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산화질소(NO) 신호 전달의 새로운 패러다임인 S-니트로소화는 무엇인가요? S-니트로소화는 세포가 산화 스트레스로부터 자신을 보호하고 ROS 수준을 감소시키는 핵심적인 산화환원 신호 전달 메커니즘이며, 다양한 질병의 발생 및 진행과 밀접하게 관련되어 있습니다.

## 1. 산화질소(NO) 신호 전달의 새로운 패러다임, S-니트로소화 

**S-니트로소화**는 산화질소(NO)가 시스테인 단백질에 결합하여 세포의 산화 스트레스를 조절하고 다양한 질병과 관련된 중요한 신호 전달 방식이다.

### 1.1. 산화질소(NO)의 생성과 역할 

1. **산화질소(NO)의 생성** 

  1. 산화질소(NO)는 L-아르기닌이 NO 합성효소**(NOS)**에 의해 대사되어 생성되는 반응성이 높은 분자이다. 

2. **NO 신호 전달의 구획화** 

  1. 초기에는 NO가 자유롭게 확산되는 기체로 여겨졌으나, 최근 연구에 따르면 NO의 생성과 신호 전달은 **NOS**의 위치와 **S-니트로소화** 반응 특성으로 인해 구획화되어 공간적으로 조절된다. 

  2. **NOS**는 대부분 막과 세포소기관에 위치하며, 그곳에서 생성된 NO는 인접한 분자와 빠르게 반응하여 소모된다. 

  3. **S-니트로소화**는 시스테인의 반응성 티올기에 니트로실기를 선택적으로 결합시키는 공유 결합성 번역 후 변형으로, **S-니트로소티올(SNO)**을 형성한다. 

  4. **S-니트로소화**는 특정 시스테인 티올기에서만 일어나지만, 전이 니트로소화 반응을 통해 니트로실기가 두 상호작용 단백질 사이에서 전달되어 NO 신호를 멀리 떨어진 위치로 전달할 수 있다. 

  5. **NOS**가 다양한 세포 내 위치에 존재하므로, 스트레스는 서로 다른 신호 전달 경로에 관여하는 수많은 단백질의 **S-니트로소화** 및 **전이 니트로소화**를 동시에 유발할 수 있다. 

3. **S-니트로소화의 중요성** 

  1. **S-니트로소화**는 세포가 산화 스트레스로부터 자신을 보호하는 **산화환원 신호 전달의 새로운 패러다임**으로 주목받고 있다. 

  2. 이는 **비고전적 NO 기능**의 주요 메커니즘으로, 단백질 구조 변화, 단백질-단백질 상호작용 변화, 인산화, 아세틸화, 유비퀴틴화 및 이황화 결합 형성 등 추가적인 번역 후 변형을 가능하게 한다. 

  3. 낮은 수준의 활성산소종**(ROS)**이 존재할 때, **S-니트로소화**는 NO를 제거하여 **ROS**와의 반응을 방지하고, **ROS** 매개 산화로부터 시스테인 티올을 보호한다. 

### 1.2. NO의 이중적 효과와 신호 전달 방식 

1. **NO의 직접적 및 간접적 효과** 

  1. **직접적 효과**: NO는 많은 항산화 메커니즘 및 기타 생화학적 활동에 관여한다. 

  2. **간접적 효과**: 높은 농도의 **ROS**가 존재할 경우, NO는 **ROS**와 반응하여 강력한 산화제인 반응성 질소종을 형성하고, 이는 다양한 생체 분자를 산화적으로 손상시킨다. 

2. **NO의 고전적 및 비고전적 신호 전달** 

  1. **고전적 신호 전달**: NO는 구아닐릴 시클라제(sGC)의 헴 철에 결합하여 cGMP 생성을 유도하고, 이는 cGMP 의존성 단백질 키나제(PKG) 경로를 활성화한다. 

  2. **비고전적 신호 전달**: 시스테인 티올의 NO 의존적 공유 결합 변형인 S-니트로소화가 주요 메커니즘이다. 

  1. **S-니트로소화**는 단백질 구조 변화, 단백질-단백질 상호작용 변화, 인산화, 아세틸화, 유비퀴틴화 및 이황화 결합 형성 등 추가적인 번역 후 변형을 가능하게 한다. 

  2. 낮은 수준의 **ROS**가 존재할 때, **S-니트로소화**는 NO를 제거하여 **ROS**와의 반응을 방지하고, **ROS** 매개 산화로부터 시스테인 티올을 보호한다. 

  3. 그러나 매우 높은 수준의 **ROS**에서는 NO가 **ROS**와 반응하여 **반응성 질소종**을 형성할 수 있다. 

### 1.3. S-니트로소화의 광범위한 조절 기능 및 질병 관련성 

1. **다양한 생물학적 과정 조절** 

  1. **S-니트로소화**는 단백질 안정성/회전율, 스테로이드 합성, 전사 조절, DNA 손상 복구, 세포 성장/분화, 세포사멸 및 산화환원 조절을 포함한 3000개 이상의 단백질을 조절할 수 있다. 

2. **질병 발생 및 진행과의 관련성** 

  1. **S-니트로소화**의 조절 이상은 다양한 질병의 발생 및 진행과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 

3. **향후 연구 방향** 

  1. 본 연구는 **S-니트로소화**가 세포 및 조직의 산화환원 조절에 어떻게 작용하는지에 대한 최근 연구 결과를 제시한다. 

  2. 특히 **미토콘드리아, 핵, 세포외 환경**과 같이 ROS를 생성하거나 억제하는 다양한 메커니즘을 갖춘 세포 내 위치에 초점을 맞출 것이다. 

  3. 또한, **S-니트로소화**의 조절 이상이 어떻게 질병으로 이어지는지 논의할 것이다. 

## 2. 산화질소(NO)의 산화환원 조절 역할 및 생화학적 특성 

산화질소(NO)는 농도에 따라 항산화제 또는 친산화제로 작용하며, NO 합성효소**(NOS)**에 의해 생성되고 S-니트로소화를 포함한 다양한 생화학적 반응을 통해 세포 기능을 조절한다.

### 2.1. 산화질소(NO)의 이중적 역할 

1. **NO의 반응성 및 기능** 

  1. NO는 반감기가 0.09~2초인 반응성 기체 신호 분자이다. 

  2. NO는 **질산화효소(NOS)**에 의해 생성되며 신경 전달, 근육 및 혈관 확장, 염증 신호 전달 등 다면적인 기능에 관여한다. 

  3. 또한, 조직 형태 형성, 극성 형성, 세포 성장 및 운동 조절과 같은 기능도 수행한다. 

2. **NO의 항산화 및 친산화 메커니즘** 

  1. **항산화제로서의 NO**: 세포 과정을 조절하여 산화 손상으로부터 세포와 조직을 보호한다. 

  1. NO 전처리는 과산화수소에 의한 산화 스트레스로부터 세포를 보호하며, 면역 세포에서 **NADPH 산화효소**에 의한 ROS 생성을 억제할 수 있다. 

  2. 허혈-재관류로 인한 조직 손상에 대한 NO 전처리의 유익한 효과가 임상 시험에서 보고되었다. 

  2. **친산화제로서의 NO**: 분자 산소 또는 **ROS**(특히 초산화물)와 반응하여 강력한 산화제인 **반응성 질소 산화물 종(RNOS)**으로 전환될 수 있으며, 이는 다양한 생체 분자를 산화적으로 손상시킨다. 

3. **NO 농도에 따른 효과 변화** 

  1. NO가 항산화 효과를 나타내는지 또는 친산화 효과를 나타내는지는 NO 농도에 따라 달라진다. 

  2. **낮은 NO 농도**: 생물학적 표적과의 직접적인 상호작용을 통해 항산화 효과를 나타낼 가능성이 높다. 

  3. **높은 NO 농도**: 분자 산소 또는 **ROS**와의 반응으로 생성된 **RNOS**를 통해 간접적으로 친산화 효과를 나타낼 가능성이 높다. 

  4. NO의 임계 농도는 약 1 μM 정도이며, 이 농도를 기준으로 효과가 직접적인지 간접적인지가 결정된다. 

### 2.2. NO 생성원의 공간적 조절 및 구획화 

1. NOS** 동형 단백질의 종류 및 위치** 

  1. 포유류 세포에는 NO를 생성하는 세 가지 동형의 **NOS**(NOS1-3)가 있다. 

