アコニターゼ：反応性種に敏感な非レドックス鉄硫黄タンパク質

哺乳類のアトニターゼ（ミトコンドリアおよびサイトゾルイソザイム）は、金属中心が非レドックス反応の触媒に関与するユニークな鉄硫黄クラスター含有タンパク質です。アコニターゼのキューバン鉄硫黄クラスター内では、4つの鉄イオンのうち3つのみがシステインチオレートリガンドを持っています。4番目の鉄イオン（Feα）は、活性サイトポケット内で溶媒露出し、水または基質のいずれかから酸素原子に結合して脱水します。触媒反応は、中間代謝産物であるCis-Aconitateを使用したクエン酸塩の可逆性異性化です。アコニターゼのサイトゾルアイソフォームは、月明かりの酵素です。細胞内鉄が希少な場合、鉄硫黄クラスターの完全な分解が発生し、アポコニターゼが鉄反応性タンパク質の機能を獲得し、鉄代謝に関与するタンパク質の翻訳を調節します。1980年代後半から1990年代に、累積実験的証拠は、アコニターゼが反応性酸素およびスーパーオキシドラジカル（O2• - ）、過酸化水素（H2O2）、一酸化酸化物（NO）、およびペルオキシリトライトライトなどの窒素種の主要な標的であることを指摘しました。（Onoo-）。これらの中間体はクラスターを酸化することができ、鉄の放出とその結果としてのアコニターゼの触媒活性の喪失につながります。Fe-SクラスターとO2• - の反応は高速（〜107 M-1 S-1）であるため、非常に特異的で、in vivoで可逆的であるため、活性アコニターゼの定量化が使用されており、細胞内のO2• - 形成を評価しています。一方、•NOはアコニターゼと控えめに反応しますが、O2との反応は、Fe-Sクラスターの破壊に容易につながる強力な酸化剤であるOnoo-を生成します。サイトゾルアトニターゼの場合、H2O2および•細胞における鉄反応性タンパク質活性の活性化を促進しないことがわかりました。2000年代のプロテオミクスの進歩により、アコニターゼは細胞モデルおよびin vivoにおける反応性種の主要な標的であり、タンパク質ニトロ化やカルボニル化などの翻訳後の酸化的修飾が検出されたことが確認されました。本明細書では、これらのタンパク質を反応性種の特異的標的にするアコニターゼの特定の構造的特徴の概要を説明します。）アコニターゼのさまざまな酸化後の翻訳後修飾が、アコニターゼのさまざまな機能にどのように影響するかを議論し、（4）これらのタンパク質がさまざまな細胞区画内のレドックスセンサーとしてどのように機能し、ミトコンドリアからのクエン酸濃度と排出を調節し、シトゾールの鉄の利用可能性を調節するかについて議論します。および細胞酸化剤の産生。

Mammalian aconitases (mitochondrial and cytosolic isoenzymes) are unique iron-sulfur cluster-containing proteins in which the metallic center participates in the catalysis of a non-redox reaction. Within the cubane iron-sulfur cluster of aconitases only three of the four iron ions have cysteine thiolate ligands; the fourth iron ion (Feα) is solvent exposed within the active-site pocket and bound to oxygen atoms from either water or substrates to be dehydrated. The catalyzed reaction is the reversible isomerization of citrate to isocitrate with an intermediate metabolite, cis-aconitate. The cytosolic isoform of aconitase is a moonlighting enzyme; when intracellular iron is scarce, the complete disassembly of the iron-sulfur cluster occurs and apo-aconitase acquires the function of an iron responsive protein and regulates the translation of proteins involved in iron metabolism. In the late 1980s and during the 1990s, cumulative experimental evidence pointed out that aconitases are main targets of reactive oxygen and nitrogen species such as superoxide radical (O2•-), hydrogen peroxide (H2O2), nitric oxide (•NO), and peroxynitrite (ONOO-). These intermediates are capable of oxidizing the cluster, which leads to iron release and consequent loss of the catalytic activity of aconitase. As the reaction of the Fe-S cluster with O2•- is fast (∼107 M-1 s-1), quite specific, and reversible in vivo, quantification of active aconitase has been used to evaluate O2•- formation in cells. While •NO is modestly reactive with aconitase, its reaction with O2•- yields ONOO-, a strong oxidant that readily leads to the disruption of the Fe-S cluster. In the case of cytosolic aconitase, it has been seen that H2O2 and •NO promote activation of iron responsive protein activity in cells. Proteomic advances in the 2000s confirmed that aconitases are main targets of reactive species in cellular models and in vivo, and other post-translational oxidative modifications such as protein nitration and carbonylation have been detected. Herein, we (1) outline the particular structural features of aconitase that make these proteins specific targets of reactive species, (2) characterize the reactions of O2•-, H2O2, •NO, and ONOO- and related species with aconitases, (3) discuss how different oxidative post-translational modifications of aconitase impact the different functions of aconitases, and (4) argue how these proteins might function as redox sensors within different cellular compartments, regulating citrate concentration and efflux from mitochondria, iron availability in the cytosol, and cellular oxidant production.