S-ニトロソチオール反応性のタンパク質制御：拮抗的な共鳴構造の相互作用

タンパク質ベースのRSNOSタンパク質S-ニトロス化の形成が最近、一酸化窒素の生物学的機能の主要な経路として認識されているため、現在、S-ニトロソチオール（RSNOS）に大きな関心があります。in vivoで特定されたSニトロス化タンパク質の数が増えているにもかかわらず、生物学的RSNOの反応を制御する酵素プロセスはまだよく理解されていません。この記事では、さまざまなモデルを使用して、RSNOとタンパク質の帯電した残基と極性残基の特定の相互作用により、RSNO構造、安定性、および反応性の劇的な変更が得られる可能性があることを計算的に実証します。帯電した種との相互作用に対する-SNOグループのこの前例のない感度は、拮抗的な共鳴構造の観点からエレガントに表現できる異常な電子構造に関連しています。電子構造計算を行わずにタンパク質の-SNOグループに対する環境への影響を推定する効率的な方法として、「リガンド効果マップ」アプローチを提案します。さらに、これらの特定の相互作用の計算された（15）N NMRシグネチャは、（15）N NMR分光法が実験的にこれらの相互作用を特定して研究するための効果的な手法であることを示唆しています。全体として、この研究の結果は、in vivoでのRSNO反応は、RSNO電子構造の変調を介してタンパク質環境によって厳密に制御されるべきであることを示唆しています。

There is currently great interest in S-nitrosothiols (RSNOs) because formation of protein-based RSNOs-protein S-nitrosation-has been recently recognized as a major pathway of the biological function of nitric oxide, NO. Despite the growing number of S-nitrosated proteins identified in vivo, enzymatic processes that control reactions of biological RSNOs are still not well understood. In this article, we use a range of models to computationally demonstrate that specific interactions of RSNOs with charged and polar residues in proteins can result in dramatic modification of RSNO structure, stability, and reactivity. This unprecedented sensitivity of the -SNO group toward interactions with charged species is related to their unusual electronic structure that can be elegantly expressed in terms of antagonistic resonance structures. We propose a 'ligand effect map' (LEM) approach as an efficient way to estimate the environment effects on the -SNO groups in proteins without performing electronic structure calculations. Furthermore, the calculated (15)N NMR signatures of these specific interactions suggest that (15)N NMR spectroscopy can be an effective technique to identify and study these interactions experimentally. Overall, the results of this study suggest that RSNO reactions in vivo should be tightly controlled by the protein environment via modulation of the RSNO electronic structure.