  2. **NOS-1(신경 NOS, nNOS)**과 **NOS-3(내피 NOS, eNOS)**은 구성적 **NOS**이며, 다양한 세포 소기관에 존재하는 막 결합 단백질 복합체의 일부이다. 

  3. **NOS-2(유도성 NOS, iNOS)**는 염증 세포에서 처음에는 세포질에 발현되지만, 국소 NO 농도를 높이기 위해 식세포소 또는 과산화소체로 이동하여 NO가 초산화물과 반응하여 과산화질소를 형성하여 병원균을 죽인다. 

2. **NO 효과의 결정 요인** 

  1. NO의 항산화제와 친산화제로서의 양면적 효과는 국소 농도를 결정하는 NO의 공급원과 위치에 따라 달라진다. 

### 2.3. 산화질소 합성효소(NOS)의 생화학적 특성 

1. **NOS의 구조 및 활성 조절** 

  1. 포유류 **NOS**는 약 50%의 상동성을 갖는 세 가지 동형 단백질(NOS1-3)로 구성된 이량체이다. 

  2. **NOS-1**과 **NOS-3**은 항상 발현되며, 그 활성은 인산화, S-니트로소화, 단백질 상호작용, 보조인자/기질, 칼슘 농도와 같은 번역 후 조절을 받는다. 

  3. **NOS-2**의 발현은 염증 신호에 반응하여 많은 양의 NO를 생성하도록 유도적으로 조절된다. 

  4. 미토콘드리아는 기질과 내막에 **mtNOS**(nNOS 동족체)를 가지고 있으며, 미토콘드리아의 산소 소비 및 생합성 조절에 관여하지만, 그 존재 여부는 논쟁 중이다. 

2. **NOS의 NO 생성 메커니즘** 

  1. **NOS**는 두 개의 동일한 단량체가 아연 이온에 의해 연결된 이량체이며, 기질인 L-아르기닌과 보조인자인 테트라하이드로비오프테린**(BH4)**에 결합하여 이량체 형성, 기질 결합 및 효소 기능을 촉진한다. 

  2. 각 **NOS** 단량체는 카르복실 말단 환원효소 도메인과 아미노 말단 산소화효소 도메인으로 구성되며, 이들은 칼모듈린에 결합하는 연결 부위로 연결되어 있다. 

  3. **BH4**는 환원효소 도메인의 FMN에서 산소화효소 도메인의 헴으로 전자 전달을 촉진하여 헴의 3가 철 중심을 2가 철 중심으로 환원시키고, 이 2가 철은 분자 산소와 반응하여 L-아르기닌의 구아니딘 부분을 산화시켜 L-시트룰린과 NO를 생성한다. 

### 2.4. BH4 결핍과 NO 생성 이상 

1. **BH4 결핍 시 NOS의 변화** 

  1. 기질 L-아르기닌의 가용성이 감소하거나 **BH4** 수준이 부족하면 NOS는 "비결합"되어 이합체화할 수 없게 된다. 

  2. 비결합된 **NOS**는 NO를 생성하는 대신 산소화효소 도메인의 헴에서 초산화물(O2•−)을 생성하며, 이는 **BH4**를 디하이드로비오프테린(BH2)으로 산화시켜 **BH4** 수준을 더욱 낮춘다. 

2. **BH4 결핍의 원인 및 질병 관련성** 

  1. **BH4** 결핍은 당뇨병, 비만, 심혈관 질환 및 암과 같은 만성 질환에서 NO 결핍의 주요 원인이다. 

  2. **BH4** 결핍은 고산소 환경에서 **BH2**로의 산화적 분해 또는 과산화수소, 페록시나이트라이트, 헴과 같은 다양한 생물학적 산화제에 의한 분해 때문일 수 있다. 

  3. 또한, **BH4**를 생성하는 효소(GTP 시클로히드로라제 1, GCH1)의 결핍 때문일 수도 있으며, 이는 신경계 및 대사 장애에서 **BH4** 결핍의 주요 유전적 원인이다. 

### 2.5. NO 신호 전달 방식: 고전적 vs. 비고전적 

1. **고전적 NO 신호 전달** 

  1. NO는 가용성 구아닐릴 시클라제(sGC)의 헴 그룹에 결합하여 GTP를 cGMP로 전환하는 효소 활성을 촉진한다. 

  2. cGMP는 2차 전달자 역할을 하며 cGMP 의존성 단백질 키나제(PKG)를 활성화시켜 신경 세포에서는 신경전달을, 혈관에서는 혈관 확장을 유발한다. 

  3. 이러한 경로는 NO 생성원으로부터 비교적 먼 거리를 거쳐 신호가 전달되는 "장거리" 신호전달 방식이다. 

2. **비고전적 NO 신호 전달** 

  1. NO 및 NO 유도체에 의한 생체 분자의 공유 결합 번역 후 변형을 포함하며, 단백질 티올의 S-니트로소화, 전이 금속의 금속 니트로소화, 다양한 분자의 산화적 질산화 또는 수산화 등이 있다. 

  2. 이러한 경로는 NO 공급원으로부터 비교적 가까운 거리, 그리고 종종 특정 세포 소기관 내에서 효과가 나타나기 때문에 "단거리" 경로라고 한다. 

  3. 그러나 최근 연구 결과에 따르면 단백질 **S-니트로소화**는 전이 니트로소화를 통해 서로 다른 세포 소기관 사이의 경계를 넘어 전파될 수 있음이 밝혀졌다. 

  4. **S-니트로소화**는 세포가 산화 스트레스로부터 스스로를 보호하고 ROS 수준을 감소시키는 산화환원 신호 전달의 새로운 패러다임이다. 

### 2.6. 니트로실화 반응의 종류 

1. **S-니트로실화** 

  1. 시스테인의 티올기에서 니트로실화가 일어나면 **S-니트로실화**라고 한다. 

  2. **S-니트로소화**는 단백질 구조 변화, 단백질-단백질 상호작용, 그리고 인산화, 아세틸화, 유비퀴틴화, 이황화 결합 형성 등의 추가적인 번역 후 변형을 조절하는 보편적인 조절 메커니즘이다. 

  3. **S-니트로소화**는 전사 조절, DNA 손상 복구, 세포 성장/분화, 세포사멸 등 다양한 과정을 조절한다. 

  4. **S-니트로소화**의 균형 조절은 정상적인 병태생리에 필수적이지만, 조절 장애는 질병 상태로 이어진다. 

2. **금속 니트로실화** 

  1. 전이 금속(예: 금속효소의 촉매 부위)에서 니트로실화가 일어나면 **금속 니트로실화**라고 한다. 

  2. sGC의 2가 철(Fe II) 헴에 NO가 결합하면 활성화로 이어지는 구조적 변화가 유도되는 반면, 미토콘드리아 전자 전달 사슬의 시토크롬 c 산화효소의 헴에 NO가 결합하면 비활성화된다. 

  3. NO는 또한 산소 및 일산화탄소보다 높은 친화도로 2가 철 헤모글로빈에 결합하여 허혈-재관류와 같은 고산소 조건에서 조직을 산소 독성으로부터 보호한다. 

3. **니트로화** 

  1. 높은 농도의 NO와 **ROS**(특히 초산화물)가 존재할 경우, 두 분자는 반응하여 매우 파괴적인 과산화질산염을 생성한다. 

  2. **과산화질산염**은 산성 pH에서 지질을 과산화시키고, 티로신, 티올, 아민 및 지방산을 질산화시키며, 구아닌 뉴클레오티드를 수산화시킬 수 있다. 

  3. 티로신이 질산화된 단백질은 산화/질산화 스트레스의 지표이며, 20S 프로테아좀에 의해 분해된다. 

  4. 반면에 질산화된 불포화 지방산은 항염증 신호를 나타내는 니트로알켄 또는 니트로하이드록실 유도체를 형성한다. 

