S-нитрозилирование
Биохимическая реакция; присоединение –NO к цистеину в белке

В биохимии S -нитрозилирование представляет собой ковалентное присоединение группы оксида азота ( −NO ) к тиолу цистеина в белке с образованием S -нитрозотиола (SNO). S -нитрозилирование играет разнообразную регуляторную роль в бактериях , дрожжах и растениях, а также во всех клетках млекопитающих . [ 1 ] Таким образом, оно действует как фундаментальный механизм клеточной сигнализации в филогении и отвечает за большую часть биоактивности NO .

S -нитрозилирование является точно направленным, [2] обратимым, [3] пространственно-временно ограниченным [4] [5] и необходимым для широкого спектра клеточных реакций, [6] включая прототипический пример ауторегуляции кровотока, опосредованной эритроцитами, которая необходима для жизни позвоночных . [7] Хотя первоначально считалось, что оно включает несколько химических путей in vivo , накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что S -нитрозилирование зависит от ферментативной активности, подразумевающей три класса ферментов ( S -нитрозилазы), которые действуют согласованно для конъюгации NO с белками, проводя аналогию с убиквитинилированием . [8] Помимо ферментативной активности, гидрофобность и низкие значения pka также играют ключевую роль в регуляции процесса. [6] S -нитрозилирование было впервые описано Стэмлером и др. и предложено в качестве общего механизма контроля функции белка, включая примеры как активной, так и аллостерической регуляции белков эндогенными и экзогенными источниками NO. [9] [10] [11] Одновременно были также описаны химические механизмы S-нитрозилирования на основе окислительно- восстановительного потенциала в биологических системах. [12] Важные примеры белков, активность которых, как впоследствии было показано, регулируется S -нитрозилированием, включают рецептор глутамата NMDA-типа в мозге. [13] [14] Аберрантное S -нитрозилирование после стимуляции рецептора NMDA может послужить прототипическим примером участия S -нитрозилирования в заболевании. [15] S -нитрозилирование аналогичным образом вносит вклад в физиологию и дисфункцию сердечной, дыхательной и скелетной мускулатуры, а также иммунной системы, отражая широкий спектр функций в клетках и тканях. [16] [17] [18] По оценкам, ~70% протеома подвержено S- нитрозилированию, и большинство этих участков сохраняются. [19] Известно также, что S -нитрозилирование проявляется в патогенности систем болезни Паркинсона. [20] Таким образом, S -нитрозилирование установлено как повсеместное явление в биологии, поскольку было продемонстрировано, что оно происходит во всех филогенетических царствах [21] и было описано как прототипический механизм сигнализации на основе окислительно-восстановительного процесса, [22]

Денитрозилирование

Обратным процессом S -нитрозилирования является денитрозилирование, в основном ферментативно контролируемый процесс. На сегодняшний день описано множество ферментов, которые делятся на два основных класса, опосредующих денитрозилирование белка и низкомолекулярных SNO соответственно. S -нитрозоглутатионредуктаза (GSNOR) является примером низкомолекулярного класса; она ускоряет разложение S -нитрозоглутатиона (GSNO) и SNO-белков в равновесии с GSNO. Фермент высококонсервативен от бактерий до человека. [23] Белки, родственные тиоредоксину (Trx), включая Trx1 и 2 у млекопитающих, катализируют прямое денитрозилирование S -нитрозопротеинов [24] [25] [26] (в дополнение к их роли в транснитрозилировании [27] ). Аберрантное S -нитрозилирование (и денитрозилирование) было связано со многими заболеваниями, включая болезни сердца, [18] рак и астму [28] [29] [17] , а также неврологические расстройства, включая инсульт, [30] хронические дегенеративные заболевания (например, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера) [31] [32] [33] и боковой амиотрофический склероз (БАС). [34]

Транснитрозилирование

Другой интересный аспект S -нитрозилирования включает транснитрозилирование белка белка, которое представляет собой перенос NO-фрагмента из SNO в свободные тиолы в другом белке. Тиоредоксин (Txn), протеиндисульфидоксидоредуктаза для цитозоля и каспаза 3 являются хорошим примером, где транснитрозилирование имеет важное значение в регуляции клеточной смерти. [6] Другой пример включает структурные изменения в млекопитающих Hb в SNO-Hb в условиях недостатка кислорода, которые помогают ему связываться с AE1 (анионообменный, мембранный белок) и, в свою очередь, транснитрозилироваться последним. [35] Известно, что Cdk5 (нейрональная специфическая киназа) нитрозилируется по цистеину 83 и 157 при различных нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера. Этот SNO-Cdk5, в свою очередь, является нитрозилированным Drp1, нитрозилированная форма которого может рассматриваться как терапевтическая цель. [36]

