氟烯烃不饱和羧酸与组蛋白蛋白形成共价加合物的鉴定与表征

《Chemico-Biological Interactions》:Identification and Characterization of Covalent Adduct Formation of Fluorotelomer Unsaturated Carboxylic Acids with Histone Proteins

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Chemico-Biological Interactions 5.2

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  摘要氟端基不饱和羧酸(FTUCAs)是在基于氟端基化合物的降解和代谢过程中形成的中间化合物,这些化合物都被归类为全氟和多氟烷基物质(PFAS)。FTUCA的形成是一个重要的转化过程,而这些中间代谢物对基于氟端基化合物的毒性至关重要。本研究在体外条件下,使用6:2和8:2 FTUC

  

摘要

氟端基不饱和羧酸(FTUCAs)是在基于氟端基化合物的降解和代谢过程中形成的中间化合物,这些化合物都被归类为全氟和多氟烷基物质(PFAS)。FTUCA的形成是一个重要的转化过程,而这些中间代谢物对基于氟端基化合物的毒性至关重要。本研究在体外条件下,使用6:2和8:2 FTUCAs、PFOA和PFOS对小牛胸腺和人类H3.3组蛋白进行了非酶促共价修饰(NECMs)的研究。通过自下而上的蛋白质组学方法,确定了加合物的化学基团及其在特定蛋白质上的位置。在6:2 FTUCA(或8:2 FTUCA)与组蛋白孵育后的样品中,通过蛋白酶消化共鉴定出12个加合物位点,其中包括H2A、H2B、H3和H4。在用PFOA或PFOS处理的的小牛胸腺组蛋白样本中未检测到共价加合物。观察到FTUCAs与组蛋白之间的加合物形成具有浓度依赖性和时间依赖性,并且在孵育期间逐渐增加。这些结果表明,长期暴露于FTUCAs可能在生物体内导致有害效应,并可能具有与毒理学相关的蛋白质组反应性。这些加合物也可以作为基于氟端基的PFAS暴露的生物标志物。

引言

全氟和多氟烷基物质(PFAS)是一类人工合成的化学品,由于其化学惰性和表面活性特性,被广泛应用于电镀、涂料、纺织品、润滑剂、农药、洗涤剂以及水成膜泡沫(AFFFs)等产品中[1]。PFAS的大规模使用导致了全球范围内的环境污染[2]、[3]、[4]。
PFAS可对暴露的生物体造成多种不良和毒理学效应,如骨形成细胞活性降低、肝毒性、内分泌干扰、免疫毒性,以及对人类健康的影响[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。流行病学研究表明,PFAS暴露与多种人类健康问题存在关联[7]、[10]。
氟端基醇(FTOHs)是生成氟端基聚合物和其他基于氟端基化学品的前体化合物。FTOHs被认为是PFCAs的间接来源[11]。在全氟辛烷磺酸(PFOS)及其相关产品被淘汰后,FTOHs的产量显著增加[12]。氟端基醛(FTUALs)和氟端基不饱和羧酸(FTUCAs)是从基于氟端基的化学品(如多氟烷基磷酸酯(PAPs)的生物转化过程中产生的中间代谢物,可能是人体血液中一系列全氟烷基羧酸(PFCAs)的前体[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。FTOH和基于氟端基化学品的代谢途径最终产生FTUALs和FTUCAs,这一转化过程在理解它们的毒理学活性方面是一个关键节点[11]、[20]、[21]。
加合物组学是一个新的研究领域,专注于由内源性和外源性(外来)化学物质在生物系统中诱导的DNA、RNA和蛋白质加合物的形成及其普遍性[22]、[23]。暴露的生物体可以通过一级和二级代谢转化来清除这些加合物[24]。某些外来物质或其稳定代谢物含有反应性亲电基团,可以直接与蛋白质的亲核残基共价结合。形成的加合物可能非常稳定,并会在蛋白质的生命周期内积累,从而在长期低水平暴露于这些外来物质时产生持久的有害效应[25]、[26]。与血清白蛋白形成的蛋白质加合物被认为是污染物暴露和/或毒性反应的潜在生物标志物[25]、[28]。污染物-蛋白质加合物及其反应性代谢物-蛋白质加合物的形成还会通过破坏蛋白质结构和功能或引发抗原反应而导致毒性[9]、[25]、[29]。为了探究外来物质或其稳定代谢物的潜在毒性,有必要对修饰后的蛋白质进行表征,包括识别共价结合位点和修饰模式的结构[25]。
随着色谱技术和高分辨率质谱技术的发展,可以明确检测蛋白质加合物以及加合物中的氨基酸结合位点。主要有两种策略:(1)自上而下的策略基于完整蛋白质的分离和鉴定;(2)自下而上的策略基于通过液相色谱-质谱(LC-MS)检测酶解蛋白质产生的肽段,并使用数据库搜索软件将质谱谱与相应肽段进行匹配。
组蛋白是核小体的主要成分。在染色质中,组蛋白通过阳离子组蛋白与DNA磷酸二酯骨架之间的静电相互作用与DNA相互作用[30]、[31]、[32]。这种相互作用的调节会影响染色质结构,从而调控基因的可访问性。这种调节是通过组蛋白上的各种翻译后修饰(PTMs)直接或间接实现的[32]、[33]、[34]。
组蛋白的翻译后修饰(PTMs)已被研究为调控基因表达程序的机制,定义了细胞身份,并成为影响癌症、免疫、大脑功能等相关途径的迷人生物调控机制[32]。组蛋白PTM模式对基因表达的影响是“组蛋白密码”假说的基础[33]。组蛋白修饰形成了一种代码,效应蛋白可以解读这种代码来控制基因表达。组蛋白上的加合物还会导致DNA之间的静电结合能量丧失[33]。
组蛋白是保守的基本蛋白质,在维持适当的基因表达中起着关键作用。然而,组蛋白在其生命周期的大部分时间内都位于细胞核内,因此会接触到具有反应性的小分子[33]、[35]。因此,组蛋白PTMs的紊乱常常会导致异常的基因表达和多种生物过程,如转录激活/失活、染色体包装、细胞凋亡以及DNA损伤/修复[32]、[33]、[36]。PTMs途径的缺陷可能与人类疾病(如癌症、帕金森病和阿尔茨海默病)的发生和发展有关[27]。
据报道,FTUCAs和FTUALs可以通过1,4-Michael加成反应与谷胱甘肽(GSH)形成结合物[38]。Rand等人使用自上而下的策略证明了FTUALs能够与血浆蛋白(包括牛血清白蛋白(BSA)结合[39]、[40]。有研究表明,在他们的研究中,FTUCAs并未显示与大鼠肝微粒体和牛血浆中的蛋白质存在明显的共价结合。同时也有观点认为FTUCA仅能与大分子巯基(如GSH和半胱氨酸)结合。然而,基于FTUCAs与GSH的反应性及其与FTUAL相似的分子结构,推测FTUCAs也可能与其他细胞亲核试剂发生反应。本研究的目的是探索FTUCAs在体外条件下与组蛋白结合的潜力。本研究采用了自下而上的数据依赖性蛋白质组学分析方法来识别蛋白质中的可能结合位点。