### 2.7. S-니트로실화의 생화학적 기전 

1. **NO의 산화 상태 증가 필요성** 

  1. NO 자체는 산화제가 아니며 단백질 티올과 강하게 반응하지 않으므로, 대부분의 S-니트로실화의 경우 NO는 먼저 산소와 반응하여 산화 상태를 증가시킨 다음 티올과 반응한다. 

2. **다양한 S-니트로실화 반응 경로** 

  1. **경로 1 (자동 산화)**: NO는 O2와 반응하여 일련의 질소 산화물(자동 산화)을 형성하고, N2O3는 단백질 티올과 반응하여 아질산염과 니트로소티올을 생성한다. 이 반응 속도는 NOS의 주요 위치인 막과 같은 소수성 환경에서 증가한다. 

  2. **경로 2 (티올 라디칼 매개)**: NO는 O2와 반응하여 NO2를 형성하고, NO2는 티올과 반응하여 티올 라디칼과 아질산염을 생성한다. 그런 다음 NO는 티올 라디칼과 반응하여 니트로소티올을 형성한다. 

  3. **경로 3 (직접 반응)**: 티올 라디칼이 존재하는 경우 NO는 그것과 직접 반응하여 니트로소티올을 형성한다. 

  4. **경로 4 (금속 촉매 반응)**: NO는 금속 효소 내의 Fe3+ 또는 Cu2+와 같은 전이 금속에 의해 산화되어 니트로소늄(NO+)을 형성하고, 니트로소늄은 촉매 중심 근처의 티올과 반응하여 니트로소티올을 형성한다. 

### 2.8. S-니트로실화 반응의 특이성 

1. **표적 시스테인의 NO 공급원 근접성** 

  1. **S-니트로실화** 가능성을 높이기 위해 표적 시스테인은 NO 공급원 근처에 있어야 한다. 

  2. **NOS 자체**: 구성적 **NOS**(NOS-1 및 NOS-3)의 **S-니트로실화**는 이량체화를 억제하여 활성화를 저해하며, 이는 자체 차단 메커니즘으로 작용할 수 있다. 

  3. **NOS와 직접 상호작용하는 단백질**: **NOS-1**은 DLG4 및 Dexras1과 상호작용하며, **NOS-3**은 Hsp90과 상호작용하고, **NOS-2**는 S100A8 및 S100A9와 상호작용하며, 이들 모두 **S-니트로실화**된다. 

  4. **S-니트로실화 단백질(S-니트로실화효소)에 의해 전이 니트로실화되는 단백질**: S100A8/A9는 **NOS-2**에 의해 **S-니트로실화**된 후 비멘틴과 같은 상호작용 단백질로 니트로실기를 전달하여 항염증 효과를 부여한다. 

2. **특이적 시그니처 모티프** 

  1. 표적 시스테인은 **NOS**에 의해 특이적으로 인식되는 시그니처 모티프 I/LXC-X2-D/E 내에 있어야 하며, 이 모티프는 넓은 표면적을 형성하는 α-나선 내에 있어야 한다. 

  2. 또한, 표적 시스테인 티올은 인접한 하전된 잔기(<6 Å)와 정전기적으로 상호작용하여 친핵성(즉, 반응성)을 증가시켜 니트로실 그룹과의 반응성을 촉진해야 한다. 

3. **소수성 환경의 중요성** 

  1. 표적 시스테인은 3차 단백질 구조 또는 막에 의해 형성된 고도로 소수성인 영역 내에 있어야 한다. 

  2. NO 의존성 아미노산 산화는 분자 산소에 의한 NO 산화에 선행되어 질소 산화물(NO2)과 N2O3의 형성을 유도하며, 이는 니트로실기의 환원 전위를 최대 10배까지 증가시킨다. 

  3. NO와 분자 산소의 반응이 매우 중요하기 때문에 단백질의 **S-니트로실화**는 소수성 기체, NO 및 분자 산소를 끌어당길 수 있는 소수성 영역의 시스테인에서 우선적으로 발생하며, 반응 속도를 30~300배까지 향상시킨다. 

4. **적절한 환경 조건** 

  1. 어떤 티올이 **S-니트로소화**되는지, 니트로소티올의 안정성은 맥락과 환경적 요인에 따라 달라진다. 

  2. 티올의 pKa는 주변 잔기의 산성도와 염기성에 큰 영향을 받으며, 가까운 위치에 부피가 큰 아미노산 잔기가 존재하면 표적 시스테인에 입체적 장애가 발생한다. 

  3. 따라서 **S-니트로실화**의 표적이 되는 시스테인은 pKa가 낮고 6Å 이내에 산성 및 염기성 잔기로 둘러싸여 있으며(티올의 친핵성을 촉진함) 8Å 이내에 부피가 큰 잔기가 거의 없는(입체적 장애가 적음) 시스테인이다. 

  4. 또한 산성 pH와 ROS 존재 하에서 동일한 티올은 NO에 의한 니트로화(산화)의 표적이 될 수 있으며, 이는 **S-니트로실화**를 억제한다. 

### 2.9. S-니트로소화 수준을 조절하는 기타 요인 

1. **산화환원 상태** 

  1. 세포의 환원 전위를 높이는 높은 수준의 항산화제는 **S-니트로실화**를 방지할 수 있는 반면, 항산화제의 감소는 **S-니트로실화**를 촉진한다. 

  2. 예를 들어, 항산화제인 글루타티온(GSH)의 고갈은 미토콘드리아 단백질의 **S-니트로실화**를 증가시켜 세포를 티올 산화, 투과성 증가 및 세포사멸로부터 보호한다. 

2. **탈니트로소화** 

  1. 세포 내 **S-니트로소화** 수준은 **S-니트로소화**와 탈니트로소화 사이의 균형에 의해 조절된다. 

  2. **S-니트로소기**의 분해는 환원제(아스코르브산, 글루타티온), 금속 이온(Cu2+), 열, UV, **ROS** 또는 친핵체의 존재 하에서 자발적으로 발생할 수 있다. 

  3. 탈니트로소화는 시스테인에서 **S-니트로소기**를 효소적으로 제거하는 탈니트로소화효소에 의해 촉매될 수 있다. 

  4. 세포에는 티오레독신(Trx)/티오레독신 환원효소(TrxR)와 S-니트로소글루타티온**(GSNO)**/GSNO 환원효소(GSNOR)라는 두 가지 주요 탈니트로소화효소 시스템이 존재한다. 

  5. **GSNOR** 활성은 과산화수소와 같은 **ROS**에 의해 억제되며, 이는 **GSNO** 및 항산화 유전자 발현을 증가시킨다. 

  6. **GSNOR**의 과잉발현 또는 결함은 **S-니트로실화** 수준을 조절하지 못하고 다발성 장기 기능 장애, 패혈증 및 암을 포함한 많은 질병을 유발할 수 있다. 

3. **내인성 **NOS** 억제제** 

  1. **S-니트로실화** 수준은 NO 수준을 조절하는 **NOS** 억제제에 의해 조절될 수 있다. 

  2. L-아르기닌** 유사체**: 비대칭 디메틸아르기닌(ADMA), 대칭 디메틸아르기닌(SDMA), N G -모노메틸-L-아르기닌(L-NMMA)이 있으며, 이들은 **NOS**의 세 가지 동형에 결합하여 경쟁적 억제를 나타낼 수 있다. 

  3. **알로스테릭 NOS 억제제**: 다이네인 경쇄 LC8-Type 1(DYNLL1, PIN)은 **NOS1**의 N-말단 PDZ 도메인에 결합하여 이량체화를 억제하고 효소 기능을 비활성화한다. 

### 2.10. 트랜스니트로실화: NO 신호의 전파 

1. **트랜스니트로실화 반응 메커니즘** 

  1. **트랜스니트로실화**는 시스테인에서 **S-니트로실화**되거나 금속 중심(예: 헴)에서 니트로실화된 단백질(니트로실화효소)이 I/LXC-X2-D/E 모티프를 포함하는 단백질과 상호작용하여 니트로실기를 상호작용하는 시스테인 티올기로 전달하는 과정이다. 

  2. 이러한 니트로실화는 연속적으로 발생할 수 있으므로 NO 공급원에서 멀리 떨어진 부위로 신호를 전달할 수 있다. 

  3. 이러한 반응은 Cys-to-Cys 또는 Metal-to-Cys **트랜스니트로실화**의 두 가지 시나리오에서 발생한다. 

2. **금속 매개 트랜스니트로실화** 

  1. 니트로실기는 분자 내 또는 분자 간으로 전달될 수 있다. 