Ссылки

  1. ^ Anand P, Stamler JS (март 2012 г.). «Ферментативные механизмы, регулирующие S-нитрозилирование белков: последствия для здоровья и болезней». Журнал молекулярной медицины . 90 (3): 233–244. doi :10.1007/s00109-012-0878-z. PMC  3379879. PMID  22361849 .
  2. ^ Sun J, Xin C, Eu JP, Stamler JS, Meissner G (сентябрь 2001 г.). «Цистеин-3635 отвечает за модуляцию рианодиновых рецепторов скелетных мышц с помощью NO». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (20): 11158–11162. Bibcode : 2001PNAS...9811158S. doi : 10.1073/pnas.201289098 . PMC 58700. PMID  11562475 . 
  3. ^ Padgett CM, Whorton AR (сентябрь 1995 г.). «S-нитрозоглутатион обратимо ингибирует GAPDH путем S-нитрозилирования». The American Journal of Physiology . 269 (3 Pt 1): C739–C749. doi :10.1152/ajpcell.1995.269.3.C739. PMID  7573405.
  4. ^ Fang M, Jaffrey SR, Sawa A, Ye K, Luo X, Snyder SH (октябрь 2000 г.). «Dexras1: G-белок, специфически связанный с нейрональной синтазой оксида азота через CAPON». Neuron . 28 (1): 183–193. doi : 10.1016/s0896-6273(00)00095-7 . PMID  11086993. S2CID  10533464.
  5. ^ Iwakiri Y, Satoh A, Chatterjee S, Toomre DK, Chalouni CM, Fulton D и др. (декабрь 2006 г.). «Синтаза оксида азота генерирует оксид азота локально для регулирования компартментализированного S-нитрозилирования белков и транспортировки белков». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (52): 19777–19782. Bibcode : 2006PNAS..10319777I. doi : 10.1073/pnas.0605907103 . PMC 1750883. PMID  17170139 . 
  6. ^ abc Hess DT, Matsumoto A, Kim SO, Marshall HE, Stamler JS (февраль 2005 г.). "S-нитрозилирование белка: область применения и параметры". Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 6 (2): 150–166. doi :10.1038/nrm1569. PMID  15688001. S2CID  11676184.
  7. ^ Zhang R, Hess DT, Qian Z, Hausladen A, Fonseca F, Chaube R и др. (май 2015 г.). «Гемоглобин βCys93 необходим для сердечно-сосудистой функции и комплексного ответа на гипоксию». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (20): 6425–6430. Bibcode : 2015PNAS..112.6425Z. doi : 10.1073/pnas.1502285112 . PMC 4443356. PMID  25810253 . 
  8. ^ Seth D, Hess DT, Hausladen A, Wang L, Wang YJ, Stamler JS (февраль 2018 г.). «Мультиплексный ферментативный аппарат для S-нитрозилирования клеточных белков». Molecular Cell . 69 (3): 451–464.e6. doi :10.1016/j.molcel.2017.12.025. PMC 5999318 . PMID  29358078. 
  9. ^ Stamler JS, Simon DI, Osborne JA, Mullins ME, Jaraki O, Michel T и др. (январь 1992 г.). «S-нитрозилирование белков оксидом азота: синтез и характеристика биологически активных соединений». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (1): 444–448. Bibcode : 1992PNAS...89..444S. doi : 10.1073 /pnas.89.1.444 . PMC 48254. PMID  1346070. 
  10. ^ Stamler JS, Simon DI, Jaraki O, Osborne JA, Francis S, Mullins M и др. (сентябрь 1992 г.). «S-нитрозилирование активатора плазминогена тканевого типа придает ферменту вазодилататорные и антиагрегантные свойства». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (17): 8087–8091. Bibcode : 1992PNAS...89.8087S. doi : 10.1073 /pnas.89.17.8087 . PMC 49861. PMID  1325644. 
  11. ^ Stamler JS, Simon DI, Osborne JA, Mullins M, Jaraki O, Michel T, Singel D, Loscalzo J (1992). «Сравнение свойств оксида азота». В Moncada S, Marletta MA, Hibbs JB (ред.). Биология оксида азота: труды 2-го Международного совещания по биологии оксида азота, Лондон . Лондон: Portland Press. стр. 20–23. OCLC  29356699.
  12. ^ Stamler JS, Singel DJ, Loscalzo J (декабрь 1992 г.). «Биохимия оксида азота и его окислительно-восстановительно-активированных форм». Science . 258 (5090): 1898–1902. Bibcode :1992Sci...258.1898S. doi :10.1126/science.1281928. PMID  1281928.
