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.2019年12月3日;30(6):1152-1170.e13。
doi:10.1016/j.cmet.2019.10.007。 Epub 2019年11月14日。

选择性过硫化物检测揭示了硫硫水合的进化保护抗衰老作用

附属公司

选择性过硫化物检测揭示了硫硫水合的进化保护抗衰老作用

贾斯米娜·齐瓦诺维奇等。 单元格元. .

勘误表in

  • 选择性过硫化物检测揭示了硫硫水合物的进化保护抗衰老作用。
    Zivanovic J、Kouroussis E、Kohl JB、Adhikari B、Bursac B、Schott-Roux S、Petrovic D、Miljkovic JL、Thomas Lopez D、Jung Y、Miler M、Mitchell S、Milosevic V、Gomes JE、Benhar M、Gonzalez Zorn B、Ivanovic Burmazovic I、Torregossa R、Mitchell JR、Whiteman M、Schwarz G、Snyder SH、Paul BD、Carroll KS、Filippovic MR。 Zivanovic J等人。 单元格元数据。2020年1月7日;31(1):207. doi:10.1016/j.cmet.2019.12.001。 单元格元数据。2020 PMID:31914376 免费PMC文章。 没有可用的摘要。

摘要

地球上的生命是在硫化氢(H2S) -亿万年前丰富的环境及其由H介导的蛋白质过硫化2S演变为一种信号机制。蛋白质过硫化(S-硫水合)是活性半胱氨酸残基的翻译后修饰,可调节蛋白质结构和/或功能。过硫化物由于其反应性和与半胱氨酸的相似性,很难标记和研究。在这里,我们报告了一种简单的策略,即使用基于十溴酮的探针进行化学选择性过硫化物生物偶联,以实现广泛实用的生物样品中的高选择性、快速和稳健的过硫化物标记。使用这种方法,我们表明过硫化是一种进化上保守的修饰,细胞利用过硫化波来分解磺酰化并防止不可逆半胱氨酸过氧化保护蛋白质功能。我们报告了一种跨越进化边界的与年龄相关的过硫化下降。因此,通过饮食或药物干预来增加过硫化与延长寿命和提高应对应激刺激的能力有关。

