Direct Conversion of L-Selenomethionine into Methylselenol by Human Cystathionine -Lyase

Selenium is an essential trace element for mammals, but it is very toxic. Therefore, the control of selenium concentrations should be precisely and effectively monitored. Selenium is naturally obtained through foods and seleno-L-methionine (LSeMet) is a major form of selenium. It has been reported that L-SeMet is only converted into Se-adenosyl-L-SeMet. However, a recent study suggested that L-SeMet was directly metabolized into methylselenol ($CH_3SeH$) in mouse liver extract by the reaction of cystathionine ${\gamma}$-lyase (CGL). The canonical reaction of CGL was known to catalyze the cleavage of L-cystathionine to L-cysteine, ${\alpha}$-ketobutyrate and $NH_3$. In the present study, we found that L-SeMet could be directly converted to $CH_3SeH$ using purified homogenous human CGL instead of mouse liver cytosol. Authentic $CH_3SeH$ was prepared by reduction of dimethyldiselenide with sodium tetrahydroborate. The gaseous product of the enzymatic reaction with L-SeMet was analyzed by GC/MS spectrometry. The GC/MS data was identical to that of authentic dinitrophenyl selenoether. We also analyzed the kinetic parameters for the formation of $CH_3SeH$ from L-SeMet by human and mouse CGL. These results suggest that human CGL is a critical enzyme which is responsible for L-SeMet metabolism.

인간 Cystathionine -Lyase에 의한 Selenomethionine의 Methylselenol로의 직접분해

Selenium(Se)은 사람에게 필수성분이지만 독성이 강한 물질이다. 따라서 생체에서 Se(셀레늄)의 농도조절은 정확하고 효율적으로 이루어져야 한다. 사람은 Se을 음식의 형태로 섭취해야 하고 주로 seleno-L-methionine (L-SeMet)의 형태로 섭취한다. 섭취된 L-SeMet은 methionine 대사와 동일한 효소를 이용하여 Se-adenosyl-L-SeMet으로 대사된다고 알려져 있었다. 그러나 최근 쥐의 간 추출물의 실험에서, L-SeMet이 cystathionine ${\gamma}$-lyase (mouse CGL)의 작용으로 methylselenol ($CH_3SeH$)로 직접적으로 대사된다는 보고가 있었다. CGL은 원래 cystathionine을 L-cysteine과 ${\alpha}$-ketobutyrate, 그리고 $NH_3$로 분해하는 효소로 알려져 있었다. 따라서 본 연구에서는 쥐의 간 추출물 대신에 인간의 CGL을 분리 정제하여 L-SeMet에서 methylselenol의 형성을 확인하고자 하였다. Methylselenol의 표준시료는 dimethyldiselenide를 sodium tetrahydroborate로 환원시켜 준비하였다. 그리고 L-SeMet을 기질로 사용한 효소 반응액 중에서 가스상의 생성물은 GC/MS 스펙트럼으로 분석하였다. 분석 결과 methylselenol의 유도체인 dinitrophenyl selenoether와 일치하였다. 또한 인간 CGL이 L-SeMet에서 methylselenol을 형성하는 반응의 kinetic parameter를 mouse CGL과 비교 분석하였다. 결과적으로 human CGL은 섭취된 L-SeMet의 대사를 책임지고 있는 중요한 효소이다.