  2. 헤모글로빈에서는 NO가 헴 철에서 동일 분자 내 인접한 시스테인 티올로 전달되는 반면, 시토크롬 c에서는 금속 배위 NO가 상호 작용하는 글루타티온의 티올로 전달되어 **GSNO**가 형성된다. 

3. **선택적 NO 전달의 결정 요인** 

  1. **트랜스니트로실화**는 수용체 티올레이트 음이온이 공여체(니트로실화효소)의 니트로실 질소에 친핵성 공격을 가하는 것을 포함한다. 

  2. 선택적 NO 전달의 주요 결정 요인은 공여체(S-니트로실화효소)와 수용체 시스테인의 티올기 사이의 물리적 거리이다. 

  3. 또 다른 결정 요인은 공여체와 수용체 티올 사이의 산화환원 전위이다. 

  4. 따라서 **트랜스니트로실화**는 두 단백질이 직접 상호 작용하고 전자 전달 후 NO 전달을 가능하게 하는 적절한 산화환원 전위를 가질 때만 발생한다. 

### 2.11. 주요 S-니트로실화효소 (트랜스니트로실화효소) 

1. S-니트로소글루타티온**(GSNO)** 

  1. **GSNO**는 가장 풍부한 **S-니트로소티올**이며 세포 내 모든 단백질에 대한 주요 내인성 NO 공여체이다. 

  2. **GSNO**는 미토콘드리아에서 시토크롬 c의 헴 철에서 글루타티온(GSH)으로 니트로실기가 전달될 때 생성된다. 

  3. **GSNO**는 다양한 세포 소기관으로 이동하여 NF-κB, STAT3, AKT, EGFR 및 IGF-1R을 포함한 상호 작용하는 단백질을 전이 니트로실화한다. 

  4. **GSNO** 매개 NF-κB의 **전이 니트로실화**는 암의 악성 행동과 밀접하게 관련된 NF-κB 활성화를 억제한다. 

  5. **GSNO**는 STAT3의 인산화를 억제하고, AKT, EGFR, IGF-1R과 같은 세포 표면 수용체 및 관련 단백질의 인산화 의존적 활성화를 억제한다. 

  6. 전임상 연구에서는 **GSNO**가 종양 세포 성장을 억제하고 방사선 치료의 효능을 향상시키는 강력한 항암 효과를 나타낸다고 보고되었다. 

2. 글리세르알데히드-3-인산 탈수소효소**(GAPDH)** 

  1. **GAPDH**는 해당분해 효소이자 핵과 미토콘드리아에서 **전이 니트로실화효소**로서 중요한 역할을 한다. 

  2. **GAPDH**는 스트레스에 반응하여 NOS**-2**에 의해 S-니트로소화된 S100A8/A9에 의한 촉매 활성 부위인 Cys150에서의 **S-니트로소화**에 의해 세포질에서 핵으로 이동한다. 

  3. **GAPDH**의 **S-니트로소화**는 핵 단백질의 유비퀴틴화 및 분해를 매개하여 세포사멸을 유도하는 Siah1과의 상호작용을 가능하게 한다. 

  4. 또한, **GAPDH**는 p53과 복합체를 형성하여 p53 매개 세포사멸을 활성화하며, 전사 및 DNA 복구에 관여하는 단백질을 **전이 니트로소화**한다. 

  5. 스트레스에 반응하여 **GAPDH**는 미토콘드리아로 이동하여 Hsp60, ACAT1 및 VDAC1과 같은 미토콘드리아 단백질을 **전이 니트로소화**하여 미토콘드리아 막의 투과성, 미토콘드리아 기능 및 세포 사멸을 조절한다. 

  6. 암세포에서는 **GAPDH** 매개 핵단백질의 **전이 니트로소화**가 손상되어 스트레스 반응성 세포사멸에 결함이 발생한다. 

3. **S100A8/S100A9** 

  1. S100A8과 S100A9는 칼슘 및 아연 결합 단백질이며, 호중구 화학주성 및 접착과 같은 염증 과정 및 면역 반응 조절에 관여한다. 

  2. 이들은 염증 부위에서 ROS 수준이 증가하면 분비되며, 주로 칼프로텍틴(S100A8/A9 이종이량체) 형태로 존재한다. 

  3. S100A8/A9-AA 복합체는 **NADPH 산화효소(NOX)**와 상호작용하고, AA는 **NOX**로 전달되어 촉매 활성을 활성화시켜 **ROS**를 생성한다. 

  4. 그러나 S100A8/A9는 **S-니트로소화**의 표적이 되며 비만세포 활성화 및 백혈구-내피세포 상호작용을 억제하는 항염증제로 전환된다. 

  5. **S-니트로소화**된 S100A8/A9는 상호작용하는 단백질을 **전이 니트로소화**하여 항염증 신호를 멀리 떨어진 부위로 전달한다. 

  6. S100A8/A9는 **NOS-2**와 표적 단백질 사이의 연결 형성을 도와 니트로실기가 **NOS-2**에서 표적으로 전달되도록 한다. 

  7. S100A8/A9에 의해 **전이 니트로소화**된 단백질에는 **GAPDH**, 헤모글로빈, ERM 단백질(에즈린 및 모에신) 및 비멘틴과 같은 세포골격 요소가 포함된다. 

### 2.12. 산화환원 조절을 위한 세포 단백질의 S-니트로소화 

1. **세포질 내 S-니트로소화 수준이 낮은 이유** 

  1. **S-니트로소기**는 세포질 내 다양한 ​​요인(환원제, 금속 이온, 열, 자외선, **ROS**, 친핵체)에 의해 자발적으로 분해될 수 있다. 

  2. 구성적 **NOS-1**과 **NOS-2**의 세포 내 위치가 구획화되어 있어 대부분의 **S-니트로소화** 반응 또한 구획화되기 때문이다. 

  3. **NOS-2**에 의해 생성된 NO는 단백질 티올기를 **S-니트로소화**하기보다는 **ROS**와 반응하여 **RNOS**를 형성할 가능성이 더 높다. 

2. **S-니트로소화가 주로 일어나는 부위** 

  1. **S-니트로소화**가 주로 일어나는 부위는 세포소기관(예: 미토콘드리아, 골지체, 소포체), 핵, 그리고 세포막이다. 

  2. 특히 미토콘드리아와 핵에서 일어나는 단백질의 **S-니트로소화**가 산화 스트레스로부터 세포를 보호하는 데 중요한 역할을 한다. 

### 2.13. 산화환원 민감성 미토콘드리아 단백질의 S-니트로소화 

1. **미토콘드리아의 역할 및 S-니트로소화의 중요성** 

  1. 미토콘드리아는 ROS 생성에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 항산화 메커니즘을 제공한다. 

  2. 미토콘드리아의 생물학적 활성과 품질 관리는 부분적으로 미토콘드리아 단백질의 **S-니트로소화** 및 탈니트로소화에 의해 조절된다. 

  3. 미토콘드리아 단백질은 미토콘드리아 호흡 및 산화환원 평형의 변화에 ​​반응하여 **S-니트로소화**되며, 이는 단백질 티올과 세포를 산화적 손상 및 사망으로부터 보호하고 추가적인 **ROS** 생성을 방지한다. 

  4. **S-니트로소화**의 이러한 반응성은 NO가 산화 상태를 높이기 위해 분자 산소와 반응해야 하는 생화학적 특성에 기인한다. 

2. **미토콘드리아 NO의 근원** 

  1. 미토콘드리아 NO는 미토콘드리아 NOS**(mtNOS)**에 의해 생성될 수 있지만, 그 존재는 논란의 여지가 있다. 

  2. 다른 한편으로, 미토콘드리아 NO는 세포질에서 생성된 NO가 **트랜스니트로실화효소**를 통해 미토콘드리아 막에 있는 상응하는 수송체를 거쳐 운반되어 생성될 수 있다. 

3. **S-니트로소화의 표적이 되는 미토콘드리아 단백질** 

  1. 미토콘드리아에서 생성된 NO는 낮은 pH와 친유성 환경으로 인해 미토콘드리아 내막과 막간 공간에서 단백질을 우선적으로 **S-니트로실화**하거나 Fe-니트로실화할 수 있다. 

