การมาโลนิเลชันของไลซีน ( Kmal , maK ) หรือ การมา โลนิเลชันของโปรตีนเป็นการดัดแปลงหลังการแปล (PTM) ที่ย้อนกลับได้ใน เซลล์ ยูคาริโอติกและโปรคาริโอติกโดยที่หมู่มาโลนิล (–CO–CH2–COOH) จะถูกเพิ่มเข้าไปในหมู่ไลซีน (K) ของโปรตีน [ ^{1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Peng และคณะได้ค้นพบการดัดแปลงนี้เป็นครั้งแรกในปี 2011 โดยเป็นการ ดัดแปลง ที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในเชิงวิวัฒนาการและจัดอยู่ในกลุ่มการดัดแปลงอะซิลที่เป็นกรด^เช่นซัคซินิเลชันและกลูตาริเลชัน [ ^{4 ] [ 5 ] เนื่องจาก}เป็นการดัดแปลงที่มีการควบคุมแบบไดนามิก จึงตอบสนองต่อสภาวะต่างๆ เช่น การตอบสนองต่อความเครียด กระบวนการเผาผลาญ และการกลายพันธุ์ซึ่งส่งผลต่อประจุโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน^{[ 3 ] [ 6 ]}สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับวิถีการเผาผลาญของกลูโคสและกรดไขมัน รวมถึงการควบคุมยีนผ่านฮิสโตน และมีความเกี่ยวข้องมากขึ้นกับการควบคุมภูมิคุ้มกัน การสร้างหลอดเลือดใหม่ โรคข้อเข่าเสื่อม มะเร็ง และโรคเมตาบอลิก เช่น โรคอ้วนและโรคเบาหวานชนิดที่2 [ 7 ] [ 8 ] ความสำคัญทางชีววิทยาของมันได้รับการยอมรับ^{มากขึ้นแต่หลายแง่มุม}ของการควบคุมและการทำงานของมันยังคงไม่ได้รับการแก้ไข ดังนั้นศักยภาพในการรักษาจึงยังไม่ได้รับการสำรวจ^{[ 7 ]}

ที่ค่า pH ทางสรีรวิทยาหมู่ ε- อะมิโน (–NH ₂ ) ของหมู่ไลซีนจะอยู่ใน รูป โปรตอน เกือบทั้งหมด (–NH ₃ ⁺ ) ในขณะที่หมู่คาร์บอกซิล (–COOH) ของหมู่มาโลนิลจะอยู่ใน รูปดี โปรตอน เกือบทั้งหมด (–COO ^- ) ^{[ 5 ]}การ เชื่อมต่อ แบบโควาเลนต์ของหมู่มาโลนิลกับหมู่ ε-อะมิโน ทำให้หมู่ไลซีนสูญเสียประจุบวกและรับประจุลบของหมู่มาโลนิล ส่งผลให้ประจุเปลี่ยนจาก +1 เป็น −1 ^{[ 9 ] [ 1 ] [ 5 ]}การเปลี่ยนแปลงประจุอย่างสมบูรณ์นี้เชื่อว่าจะรบกวนปฏิกิริยาไอออนิกทั้งภายในโปรตีนเองและกับส่วนประกอบที่มีประจุลบของนิวคลีโอไทด์โปรตีนและโมเลกุลขนาดเล็ก^{[ 5 ]}การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ที่หมู่ไลซีนหลายหมู่ภายในโปรตีนตัวเดียว แม้ว่าความถี่โดยรวมจะแตกต่างกันอย่างมากใน โปร ตีโอม^{[ 10 ]}ตัวอย่างเช่น ในตับของหนู ประมาณครึ่งหนึ่งของโปรตีนที่ถูกมาโลนิเลตทั้งหมดมีไซต์เดียว ในขณะที่ความถี่จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเกินสี่ไซต์ และมีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่ได้รับการดัดแปลงอย่างกว้างขวาง โดยเอนไซม์ที่ได้รับการดัดแปลงมากที่สุดคือคาร์บาโมอิลฟอสเฟตซินเทส 1 (CPS1) ของวงจรยูเรียที่มี 31 ไซต์^{[ 10 ]}