关键词:老化;热量限制;过氧化氢;硫化氢;蛋白质过硫化;氧化还原信号;磺酰化;亚磺化;磺化。

PubMed免责声明

利益冲突声明

利益声明:MW和埃克塞特大学拥有针对线粒体和其他硫化氢传递分子的治疗和农业用途专利。所有其他作者都声明没有相互竞争的利益。

数字

图1。
图1.探测过硫化物标记的二聚酮开关策略。
(A)(上)用二甲酮标记亚硫酸。(下)基于维度的探针结构。(B)提议的dimedone过硫化物标签切换策略。在第一步中,蛋白质与4-氯-7-硝基苯并呋喃(NBF-Cl)反应,标记过硫化物、硫醇、亚硫酸和氨基。与氨基反应产生特征性的绿色荧光。在第二步中,NBF标签被基于二聚酮的探针切换,选择性地标记过硫化物。(C)与100μM N-甲氧羰基青霉胺过硫化物(nmc-PSSH)和100μM NBF-Cl的模型切换反应,然后是500μM二甲酮。MS分析显示4-硫代-7-硝基苯并呋喃(535 nm)和dimedone标记的nmc-青霉胺形成,在MS/MS条件下,其沿蓝色或红色虚线分解。括号中给出的数字表示已计算米/z观察到的离子。(D)100μM nmc-PSSH与100μM NBF-Cl(pH 7.4,23°C)反应的时间分辨光谱。箭头显示NBF-Cl消失,nmc-PSS-NBF加合物在412 nm处出现。(E)向反应混合物中添加200μM dimedone后的时间分辨光谱变化,如(D类)(pH 7.4,23°C)。插图:添加二聚酮后412 nm吸光度最大值的衰减动力学。(F-G)将23μM HSA-SSH与100μM NBF-Cl在磷酸盐缓冲液(50 mM,pH 7.4)中与1%十二烷基硫酸钠在37°C下反应30分钟,然后添加200μM地美酮。UV-Vis光谱变化(F类)和动力学痕迹(G公司)显示422nm吸光度的衰减和535nm峰的出现。
图2。
图2蛋白质过硫化物标记和鉴定。
(A至B)二甲基酮开关法对蛋白质过硫化物的选择性。人血清白蛋白(HSA,A类)和TST(B)被用作模型。用兔抗Dimedone多克隆抗体进行dimedon标记。Ponceau S染色用于蛋白质负荷。(C)解卷积质谱20μM铑(黑色)、用100μM NBF-Cl处理过的铑(蓝色)和先用100μM NBF-Cl-处理过的罗德(红色)。(D)细胞PSSH水平的凝胶内检测。在添加或不添加10 mM NBF-Cl的情况下对HeLa细胞进行裂解,并在添加或未添加DAz-2的情况下探索过硫化物标记,然后使用CuAAC对Cy5-炔烃进行标记。凝胶也用考马斯亮蓝染色。火灾假彩色被用来在视觉上增强信号。绿色荧光对应于总蛋白质负荷(NBF-蛋白质加合物)。(E)MEF细胞用或不用20 mM NBF-Cl样品进行裂解,然后用或不使用20 mM DTT进行处理,并使用CuAAC标记DAz-2/Cy5-炔烃。(F-G型)不同H处理的HeLa细胞蛋白质过硫化水平2S供体:200μM Na2S(高2S) 45分钟,200μM GYY4137 2小时,200 nM AP39 2小时,2 mM D-半胱氨酸(D-Cys)1小时。Cy5/488信号比率用于量化(G公司). 数据显示为3个单独实验的平均值±标准偏差。**与对照组相比p<0.01。(H(H))用于红细胞内源性过硫化蛋白质组分析的方案的示意图。
图3。
图3.细胞内过硫化在进化上由H保守和控制2S产生酶。
(A)细胞内H2γ-裂解酶(CSE)和胱硫醚-β-合酶(CBS)催化S的产生,通过反向转硫途径,以及半胱氨酸分解代谢途径中的3-巯基丙酮酸硫转移酶(MPST)。Hcy:同型半胱氨酸;半胱氨酸:半胱氨酸;3MP:3-巯基丙酮酸;CAT:半胱氨酸转氨酶;DAO:D-氨基酸氧化酶。(B)野生型(WT)和CSE MEF细胞中的PSSH水平−/−老鼠。Cy5/488信号的比率用于量化。n=4.**p<0.01 vs.WT。数据显示为平均值±标准偏差。插图:CSE水平的Western blot分析。n=3。(C)ST中的PSSH水平卫生部第7季度/第7季度和ST卫生部2011年第11季度/2011年第1季度细胞。n=4.**与Q7相比,p<0.01。