S-nitrozylacja

S-nitrozylacja – modyfikacja potranslacyjna białek polegającą na kowalencyjnym przyłączeniu tlenku azotu (-NO) do grupy tiolowej w cysteinie, w efekcie powstanie SNO-białka.

S-nitrozylacja wpływa na szeroki zakres parametrów funkcjonalnych białek, takich jak aktywność enzymatyczna, stabilność białka czy oddziaływania między białkami. Działa jako jeden z podstawowych mechanizmów sygnalizacji komórkowej i jest odpowiedzialna za znaczną część bioaktywności NO w organizmach[1].

S-nitrozylacja jest precyzyjnie ukierunkowana, odwracalna, ograniczona czasowo i konieczna dla szerokiego zakresu odpowiedzi komórkowych[2][3][4]. Zgromadzone dowody sugerują, że S-nitrozylacja jest zależna od aktywności enzymatycznej, w którą zaangażowane są syntazy tlenku azotu (NOS). Pozwalają one na sprzężenie NO z białkami[5].

Ważnym przykładem białka, którego aktywność jest regulowana przez S-nitrozylację, jest receptor glutaminianowy typu NMDA w mózgu[6]. S-nitrozylacja bierze również udział w funkcjonowaniu mięśnia sercowego, dróg oddechowych i mięśni szkieletowych oraz układu odpornościowego[7][8].

Szacuje się, że ~70% proteomu ulega S-nitrozylacji i w większości są to sekwencje konserwatywne[9]. Wykazano, że S-nitrozylacja występuje we wszystkich królestwach filogenetycznych[10][11] i jest opisywana jako prototypowy mechanizm sygnalizacyjny oparty na reakcjach redoks[12].

Teoretycznie możliwa jest S-nitrozylacja każdej wolnej grupy tiolowej, jednak w praktyce NO reaguje przede wszystkim z najbardziej podatnymi na tę modyfikację grupami tiolowymi. Na prawdopodobieństwo S-nitrozylacji wpływa między innymi bliskość NOS (bezpośredniego źródła NO). W warunkach fizjologicznych, gdy poziom tlenku azotu w organizmie jest niski, S-nitrozylacja wspiera prawidłowe funkcjonowanie organizmu, w tym funkcje neuronów. Podwyższony poziom NO może prowadzić do S-nitrozylacji cystein, które w prawidłowych warunkach nie ulegają tej modyfikacji[13]. Prowadzi to do chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona[14][15][16][17] oraz stwardnienia zanikowego bocznego[18].

