システインスルフィン酸の構造的好み：硫酸塩は、ペプチド骨格との複数の局所的な相互作用に従事しています

システインスルフィン酸（Cys-So2-）は、数百のタンパク質で同定されている非酵素酸化後の翻訳後修飾（PTM）です。しかし、システイン硫化の影響はほとんどの場合理解されていません。Cys-so2-は構造的に特徴的で、長い硫黄炭素と硫黄酸素結合を備えており、その孤独なペアのために硫黄の周りの四面体の形状を伴います。したがって、Cys-So2-は、タンパク質の構造変化を促進できるタンパク質骨格との潜在的な相互作用のユニークな範囲を持っています。ここで、スルフィン酸へのシステイン酸化の構造効果は、NMR分光法、循環二色性、バイオインフォマティクス、および計算研究を使用して、モデルペプチドおよび折り畳まれたタンパク質で調査されました。PDBでは、CYS-SO2-はCYSよりもαヘリックスの優先度が高いことを示しています。さらに、Cys-So2-は、複数のタイプのβターンを含め、φ> 0の構造でより一般的に見られます。硫酸塩酸素は、隣接する（IまたはI+1）アミド水素との水素結合に従事します。硫酸塩の半分以上は、隣接するアミドと少なくとも1つの水素結合があり、いくつかの構造には両方の隣接するアミドと水素結合があります。あるいは、硫黄またはいずれかの酸素が、頻繁にs coまたはタンパク質のファンデルワールス半径の合計を下回る頻度のあるs coまたはo⋯CO距離で示されるように、同じ残基のバックボーンカルボニルとのn→π*相互作用の電子ドナーとして作用することができます。構造。ペプチドでは、n末端でCys-so2が有利なαヘリカル構造を有利にし、ヘリックス双極子効果と硫酸塩促進αヘリックスと骨格の水素結合と一致しました。Cys-so2-は、複数のサイドチェーンバックボーン相互作用との競争により、おそらくCys-shよりもポリプロリンIIヘリックスの傾向しかしかありません。Cys-so2-は、Cys-shに対するβターンのi+1位置を安定化します。タンパク質内では、Cys-So2と比較してCys-So2が利用できるサイドチェーンメイン鎖相互作用の範囲は、サルフィン酸へのシステイン酸化によるタンパク質構造と機能の潜在的な変化の基礎を提供します。

Cysteine sulfinic acid (Cys-SO2-) is a non-enzymatic oxidative post-translational modification (PTM) that has been identified in hundreds of proteins. However, the effects of cysteine sulfination are in most cases poorly understood. Cys-SO2- is structurally distinctive, with long sulfur-carbon and sulfur-oxygen bonds, and with tetrahedral geometry around sulfur due to its lone pair. Cys-SO2- thus has a unique range of potential interactions with the protein backbone which could facilitate protein structural changes. Herein, the structural effects of cysteine oxidation to the sulfinic acid were investigated in model peptides and folded proteins using NMR spectroscopy, circular dichroism, bioinformatics, and computational studies. In the PDB, Cys-SO2- shows a greater preference for α-helix than Cys. In addition, Cys-SO2- is more commonly found in structures with φ > 0, including in multiple types of β-turn. Sulfinate oxygens engage in hydrogen bonds with adjacent (i or i + 1) amide hydrogens. Over half of sulfinates have at least one hydrogen bond with an adjacent amide, and several structures have hydrogen bonds with both adjacent amides. Alternately, sulfur or either oxygen can act as an electron donor for n→π* interactions with the backbone carbonyl of the same residue, as indicated by frequent S⋯CO or O⋯CO distances below the sums of their van der Waals radii in protein structures. In peptides, Cys-SO2- favored α-helical structure at the N-terminus, consistent with helix dipole effects and backbone hydrogen bonds with the sulfinate promoting α-helix. Cys-SO2- has only modestly greater polyproline II helix propensity than Cys-SH, likely due to competition from multiple side chain-backbone interactions. Cys-SO2- stabilizes the i+1 position of a β-turn relative to Cys-SH. Within proteins, the range of side chain-main chain interactions available to Cys-SO2- compared to Cys-SH provides a basis for potential changes in protein structure and function due to cysteine oxidation to the sulfinic acid.