章节片段

化学物质和试剂

小牛胸腺的整个组蛋白从Millipore-Sigma(加拿大安大略省奥克维尔)购买。该组蛋白产品包含不同的组蛋白家族(包括H3、H4、H2A、H2B和H1)及其变体[41]、[42]。人类组蛋白H3.3(在大肠杆菌中表达)、牛血清白蛋白(BSA)、人血清白蛋白(HAS)和大鼠血清白蛋白(RSA)也来自Millipore-Sigma(加拿大安大略省奥克维尔)。
sequencing级改性胰蛋白酶、Glu-C和Arg-C从Promega(麦迪逊)购买。

FTUCA-组蛋白加合物的鉴定

采用自下而上的策略和不同的蛋白酶消化方法,在商业小牛胸腺组蛋白中检测到了所有五种主要的组蛋白家族(包括H1、H2A、H2B、H3和H4)。蛋白质名称和登录号列在支持信息文件1(Word文件)表S1中。
对FTUCA处理后的组蛋白进行质谱分析发现,6:2 FTUCA和8:2 FTUCA与组蛋白形成了共价加合物,并且这些加合物在

结论

本研究采用自下而上的策略,研究了两种FTUCAs在体外条件下与组蛋白的加合物形成。未来需要开发更多灵敏的正交分析技术[62]。尽管FTUCA-组蛋白加合物可能是毒性的潜在指标,但在完全阐明其作用机制之前,仍需要采用更广泛的方法,包括在细胞系培养和体内实验中的评估。许多细胞蛋白可能会

CRediT作者贡献声明

Robert James Letcher: 撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 初稿、可视化、监督、资源提供、项目管理等、实验设计、资金获取、数据分析、概念构建。Shaogang Chu: 撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 初稿、可视化、验证、软件使用、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建

未引用参考文献

[37]。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的、可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

数据可用性

数据可应请求提供。

生成式AI使用声明

作者声明在提交论文时未使用任何生成式AI工具进行手稿准备。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的、可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究由加拿大环境和气候变化部门(ECCC)以及加拿大的(ECCC的)综合化学混合物项目(ICMP)资助(资助对象为R.J.L.)。
Shaogang Chu|Robert J. Letcher
加拿大环境和气候变化部科学技术司环境效应研究部门,国家野生动物研究中心,卡尔顿大学Colonel By Drive 1125号,渥太华,安大略省,K1A 0H3
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