植物蛋白质S-亚硝基化修饰的检测与分析

S-亚硝基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式, 是指一氧化氮(NO)基团共价连接至靶蛋白特定半胱氨酸残基的自由巯基, 从而形成S-亚硝基硫醇(SNO)的过程。S-亚硝基化修饰广泛存在于各有机体中, 通过改变蛋白质生化活性、稳定性、亚细胞定位以及蛋白质-蛋白质相互作用等机制而调控不同的生物学过程或信号通路。在蛋白质S-亚硝基化检测分析方法中, 最为广泛使用的是生物素转化法(biotin switch assay), 其基本原理是首先封闭未被修饰的自由巯基, 进而将被修饰的SNO基团特异地还原为自由巯基并使用生物素将其特异标记。被生物素标记的半胱氨酸残基(即被修饰位点)可进一步通过蛋白质免疫印迹和/或质谱等方法进行检测分析。该文详细描述了植物蛋白质样品的体内和体外生物素转化法的实验流程, 并对实验过程中的注意事项进行了讨论。     

一氧化氮介导蛋白质亚硝基化与甲基化协调植物非生物胁迫的分子机制

一氧化氮(NO)作为一种具有活性的小分子物质参与众多动植物生理活动。在蛋白转录后修饰方面,NO主要以S-亚硝基化(S-nitrosylation)的形式参与。而甲基化作为另一种蛋白翻译后修饰,在DNA损伤及m RNA翻译方面具有重要作用。虽然近年来有关这2种蛋白翻译后修饰方面的研究成果较多,但是2种途径之间是否存在相互作用却报道较少。近期,我国科学家发现NO可以通过S-亚硝基化修饰PRMT5的第125位半胱氨酸,正向调节该精氨酸甲基转移酶活性。prmt5-1突变体表现出严重的发育障碍且对非生物胁迫敏感。通过互补第125位半胱氨酸点突变PRMT5基因,使之转化为不可被S-亚硝基化修饰的氨基酸后,拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株可恢复突变体的发育障碍,但无法恢复其非生物胁迫敏感表型。实验同时证明,PRMT5蛋白第125位半胱氨酸的S-亚硝基化修饰参与调节NaCl诱导的精氨酸对二甲基化。该研究引领了蛋白S-亚硝基化和蛋白甲基化修饰新方向,开辟了新的研究领域,同时为相关研究树立了新的榜样。     

蛋白质亚硝基化检测和鉴定方法的研究进展

蛋白的亚硝基化是近期发现的一种类似于磷酸化、可逆的、不依赖于环磷酸鸟苷（cGMP）的一氧化氮修饰和调节蛋白功能的新途径。一经发现,有关亚硝基化的研究呈指数级递增。亚硝基化参与从生长发育到抗病、抗逆等多个生理和病理过程。已有大量综述对亚硝基化调控蛋白功能从而影响某一生理生化及病理过程进行了总结。但迄今为止,对检测蛋白亚硝基化的手段和鉴定亚硝基化位点的方法进行总结的文献综述仍屈指可数。据此,我们对蛋白亚硝基化检测手段的发明、改进提高、亚硝基化位点的结构特点以及亚硝基化位点预测软件的开发等进行综述,旨在为该领域内科研工作者提供方便。     

蛋白亚硝基化研究进展及其在植物抗病中的作用

蛋白亚硝基化（S-nitrosylation）是一种在一氧化氮作用下与蛋白半胱氨酸巯基共价结合,使巯基-SH转化为-SNO的反应。作为一种氧化还原依赖的翻译后调控形式,蛋白亚硝基化对多种蛋白的功能具有调节作用,越来越多的证据表明蛋白亚硝基化在植物抗病中发挥重要的作用。简要介绍了蛋白巯基亚硝基化的特点、检测方法、功能研究以及在植物抗病调节方面的最新进展。     

蛋白质巯基亚硝基化与帕金森病

巯基亚硝基化(S-nitrosylation,SNO),即蛋白质中半胱氨酸的巯基与亚硝基基团(NO基团)形成共价键,是一氧化氮(NO)在体内发挥细胞信号转导作用的机制之一。NO通过使某些蛋白质发生SNO,进而可能参与神经退行性疾病如帕金森病(PD)发生的病理机制。深入认识帕金森病发病机制,对人们探索此类神经退行性疾病的新疗法具有重要意义。     