ในบริบทของการเติมหมู่แอซิลลงบนไลซีนชนิดอื่นๆ การเติมหมู่มาโลนิลสามารถจัดวางได้ดังนี้:

ในขณะที่การอะเซทิเลชันทำให้ประจุบวกของไลซีนเป็นกลาง การมาโลนิเลชันจะทำให้เกิดประจุลบ ส่งผลให้มาโลนิเลชันอยู่ในกลุ่มอะซิเลชันที่เป็นกรดเช่นเดียวกับเมทิลมาโลนิเลชัน ซัคซินิเลชัน กลูตาริเลชัน 3-ไฮด รอกซี -3- เมทิลกลูตา ริเลชัน 3- เมทิลกลูตาโคนิเลชัน และ3-เมทิล กลูตาริเลชัน ^{[ 5 ] [ 11 ] [ 12 ]}ในแง่ของขนาด มาโลนิเลชัน (คาร์บอนสามอะตอม) มีขนาดใหญ่กว่าอะเซทิเลชัน (สองอะตอม) แต่เล็กกว่าซัคซินิเลชัน (สี่อะตอม) และกลูตาริเลชัน (ห้าอะตอม) ^{[ 5 ]}ด้วยเหตุนี้ การดัดแปลงอะซิลที่เป็นกรดดังกล่าว ดังที่ได้กล่าวถึงสำหรับมาโลนิเลชันและซัคซินิเลชัน จึงคาดว่าจะส่งผลกระทบมากกว่าอะเซทิเลชันที่ตำแหน่งไลซีนเดียวกัน^{[ 10 ]}

การดัดแปลงแต่ละครั้งเกิดขึ้นจากอนุพันธ์ acyl-CoA ที่สอดคล้องกัน^{[ 13 ] [ 4 ] [ 12 ] [ 14 ]} Malonyl-CoAผลิตขึ้นในไซโตซอลและไมโตคอนเดรียโดยacetyl-CoA carboxylase (ACC) และในไมโตคอนเดรียยังผลิตโดย^acyl -CoA synthetase family member 3 (ACSF3) ด้วย^{[ 15 ]} succinyl-CoAมาจากวัฏจักร TCAและการสลายกรดอะมิโน [ ^{1 ] [ 4 ]} glutaryl-CoAมาจากการสลายตัวของกรดอะมิโน^{[ 1 ]}และmethylmalonyl-CoAมาจากการเผาผลาญกรดอะมิโนและกรดไขมันสายคี่ซึ่งสะสมในภาวะขาดวิตามิน B12และภาวะกรดเมทิลมาโลนิกในเลือดสูง^{[ 12 ]} Malonyl-CoA มีปฏิกิริยาต่อโปรตีนน้อยกว่า succinyl-CoA หรือ glutaryl-CoA มาก เนื่องจากเช่นเดียวกับ acetyl-CoA โซ่คาร์บอนที่สั้นกว่าไม่สามารถรองรับการเร่งปฏิกิริยา ภายในโมเลกุล ที่จำเป็นในการสร้างสาร ตัวกลาง แอนไฮไดรด์แบบวงจร ที่มีปฏิกิริยา ซึ่งจะช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนได้ในช่วง pH ที่กว้างขึ้น^{[ 16 ]}หมู่ Malonyl, succinyl และ glutaryl จะถูกกำจัดออกโดยSirtuin 5 (SIRT5) ซึ่งแสดงกิจกรรมเพียงเล็กน้อยต่อการอะซิทิเลชัน^{[ 5 ]}

การมาโลนิเลชันเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในไมโทคอนเดรีย แต่ก็เกิดขึ้นในไซโทซอลและนิวเคลียสด้วย^{[ 17 ]}ในตับของหนู ประมาณ 60% ของโปรตีนที่ถูกมาโลนิเลชันอยู่ในไมโทคอนเดรีย ในขณะที่ในไฟโบรบลาสต์ ของมนุษย์ การกระจายตัวจะสม่ำเสมอกว่า^{[ 17 ]}การซัคซินิเลชันและการกลูตาริเลชันก็พบมากในไมโทคอนเดรียเช่นกัน แต่ไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะในไมโทคอนเดรียเท่านั้น^{[ 5 ]}ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของการดัดแปลงเหล่านี้สะท้อนถึงความพร้อมใช้งานของอะซิล-CoA: การอะเซทิเลชันพบได้บ่อยที่สุด การซัคซินิเลชันมีระดับสูงถึง 10–30% ของระดับอะเซทิเลชัน การมาโลนิเลชันพบได้น้อยกว่าอย่างน้อยสิบเท่า และการกลูตาริเลชันเกิดขึ้นในปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น^{[ 11 ]}นอกเหนือจากความถี่ที่แตกต่างกันแล้ว การมาโลนิเลชัน การซัคซินิเลชัน และการอะเซทิเลชันยังสามารถกำหนดเป้าหมายไปยังตำแหน่งไลซีนเดียวกันได้อีกด้วย^{[ 10 ]}ในไมโตคอนเดรียของตับหนู ประมาณ 85% ของตำแหน่งซัคซินิเลชันจะทับซ้อนกับการดัดแปลงอย่างน้อยหนึ่งอย่าง และประมาณ 6% สามารถมีทั้งสามอย่างได้ โดยส่วนใหญ่อยู่ในโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันของกรดไขมัน การย่อยสลายกลูตาริล-โคเอ และคีโตเจเนซิส^{[ 10 ]}ในทางตรงกันข้าม มีเพียง 55% ของตำแหน่งมาโลนิเลชันที่ทับซ้อนกับซัคซินิเลชัน ในขณะที่ประมาณ 45% เป็นเอกลักษณ์^{[ 10 ]}รูปแบบที่แตกต่างกันเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงบทบาทการควบคุมเฉพาะของมาโลนิเลชันในบรรดาการดัดแปลงอะซิลของไลซีน^{[ 10 ]}

Malonyl-CoA ซึ่งเป็นตัวให้สำหรับการมาโลนิเลชันของไลซีน ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์^ได้และต้องสังเคราะห์ขึ้นเฉพาะที่ในแต่ละส่วนของเซลล์ [ ^{20 ]}

• ในไซโต ซอ ลอะเซทิล-โคเอ คาร์บอกซิเลส (ACC) สร้างมาโลนิล-โคเอ จากอะเซทิล-โคเอ และ CO2 _และมีหน้าที่รับผิดชอบต่อมาโลนิล-โคเอส่วนใหญ่ในเซลล์^{[ 21 ]}ปริมาณมาโลนิล-โคเอในไซโตซอลถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยกิจกรรมที่ตรงกันข้ามของ ACC และมาโลนิล-โคเอ ดีคาร์บอกซิเลส (MCD) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาย้อนกลับเพื่อผลิตอะเซทิล-โคเอ และ CO2 [ ₁₇ ^{]มาโล}นิล-โคเอในไซโตซอลมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการเผาผลาญกรดไขมัน^{[ 21 ]}แม้ว่ามาโลนิล-โคเอเองจะไม่สามารถเข้าสู่ไมโทคอนเดรียได้ แต่มาโลเนต ที่ผลิตผ่าน การไฮโดรไลซิสแบบไม่ใช้เอนไซม์ของมาโลนิล-โคเอในไซโตซอลอาจข้ามเยื่อหุ้มเซลล์และมีส่วนช่วยในมาโลนิล-โคเอในไมโทคอนเดรีย^{[ 21 ]}
• ในไมโทคอนเดรียกลุ่มมาโลนิล-CoA ถูกสร้างขึ้นโดยสมาชิกในกลุ่มอะซิล-CoA ซินเทส 3 (ACSF3) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาการสร้างไทโอเอสเทอร์ของมาโลเนตและ CoA และโดยไอโซฟอร์มของอะเซทิล-CoA คาร์บอกซิเลส 1 ในไมโทคอนเดรี ย(mtACC1) ซึ่งผลิตมาโลนิล-CoA ผ่านการคาร์บอกซิเลชันของอะเซทิล-CoA และ CO2 _[ ^{15 ] เพื่อ}เสริมกิจกรรมการสังเคราะห์เหล่านี้ MCD ก็ทำงานในไมโทคอนเดรียเช่นกัน โดยจะเปลี่ยนมาโลนิล-CoA กลับไปเป็นอะเซทิล-CoA และ CO2 _[ ^{20 ]}มาโลนิล-CoA ในไมโทคอนเดรียมีความสำคัญต่อการมาโลนิเลชันของโปรตีนในบริเวณนั้น เช่นเดียวกับ การ ^{สังเคราะห์}กรดไขมันในไมโทคอนเดรีย (mtFAS) ^{[ 20 ] [ 15 ]}
• ในนิวเคลียส malonyl-CoA จะถูกสังเคราะห์โดย ACC1 ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในไซโตพลาสซึม บ่งชี้ถึงหน้าที่เฉพาะที่และอาจเป็นหน้าที่ที่ไม่ธรรมดา^{[ 1 ]}