插图:CSE蛋白表达水平的代表性Western blot。n=3。(D)1和10μM Erastin(18.5小时)对WT MEF细胞中PSSH水平的影响。n=4。**与对照组相比,p<0.01。(E)对照组(C)和用1μM莫能菌素(Mone)处理的WT MEF细胞中的PSSH水平(18小时)。n=3.**与对照组相比,p<0.01。插图:CSE蛋白表达水平的代表性Western blot。n=3。(F)PSSH水平大肠杆菌没有(WT)或带有phsABC操纵子(pSB74质粒),该操纵子编码硫代硫酸盐还原酶并导致H2S生产。两株菌株均用或不用硫代硫酸盐处理(TS,37°C下4小时)。n=3.*与对照组相比,p<0.05,**p<0.01。(G)野生型PSSH水平(N2),cth-1型mpst-3秀丽隐杆线虫突变体。~每个样本16000条蠕虫。Cy5/488信号的比率用于量化。n=3.**与对照组相比,p<0.01。(H)野生型PSSH水平(1w个118)黑腹果蝇以及CSE过度表达水平不同的苍蝇。每个样品3-4只苍蝇。n=3.*与WT相比,p<0.05,**p<0.01。(一)野生型(C57BL/6J)和CSE肾脏提取物中的PSSH水平−/−老鼠。n=3只动物。**与WT相比,p<0.01。(J)健康人体供体红细胞膜和细胞液中的蛋白质过硫化。(K)WT和CSE细胞内过硫化蛋白水平的共焦显微镜图像−/−MEF是否经过200μM Na处理2S(高2S) 或2 mM D-Cys持续1小时。Cy5信号对应于过硫化蛋白,488 nm信号对应于NBF加合物。细胞核DAPI染色。比例尺20μm。(左)抗体微阵列样方法研究特定蛋白质的过硫化状态。所列十种蛋白质的方法示意图(下半部分)和实际读数(上半部分)。来自WT、CSE的细胞裂解物−/−比较用D-Cys(2 mM,1小时)处理的WT MEF。结果显示为3个独立实验的平均值±SD。(百万)人类MnSOD(PDB:1pl4)两个亚基的带状结构,突出半胱氨酸残基和含锰活性位点。(N)MnSOD的过硫化保护其免受H的影响2O(运行)2-诱导失活。用细胞色素c作为报告分子来测量SOD活性,细胞色素c被黄嘌呤/黄嘌呤-氧化物系统产生的超氧物还原。结果显示为3个独立实验的平均值±标准偏差。
图4。
图4.内源性H2S控制H引起的半胱氨酸氧化2O(运行)2.
(A)H之间氧化还原转换的拟议机制2O(运行)2-诱导硫醇氧化和过硫化。(B-D)WT和CSE中的半胱氨酸oxPTM水平−/−100或500μM H处理的MEF细胞2O(运行)215分钟和30分钟。(B)蛋白质磺酰化(PSOH)(用DCP-Bio1标记,用链霉亲和素488可视化)。GAPDH被用作负荷控制。n=4。(C类)蛋白质过硫化(PSSH)(标记为DAz-2:Cy5作为切换剂)。Cy5/488信号的比率用于量化。n=3。(D类)蛋白质亚磺化(PSO2H) (用BioDiaAlk标记,用链霉亲和素Cy5可视化)。GAPDH被用作负荷控制。n=5。PSOH和PSSH值归一化为未处理细胞中的水平。**与未经处理的WT细胞相比,p<0.01;#与未经治疗的CSE相比,p<0.05−/−细胞。(E)DJ-1的过硫化、磺酰化、亚硫酰化和磺化。WT和CSE−/−用100μM H处理MEF细胞2O(运行)215或30分钟,标记PSSH、PSOH和PSO2H、 用固定在琼脂糖珠上的抗DJ-1抗体免疫沉淀,并用抗生物素抗体免疫印迹。用于磺化DJ-1(DJ-1-SOH) ,使用DJ-1的C106磺酸抗体选择性。n=4.**p<0.01 vs.未经治疗的体重。#p<0.05,##p<0.01.vs.未治疗的CSE−/−细胞。
图5。
图5 RTK信号中的蛋白质过硫化波。
