【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】一氧化氮(nitric oxide, NO)是一種高度保守的信號分子，參與調(diào)控眾多生物學(xué)過程。NO通過對靶蛋白特異半胱氨酸殘基進(jìn)行S-亞硝基化修飾(S-nitrosylation)是其發(fā)揮生物學(xué)功能的主要方式之一。與其它蛋白質(zhì)翻譯后修飾不同，亞硝基化修飾曾被認(rèn)為是一個非酶促反應(yīng)，其特異性主要決定于NO的局部濃度和靶蛋白的結(jié)構(gòu)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)S-亞硝基化修飾選擇性(selectivity)的一種新機(jī)制，即一類蛋白可以將其攜帶的NO基團(tuán)傳遞至另一個蛋白，導(dǎo)致后者的亞硝基化修飾，這一過程被稱為轉(zhuǎn)亞硝基化修飾(transnitrosylation)，而介導(dǎo)轉(zhuǎn)亞硝基化的蛋白被稱為轉(zhuǎn)亞硝基化酶(transnitrosylase)。目前，在動物和大腸桿菌已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個結(jié)構(gòu)迥異的轉(zhuǎn)亞硝基化酶。在植物中，尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)亞硝基化酶。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物基因組學(xué)國家重點實驗室左建儒研究組與合作者近發(fā)現(xiàn)了植物特異的轉(zhuǎn)亞硝基化酶。NO的主要生物學(xué)活性形式是亞硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione, GSNO)，可被高度保守的GSNO還原酶(GSNO reductase, GSNOR)不可逆分解。因此，GSNOR是調(diào)控NO動態(tài)平衡的主控因子，不同物種中g(shù)snor突變導(dǎo)致NO水平升高以及各種嚴(yán)重的缺陷。通過遺傳篩選，研究團(tuán)隊獲得了擬南芥gsnor1突變體的抑制子突變rog1(repressor of gsnor1)。除抑制gsnor1突變體的表型外，rog1突變體對NO的敏感性顯著降低，表明ROG1是調(diào)控NO信號通路的一個重要組分。分子遺傳學(xué)和生物化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)ROG1編碼一個轉(zhuǎn)亞硝基化酶，其底物之一為GSNOR1本身。ROG1介導(dǎo)GSNOR1的亞硝基化修飾導(dǎo)致其通過自噬途徑被降解，從而形成一個正反饋環(huán)調(diào)控NO信號通路。
令人吃驚的是ROG1即為過氧化氫酶CAT3 (catalase 3)。ROG1轉(zhuǎn)亞硝基化酶僅具有很低的過氧化氫酶活性；與之相反，其同源蛋白CAT2具有很高的過氧化氫酶活性但很低的轉(zhuǎn)亞硝基化酶活性。決定ROG1與CAT2酶活特異性的一個主要因素是其各自特異的Cys-343殘基和Thr-343殘基。將ROG1的Cys-343替換為Thr后，其轉(zhuǎn)亞硝基化酶活性顯著降低，而過氧化氫酶活性升高；反之，將CAT2中的Thr-343替換為Cys后，其轉(zhuǎn)亞硝基化酶活性升高，而過氧化氫酶活性降低。對水稻ROG1-like蛋白 (OsCATA)和CAT2-like蛋白(OsCATC)的特異性酶活分析得出相似結(jié)論，表明這是植物中一種高度保守的機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)了調(diào)控植物特異選擇性S-亞硝基化修飾的新機(jī)制。
上述研究由左建儒研究組與周儉民研究組、李家洋研究組、河南大學(xué)宋純鵬研究組合作完成。相關(guān)結(jié)果于4月23日在Developmental Cell在線發(fā)表(DOI:10.1016/j.devcel.2020.03.020)。左建儒研究組博士后陳立超為論文的第一作者，左建儒為通訊作者。該項研究得到國家自然科學(xué)基金委、中科院、植物基因組學(xué)國家重點實驗室的資助。
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