ระดับของมาโลนิเลชันจะเพิ่มขึ้นตามความพร้อมของมาโลนิล-CoA โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะต่างๆ เช่น ความเครียดทางเมตาบอลิซึมหรือการขาดเอนไซม์เช่นการขาดมาโลนิล-CoA ดีคาร์บอก ซิ เล ส ^{[ 17 ] [ 22 ]}

การมาโลนิเลชันแบบไม่ใช้เอนไซม์เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติผ่านการถ่ายโอนหมู่มาโลนิลโดยตรงจากมาโลนิล-CoA ไปยังหมู่ ε-อะมิโน (-NH2 ₎ของสารตกค้างไลซีนที่ถูกกำจัดโปรตอน โดยไม่ต้องอาศัยเอนไซม์^{[ 9 ]}เฉพาะสารตกค้างไลซีนที่ถูกกำจัดโปรตอนเท่านั้นที่สามารถทำปฏิกิริยาในลักษณะนี้ได้ เนื่องจากหมู่ ε-อะมิโนของมันมีอิเล็กตรอนคู่อิสระที่สามารถโจมตีคาร์บอนิลคาร์บอนของไทโอเอสเทอร์มาโลนิล-CoA ที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่ง หมู่คาร์บอกซิ ลที่ดึงอิเล็กตรอนจะยิ่งเพิ่มปฏิกิริยาของมัน^{[ 9 ]} อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสารตกค้างไลซีนมีค่า pK _aประมาณ 10.5 มันจึงมีอยู่ในรูปโปรตอนเกือบทั้งหมดที่ค่า pH ทางสรีรวิทยา (~7.4) โดยมีสารตกค้างที่ถูกกำจัดโปรตอนน้อยกว่า 0.1% ตามที่คำนวณจากสมการเฮนเดอร์สัน-ฮัสเซลบัค สภาพแวดล้อมระดับจุลภาคของโปรตีนในบริเวณนั้น เช่น บริเวณใกล้กับสารตกค้างที่มีประจุลบหรือภายใน ช่อง ไฮโดรโฟบิกสามารถทำให้เกิดการกำจัดโปรตอนของไลซีนได้ ในขณะที่สภาวะที่กว้างขึ้น เช่น ค่า pH ที่เป็นด่าง มากขึ้น (~8.0) ของเมทริกซ์ไมโทคอนเดรียจะเพิ่มสัดส่วนของสารตกค้างไลซีนที่ถูกกำจัดโปรตอนเป็นประมาณ 0.3% ^{[หมายเหตุ 1 ]}ซึ่งส่งเสริมการเกิดมาโลนิเลชันแบบไม่ใช้เอนไซม์^{[ 9 ] [ 1 ]}ในส่วนที่มีค่า pH ใกล้เคียงกับค่ากลาง (~7.2) เช่น ไซโตโซลหรือนิวเคลียส สารตกค้างไลซีนจึงเกือบจะถูกโปรตอนอย่างสมบูรณ์และต้องพึ่งพาการเกิดมาโลนิเลชันแบบใช้เอนไซม์มากขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่าทั้งสองกลไกมีส่วนช่วยในรูปแบบการเกิดมาโลนิเลชันโดยรวมในเซลล์^{[ 1 ]}

