Methylglyoxal is a toxic metabolite known to accumulate in various cell type. We detected in vivo conversion of methylglyoxal (MG) to acetol by $^1H-NMR$ when extract of mouse tissue crude extract was incubated with 3 mM MG and 1 mM NADPH as a cofactor. For purification of the mouse enzyme associated with MG reduction, we applied mouse kidney extract to two different ionic exchange chromatography. The MG reduction activities were detected by an assay with NADPH oxidation. Furthermore, we selected three genes, AKR1A4, AKR1B8, and AKR1C20, to test whether they show MG reductase activity. We purified these AKRs and determined their $K_m$, $K_{cat}$, and $K_{cat}/K_m$ values, with optimum pH for methylglyoxal. The $K_m$ values of AKR1A4 and AKR1B8 for MG are 1.1 - 1.3 mM. However, The $K_{cat}/K_m$ value of AKR1A4 is higher than that of AKR1B8 by about 20 folds. The specific activity of 26 fold purified AKR1A4 for MG is 16801μmole/min/mg, generating acetol as detected by $^1H-NMR$. The results imply that the glutathione-independent detoxification of MG to acetol can occur by the aldo-keto reductase AKR1A4.
Methylglyoxal은 미생물에서 고등진핵생물에 이르는 다양한 생명체에서 축적되는 유독한 대사산물이다. 본 연구에서는 NMR분광법을 이용하여 마우스의 신장에서 methylglyoxal이 감소하고 acetol이 형성되는 것을 관찰하였다. 이전의 연구에서 methylglyoxal의 환원활성이 보고된 aldo-keto reductase 중 마우스의 신장에서 작용하는 methylglyoxal 환원활성은 aldo-keto reductase family 1, member A4 (AKR1A4) 임을 MALDI-TOF MS 분석을 통해 알아내었다. 이와 더불어 마우스의 aldo-keto reductase중 신장에서 발현하는 다른 family에 속하는 aldo-keto reductase family 1, member 8 (AKR1A8) 과 aldo-keto reductase family 1, member C20 (AKR1C20)을 선정하여 그들의 특성을 AKR1A4와 함께 비교해보았다. 형성된 acetol의 정량적인 분석과 세포 추출액의 효소 활성 측정을 통해 AKR1A4 가 NADPH 의존적인 methylglyoxal 환원과정에 관여함을 알았다. AKR1A4 효소의 $K_M$ 값은 1.13 mM 이었고 다양한 알데하이드와 케톤에 대해 넓은 범위의 기질특이성을 보였다. 이러한 결과들로부터 마우스의 신장에서 glutathione 비의존적인 methylglyoxal을 acetol로 전환하여 해독하는 경로에 관여하는 aldo-keto reductase가 aldo-keto reductase family 1, member A4 임을 규명하였다