  2. **S-니트로실화**의 표적이 되는 미토콘드리아 단백질에는 전자 전달 사슬(ETC)의 모든 복합체(I-V), 시트르산(크렙스) 회로 및 β-산화에 관련된 여러 대사 효소, 세포 사멸 조절에 관련된 다양한 미토콘드리아 단백질이 포함된다. 

  3. 이러한 미토콘드리아 단백질의 **S-니트로소화**는 대부분 미토콘드리아 O2 소비, **ROS** 생성 및 미토파지를 조절하는 활동을 억제하는 동시에 세포를 사멸 신호로부터 보호한다. 

  4. 반면에, 다량의 **ROS**(및/또는 NO)가 존재하는 경우 NO는 초산화물과 반응하여 티로신과 불포화 지방산을 비가역적으로 질산화 또는 과산화시킬 수 있는 강력한 산화제인 과산화질산염**(ONOO−)**을 생성할 수 있다. 

### 2.14. 미토콘드리아 전자 전달 사슬(ETC) 및 ATP 합성효소의 S-니트로소화 

1. **ETC의 기능 및 ROS 생성** 

  1. **ETC**는 미토콘드리아 내막에 결합된 복합체 I-IV로 구성되며, 전자는 일련의 산화환원 반응을 통해 복합체 I에서 IV로 순차적으로 전달되어 ATP 합성을 촉진한다. 

  2. **ETC**는 세포 내 **ROS** 생성의 주요 부위이며, **ROS** 생성은 내막을 가로지르는 양성자 기울기가 불충분하여 **ETC**와 ATP 합성이 분리될 때 가장 두드러지게 나타난다. 

  3. 이러한 분리는 복합체 I에서 역전자전달(RET)을 유발하여 다량의 초산화물을 생성한다. 

2. **S-니트로소화에 의한 ETC 조절** 

  1. 산화 조건에서 복합체 IV의 효소 활성은 **S-니트로소화** 또는 Fe-니트로소화에 의해 억제되어 추가적인 **ROS** 생성을 방지할 수 있다. 

  2. 복합체 IV의 Fe-heme 중심에 대한 O2 결합은 NO 결합에 의해 경쟁적으로 억제되어 산소 소비를 줄이고 결과적으로 **ROS** 생성을 더욱 감소시킨다. 

  3. 복합체의 **S-니트로소화**는 **ROS**에 의한 산화적 손상으로부터 스스로를 보호할 뿐만 아니라 NO를 제거하여 초산화물과 반응하여 **과산화질산염**을 형성하는 것을 방지한다. 

  4. 저산소 조건에서는 산화질소 생성이 증가하는데, 이는 미토콘드리아 **ETC** 단백질의 **S-니트로소화** 및 불활성화를 촉진하여 미토콘드리아의 산소 소비를 감소시키고 세포 내 산소가 다른 부위로 재분배되도록 한다. 

  5. 복합체 IV의 불활성화는 궁극적으로 산화적 인산화(즉, 세포 호흡)를 방해하여 단백질 펌핑을 중단시키고 미토콘드리아 탈분극을 유발하며, 이는 기능 장애가 있는 미토콘드리아를 선택적으로 제거하는 미토파지를 유도한다. 

3. **사이토크롬 c의 S-니트로실화** 

  1. 복합체 III과 IV 사이에서 전자를 전달하는 사이토크롬 c 또한 **S-니트로실화**의 표적이 된다. 

  2. 사이토크롬 c는 헴 부분의 철에서 니트로실화되고, 이 니트로실기는 글루타티온(GSH)으로 전달되어 풍부한 **트랜스니트로실화효소**인 GSNO를 생성한다. 

  3. **S-니트로실화**된 사이토크롬 c는 세포사멸 신호 전달을 억제하는 것으로 제안된다. 

### 2.15. 미토콘드리아 대사 효소의 S-니트로소화 

1. **미토콘드리아 이화 반응과 **ROS** 생성** 

  1. 미토콘드리아 내막과 기질은 피루브산(구연산 [크렙스, TCA] 회로)과 지방산(지방산 β-산화)의 CO2로의 호기성 산화가 일어나는 부위이다. 

  2. 이러한 이화 반응은 그 자체로 **ROS**를 생성할 뿐만 아니라, **ROS**를 생성하는 **ETC**를 구동하는 전자와 보조효소(예: NADH 및 FADH2)의 공급원 역할도 한다. 

2. **S-니트로소화에 의한 이화 효소 억제** 

  1. 산화 조건에서 이러한 이화 효소 중 상당수는 활성을 억제하기 위해 **S-니트로소화**의 표적이 된다. 

  2. 여기에는 구연산(크렙스) 회로의 세 가지 효소(아코니타제, α-케토글루타르산 탈수소효소, 숙신산 탈수소효소[복합체 II])와 지방산 β-산화로부터 5가지 효소가 포함된다. 

  3. 이러한 이화 효소의 억제는 **ROS** 생성 감소에 기여한다. 

### 2.16. 미토콘드리아의 세포사멸 촉진 및 억제 단백질의 S-니트로소화 

1. **S-니트로소화의 이중적 효과** 

  1. 산화 환경에서 **ETC**와 미토콘드리아 대사 효소의 **S-니트로소화**는 **ROS**의 추가 생성을 억제하고 단백질 티올기를 산화적 손상으로부터 보호한다. 

  2. 반면, 세포사멸/괴사 관련 미토콘드리아 단백질의 **S-니트로소화**는 세포를 사멸로부터 보호한다. 

  3. 이러한 상반된 효과의 이유는 **ETC**와 대사 효소의 억제로 에너지 생산이 감소하면 세포 사멸이 유발되므로, 이에 대한 대응으로 세포 사멸 경로 또한 억제되기 때문일 수 있다. 

2. **주요 세포사멸 관련 단백질의 S-니트로소화** 

  1. 미토콘드리아 투과성 전이공**(mPTP)**: 스트레스 하에서 미토콘드리아 내막에 형성되며, 낮은 농도의 NO는 mPTP 조절에 중요한 구성 요소인 사이클로필린 D(CypD)를 **S-니트로실화**하여 기공 개방을 방지하고 세포를 보호한다. 

  1. 반면, 고농도에서 생성된 NO는 다량의 **ROS**가 존재할 때 과산화질산염을 생성하여 mPTP를 산화시키고 기공 개방, ATP 생산 손실 및 괴사로 이어질 수 있다. 

  2. **전압 의존성 음이온 채널(VDAC)**: 미토콘드리아 외막에 위치하며 미토콘드리아 대사산물의 유입과 유출을 조절하고 세포사멸 신호전달에 중요한 역할을 한다. 

  1. 낮은 수준(<1 μM)의 NO(및 **S-니트로소화**)는 **VDAC** 기능을 억제하여 세포를 세포사멸 활성화로부터 보호하는 반면, 높은 수준의 NO는 기능을 상향 조절한다. 

  3. **카스파제**: 세포사멸의 주요 실행자이며, 세포사멸 신호가 없을 때 미토콘드리아에 있는 카스파제-3 및 카스파제-9의 전구체는 촉매 부위에서 **S-니트로소화**되어 활성을 억제한다. 

  4. **Bcl-2 패밀리 단백질**: 미토콘드리아 외막에 위치하며 세포사멸 촉진 막간 단백질의 방출을 조절하여 세포사멸을 조절한다. 

  1. 항세포사멸 Bcl-2는 세포사멸 자극에 반응하여 **S-니트로소화**되며, 이는 Bcl-2의 유비퀴틴-프로테아좀 분해를 억제하고 세포를 세포사멸로부터 보호한다. 

### 2.17. 산화환원 조절 핵단백질의 S-니트로소화 

1. **핵 단백질의 S-니트로실화** 

  1. 여러 핵 단백질은 스트레스, 특히 산화 스트레스에 반응하여 **S-니트로실화**의 표적이 되며, 이는 활성의 상향 또는 하향 조절로 이어진다. 

2. **핵 내 니트로실기의 공급원** 

  1. **핵으로 이동한 **NOS: **NOS 1~3**은 유사분열 촉진제, 산화 스트레스 및 기타 병리학적 조건과 같은 자극에 반응하여 핵으로 이동하며, 핵에서 핵 단백질의 **S-니트로실화**, 유전자 발현 및 칼슘 항상성을 조절한다. 