ในกระบวนการมาโลนิเลชันของเอนไซม์ หมู่ไลซีนที่ถูกโปรตอน (–NH ₃ ⁺ ) ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบเกือบทั้งหมด (≈ 99.9%) ^{[หมายเหตุ 1 ]}ที่ค่า pH ทางสรีรวิทยา (~7.4) ก็สามารถถูกดัดแปลงได้เช่นกัน^{[ 1 ] [ 23 ]}ความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้างระหว่างอะเซทิล-CoA และมาโลนิล-CoA บ่งชี้ว่าไลซีนอะเซทิลทรานสเฟอ เรส (KATs) บางชนิดอาจเร่งปฏิกิริยามาโลนิเลชันได้เช่นกัน^{[ 5 ]} KAT2A (GCN5) ได้รับการเชื่อมโยงกับ การมาโลนิเลชัน ของฮิสโตน จากการทดลอง และปัจจุบันเป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งที่สุด ในขณะที่p300 ก็ได้รับการเสนอและเป็นที่ทราบกันว่าทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการดัดแปลงอะซิ ลอื่นๆ เช่นโครโทนิเลชัน^{[ 1 ] [ 3 ]}คล้ายคลึงกับกลไกการอะเซทิเลชันของ GCN5 เชื่อกันว่าหมู่ ε-อะมิโนจะถูกดีโปรตอนชั่วคราวโดยเบสเร่งปฏิกิริยา ภายใน บริเวณออกฤทธิ์ของเอนไซม์ทำให้เกิดปฏิกิริยาเดียวกันกับ malonyl-CoA เช่นเดียวกับการมาโลนิเลชันแบบไม่ใช้เอนไซม์^{[ 23 ] [ 1 ]} อย่างไรก็ตาม เอนไซม์เฉพาะที่รู้จักกันในชื่อmalonyltransferaseยังไม่ได้รับการระบุอย่างแน่ชัด^{[ 1 ]}

การกำจัดหมู่มาโลนีนจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์Sirtuin 5 (SIRT5) ซึ่งเป็นฮิสโตนดีอะเซทิเลส คลาส III ที่ต้องการNAD ⁺สำหรับการทำงาน แต่ถูกยับยั้งโดยนิโคตินาไมด์ [ ^{4 ] SIRT5}ถูกแสดงออกทั่วโลกในไมโทคอนเดรีย ไซโตพลาสซึม และนิวเคลียร์ และยังสามารถกำจัดหมู่แอซิลที่มีประจุลบอื่นๆ ได้อีกด้วย^{[ 5 ] [ 12 ]}มันเร่งปฏิกิริยาการกำจัดหมู่มาโลนีนในปฏิกิริยาต่อไปนี้: ^{[ 5 ]}

การวิเคราะห์โปรตีนในตับของหนูเผยให้เห็นว่า SIRT5 ควบคุมตำแหน่ง malonyl-lysine ที่ระบุได้ประมาณ 16% ซึ่งส่วนใหญ่มีเพียงสารตกค้างของไลซีนที่ถูก malonyl เพียงตัวเดียว^{[ 10 ]}โปรตีนที่ถูกควบคุมในลักษณะนี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับไกลโคไลซิส กลูโคเนโอเจเนซิส การออกซิเดชันของกรดไขมันและวัฏจักรยูเรีย [ ^{10 ] การ} ลดลงของ malonyl ในระดับปานกลางที่สังเกตได้เมื่อ SIRT5 ถูกน็อคดาวน์ บ่งชี้ว่ามี demalonylasesเพิ่มเติมที่ยังไม่ได้รับการระบุ[ ^{2 ] นอกจาก}นี้ยังมีการเสนอว่า demalonylases และdeacetylasesทำงานน้อยกว่าในฐานะเอนไซม์ควบคุมเฉพาะ และเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการควบคุมคุณภาพโปรตีนมากกว่า^{[ 21 ]}