一氧化氮的功能及其作用机制(Ⅱ)——蛋白质巯基亚硝基化修饰

一氧化氮的功能多样,其作用机制也是复杂而相互关联的,是多靶点、多机制同时作用的调控网络。除了经典的cGMP依赖的信号通路外,一氧化氮还能通过对蛋白质的半胱氨酸巯基进行蛋白质翻译后修饰而起作用。蛋白质巯基亚硝基化修饰(protein S-nitrosation)是活性氮对蛋白质半胱氨酸巯基的一种蛋白质翻译后修饰,在一氧化氮的作用机制中占有重要位置。本综述简要总结蛋白质巯基亚硝基化修饰的功能及作用机制。     

蛋白质巯基亚硝基化———一种典型氧化还原依赖的蛋白质翻译后修饰

综述了蛋白质巯基亚硝基化修饰的特点、检测方法、功能研究、相关疾病和发展态势.蛋白质巯基亚硝基化(S-nitrosation)是指一氧化氮(nitricoxide,NO)及其衍生物修饰蛋白质半胱氨酸(cysteine,Cys)巯基—SH生成—SNO,其是一种典型的氧化还原依赖的蛋白质翻译后修饰,也是一氧化氮发挥其广泛信号转导作用的新的重要途径.     

转录因子的巯基亚硝基化修饰及其生理学意义

巯基亚硝基化(S-nitrosylation)修饰是一种一氧化氮(nitric oxide, NO)介导的氧化还原依赖的、可逆性蛋白质翻译后修饰。生理条件下,S-nitrosylation通过调控蛋白质的稳定性、蛋白质活性、亚细胞定位及蛋白质-蛋白质相互作用,在维持细胞稳态中发挥重要作用。而在多种病理条件下,蛋白质S-nitrosylation及其产物表现出异常的升高或降低。转录因子又称反式作用因子,通过识别并结合调控元件而影响基因转录。本文简要综述转录因子的S-nitrosylation修饰的研究进展及其生理学意义。     

亚硝基化在植物细胞死亡及防御反应中的作用

亚硝基化是近年来新发现的不依赖于环磷酸鸟苷的一氧化氮信号转导途径, 是一氧化氮分子通过共价结合修饰靶蛋白的半胱氨酸残基从而改变其功能的过程。该文重点综述了近年来亚硝基化在细胞死亡和抗病反应这两个紧密关联的生物学过程中的最新研究成果, 总结了亚硝基化通过修饰和调控靶蛋白从而促进或抑制细胞死亡和抗病反应, 并对现有研究结果中某些不一致之处提出自己的观点。最后根据动物学领域的最新研究进展对植物学领域未来亚硝基化的研究方向进行了展望。     

蛋白质巯基亚硝基化参与调控一氧化氮介导的心肌缺血预适应

一氧化氮（nitricoxide,NO）作为一种重要的信使分子参与缺血预适应（ischemic preconditioning,IPC）心肌保护。目前普遍认为NO通过经典的NO／cGMP依赖的信号转导途径调节线粒体ATP敏感性钾（ATP-sensitive potassium,KATP通道来发挥其保护作用,然而越来越多的数据表明NO还可能通过蛋白质巯基亚硝基化（S-nitrosylation）来发挥生理功能。蛋白质巯基亚硝基化,即蛋白质半胱氨酸巯基与NO基团形成共价键,是一种氧化还原依赖的蛋白质翻译后可逆修饰。蛋白质巯基亚硝基化不仅可以改变蛋白质的结构和功能,而且还可以阻抑目标半胱氨酸的进一步氧化修饰。IPC增加S-亚硝基硫醇（S-nitrosothi01）含量,引起蛋白质巯基亚硝基化。S-亚硝基硫醇还能发挥药理性预适应作用,抵抗心肌缺血,再灌注损伤。因此,蛋白质巯基亚硝基化是IPC心肌保护的一种重要途径,参与抵抗细胞内氧化应激和亚硝化应激（nitrosative stress）。     

A Multiplex Enzymatic Machinery for Cellular Protein S-nitrosylation

1. Download high-res image (169KB)
2. Download full-size image

     

Protein S-nitrosylation regulates proteostasis and viability of hematopoietic stem cell during regeneration

1. Download : Download high-res image (100KB)
2. Download : Download full-size image

     

S-nitrosylation of fatty acid synthase regulates its activity through dimerization

