Dalla reazione di Maillard agli Advanced Glycation End products (AGEs): il caso del GLAP

The Maillard reaction is an incredibly complex reaction, given by the interaction between a carbonyl group of a reducing sugar and an amino group of an amino acid, a peptide or a protein. It's a reaction of great interest in food as in physiopathology. It is defined as non-enzymatic browning reaction, as it leads to the formation of brown products, without presence of enzymes. AGEs are one of many products of the Maillard reaction. AGEs can arise from exogenous sources. Indeed, diet can be a large source of AGEs, due to the fact that high temperature in treatments that are used in foods for improved safety, bioavailability and taste, can in some cases cause proteins degradation. These treatments can start the Maillard reaction. AGEs may also be formed in vivo in the human body, so a series of great pathophysiological relevance effects can be produced. AGEs interact with the RAGE receptor (Receptor for Advanced Glycation End products), which activates the nuclear factor NF-kB that can trigger oxidative stress, thrombogenesis, insulin resistance, pathological angiogenesis and vascular inflammation. These effects correlate AGEs to the development of chronic diseases as diabetes and atherosclerosis and neurodegenerative diseases - for example Alzheimer's disease. The present study is mainly focused in the study of new strategies to optimize the synthesis of a specific AGE: GLAP, glyceraldehyde derived pyridinium compound. In a previous study GLAP was synthesized through the reaction between D,L-Glyceraldehyde and Nα-acetyl-L-lysine in PBS (sodium phosphate buffer, pH = 7.4) at 37° C for one week. However this synthesis isn't suitable because it is quite long and it leads to the formation of traces only of the product. This project instead studies new strategies to optimize the synthesis of GLAP and to reduce the reaction time by using Microwave (MW), tool which is widely used in organic synthesis. To get GLAP, two synthesis routes were followed. As a first path the two reagents have been directly used and they reacted to MW: DL-Glyceraldehyde and Nα-Boc-L-lysine, solubilized in methanol, were used. Instead, the second synthetic route makes use of a protected resin, the Nα-Fmoc-L-lys-Wang resin. It has been hypothesized that the reaction could be directly lead on a resin with the aim of moving the reaction towards the formation of the product and purifying it in a better way. GLAP is analyzed by High Resolution Mass Spectrometry (LC¿HRMS).

La reazione di Maillard è una reazione incredibilmente complessa, data dall'interazione tra un gruppo carbonilico di uno zucchero riducente e un gruppo aminico di un aminoacido, di un peptide o di una proteina. È una reazione di grande interesse sia in campo alimentare, sia fisiopatologico. Viene definita come reazione di imbrunimento non enzimatico, in quanto porta alla formazione di prodotti bruni, senza che vi sia l'intervento di enzimi. Tra i tanti prodotti della reazione di Maillard vi sono gli Advanced Glycation Products (AGEs), prodotti di glicazione avanzata. Gli AGEs possono derivare da fonti esogene: la dieta può essere infatti una fonte abbondante di AGEs, in quanto i trattamenti termici che vengono utilizzati per gli alimenti per migliorarne la sicurezza, la biodisponibilità e il gusto possono in alcuni casi anche provocare la degradazione delle proteine, innescando la reazione di Maillard. Gli AGEs possono inoltre formarsi in vivo all'interno dell'organismo umano e scaturire una serie di effetti di grande rilevanza fisiopatologica. Importante è l'interazione degli AGEs con il recettore RAGE (Receptor for Advanced Glycation End products), che a sua volta attiva il fattore nucleare NF-κB che può innescare stress ossidativo, trombogenesi, insulino-resistenza, infiammazione vascolare e angiogenesi patologica. Questi effetti correlano gli AGEs allo sviluppo di patologie croniche come diabete, aterosclerosi e malattie neurodegenerative come il Morbo di Alzheimer. Il presente studio focalizza la sua attenzione sulla sintesi di uno specifico AGE: il GLAP, glyceraldehyde derived pyridinium compound. In un precedente lavoro il GLAP è stato sintetizzato attraverso la reazione tra D,L-Glyceraldehyde e Nα-acetyl-L-lysine in PBS (sodium phosphate buffer, pH=7,4) a 37°C per una settimana. Questa via di sintesi, però, non sembra essere la migliore, in quanto, oltre ad essere abbastanza lunga, porta alla formazione di sole tracce del prodotto. Questo progetto invece studia nuove strategie per ottimizzare la sintesi del GLAP e per ridurre i tempi di reazione. Si utilizza il microonde (MW), strumento ampiamente impiegato nella sintesi organica. Per ottenere il GLAP sono stati seguiti due percorsi di sintesi. Come primo percorso sono stati utilizzati direttamente i due reagenti e fatti reagire al MW. A questo scopo sono stati utilizzati DL-Glyceraldehyde e Nα-Boc-L-lysine e solubilizzati in metanolo. Il secondo percorso sintetico prevede invece l'utilizzo di una resina protetta, l'Nα-Fmoc-L-lys-Wang resin. È stato ipotizzato di poter effettuare la reazione direttamente su una resina per poter spostare la reazione verso la formazione del prodotto e per purificarlo in modo migliore. Il GLAP viene analizzato mediante High Resolution Mass Spectrometry (LC¿HRMS).