การวิเคราะห์โปรตีโอมิกส์เผยให้เห็นว่าโปรตีนที่ถูกมาโลนิเลตมีความเข้มข้นในวิถีที่เกี่ยวข้องกับ การเผา ผลาญกลูโคสและกรดไขมันรวมถึงวัฏจักรยูเรีย ซึ่งเกี่ยวข้องกับเอนไซม์ทั้งในไมโทคอนเดรียและไซโตโซล^{[ 2 ] [ 10 ]}นอกจากนี้ยังตรวจพบการมาโลนิเลตในโปรตีนนิวเคลียร์ เช่น ฮิ สโตน H2B ^{[ 1 ]}

ด้านล่างนี้คือรายชื่อโปรตีนที่ได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้วว่าผ่านกระบวนการมาโลนิเลชัน:

• อะเซทิล-โคเอ คาร์บอกซิเลส 1 (ACC1) ^{[ 24 ]}
• คาร์บาโมอิลฟอสเฟตซินเทส 1 (CPS1) ^{[ 10 ] [ 25 ]}
• คาร์นิทีน พาลมิโทอิลทรานสเฟอเรส 1 (CPT1) ^{[ 17 ]}
• เอนโอเลส 1 (ENO1) ^{[ 4 ]}
• ฟอร์มิลเตตระไฮโดรโฟเลตดีไฮโดรจีเนส 10- (ALDH1L1) ^{[ 25 ]}
• ฟรุกโตสบิสฟอสเฟตอัลโดเลสบี (ALDOB) ^{[ 2 ]}
• กลีเซอรัลดีไฮด์-3-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส (GAPDH) ^{[ 3 ]}
• ฮิสโตน H2B ^{[ 1 ]}
• ดีไฮโดรจีเนส 3-ไฮดรอกซีอะซิล-CoA สายยาว (LCHAD) ^{[ 17 ]}
• อะซิล-โคเอ็นเอ ดีไฮโดรจีเนสสายยาวมาก (VLCAD) ^{[ 17 ]}

ในความผิดปกติทางเมตาบอลิซึมที่เรียกว่าภาวะกรดมาโลนิกและเมทิลมาโลนิก ในปัสสาวะ (CMAMMA) เอนไซม์ไมโทคอนเดรียACSF3ทำงานผิดปกติ ซึ่งมีส่วนช่วยในการสร้างกลุ่มมาโลนิล-CoA ในไมโทคอนเดรียโดยการเปลี่ยนมาโลเนต^{[ 15 ]}การลดลงของมาโลนิล-CoA ที่เป็นตัวให้ส่งผลให้การมาโลนิเลชันของไลซีนในไมโทคอนเดรียลดลง^{[ 20 ]}ในแบบจำลองหนู พบว่าภาวะไฮโปมาโลนิเลชันนี้ทำให้เส้นทางเมตาบอลิซึมที่สำคัญ เช่น ไกลโคไลซิส กลูโคเนโอเจเนซิส การออกซิเดชันของกรดไขมัน และ เมตาบอลิซึม ของ NADPH หยุดชะงัก ซึ่งท้ายที่สุดจะทำให้สมดุลพลังงานบกพร่อง^{[ 25 ]}

