酸化還元システム生物学：システイン酸酸酸素のセンチネルを利用する

重要性：細胞の酸化還元プロセスは非常に相互接続されていますが、平衡状態ではなく、幅広い生化学的パラメーターによって支配されています。技術の進歩は、特定の酸化還元プロセスがどのように調節されるかを改善し続けていますが、細胞酸化還元モジュール間の動的相互接続性の幅広い理解は限られたままです。Systems Biologyは、複雑な環境で複数のコンポーネントを調査し、多面的な細胞酸化還元状態に関する統合的な洞察を提供できます。このレビューでは、酸化還元システムの生物学の最先端について説明し、細胞酸化還元ネットワークのマルチパラメーター特性評価のためにレドキソームの何千ものシステインセンサーを利用するための最新の視点と実用的なガイドを提供します。最近の進歩：酸化還元システム生物学は、ゲノムスケールモデルと大規模な公共データセットに適用され、共通の概念に挑戦し、還元主義的アプローチを補完する新しい洞察を提供しました。システインセンチネルのプロテオーム全体の注釈のための公的知識とユーザーフレンドリーなツールの進歩により、システイン酸化還元プロテオミクスデータセットを活用して、空間的、機能的、タンパク質構造情報を提供できるようになりました。重要な問題：酸化還元シグナル伝達ネットワークのシステムレベルの特性を広く特徴付け、実験的に実現可能になるには、利用可能な分析アプローチを慎重に検討する必要があります。システイン酸酸素は、レドックス生物学の多くの側面を統合しているため、有益な焦点です。システイン酸化還元調節、システイン酸化アッセイ、個々のシステインの生物物理学的および生化学的特性のプロテオーム全体の注釈、およびそれらの臨床応用を支配するメカニズムと酸化還元モジュールについて説明します。将来の方向：システムレベルでシステインレドキソームを調査すると、酸化還元シグナル伝達ネットワークの選択性とコンテキスト依存性のメカニズムに関する新しい洞察が明らかになります。

Significance: Cellular redox processes are highly interconnected, yet not in equilibrium, and governed by a wide range of biochemical parameters. Technological advances continue refining how specific redox processes are regulated, but broad understanding of the dynamic interconnectivity between cellular redox modules remains limited. Systems biology investigates multiple components in complex environments and can provide integrative insights into the multifaceted cellular redox state. This review describes the state of the art in redox systems biology as well as provides an updated perspective and practical guide for harnessing thousands of cysteine sensors in the redoxome for multiparameter characterization of cellular redox networks. Recent Advances: Redox systems biology has been applied to genome-scale models and large public datasets, challenged common conceptions, and provided new insights that complement reductionist approaches. Advances in public knowledge and user-friendly tools for proteome-wide annotation of cysteine sentinels can now leverage cysteine redox proteomics datasets to provide spatial, functional, and protein structural information. Critical Issues: Careful consideration of available analytical approaches is needed to broadly characterize the systems-level properties of redox signaling networks and be experimentally feasible. The cysteine redoxome is an informative focal point since it integrates many aspects of redox biology. The mechanisms and redox modules governing cysteine redox regulation, cysteine oxidation assays, proteome-wide annotation of the biophysical and biochemical properties of individual cysteines, and their clinical application are discussed. Future Directions: Investigating the cysteine redoxome at a systems level will uncover new insights into the mechanisms of selectivity and context dependence of redox signaling networks.