  13. ^ Lei SZ, Pan ZH, Aggarwal SK, Chen HS, Hartman J, Sucher NJ, Lipton SA (июнь 1992 г.). «Влияние продукции оксида азота на окислительно-восстановительный модуляторный участок комплекса рецептор-канал NMDA». Neuron . 8 (6): 1087–1099. doi :10.1016/0896-6273(92)90130-6. PMID  1376999. S2CID  24701634.
  14. ^ Lipton SA, Choi YB, Pan ZH, Lei SZ, Chen HS, Sucher NJ и др. (август 1993 г.). «Основанный на окислительно-восстановительном процессе механизм нейропротекторного и нейродеструктивного действия оксида азота и родственных нитрозосоединений». Nature . 364 (6438): 626–632. Bibcode :1993Natur.364..626L. doi :10.1038/364626a0. PMID  8394509. S2CID  4355073.
  15. ^ Накамура Т., Приходько О.А., Пири Э., Нагар С., Ахтар М.В., О СК и др. (декабрь 2015 г.). «Аберрантное S-нитрозилирование белка способствует патофизиологии нейродегенеративных заболеваний». Нейробиология болезней . 84 : 99–108. дои : 10.1016/j.nbd.2015.03.017. ПМЦ 4575233 . ПМИД  25796565. 
  16. ^ Stamler JS, Sun QA, Hess DT (апрель 2008 г.). «Шторм SNO в скелетных мышцах». Cell . 133 (1): 33–35. doi : 10.1016/j.cell.2008.03.013 . PMID  18394987. S2CID  15149572.
  17. ^ ab Foster MW, Hess DT, Stamler JS (сентябрь 2009 г.). «Нитрозилирование S-белка в здоровье и болезни: современная перспектива». Тенденции в молекулярной медицине . 15 (9): 391–404. doi :10.1016/j.molmed.2009.06.007. PMC 3106339. PMID  19726230 . 
  18. ^ ab Beuve A, Wu C, Cui C, Liu T, Jain MR, Huang C и др. (апрель 2016 г.). «Идентификация новых участков S-нитрозирования в растворимой гуанилилциклазе, рецепторе оксида азота». Journal of Proteomics . 138 : 40–47. doi :10.1016/j.jprot.2016.02.009. PMC 5066868 . PMID  26917471. 
  19. ^ Stomberski CT, Hess DT, Stamler JS (апрель 2019 г.). «S-нитрозилирование белка: детерминанты специфичности и ферментативной регуляции сигнализации на основе S-нитрозотиола». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 30 (10): 1331–1351. doi :10.1089/ars.2017.7403. PMC 6391618. PMID  29130312 . 
  20. ^ Sircar E, Rai SR, Wilson MA, Schlossmacher MG, Sengupta R (июнь 2021 г.). «Нейродегенерация: влияние S-нитрозилированного паркина, DJ-1 и PINK1 на патогенез болезни Паркинсона». Архивы биохимии и биофизики . 704 : 108869. doi : 10.1016/j.abb.2021.108869. PMID  33819447. S2CID  233036980.
  21. ^ Seth D, Hausladen A, Wang YJ, Stamler JS (апрель 2012 г.). «Эндогенное S-нитрозилирование белка в E. coli: регулирование с помощью OxyR». Science . 336 (6080): 470–473. Bibcode :2012Sci...336..470S. doi :10.1126/science.1215643. PMC 3837355 . PMID  22539721. 
  22. ^ Derakhshan B, Hao G, Gross SS (июль 2007 г.). «Баланс реактивности против селективности: эволюция S-нитрозилирования белка как эффектора клеточной сигнализации оксидом азота». Cardiovascular Research . 75 (2): 210–219. doi :10.1016/j.cardiores.2007.04.023. PMC 1994943 . PMID  17524376. 
  23. ^ Liu L, Hausladen A, Zeng M, Que L, Heitman J, Stamler JS (март 2001 г.). «Метаболический фермент для S-нитрозотиола, сохраненный от бактерий до людей». Nature . 410 (6827): 490–494. Bibcode :2001Natur.410..490L. doi :10.1038/35068596. PMID  11260719. S2CID  21280374.
  24. ^ Стояновский ДА, Тюрина ЙЮ, Тюрин ВА, Ананд Д, Мандавия ДН, Гиус Д и др. (Ноябрь 2005 г.). «Тиоредоксин и липоевая кислота катализируют денитрозирование низкомолекулярных и белковых S-нитрозотиолов». Журнал Американского химического общества . 127 (45): 15815–15823. doi :10.1021/ja0529135. PMID  16277524.