ในความผิดปกติทางเมตาบอลิซึมที่เรียกว่าmalonic aciduriaเอนไซม์malonyl-CoA decarboxylase (MCD) ทำงานผิดปกติ ซึ่งจำเป็นสำหรับการเปลี่ยน malonyl-CoA เป็น acetyl-CoA ^{[ 26 ]}ทำให้เกิดการสะสมของ malonyl-CoA และการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการ malonylation ของไลซีน^{[ 17 ]}การวิเคราะห์โปรตีนและหน้าที่การทำงานแสดงให้เห็นว่า hypermalonylation นี้ทำให้การหายใจของไมโทคอนเดรียบกพร่องและลดความสามารถในการออกซิเดชันของกรดไขมัน ซึ่งชี้ให้เห็นถึงบทบาทโดยตรงของการ malonylation ของโปรตีนในความผิดปกติทางเมตาบอลิซึมของโรค^{[ 17 ]}ความคล้ายคลึงกันทางคลินิกระหว่างความบกพร่องของ MCD และ ACSF3 ชี้ให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมในเส้นทางร่วมกัน^{[ 20 ]}

การมาโลนิเลชันยังเกิดขึ้นกับโปรตีนนิวเคลียร์ รวมถึงฮิสโตนซึ่งทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับโครมาติน^{[ 1 ]}พบว่าการมาโลนิเลชันของฮิสโตนทำให้ การแสดงออกของ ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ (rRNA) และขนาดของนิวคลีโอลัสเพิ่มขึ้น ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นลักษณะที่เกี่ยวข้องกับการแก่ของเซลล์ [ ^{1 ] เนื้อเยื่อ}ของหนูที่แก่แล้วแสดงให้เห็นการมาโลนิเลชันที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก ซึ่งอาจเกิดจากการแสดงออกของอะเซทิล-โคเอ็นไซม์คาร์บอกซิเลสที่สูงขึ้นและกิจกรรมของดีอะซิเลส SIRT5 ที่ลดลง ซึ่งขึ้นอยู่กับระดับ NAD ^{+ ที่ลดลง [ 1 ]}ผลการค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงบทบาทของการมาโลนิเลชันของฮิสโตนใน การควบคุม เอพิเจเนติกส์ของกระบวนการแก่^{[ 1 ]}

ในโรคเบาหวานประเภทที่ 2การมาโลนิเลชันของไลซีนจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเนื้อเยื่อตับ ดังที่แสดงใน แบบจำลองหนู อ้วนเช่น หนู db/db และ ob/ob ^{[ 2 ]}โปรตีนที่ได้รับผลกระทบจำนวนมากเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกลูโคสและไขมันและการมาโลนิเลชันของ เอนไซม์ ไกลโคไลซิสแสดงให้เห็นว่าสามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์เหล่านี้ ส่งผลให้ การไหลเวียนของ ไกลโคไล ซิสลด ลง^{[ 2 ] [ 10 ]}เอนไซม์ไกลโคไลซิส 6 ใน 10 ตัวได้รับการมาโลนิเลชันที่ตำแหน่งที่ควบคุมโดยเดมาโลนิเลส SIRT5 ซึ่งต่อต้านการยับยั้งนี้และอาจทำหน้าที่เป็นเป้าหมายในการรักษา พร้อมกับเอนไซม์อื่นๆ ที่ยังไม่ได้รับการระบุซึ่งควบคุมการมาโลนิเลชัน^{[ 10 ] [ 2 ]}

ในโรคข้อเสื่อมการแสดงออกของ SIRT5 ลดลงในกระดูกอ่อนระหว่างอายุ ในขณะที่การมาโลนิเลชันของไลซีนเพิ่มขึ้น^{[ 27 ]}ในหนู การรวมกันของการขาด Sirt5 และโรคอ้วนที่เกิดจากอาหารไขมันสูงทำให้ การเสื่อม ของข้อต่อ รุนแรงขึ้น พร้อมกับการมาโลนิเลชันมากเกินไปของเอนไซม์ไกลโคไลซิสและการเผาผลาญ ของเซลล์ กระดูก อ่อนที่บกพร่อง ^{[ 27 ]}การกลายพันธุ์แบบมิสเซนส์ที่หายากใน SIRT5 ของมนุษย์ (F101L) ที่พบในโรคข้อเสื่อมทางพันธุกรรมยืนยันถึงความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการมาโลนิเลชันมากเกินไปและโรคข้อเสื่อม^{[ 27 ]}

