2020年4月23日，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在Developmental Cell上發表了題為Transnitrosylation Mediated by the Non-canonical Catalase ROG1 Regulates Nitric Oxide Signaling in Plants的研究論文。該研究首次鑑定到植物轉亞硝基化酶，並揭示了植物NO信號通路調控新機制。
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發揮生物學功能的主要方式之一是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) 。與其它蛋白質翻譯後修飾不同，亞硝基化修飾曾被認為是一個非酶促反應，其特異性主要決定於靶蛋白的結構和NO的局部濃度。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，在不同的物種中gsnor突變均導致NO水平升高以及各種嚴重的缺陷。
近年來的研究發現了一類蛋白可以將其攜帶的NO基團傳遞至另一個蛋白，導致後者的亞硝基化修飾，這一過程被稱為轉亞硝基化修飾 (transnitrosylation)。轉亞硝基化酶 (transnitrosylase) 是介導轉亞硝基化的關鍵。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，但在植物中，尚未發現轉亞硝基化酶。
在這項最新的研究中，左建儒研究組和合作者通過遺傳篩選獲得了擬南芥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。進一步研究發現，
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。有意思的是，該研究發現ROG1是一個過氧化氫酶—CAT3 (catalase 3)。ROG1/CAT3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。隨後，研究人員將ROG1的Cys-343替換為Thr，發現ROG1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後，其轉亞硝基化酶活性升高，而過氧化氫酶活性降低。該研究還對水稻ROG1-like蛋白 (OsCATA)和CAT2-like蛋白(OsCATC) 的特異性酶活進行了分析，也得出相似結論，表明這是植物中一種高度保守的機制。因此，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。
據悉，該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。左建儒研究組博士後陳立超為論文的第一作者，左建儒研究員為通訊作者。該項研究得到國家自然科學基金委、中國科學院、植物基因組學國家重點實驗室的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.03.020
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