  25. ^ Sengupta R, Ryter SW, Zuckerbraun BS, Tzeng E, Billiar TR, Stoyanovsky DA (июль 2007). «Тиоредоксин катализирует денитрозирование низкомолекулярных и белковых S-нитрозотиолов». Биохимия . 46 (28): 8472–8483. doi :10.1021/bi700449x. PMID  17580965.
  26. ^ Benhar M, Forrester MT, Hess DT, Stamler JS (май 2008). «Регулируемое денитрозилирование белков цитозольными и митохондриальными тиоредоксинами». Science . 320 (5879): 1050–1054. Bibcode :2008Sci...320.1050B. doi :10.1126/science.1158265. PMC 2754768 . PMID  18497292. 
  27. ^ Wu C, Liu T, Wang Y, Yan L, Cui C, Beuve A, Li H (2018). «Обработка биотинового переключателя и масс-спектрометрический анализ S-нитрозированного тиоредоксина и его транснитрозирующих целей». Оксид азота . Методы в молекулярной биологии. Т. 1747. С. 253–266. doi :10.1007/978-1-4939-7695-9_20. ISBN 978-1-4939-7694-2. PMC  7136013 . PMID  29600465.
  28. ^ Аранда Э, Лопес-Педрера С, Де Ла Хаба-Родригес-младший, Родригес-Ариса А (январь 2012 г.). «Оксид азота и рак: новая роль S-нитрозилирования». Современная молекулярная медицина . 12 (1): 50–67. дои : 10.2174/156652412798376099. ПМИД  22082481.
  29. ^ Switzer CH, Glynn SA, Cheng RY, Ridnour LA, Green JE, Ambs S, Wink DA (сентябрь 2012 г.). «S-нитрозилирование EGFR и Src активирует онкогенную сигнальную сеть при базальноподобном раке груди у человека». Molecular Cancer Research . 10 (9): 1203–1215. doi :10.1158/1541-7786.MCR-12-0124. PMC 3463231. PMID  22878588 . 
  30. ^ Gu Z, Kaul M, Yan B, Kridel SJ, Cui J, Strongin A и др. (август 2002 г.). «S-нитрозилирование матриксных металлопротеиназ: сигнальный путь к гибели нейрональных клеток». Science . 297 (5584): 1186–1190. Bibcode :2002Sci...297.1186G. doi :10.1126/science.1073634. PMID  12183632. S2CID  19797348.
  31. ^ Яо Д, Гу З, Накамура Т, Ши ЗК, Ма И, Гастон Б и др. (июль 2004 г.). «Нитрозативный стресс, связанный со спорадической болезнью Паркинсона: S-нитрозилирование паркина регулирует его активность убиквитинлигазы E3». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (29): 10810–10814. Bibcode : 2004PNAS..10110810Y. doi : 10.1073 /pnas.0404161101 . PMC 490016. PMID  15252205. 
  32. ^ Uehara T, Nakamura T, Yao D, Shi ZQ, Gu Z, Ma Y и др. (май 2006 г.). «S-нитрозилированная протеин-дисульфидная изомераза связывает неправильное сворачивание белка с нейродегенерацией». Nature . 441 (7092): 513–517. Bibcode :2006Natur.441..513U. doi :10.1038/nature04782. PMID  16724068. S2CID  4423494.
  33. ^ Cho DH, Nakamura T, Fang J, Cieplak P, Godzik A, Gu Z, Lipton SA (апрель 2009 г.). «S-нитрозилирование Drp1 опосредует деление митохондрий, связанное с бета-амилоидом, и повреждение нейронов». Science . 324 (5923): 102–105. Bibcode :2009Sci...324..102C. doi :10.1126/science.1171091. PMC 2823371 . PMID  19342591. 
  34. ^ Schonhoff CM, Matsuoka M, Tummala H, Johnson MA, Estevéz AG, Wu R и др. (февраль 2006 г.). «Истощение S-нитрозотиола при боковом амиотрофическом склерозе». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (7): 2404–2409. Bibcode : 2006PNAS..103.2404S. doi : 10.1073/pnas.0507243103 . PMC 1413693. PMID  16461917 . 
  35. ^ Pawloski JR, Hess DT, Stamler JS (февраль 2001 г.). «Экспорт биоактивности оксида азота эритроцитами». Nature . 409 (6820): 622–626. Bibcode :2001Natur.409..622P. doi :10.1038/35054560. PMID  11214321. S2CID  4387513.
  36. ^ Nakamura T, Lipton SA (январь 2013 г.). «Возникающая роль белок-белкового транснитрозилирования в сигнальных путях клеток». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 18 (3): 239–249. doi :10.1089/ars.2012.4703. PMC 3518546. PMID  22657837 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=S-нитрозилирование&oldid=1253645353"