Przypisy

  1. ↑ Puneet Anand, Jonathan S. Stamler, Enzymatic mechanisms regulating protein S-nitrosylation: implications in health and disease, „Journal of Molecular Medicine”, 90 (3), 2012, s. 233–244, DOI: 10.1007/s00109-012-0878-z, ISSN 1432-1440, PMID: 22361849, PMCID: PMC3379879 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  2. ↑ Junhui Sun i inni, Nitric Oxide, NOC-12, and S-Nitrosoglutathione Modulate the Skeletal Muscle Calcium Release Channel/Ryanodine Receptor by Different Mechanisms AN ALLOSTERIC FUNCTION FOR O2 INS-NITROSYLATION OF THE CHANNEL, „Journal of Biological Chemistry”, 278 (10), 2003, s. 8184–8189, DOI: 10.1074/jbc.M211940200, ISSN 0021-9258, PMID: 12509428 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  3. ↑ Dragana Nikitovic, Arne Holmgren, Giannis Spyrou, Inhibition of AP-1 DNA Binding by Nitric Oxide Involving Conserved Cysteine Residues in Jun and Fos, „Biochemical and Biophysical Research Communications”, 242 (1), 1998, s. 109–112, DOI: 10.1006/bbrc.1997.7930, ISSN 0006-291X [dostęp 2019-10-14].
  4. ↑ Douglas T. Hess i inni, Protein S -nitrosylation: purview and parameters, „Nature Reviews Molecular Cell Biology”, 6 (2), 2005, s. 150–166, DOI: 10.1038/nrm1569, ISSN 1471-0080 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  5. ↑ Divya Seth i inni, A Multiplex Enzymatic Machinery for Cellular Protein S-nitrosylation, „Molecular Cell”, 69 (3), 2018, 451–464.e6, DOI: 10.1016/j.molcel.2017.12.025, PMID: 29358078, PMCID: PMC5999318 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  6. ↑ Sizheng Z. Lei i inni, Effect of nitric oxide production on the redox modulatory site of the NMDA receptor-channel complex, „Neuron”, 8 (6), 1992, s. 1087–1099, DOI: 10.1016/0896-6273(92)90130-6, ISSN 0896-6273, PMID: 1376999 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  7. ↑ Annie Beuve i inni, Identification of novel S-nitrosation sites in soluble guanylyl cyclase, the nitric oxide receptor, „Journal of Proteomics”, 138, 2016, s. 40–47, DOI: 10.1016/j.jprot.2016.02.009, ISSN 1874-3919, PMID: 26917471, PMCID: PMC5066868 [dostęp 2019-10-14].
  8. ↑ Matthew W. Foster, Douglas T. Hess, Jonathan S. Stamler, Protein S-nitrosylation in health and disease: a current perspective, „Trends in Molecular Medicine”, 15 (9), 2009, s. 391–404, DOI: 10.1016/j.molmed.2009.06.007, PMID: 19726230, PMCID: PMC3106339 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  9. ↑ Colin T. Stomberski, Douglas T. Hess, Jonathan S. Stamler, Protein S-Nitrosylation: Determinants of Specificity and Enzymatic Regulation of S-Nitrosothiol-Based Signaling, „Antioxidants & Redox Signaling”, 30 (10), 2017, s. 1331–1351, DOI: 10.1089/ars.2017.7403, ISSN 1523-0864, PMID: 29130312, PMCID: PMC6391618 [dostęp 2019-10-14].
  10. ↑ Divya Seth i inni, Endogenous Protein S-Nitrosylation in E. coli: Regulation by OxyR, „Science”, 336 (6080), 2012, s. 470–473, DOI: 10.1126/science.1215643, ISSN 0036-8075, PMID: 22539721, PMCID: PMC3837355 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  11. ↑ Saad I. Malik i inni, GSNOR-mediated de-nitrosylation in the plant defence response, „Plant Science”, 181 (5), 2011, s. 540–544, DOI: 10.1016/j.plantsci.2011.04.004 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  12. ↑ Jonathan S. Stamler, Santiago Lamas, Ferric C. Fang, Nitrosylation: The Prototypic Redox-Based Signaling Mechanism, „Cell”, 106 (6), 2001, s. 675–683, DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00495-0, ISSN 0092-8674, PMID: 11572774 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  13. ↑ Tomohiro Nakamura i inni, Aberrant Protein S-Nitrosylation in Neurodegenerative Diseases, „Neuron”, 78 (4), 2013, s. 596–614, DOI: 10.1016/j.neuron.2013.05.005, ISSN 0896-6273, PMID: 23719160, PMCID: PMC3712898 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  14. ↑ Dongdong Yao i inni, Nitrosative stress linked to sporadic Parkinson's disease: S-nitrosylation of parkin regulates its E3 ubiquitin ligase activity, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 101 (29), 2004, s. 10810–10814, DOI: 10.1073/pnas.0404161101, ISSN 0027-8424, PMID: 15252205, PMCID: PMC490016 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  15. ↑ Takashi Uehara i inni, S-Nitrosylated protein-disulphide isomerase links protein misfolding to neurodegeneration, „Nature”, 441 (7092), 2006, s. 513–517, DOI: 10.1038/nature04782, ISSN 0028-0836 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  16. ↑ Michael T. Forrester, Moran Benhar, Jonathan S. Stamler, Nitrosative Stress in the ER: A New Role for S-Nitrosylation in Neurodegenerative Diseases, „ACS Chemical Biology”, 1 (6), 2006, s. 355–358, DOI: 10.1021/cb600244c, ISSN 1554-8929 [dostęp 2019-10-14].
  17. ↑ Dong-Hyung Cho i inni, S-Nitrosylation of Drp1 Mediates β-Amyloid-Related Mitochondrial Fission and Neuronal Injury, „Science”, 324 (5923), 2009, s. 102–105, DOI: 10.1126/science.1171091, ISSN 0036-8075, PMID: 19342591, PMCID: PMC2823371 [dostęp 2019-10-14] (ang.).
  18. ↑ Christopher M. Schonhoff i inni, S -nitrosothiol depletion in amyotrophic lateral sclerosis, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 103 (7), 2006, s. 2404–2409, DOI: 10.1073/pnas.0507243103, ISSN 0027-8424, PMID: 16461917, PMCID: PMC1413693 [dostęp 2019-10-14] (ang.).