HPLC-ICP-MS研究砷甲基化酶的催化机制及其影响因素

本研究课题将着重围绕砷甲基化酶的催化机制及其影响因素展开如下几点工作：（1）运用分子模拟方法建立砷甲基化酶结构模型，研究底物、还原剂和甲基供体与hAS3MT之间的相互作用，寻找关键的氨基酸位点，并通过定点突变的方法研究这些位点的作用，探讨hAS3MT结构与功能之间的关系。（2）建立合适的分离分析条件，运用HPLC-ICP-MS技术研究重组hAS3MT催化砷甲基化过程中可能存在的中间产物（如含硫砷甲基化物，DMA，MMA等），探讨不同还原剂在hAS3MT催化砷甲基化过程中的作用，详细阐述砷的甲基化过程。（3）以人肝脏细胞研究砷代谢过程中的中间产物和终产物，从而绘制砷代谢的典型路线图，对砷在体内的分布、迁移和代谢给出科学的阐述。（4）利用有效的动物模型，研究砷的代谢过程以及过渡金属和硒对砷代谢的影响，为治疗砷中毒提供科学依据。

本项目围绕"HPLC-ICP-MS研究砷甲基化酶的催化机制及其影响因素"进行了系统研究，取得了以下有新意的研究成果：(1) 以SAM-CmArsM和As-CmArsM结构为模板，运用modeller9v8分别建立了WT-hAS3MT-SAM和WT-hAS3MT-As的模型。用Accelrys Discovery Studio 将两个模型进行叠加得到了WT-hAS3MT-SAM-As的模型。(2) 建立了复杂生物样品中不同形态砷的HPLC-ICP-MS的检测方法；运用HPLC-ICP-MS、CD和FTIR等方法研究了8个半胱氨酸突变体结构和功能的关系，系统阐述了hAS3MT中半胱氨酸的作用，确定了Cys61是除Cys156和Cys206以外的第三个砷的结合位点；质谱结果表明：Cys32和Cys250以及Cys368和Cys369分别形成了分子内的二硫键。(3) 运用HPLC-ICP-MS、CD和FTIR等方法系统地研究了hAS3MT中甲基供体SAM可能的结合区域。用modeller9v8建立了各个突变体与SAM的模型，根据实验和理论模型综合分析得出：57-RYYG-60、78-GSGSG-82和155-NCV-157与SAM中的甲硫氨酸相互作用；而101-IDMT-103和135-YIE-137则与SAM中的核糖腺苷有相互作用；C156和L160是距SAM和As 5 Å范围内共有的氨基酸，它们与甲基转移过程密切相关；G78、G80和G82属于GXGXG区域，位于连接hAS3MT中第一个β-折叠和α-螺旋的环内；Y58、Y59、N155、C156 和L160在S+-CH3向As的孤对电子靠近的情况下固定S+-CH3，并进一步促进甲基转移过程；G78、D102、M103、T104、I136和N155与SAM形成氢键。(4)系统探讨了不同还原剂、SAH、硒及若干过渡金属元素对hAS3MT的活性的影响。非巯基还原剂TCEP和内源性还原剂DHLA同样可以作为砷甲基化体外代谢反应的功能性还原剂，表明GSH并不是唯一的砷甲基化代谢反应功能还原剂。(5) 运用快平衡动力学模型结合CD和荧光光谱等方法探究了三个反应物（SAM，还原剂和砷）在hAS3MT催化下的反应顺序，并进一步探究了hAS3MT催化的砷甲基化反应分子机制。该工作对进一步探究体内砷甲基化代谢及其功能具有重要的参考意义。