  2. **핵에 위치한 트랜스니트로실화효소**: **트랜스니트로실화효소**인 GAPDH는 스트레스에 반응하여 세포질에서 **S-니트로실화**되고 핵으로 이동하여 전사 인자, 핵 수송체 및 DNA 복구 단백질을 포함한 여러 핵 단백질을 **트랜스니트로실화**한다. 

### 2.18. 핵 내 전사 인자의 S-니트로소화 

1. **NRF2 (핵인자(적혈구 유래 2) 유사 2)** 

  1. **NRF2**는 항산화 유전자 전사의 주요 조절자이며, 산화 스트레스에 반응하여 항산화 반응 요소(ARE)를 포함하는 광범위한 유전자 프로모터에 결합한다. 

  2. **NRF2**는 Keap1과의 잠재적 복합체 형성을 통해 세포질에 격리되어 있으며, Keap1과의 분리는 **NRF2**의 핵 이동 및 활성화를 가능하게 한다. 

  3. Keap1의 **S-니트로실화**는 **NRF2** 활성화를 유도하는 주요 메커니즘 중 하나이다. 

2. **p53 종양 억제 단백질** 

  1. **p53**은 산화환원 조절에 관여하는 전사 인자이며, 약한 산화 스트레스에 반응하여 핵에 위치한 nNOS에 의해 DNA 결합 도메인의 Cys124에서 **S-니트로소화**된다. 

  2. **S-니트로소화**된 **p53**은 표적 유전자(예: PGC-1α)와 결합하여 전사 활성화를 유도하며, PGC-1α는 **NRF2**와 상호작용하여 **NRF2** 매개 항산화 유전자의 발현을 보조 활성인자로 작용한다. 

  3. **S-니트로소화**는 **p53**에 결합하여 분해 대상으로 지정하는 E3 유비퀴틴 단백질 리가아제인 MDM2에서도 발생하며, MDM2의 **S-니트로소화**는 **p53**과의 상호작용을 억제하여 **p53**을 안정화시킨다. 

3. **NF-κB (핵인자 κB)** 

  1. **NF-κB**는 염증 및 세포 증식에 ​​중요한 역할을 하는 유전자 발현을 조절하는 전사 인자이다. 

  2. **NF-κB**는 미토콘드리아 **ETC**와 ROS 생성을 증가시키는 동시에 **NRF2** 경로를 억제한다. 

  3. **NF-κB**는 일반적으로 억제인자인 I-κB에 의해 결합되어 세포질에 격리되지만, **ROS**와 같은 스트레스에 반응하여 I-κB는 인산화되어 분해되고 핵으로 이동하여 **NF-κB**가 활성화된다. 

  4. IKK-β는 촉매 부위의 **S-니트로소화**에 의해 억제될 수 있으며, 이는 **NF-κB** 활성화를 방지하고 미토콘드리아 **ROS** 생성을 감소시키는 데 기여한다. 

4. **HIF-1α (저산소 유도 인자-1α)** 

  1. **HIF-1**은 산소 수준에 의해 조절되는 전사 조절인자이며, **HIF-1α**와 **HIF-1β** 소단위로 구성된 이종이량체이다. 

  2. 정상 산소 조건에서 **HIF-1α**는 분해되지만, 저산소증에 반응하여 안정화되고 핵으로 이동하여 혈관신생을 촉진하는 저산소 반응 유전자를 전사 활성화한다. 

  3. 저산소증 동안 NO는 **S-니트로소화**를 통해 미토콘드리아 **ETC**를 억제함으로써 **HIF-1** 활성화를 억제하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 미토콘드리아 외부의 세포간 구획에서 산소 가용성을 증가시킨다. 

  4. 반면에 정상산소 상태에서 NO는 **HIF-1α**를 **S-니트로실화**할 수 있으며, 이는 **HIF-1α**를 안정화하고 표적 유전자의 **HIF-1** 매개 발현을 활성화하는 데 도움이 된다. 

### 2.19. 핵 수송 장치의 S-니트로소화 

1. **CRM1 (염색체 영역 유지 1, Exportin-1)** 

  1. **CRM1**은 류신이 풍부한 핵 수출 신호(NES)를 가지고 세포의 항상성 및 스트레스 반응에 중요한 역할을 하는 200개 이상의 핵 단백질의 핵 수출을 촉진한다. 

  2. 이러한 수송 단백질에는 **NRF2, p53, p73, MDM2, BRCA1/2, SMAD1/4, STAT1, IκB, c-Abl 및 FOXO-3A**가 포함된다. 

  3. 이 수송 단백질들은 **CRM1**에 의해 핵에서 수출되어 세포질에 격리되거나 분해 대상으로 지정된다. 

2. **S-니트로소화에 의한 CRM1 활성 억제** 

  1. **CRM1**의 활성은 핵 내 니트로실기의 증가에 따른 **S-니트로실화**에 의해 억제된다. 

  2. **S-니트로실화**는 **CRM1**이 NES를 인식하고 결합하는 능력을 저해한다. 

  3. 이러한 **CRM1** 억제의 주요 결과 중 하나는 **NRF2**의 핵 축적과 항산화 방어 메커니즘의 유도이다. 

### 2.20. DNA 손상 복구 단백질의 S-니트로소화 

1. **DNA-PKcs (DNA 활성화 단백질 키나아제 촉매 소단위)** 

  1. **DNA-PKcs**는 비상동 말단 접합을 통해 손상된 DNA를 복구하는 데 중요한 역할을 한다. 

  2. **DNA-PKcs**는 **S-니트로실화**에 의해 핵으로 이동한 GAPDH와 상호작용하고 이에 의해 전이 니트로실화된다. 

  3. **DNA-PKcs**의 **전이 니트로실화**는 DNA 손상 항암제에 대한 반응으로 DNA 복구 활성을 상향 조절한다. 

2. **APE1 (아퓨린-아피리미딘 엔도뉴클레아제 1, Ref-1)** 

  1. **APE1**은 손상된 DNA의 염기 절단 복구 및 세포 산화환원 반응 조절에 관여한다. 

  2. **APE1**은 주로 핵에 존재하지만, 세포 내 위치는 역동적으로 조절되며 미토콘드리아와 세포질로 이동할 수 있다. 

  3. **APE1**은 **S-니트로소화** 후 핵으로 이동한 **GAPDH**와 상호작용한다. 

  4. **APE1**과 **GAPDH**의 상호작용은 **APE1**의 뉴클레아제 활성에 중요할 뿐만 아니라, **APE1**의 **전이 니트로소화**를 유도하여 핵 수출 단백질 **CRM1**과는 독립적으로 핵 밖으로의 이동을 유발한다. 

### 2.21. 산화환원 조절을 위한 세포외 단백질의 S-니트로소화 

1. **세포외 환경의 특징** 

  1. 세포외 환경은 산화적이며, 이황화 결합으로 연결된 다양한 단백질이 존재하는 것이 특징이다. 

  2. 이는 환원성이 매우 강하여 이황화 결합 형성이 제한되는 세포내 환경과는 극명한 대조를 이룬다. 

2. **세포외 ROS의 생성원** 

  1. 세포외 환경의 ROS는 특정 수송체(예: 아쿠아포린 1)를 통해 세포내 환경에서 생성된 **ROS**로부터 유래될 수 있다. 

  2. 그러나 특정 유형의 세포(예: 면역 세포 및 혈관 세포)에서는 **NADPH 산화효소(NOX)**가 세포외 **ROS**의 주요 생성원이며, **ROS**를 생성하여 세포외 환경 및 혈액 순환계로 분비한다. 

  3. 또한, 단백질 이황화 이성질화효소(PDI)는 **NOX**와 복합체를 형성하여 세포외 **ROS** 생성을 촉진한다. 

3. **세포외 ROS에 대응하는 **항산화 효소 

  1. 세포는 세포외 **ROS**에 대응하기 위해 다양한 항산화 효소를 분비하는데, 여기에는 세포외 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(Ec-SOD, SOD3), 카탈라아제(CAT), 글루타티온 과산화효소(GPx), 티오레독신(Trx) 등이 포함된다. 

  2. 이 모든 단백질은 활성을 조절하기 위해 **S-니트로소화**의 표적이 된다. 

