【儀表網 儀表研發】一氧化氮(nitric oxide, NO)是一種高度保守的信號分子，參與調控眾多生物學過程。NO通過對靶蛋白特異半胱氨酸殘基進行S-亞硝基化修飾(S-nitrosylation)是其發揮生物學功能的主要方式之一。與其它蛋白質翻譯后修飾不同，亞硝基化修飾曾被認為是一個非酶促反應，其特異性主要決定于NO的局部濃度和靶蛋白的結構。近年來的研究發現S-亞硝基化修飾選擇性(selectivity)的一種新機制，即一類蛋白可以將其攜帶的NO基團傳遞至另一個蛋白，導致后者的亞硝基化修飾，這一過程被稱為轉亞硝基化修飾(transnitrosylation)，而介導轉亞硝基化的蛋白被稱為轉亞硝基化酶(transnitrosylase)。目前，在動物和大腸桿菌已經發現了數個結構迥異的轉亞硝基化酶。在植物中，尚未發現轉亞硝基化酶。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室左建儒研究組與合作者近發現了植物特異的轉亞硝基化酶。NO的主要生物學活性形式是亞硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione, GSNO)，可被高度保守的GSNO還原酶(GSNO reductase, GSNOR)不可逆分解。因此，GSNOR是調控NO動態平衡的主控因子，不同物種中gsnor突變導致NO水平升高以及各種嚴重的缺陷。通過遺傳篩選，研究團隊獲得了擬南芥gsnor1突變體的抑制子突變rog1(repressor of gsnor1)。除抑制gsnor1突變體的表型外，rog1突變體對NO的敏感性顯著降低，表明ROG1是調控NO信號通路的一個重要組分。分子遺傳學和生物化學研究發現ROG1編碼一個轉亞硝基化酶，其底物之一為GSNOR1本身。ROG1介導GSNOR1的亞硝基化修飾導致其通過自噬途徑被降解，從而形成一個正反饋環調控NO信號通路。
令人吃驚的是ROG1即為過氧化氫酶CAT3 (catalase 3)。ROG1轉亞硝基化酶僅具有很低的過氧化氫酶活性；與之相反，其同源蛋白CAT2具有很高的過氧化氫酶活性但很低的轉亞硝基化酶活性。決定ROG1與CAT2酶活特異性的一個主要因素是其各自特異的Cys-343殘基和Thr-343殘基。將ROG1的Cys-343替換為Thr后，其轉亞硝基化酶活性顯著降低，而過氧化氫酶活性升高；反之，將CAT2中的Thr-343替換為Cys后，其轉亞硝基化酶活性升高，而過氧化氫酶活性降低。對水稻ROG1-like蛋白 (OsCATA)和CAT2-like蛋白(OsCATC)的特異性酶活分析得出相似結論，表明這是植物中一種高度保守的機制。該研究發現了調控植物特異選擇性S-亞硝基化修飾的新機制。
上述研究由左建儒研究組與周儉民研究組、李家洋研究組、河南大學宋純鵬研究組合作完成。相關結果于4月23日在Developmental Cell在線發表(DOI:10.1016/j.devcel.2020.03.020)。左建儒研究組博士后陳立超為論文的第一作者，左建儒為通訊作者。該項研究得到國家自然科學基金委、中科院、植物基因組學國家重點實驗室的資助。
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