(A)表皮生长因子受体(EGFR)激活触发的信号事件示意图。Nox:NADPH氧化酶;AQP:水通道蛋白。(B)用100 ng/mL EGF处理HeLa细胞5、15、30或60分钟后,分析蛋白质磺酰化(用DCP-Bio1标记,用链霉亲和素488显示,用β-微管蛋白作为负荷控制计算水平)和蛋白质过硫化(使用dimedone开关方法,以Cy5作为报告分子,水平计算为Cy5/488荧光读数的比率)。(顶部)PSSH水平的In-gel荧光和PSOH水平的Western blot。(下)表皮生长因子暴露后PSSH和PSOH的时间动态变化。n≥3。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01与对照(0)。(C)在EGF处理之前,用GYY4137(100μM)预处理30分钟,在HeLa细胞中,PSSH和PSOH随着EGF暴露时间的变化而变化。n≥3。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01与对照组相比。(D)在EGF治疗之前,用2 mM抑制剂、氨基氧乙酸(AOAA)和丙炔甘氨酸(PG)混合物(1:1,30分钟)预处理HeLa细胞中,PSSH和PSOH的定量随着EGF暴露时间的变化而变化。n≥3。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01与对照组相比。(E)量化HUVEC中PSSH和PSOH的变化,作为VEGF(40 ng/mL)暴露时间的函数。n≥3。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01与对照组相比。(F)不同胰岛素浓度对神经母细胞瘤(SHSY5Y)细胞PSSH水平的影响及其与胰岛素暴露时间的关系。n≥3。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01与未经治疗相比,##p<0.01 100 nM对200 nM。(G)用100 ng/mL EGF处理HeLa细胞30分钟后EGF受体过硫化,用抗体微阵列载玻片检测两种不同抗体。每种抗体均呈五倍体。进行了2次技术复制。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01 vs.未经治疗(0)。(H)EGF受体酪氨酸1068(Y1068)的时间依赖性磷酸化作为对EGF的反应。HeLa细胞在暴露于EGF(100 ng/mL)之前,用GYY4137(100μM)预处理2小时或不预处理。n=3.**p<0.01 GYY4137治疗组与未治疗组比较。(一)用xCELLigence RTCA DP系统实时测量活细胞中EGF受体的激活。用GYY4137(100μM,30 min)或2 mM AOAA和PG的混合物(1:1,30分钟)预处理HeLa细胞。通过添加150 ng/mL EGF启动EGF受体激活。n=4。数值表示为平均值±标准偏差。**p<0.01与未经治疗的对照组相比。(J)参与EGF信号传导的不同激酶过硫化的抗体微阵列分析。用100 ng/mL EGF处理HeLa细胞30分钟。每种抗体呈五倍体。进行了2次技术复制。(K)与肌动蛋白重塑、细胞骨架调节和细胞运动有关的蛋白质靶点的示意图,发现在100 ng/mL EGF处理30分钟的细胞中,蛋白质靶点被过硫酸化。
图6。
图6蛋白质过硫化的细胞保护作用。
(A)蛋白质过硫化保护作用的拟议机制。Trx-硫氧还蛋白,TrxR-硫氧还原酶。(B)模型反应S公司-硫氰酸盐(SSC)与人硫氧还蛋白(hTrx)。(C)10μM人重组Trx(黑色)和经10μM处理的Trx的解卷积质谱S公司-硫氰酸盐(SSC)(红色)。(D)10μM C35S-Trx MS在与10μM SSC反应之前(黑色)和之后(红色)的反褶积,显示经SSC处理的样品中出现TrxS-S-Cys加合物。(E)的绘图k个光突发事件 与。与人重组Trx反应的SSC浓度。通过测量因半胱氨酸氧化而在Trx中诱导的构象变化,对反应进行荧光测量。数值表示为平均值±标准偏差。n=3。(F)H的毒性2O(运行)2WT和CSE−/−MEF公司。数值表示为平均值±标准偏差。n=3,**p<0.01,与对照组相比。(G-H)使用碘化丙啶(FL2A通道)对细胞死亡进行流式细胞术分析。