ในแมโครฟาจ ที่อยู่ในสภาวะพัก กลีเซอรัลดีไฮ ด์-3-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส (GAPDH) จะจับกับmRNA ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ เช่นTNFαและยับยั้งการแปลรหัส^{[ 3 ]}ในแมโครฟาจที่ถูกกระตุ้น การมาโลนิเลชันของไลซีนทำหน้าที่เป็นสัญญาณควบคุมระหว่างการตอบสนองต่อการอักเสบ^{[ 3 ]}การกระตุ้นการอักเสบด้วยลิโปโพลีแซคคาไรด์ (LPS) จะเพิ่มระดับมาโลนิล-CoA ในไซโตพลาสมิกและนำไปสู่การมาโลนิเลชันของ GAPDH ที่ไลซีน 213 ^{[ 3 ]} การมาโลนิเลชันจะขัดขวางการจับกันนี้ จึงส่งเสริมการแปลรหัสของ ไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบเช่น TNFα ^{[ 3 ]}ผลการค้นพบเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการมาโลนิเลชันของไลซีนเป็นตัวเชื่อมระหว่างการเผาผลาญของเซลล์และการกระตุ้นภูมิคุ้มกัน^{[ 3 ]}

การยับยั้งเอนไซม์สังเคราะห์กรดไขมัน (FASN) จะเพิ่มระดับ malonyl-CoA ในเซลล์เยื่อบุหลอดเลือดส่งผลให้เกิดการ malonylation ของไลซีนในmTORที่ไลซีน 1218 ^{[ 28 ]}ซึ่งจะทำให้กิจกรรมของเอนไซม์ไคเนสของmTOR complex 1 ลดลง ส่งผลให้ การเพิ่มจำนวนของเซลล์เยื่อบุหลอดเลือด ลดลง และในที่สุดจะทำให้การสร้างหลอดเลือดใหม่บกพร่อง^{[ 28 ]}ผลกระทบนี้พบได้ทั้งในการพัฒนาหลอดเลือดปกติและการสร้างหลอดเลือดใหม่ที่เกี่ยวข้องกับโรค เช่น การสร้างหลอดเลือดใหม่ ใน จอประสาทตา ในแบบจำลองหนูที่เป็นโรคจอประสาทตาในทารกแรกเกิด (ROP) ^{[ 28 ]}ผลการค้นพบเหล่านี้เชื่อมโยง malonylation กับการควบคุมการสร้างหลอดเลือดใหม่ผ่านการส่งสัญญาณ mTOR ^{[ 28 ]}

มาโลนิลไลซีนไม่เสถียรทางเคมีและสามารถดีคาร์บอก ซิเลชัน เป็นอะเซทิลไลซีนเมื่อได้รับความร้อน ซึ่งทำให้การวิเคราะห์ซับซ้อนขึ้นและอาจนำไปสู่การระบุผิดพลาด^{[ 29 ]}ในการวิเคราะห์มวลสารแบบคู่ขนานปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับการสูญเสีย 44 Da ที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งสอดคล้องกับการปล่อยCO ₂ ^{[ 4 ]}เพื่อเอาชนะปัญหานี้ จึงได้มีการพัฒนา ไอโซสเตียร์ของมาโลนิลไลซีนที่มีพื้นฐานมาจากเตตราโซลที่ เสถียร ซึ่งต้านทานการสลายตัว ดัง กล่าว^{[ 29 ]}มันเข้ากันได้กับการสังเคราะห์เปปไทด์และแสดงการรับรู้ที่ลดลงแต่ตรวจจับได้โดยแอนติบอดีเฉพาะ มาโลนิลและ SIRT5 ทำให้สามารถศึกษาการมาโลนิเลชันโดยปราศจากสิ่งแปลกปลอม จากการดีคาร์บอกซิเลชัน ^{[ 29 ]}

• เซอร์ทูอิน