メカニズムベースのプロテオームスクリーニングは、チオレドキシン様タンパク質の標的を特定します

チオレドキシン（TRX）折りたたみタンパク質は、チオールベースのレドックス制御の影響を受ける多数の細胞経路の主人公です。タンパク質中のチオールの最も特徴的な調節因子はTRX1自体であり、チオレドキシン還元酵素1（TR1）およびペルオキシレドキシン（PRXS）とともに、哺乳類細胞の主要な酸化還元調節系を構成します。ただし、他の多くのTRX様タンパク質があり、その機能と酸化還元相互作用は不明です。また、TRX1ベースのレドックス制御の原理がこれらのタンパク質に適用されるかどうかは不明です。ここでは、CXXCモチーフを含む4つのTRX様タンパク質、すなわちTRX1、RDX12、TRX様タンパク質1（TXNL1）およびヌクレオエオキシン1（NRX1）にプロテオミクス戦略を採用しました。PRXSはTRX1の主要な酸化還元ターゲットとして検出されましたが、このアプローチは、TRX1還元剤であるTR1およびミトコンドリア間膜間タンパク質AIFおよびMIA40の検出もサポートしました。さらに、グルタチオンペルオキシダーゼ4はRDX12酸化還元標的であることがわかりました。対照的に、TXNL1とNRX1の酸化還元ターゲットは検出できず、CXXCモチーフが細胞タンパク質と混合ジスルフィドに関与していないことを示唆しています。一部のTRX様タンパク質の場合、この方法により、酸化還元と非レドックスの相互作用を区別できました。複数のチオール酸化還元酵素の並行して比較分析により、CXXCモチーフの機能の違いが明らかになり、細胞プロセスのチオールベースのレドックス制御に関する重要な洞察が提供されました。

Thioredoxin (Trx)-fold proteins are protagonists of numerous cellular pathways that are subject to thiol-based redox control. The best characterized regulator of thiols in proteins is Trx1 itself, which together with thioredoxin reductase 1 (TR1) and peroxiredoxins (Prxs) comprises a key redox regulatory system in mammalian cells. However, there are numerous other Trx-like proteins, whose functions and redox interactors are unknown. It is also unclear if the principles of Trx1-based redox control apply to these proteins. Here, we employed a proteomic strategy to four Trx-like proteins containing CXXC motifs, namely Trx1, Rdx12, Trx-like protein 1 (Txnl1) and nucleoredoxin 1 (Nrx1), whose cellular targets were trapped in vivo using mutant Trx-like proteins, under conditions of low endogenous expression of these proteins. Prxs were detected as key redox targets of Trx1, but this approach also supported the detection of TR1, which is the Trx1 reductant, as well as mitochondrial intermembrane proteins AIF and Mia40. In addition, glutathione peroxidase 4 was found to be a Rdx12 redox target. In contrast, no redox targets of Txnl1 and Nrx1 could be detected, suggesting that their CXXC motifs do not engage in mixed disulfides with cellular proteins. For some Trx-like proteins, the method allowed distinguishing redox and non-redox interactions. Parallel, comparative analyses of multiple thiol oxidoreductases revealed differences in the functions of their CXXC motifs, providing important insights into thiol-based redox control of cellular processes.