Protein oxidation marker, α-amino adipic acid, impairs proteome of differentiated human enterocytes: Underlying toxicological mechanisms

Abstract

Protein oxidation and oxidative stress are involved in a variety of health disorders such as colorectal adenomas, inflammatory bowel's disease, neurological disorders and aging, among others. In particular, the specific final oxidation product from lysine, the α-amino adipic acid (α-AA), has been found in processed meat products and emphasized as a reliable marker of type II diabetes and obesity. Currently, the underlying mechanisms of the biological impairments caused by α-AA are unknown. To elucidate the molecular basis of the toxicological effect of α-AA, differentiated human enterocytes were exposed to dietary concentrations of α-AA (200 μM) and analyzed by flow cytometry, protein oxidation and proteomics using a Nanoliquid Chromatography-Orbitrap MS/MS. Cell viability was significantly affected by α-AA (p < 0.05). The proteomic study revealed that α-AA was able to alter cell homeostasis through impairment of the Na+/K+-ATPase pump, energetic metabolism, and antioxidant response, among other biological processes. These results show the importance of dietary oxidized amino acids in intestinal cell physiology and open the door to further studies to reveal the impact of protein oxidation products in pathological conditions.

La oxidación de proteínas y el estrés oxidativo están involucrados en una variedad de trastornos de la salud, como los adenomas colorrectales, la enfermedad inflamatoria intestinal, los trastornos neurológicos y el envejecimiento, entre otros. En particular, el producto de oxidación final específico de la lisina, el ácido α-amino adípico (α-AA), se ha encontrado en productos cárnicos procesados y se destaca como un marcador confiable de diabetes tipo II y obesidad. Actualmente, se desconocen los mecanismos subyacentes de las alteraciones biológicas causadas por α-AA. Para dilucidar la base molecular del efecto toxicológico de α-AA, se expusieron enterocitos humanos diferenciados a concentraciones dietéticas de α-AA (200 μM) y se analizaron mediante citometría de flujo, oxidación de proteínas y proteómica utilizando una cromatografía Nanoliquid-Orbitrap MS/MS. La viabilidad celular se vio significativamente afectada por α-AA (p < 0,05). El estudio proteómico reveló que el α-AA podía alterar la homeostasis celular a través del deterioro de la bomba Na+/K+-ATPasa, el metabolismo energético y la respuesta antioxidante, entre otros procesos biológicos. Estos resultados muestran la importancia de los aminoácidos oxidados de la dieta en la fisiología de las células intestinales y abren la puerta a más estudios para revelar el impacto de los productos de oxidación de proteínas en condiciones patológicas.