タンパク質中のシステイン残基の機能的多様性とチオールオキシド還元酵素における触媒レドックス活性システインのユニークな特徴

チオール依存性酸化還元システムは、ストレス、シグナル伝達、タンパク質の折り畳みなどの多様な生物学的プロセスの調節に関与しています。チオールベースの酸化還元制御は、チオールオキシドレダクターゼとして知られる酵素の機械的に類似しているが構造的に異なるファミリーによって提供されます。そのような酵素の多くは特徴付けられていますが、生物におけるチオールオキシドレダクターゼのセット全体の同一性と機能は知られていません。極端なシーケンスと構造的分岐により、これらのタンパク質の識別が困難になります。チオール酸化還元酵素には、活性部位にレドックス活性システイン残基、またはその機能的類似体セレノシステインが含まれています。ここでは、ヌクレオチドおよびタンパク質配列データベースにおけるチオール酸化還元酵素のシリコ予測とそのレドックス活性システインの識別のための計算方法について説明します。システイン残基のさまざまな機能カテゴリについて説明し、触媒と非触媒、レドックスと非レドックスシステイン残基の間の識別方法を説明し、進化的保存、二次および3次元構造に基づいた酸化還元活性システインのユニークな特性を強調し、胞子形成剤システインの触媒的に優れたセレノシステイン残基に置き換えます。

Thiol-dependent redox systems are involved in regulation of diverse biological processes, such as response to stress, signal transduction, and protein folding. The thiol-based redox control is provided by mechanistically similar, but structurally distinct families of enzymes known as thiol oxidoreductases. Many such enzymes have been characterized, but identities and functions of the entire sets of thiol oxidoreductases in organisms are not known. Extreme sequence and structural divergence makes identification of these proteins difficult. Thiol oxidoreductases contain a redox-active cysteine residue, or its functional analog selenocysteine, in their active sites. Here, we describe computational methods for in silico prediction of thiol oxidoreductases in nucleotide and protein sequence databases and identification of their redox-active cysteines. We discuss different functional categories of cysteine residues, describe methods for discrimination between catalytic and noncatalytic and between redox and non-redox cysteine residues and highlight unique properties of the redox-active cysteines based on evolutionary conservation, secondary and three-dimensional structures, and sporadic replacement of cysteines with catalytically superior selenocysteine residues.