### 2.22. 세포외 NO 및 니트로실기의 공급원 

1. **세포외 니트로실기의 가능한 공급원** 

  1. **NO의 막 통과**: NO는 분자 산소만큼 효율적으로 인지질 이중층을 자유롭게 확산할 수 있으며, 수분 채널 단백질인 아쿠아포린-1(AQP1)을 통해 능동적으로 수송될 수 있다. 

  2. **GSNO에서 시스테인으로의 니트로실기 전달**: 니트로실기가 주요 **전이 니트로소화효소**인 GSNO에서 유리 아미노산인 시스테인으로 전달되고, **S-니트로소화**된 시스테인은 아미노산 수송체를 통과하여 세포외 공간으로 들어간다. 

  3. **분비 단백질의 S-니트로소화**: 분비 단백질은 세포외 배출 전에 골지체에서 처리되며, 골지체에 존재하는 많은 단백질이 골지체에 위치한 **NOS3**에 의해 **S-니트로소화**된다. 

### 2.23. 세포외 ROS 및 NO 수준을 조절하는 단백질 

1. **아쿠아포린-1 (APQ-1)** 

  1. **APQ-1**은 막 결합 수분 채널 단백질로, 세포 내외 공간 사이에서 물뿐만 아니라 NO 및 과산화수소와 같은 저분자량 기체를 수송한다. 

  2. **APQ-1**은 기능적 기공 내 시스테인 잔기에서 S-니트로소화의 표적이 되며, **S-니트로소화**는 카베올라 내에서 **APQ1**과 함께 존재하는 **NOS3**에서 생성된 NO에 의해 매개된다. 

  3. 이는 **APQ-1**의 채널 기능 억제로 이어지며, NO에 의한 음성 피드백 조절 가능성을 시사한다. 

2. **NADPH 산화효소(NOX)** 

  1. **NOX**는 촉매 헴 부분을 포함하는 막 결합 효소 복합체로, 세포외 공간을 향하고 있으며, NADPH에서 헴에 결합된 분자 산소로 전자를 전달하여 세포외 환경으로 초산화물 또는 과산화수소를 생성한다. 

  2. **NOX**는 S100A8/A9-AA 복합체에서 전달된 아라키돈산(AA)과 결합하여 활성화되며, AA 결합은 **NOX** 효소 복합체의 조립을 촉진한다. 

  3. **NOX** 효소 활성은 복합체의 구성자인 세포질 하위 단위 p47phox의 **S-니트로실화**에 의해 억제되어 **ROS** 생성을 감소시킨다. 

3. **크산틴 산화효소(XO)** 

  1. **XO**는 퓨린 대사 과정에서 하이포크산틴을 크산틴으로, 그리고 크산틴을 요산으로 산화시키는 반응을 촉매하며, 이러한 반응은 부산물로 초산화물과 과산화수소를 생성한다. 

  2. 스트레스에 반응하여 **XO**는 세포외 공간이나 혈액으로 방출되어 세포외 **ROS** 수준을 증가시킨다. 

  3. **XO** 매개 **ROS** 생성은 **NOS1**과의 직접적인 상호작용에 의해 억제되는데, 이는 **S-니트로소화**의 관여 가능성을 시사한다. 

4. **세포외 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(Ec-SOD)** 

  1. **Ec-SOD**는 초산화물을 과산화물로 불균등화하는 반응을 촉매하며, 과산화물을 물로 전환하는 카탈라아제와 함께 **ROS** 수준을 낮추는 데 중요한 역할을 한다. 

  2. **Ec-SOD**는 대부분의 조직에서 발견되는 분비형 **SOD**이며, 분비된 후에는 대부분의 세포 유형의 글리코칼릭스에 위치하여 주요 세포외 항산화 효소 역할을 한다. 

  3. **Ec-SOD**는 또한 세포외 기질의 제1형 콜라겐에 결합하여 콜라겐을 산화적 분해로부터 보호한다. 

  4. **Ec-SOD**는 NO가 초산화물과 반응하여 과산화질산염을 형성하는 것을 방지함으로써 NO의 생체 이용률을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 

  5. 그러나 **Ec-SOD** 활동 자체는 NO나 **S-니트로실화**의 영향을 받지 않는다. 

### 2.24. 산화환원 조절을 위한 S-니트로소화에 의해 조절되는 기타 분비 단백질 

1. **항산화 효소** 

  1. **Ec-SOD** 외에도 산화환원 조절을 위해 세포외 환경으로 분비되는 주요 항산화 효소 세 가지는 카탈라아제(CAT), 글루타티온 퍼옥시다아제(GPx), 티오레독신(Trx)이다. 

  2. 이 효소들은 과산화수소를 물과 산소로 분해하거나, 과산화수소를 물로 환원시키고 글루타티온을 글루타티온 이황화물로 산화시키거나, 산화된 시스테인을 환원시키고 과산화수소를 제거한다. 

  3. 이 모든 효소는 **S-니트로소화**의 표적이 되는데, 이는 과산화수소 분해 효소 활성을 억제하여 음성 피드백 메커니즘으로 작용할 수 있다. 

  4. 생리적 수준의 과산화수소는 특정 유형의 산화환원 신호 전달에 필요하지만, 과도하게 축적되면 산화 스트레스를 유발할 수 있다. 

  5. 과도한 수준(>100 nM)의 과산화수소는 거대분자를 산화적으로 손상시킬 수 있으며, 지속적인(>60시간) 과산화수소 생성은 ECM을 분해하는 기질 금속단백분해효소(MMP)를 활성화시킬 수 있다. 

2. **단백질 이황화 결합 이성질화효소(PDI)** 

  1. **PDI**는 단백질의 이황화 결합 형성을 촉매하는 효소이며, 혈관 손상 시 혈소판과 내피 세포에서 분비되어 혈전 형성을 유발한다. 

  2. 또한, **PDI**는 소포체 스트레스 및 암과 같은 질병 상태에 반응하여 발현이 증가하며, 단백질 접힘 이상을 교정하는 샤페론 역할을 한다. 

  3. 나아가 **PDI**는 **NOX**와 결합하여 효소 복합체의 안정성과 세포외 **ROS** 생성을 촉진한다. 

  4. **PDI**는 효소 활성을 억제하기 위해 **S-니트로소화**되며, **S-니트로소화**된 **PDI**는 또한 **전이 니트로소화효소**로서 **S-니트로소** 신호를 전달한다. 

  5. **PDI**의 **S-니트로소화**의 결과는 상황에 따라 다르다. 

  1. 최적의 NO 수준이 유지되는 건강한 혈관에서는 **PDI**가 **S-니트로소화**되어 혈전 형성을 억제하고 혈관의 안정을 유지한다. 

  2. 반면에 높은 수준의 NO가 생성되는 신경퇴행성 질환에서는 **PDI**가 과도하게 **S-니트로실화**되어 잘못 접힌 단백질이 과도하게 축적되고 질병 발병에 기여한다. 

### 2.25. 질병 발병 기전에서의 S-니트로실화 조절 이상 

1. **S-니트로소화의 핵심 역할** 

  1. **S-니트로소화**는 NO 매개 생물학적 활동에 큰 역할을 하며, 세포 및 조직 내뿐만 아니라 미세환경에서도 산화질소 신호전달이 전파되는 핵심 메커니즘이다. 

2. **조절 이상과 질병 발생** 

  1. 정상적인 생리적 조건에서 단백질의 **S-니트로소화**는 산화환원 항상성을 유지하기 위해 고도로 조절된다. 

  2. 그러나 병원균, 방사선, 발암물질 노출과 같은 극한의 불리한 조건에 직면하면 이러한 조절이 중단되어 질병, 특히 암이 발생할 수 있다. 

  3. 최근 연구에 따르면 **S-니트로소화**는 암세포 주변 환경인 종양 미세환경(TME)의 주요 조절인자이며, 이는 질병 발병기전을 결정적으로 제어하는 ​​역할을 한다. 

### 2.26. 종양 미세환경(TME) 및 산화 스트레스 

1. **TME의 구성 및 상호작용** 

  1. **TME**는 종양 세포(실질)를 둘러싸고 종양 세포의 서식지를 형성하는 세포 및 비세포 구성 요소의 역동적인 네트워크이다. 

