulo de corpos cetônicos pode contribuir para aumentar o tempo de remissão de doenças e mesmo estar relacionado com a gravidade destas em indivíduos diabéticos.

Type-1 diabetes patients suffer from frequent episodes of acidosis caused by an increased fatty acid metabolism and consequently increased plasma level of acetoacetate (AcAc) and beta-hydroxybutyrate (beta-HOB). This article describes a study of the effects of pathological concentrations of AcAc and beta-HOB on lipoperoxidation, cell viability and the release of the CXCL8 (IL-8) cytokine by activated neutrophils. Neutrophils from healthy donors were isolated by density gradient (Histopaque® 1077/1119) and incubated with the ketone bodies. Lipoperoxidation was determined as thiobarbituric acid reactive substances (TBARS). The cell viability was evaluated by the release of intracellular lactate dehydrogenase. The release of CXCL8 was measured by ELISA in a 24-h culture of opsonized zymosanstimulated neutrophils. AcAc, but not beta-HOB, provoked a dose-dependent increase in the neutrophil membrane lipoperoxidation (p<0.05; r =0.9915). In the cytotoxicity assay, a dose-dependent release of LDH was observed when the neutrophils were incubated with AcAc in concentrations up to 40 mM (p<0.05). beta-HOB was devoid of effect. The release of CXCL8 was inhibited by AcAc and beta-HOB in a dose-dependent manner. In conclusion, these results suggest that the accumulation of ketone bodies in diabetic patients could be involved in their usually increased susceptibility to infection.