不同酿酒酵母菌株培养过夜,调整OD600=2,在没有或有10 mM和20 mM H的情况下生长27小时2O(运行)2左上象限用于测量死亡细胞。每次测量分析150000个细胞。n=2.**与同一组未经处理的细胞相比,p<0.01,##与BY4742细胞的相应治疗相比,p<0.01。(I-J)N2的存活曲线,cth-1型mpst-3秀丽隐杆线虫暴露于60 mM百草枯的菌株()和5 mM亚砷酸钠(J型). N> 80条蠕虫。实验一式三份。**与对照组相比,p<0.01。(K)短期(3小时)预先暴露于GYY4137(500μM)或AP39(100 nM)对cth-1秀丽隐杆线虫用60 mM百草枯处理的突变体。N> 80条蠕虫。实验一式三份。**与对照组相比p<0.01。
图7。
图7蛋白质过硫化的抗老化特性。
(A)1个月、3个月、6个月、12个月和24个月龄雄性Wistar大鼠脑提取物中过硫水平的变化,以Cy5/488信号的比率计算。数值表示为平均值±标准偏差。n=3/年龄组。*p<0.05,**p<0.01 vs 1个月(1m)。(B)1月龄、12月龄和24月龄雄性Wistar大鼠皮层CSE、CBS和MST表达水平的免疫组织化学分析。图像代表3只动物/实验组,放大20倍。(C)1月龄、12月龄和24月龄雄性Wistar大鼠心脏的蛋白质过硫化水平(上图)。CSE、CBS和MPST在1、6、12和24个月龄雄性Wistar大鼠心脏中的表达水平(下图)。图片代表了3只动物/实验组。(D)PSSH和PSO2来自同一供体但在31岁和48岁时收集的人类成纤维细胞中的H水平。巯基修饰的量化,在y轴上标记为PSX,表示n=3的平均±SD。**与31岁相比,p<0.01。(E)N2的生存曲线,吃-2,吃-2;cth-1型吃-2;最大功率标准-3双突变体。每行n>100。N2=17.8±0.5天;吃-2=24.5±0.9天;吃-2;cth-1型=20.3±0.6天;eat-2;最大功率标准-3=20.2±0.7天。对于吃-2;cth-1型与。吃-2吃-2;最大功率标准-3与。吃-2p<0.001。(F)N2中的过硫化水平,吃-2,吃-2;cth-1型吃-2;mpst-3秀丽隐杆线虫突变体。数值表示为平均值±标准偏差。每条车道使用约16000条蠕虫的蛋白质提取物。n=3.**与N2相比p<0.01,##p<0.01与。吃-2.(G)N2和cth-1型在缺乏或存在5 mM 2-脱氧-D-葡萄糖(DOG)的情况下生长的突变体。n=每条线110。N2=14.2±0.4天,N2 5 mM DOG=17.2±1.0天;cth-1型=13.3±0.4天;cth-1型5 mM狗=13.7±1.0天。N2 vs.N2 5 mM DOG p=0.005;对于cth-1型与。cth-1型5 mM DOG p=n.s,对于N2 vs。cth-1型p=0.0565。(H)喂食7月龄和20月龄小鼠的衰老诱导PSSH变化随意(AL)和喂食热量限制饮食(CR)的小鼠。n=每组5只动物。**与7月龄AL小鼠相比,p<0.01。(一)腹腔注射D-葡萄糖(2 g/kg体重)的2月龄和12月龄雄性小鼠肌肉组织中PSSH的时间依赖性变化。每组n≥3只动物。**对照组与2个月大的小鼠相比p<0.01,##2个月龄小鼠与12个月龄小鼠相比,p<0.01。(J)经1 mM硫代硫酸盐处理和未经处理的N2蠕虫的过硫化水平。n=3.**与对照组相比,p<0.01。(K)N2的生存曲线秀丽线虫和用1 mM硫代硫酸盐处理的N2。每组n>160。N2=18.5±0.3天,1 mM硫代硫酸盐=20.3±0.4天。p<0.0001

中的注释

  • 气体递质H的中心作用2衰老中的S。
    de Cabo R、Diaz-Ruiz A。 de Cabo R等人。 单元格元数据。2020年1月7日;31(1):10-12. doi:10.1016/j.cmet.2019.11.015。Epub 2019年12月5日。 单元格元数据。2020 PMID:31951564

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