  2. **TME**의 세포 구성 요소에는 섬유아세포, 면역 세포 및 지방 세포와 같은 기질 세포가 포함되며, 비세포 구성 요소에는 세포외 기질(ECM), 성장 인자, 효소, 사이토카인 및 케모카인이 포함된다. 

  3. 종양 세포와 **TME**는 역동적이고 상호 작용하여 고유한 특성을 획득하고 악성 진행을 촉진한다. 

2. **TME의 산화 스트레스** 

  1. **TME**는 산화 스트레스와 같은 다양한 내외부 요인에 의해 악화될 수 있다. 

  2. 종양 세포에서 ROS 수치가 상승하는 데에는 **ROS** 생성 효소의 상향 조절 또는 항산화 효소의 하향 조절, 기저 대사 활동 증가, 미토콘드리아 기능 장애, 퍼옥시좀 활동 증가 등 다양한 원인이 있다. 

  3. 증가된 **ROS** 수치는 DNA 가닥 절단, DNA-단백질 교차 결합, 단백질 분해와 같은 거대 분자 손상을 유발할 뿐만 아니라, **TME**에서 **ROS** 생성을 더욱 촉진한다. 

  4. 이러한 기전은 **TME**의 종양 지지적 특성을 뒷받침하고 종양 진행을 촉진한다. 

3. **TME 조절 단백질의 S-니트로실화** 

  1. 증가된 **ROS** 수치에 반응하여 **TME**의 세포 구성 요소, 특히 암 관련 섬유아세포(CAF)와 종양 관련 대식세포(TAM)는 **TME**를 조절하는 다양한 단백질을 분비할 뿐만 아니라 **ROS**를 추가로 생성한다. 

  2. 이러한 단백질 중 다수는 **TME**의 산화환원 상태를 조절하기 위해 **S-니트로실화**의 표적이 된다. 

  3. 이들 중 주요 **TME** 조절자는 **매트릭스 메탈로프로테이나제(**MMP**)**와 조직 트랜스글루타미나제**(TG2)**이다. 

### 2.27. 기질 금속단백분해효소(MMP)의 S-니트로소화 

1. **MMP의 기능 및 암 관련성** 

  1. **MMP**는 촉매 부위에 Zn2+를 포함하는 엔도펩티다제 계열 효소로, ECM 리모델링, 상처 치유, 형태 형성 및 숙주 방어 기전에 중요한 역할을 한다. 

  2. 특히, MMP-2, -3, -9 및 -13의 과활성화는 발암과 관련이 있다. 

2. **MMP의 **종양 미세환경** 조절** 

  1. CAFs와 TAM에서 **ROS**가 생성되면 **MMP**가 단백질 분해적으로 활성화된다. 

  2. **MMP**는 ECM 단백질을 분해하고 E-cadherin 및 조직 트랜스글루타미나제와 같은 세포 표면 분자를 분해하여 ECM 분해 및 상피 세포의 분리를 유발하고 **TME** 내 세포 이동성을 촉진한다. 

  3. **MMP**는 또한 케모카인, 사이토카인 및 성장 인자를 활성화하고 면역 수용체를 분해하여 종양 발생을 촉진하는 **TME**를 형성하는 데 도움을 준다. 

  4. 특히 MMP9는 종양 성장, 이동 및 종양 관련 염증을 촉진하며, 젤라틴과 제4형 콜라겐을 분해하여 세포외 기질(ECM)의 완전성을 손상시키고 암 줄기 세포가 ECM을 침범할 수 있도록 한다. 

  5. 이와 대조적으로 MMP-9는 항혈관신생 단편인 안지오스타틴과 엔도스타틴을 방출하여 혈관신생을 억제하기도 한다. 

3. **S-니트로소화에 의한 MMP-9 조절** 

  1. MMP-9의 보존된 프로 도메인에 있는 시스테인 잔기는 Zn2+ 이온과 상호작용하여 효소를 비활성 형태로 유지하며, 이러한 시스테인 잔기는 **S-니트로소화**의 표적이 된다. 

  2. 낮은 농도의 NO에 의한 이러한 시스테인의 **S-니트로소화**는 Zn2+ 이온을 노출시켜 MMP-9를 활성화시키고 종양 발생을 촉진하는데, 이를 **시스테인 스위치**라고 한다. 

  3. 반면, 높은 농도의 NO(예: 염증 시)에 의한 이러한 시스테인의 **S-니트로소화**는 활성 부위에서 Zn2+ 이온의 방출과 MMP-9의 불활성화에 기여하는 것으로 제안된다. 

  4. 이러한 **S-니트로실화** 매개 MMP-9 억제는 암 치료에 대한 잠재력을 지니고 있다. 

### 2.28. 조직 트랜스글루타미나제(TG2)의 S-니트로소화 

1. **TG2의 기능 및 암 관련성** 

  1. **트랜스글루타미나제(TG)**는 Ca2+ 의존적으로 단백질의 트랜스아미데이션을 촉매하는 다기능 효소 계열이다. 

  2. **TG2**는 **TME**의 다양한 세포 유형에서 발현되는 다재다능한 효소이며, 종양 성장, 전이, 세포사멸 및 항암제 내성에 영향을 미친다. 

2. **TG2의 활성 및 역할** 

  1. **TG2**의 활성은 세포 내 위치에 따라 달라진다. 

  2. 막 결합형 **TG2**는 GTP를 가수분해하고 세포 주기 진행을 위한 신호 전달을 매개한다. 

  3. 분비형 또는 세포질형 **TG2**는 안정적인 N-ε-(γ-글루타밀) 리신 이소펩타이드 결합을 형성하거나 폴리아민을 통합함으로써 단백질을 가교한다. 

  4. **TG2**는 콜라겐, 피브로넥틴, 오스테오넥틴과 같은 다양한 ECM 단백질을 가교하여 ECM 구조를 안정화하며, TGFβ 활성화를 유도하여 ECM 단백질의 침착을 촉진한다. 

  5. 나아가 **TG2**는 Caspase 3 억제, NF-kB 활성화, 핵 전이 중 망막모세포종 단백질(pRb)의 가교(억제)를 통해 항세포사멸 기능을 나타낸다. 

3. **S-니트로소화에 의한 TG2 조절** 

  1. 18개의 시스테인 잔기를 포함하는 **TG2**는 Ca2+ 의존적인 방식으로 폴리 **S-니트로실화**를 겪는다. 

  2. Cys277의 **S-니트로실화**는 트랜스아미데이션 활성을 억제하는 것으로 제안되었다. 

  3. **TG2**는 종양 발생과 관련이 있으므로, 이러한 **S-니트로실화** 매개 **TG2** 억제는 항암 치료에 활용될 수 있다. 

### 2.29. 결론 및 향후 연구 방향 

1. **S-니트로소화의 중요성** 

  1. S-니트로소화는 NO 매개 생물학적 활동에 큰 역할을 하며, 기저 **S-니트로소화**는 생리적 정상 상태 수준의 NO에서 발생하여 항상성 유지에 기여한다. 

  2. **S-니트로소화**는 고산소증이나 증가된 ROS 수준과 같은 산화 조건의 센서로 유도될 수 있으며, 니트로실기는 전이 니트로소화 반응을 통해 다양한 세포 내 위치로 이동할 수 있다. 

  3. **S-니트로소화**는 **ROS** 생성을 억제하고, 세포 단백질을 산화적 손상으로부터 보호하며, 산화환원 신호전달을 촉진하는 역할을 하는 산화환원 신호 전달의 새로운 패러다임이다. 

2. **S-니트로소화의 항상성 및 질병 관련성** 

  1. **S-니트로소화**의 항상성 수준은 **S-니트로소화**와 탈니트로소화 사이의 균형에 의해 유지되며, 이 두 과정은 공간적, 시간적으로 조절된다. 

  2. 그러나 신경퇴행성 질환이나 암과 같은 다양한 질병에서 **S-니트로소화** 수준이 불균형하게 나타나 질병 발생에 기여한다. 

3. **향후 연구의 필요성** 

  1. 따라서 **S-니트로소화**의 항상성 수준을 회복하는 것이 특정 질병에 대한 효과적인 치료법이 될 수 있는지에 대한 연구가 활발히 필요하다. 

https://ilbe.com/view/11617069581

https://ilbe.com/view/11617067765