NO regulates a variety of physiological processes, including cell proliferation, differentiation, and inflammation. S-nitrosylation, a NO-mediated reversible protein modification, leads to changes in the activity and function of proteins. In particular, the role of S-nitrosylation during adipogenesis is largely unknown. We hypothesized that the normal physiological levels of NO, but not the excess levels generated under severe conditions, such as inflammation, may be critically involved in the proper regulation of adipogenesis. We found that endogenous S-nitrosylation of proteins was required for adipocyte differentiation. By performing a biotin-switch assay, we identified FAS, a key lipogenic enzyme in adipocytes, as a target of S-nitrosylation during adipogenesis. Interestingly, we also observed that the dimerization of FAS increased in parallel with the amount of S-nitrosylated FAS during adipogenesis. In addition, we found that exogenous NO enhanced the dimerization and the enzymatic activity of FAS. Moreover, site-directed mutagenesis of three predicted S-nitrosylation sites indicated that S-nitrosylation of FAS at Cys¹⁴⁷¹ and Cys²⁰⁹¹, but not at Cys¹¹²⁷, increased its enzymatic activity. Taken together, these results suggest that the S-nitrosylation of FAS at normal physiological levels of NO increases its activity through dimerization and may contribute to the proper regulation of adipogenesis.     

S-nitrosylation of Cdk5

Aberrant activation of Cdk5 has been implicated in the process of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease (AD). We recently reported that S-nitrosylation of Cdk5 (forming SNO-Cdk5) at specific cysteine residues results in excessive activation of Cdk5, contributing to mitochondrial dysfunction, synaptic damage, and neuronal cell death in models of AD. Furthermore, SNO-Cdk5 acts as a nascent S-nitrosylase, transnitrosylating the mitochondrial fission protein Drp1 and enhancing excessive mitochondrial fission in dendritic spines. However, a molecular mechanism that leads to the formation of SNO-Cdk5 in neuronal cells remained obscure. Here, we demonstrate that neuronal nitric oxide synthase (NOS1) interacts with Cdk5 and that the close proximity of the two proteins facilitates the formation of SNO-Cdk5. Interestingly, as a negative feedback mechanism, Cdk5 phosphorylates and suppresses NOS1 activity. Thus, together with our previous report, these findings delineate an S-nitrosylation pathway wherein Cdk5/NOS1 interaction enhances SNO-Cdk5 formation, mediating mitochondrial dysfunction and synaptic loss during the etiology of AD.     

水稻及其他禾本科植物体内硅结合 蛋白的免疫印迹检测

为了检测硅结合蛋白在水稻和禾本科植物体内的分布,根据硅结合蛋白 (silica-binding protein 117, SBP117) 的氨基酸保守片段和天然抗原表位,合成了 SBP117 的两个肽段做抗原,与匙孔血蓝蛋白载体偶联后免疫兔子,获得了抗 SBP117 的专一性抗体. 蛋白质印迹和免疫印迹检测表明, SBP117 的抗体不仅能识别水稻硅结合蛋白,而且与其他累积硅的禾本科植物中提取的硅结合蛋白有交叉反应,但它不识别不累积硅的双子叶植物番茄叶中的蛋白质以及牛血清蛋白,说明与 SBP117 同源的硅结合蛋白广泛存在于禾本科植物之中. 组织印迹法定位显示, SBP117 主要分布在水稻根茎叶的外表皮中,在根和叶的维管组织中也有分布,这与前人报道的硅在水稻体内的分布是一致的,说明此蛋白质可能参与到诱导和控制硅在植物体内的沉积.     

Formation of protein S-nitrosylation by reactive oxygen species

Abstract

In the present study, the formation of whole cellular S-nitrosylated proteins (protein-SNOs) by the reactive oxygen species (ROS), hydrogen peroxide (H₂O₂), and superoxide (O₂^??) is demonstrated. A spectrum of protein cysteine oxidative modifications was detected upon incubation of serum-starved mouse embryonic fibroblasts with increasing concentrations of exogenous H₂O₂, ranging from exclusive protein-SNOs at low concentrations to a mixture of protein-SNOs and other protein oxidation at higher concentrations to exclusively non-SNO protein oxidation at the highest concentrations of the oxidant used. Furthermore, formation of protein-SNOs was also detected upon inhibition of the antioxidant protein Cu/Zn superoxide dismutase that results in an increase in intracellular concentration of O₂^??. These results were further validated using the phosphatase and tensin homologue, PTEN, as a model of a protein sensitive to oxidative modifications. The formation of protein-SNOs by H₂O₂ and O₂^?? was prevented by the NO scavenger, c-PTIO, as well as the peroxinitrite decomposition catalyst, FETPPS, and correlated with the production or the consumption of nitric oxide (NO), respectively. These data suggest that the formation of protein-SNOs by H₂O₂ or O₂^?? requires the presence or the production of NO and involves the formation of the nitrosylating intermediate, peroxinitrite.