산화 질소 생성효소

3. NO 합성 반응

4. 구조

칼슘(Ca²⁺) 결합 단백질인 칼모듈린 결합 부위를 모든 종류의 NOS(nNOS, iNOS, eNOS)가 가지며, nNOS 및 eNOS는 Ca²⁺ 의존적으로 결합하는 칼모듈린에 의해 활성화된다. iNOS는 Ca²⁺ 비의존적으로 칼모듈린이 결합되어 있으며, 리포폴리사카라이드(LPS)등으로 알려진 염증성 자극에 의해 유도된다.^[9] C 말단 측에는 시토크롬 P450과 상동성을 갖는 도메인을 갖는다.

효소는 동종이량체로 존재한다. 진핵생물에서 각 단량체는 두 개의 주요 영역으로 구성된다. 하나는 헴-티올레이트 단백질 부류에 속하는 N-말단 산소화 효소 도메인이고, 다른 하나는 NADPH:시토크롬 P450 환원 효소와 기타 플라보 단백질과 상동성을 갖는 다중 도메인 C-말단 환원 효소이다. FMN 결합 도메인은 플라보독신과 상동성을 가지며, FAD 및 NADPH 결합 부위를 포함하는 두 개의 도메인 조각은 플라보독신-NADPH 환원 효소와 상동성을 갖는다. 산소화 효소와 환원 효소 도메인 사이의 도메인 간 링커에는 칼모듈린 결합 서열이 포함되어 있다. 산소화 효소 도메인은 헴과 프테린 결합 부위가 있는 독특한 확장 베타 시트 케이지이다.^[24]

NOS는 단백질 이량체일 수 있으며, 칼모듈린 의존적이거나 칼모듈린을 포함하는 시토크롬 p450 유사 혈색소 단백질로, 한 이량체에 환원 효소와 산소화 효소 촉매 도메인을 결합하고, 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(FAD)와 플라빈 모노뉴클레오티드(FMN)를 모두 포함하며, 테트라하이드로바이오프테린의 도움을 받아 비방향족 아미노산 아르기닌의 5`-전자 산화를 수행한다.^[24]

세 가지 이소형 모두(활성화 동안 각각 동종이량체로 기능하는 것으로 추정됨)는 시토크롬 P450 환원 효소와 상동성을 갖는 카르복시-말단 환원 효소 도메인을 공유한다. 또한 헴 보조 인자를 포함하는 아미노-말단 산소화 효소 도메인을 공유하며, 이는 단백질 중간에 칼모듈린 결합 도메인에 연결되어 있다. 칼모듈린 결합은 환원 효소 도메인의 플라빈 보조 인자에서 헴으로의 전자 이동을 가능하게 하는 "분자 스위치" 역할을 하는 것으로 보인다. 이는 O₂와 L-아르기닌을 NO 및 L-시트룰린으로 전환하는 것을 용이하게 한다. 각 NOS 이소형의 산소화 효소 도메인에는 NO의 효율적인 생성을 위해 필요한 BH₄ 보조 인자도 포함되어 있다. BH₄가 환원 당량의 공급원으로 사용되고 다이하이드로바이오프테린 환원 효소에 의해 재활용되는 다른 효소와 달리 BH₄는 단일 전자를 기증하여 헴 결합 O₂를 활성화시킨 다음, 산화 질소 방출을 가능하게 하기 위해 다시 포획된다.^[24]

5. 분류

포유류에는 세 가지 주요 NOS 이소형(nNOS, iNOS, eNOS)이 존재하며, 각각 다른 유전자에 의해 암호화되고 다른 조직에서 발현된다. 이들은 신경계, 면역계, 내피 세포 등에서 다양한 기능을 수행한다.^{[4][5][9][10]}

• nNOS (신경형 NOS, NOS1): 신경 조직 및 골격근 등에서 발현되며, 신호 전달 등 다양한 기능을 수행한다.
• iNOS (유도형 NOS, NOS2): 면역 체계 및 심혈관 시스템 등에서 발현되며, 병원균에 대한 면역 방어에 중요한 역할을 한다.
• eNOS (내피형 NOS, NOS3): 내피 세포에서 발현되며, 혈관 확장에 관여한다.

5. 1. nNOS (신경형 NOS)

• 중추 신경계(CNS)의 시냅스 가소성
• 평활근 이완
• 혈압의 중추 조절
• 말초 질산성 신경을 통한 혈관 확장

5. 2. iNOS (유도형 NOS)

5. 3. eNOS (내피형 NOS)

• 세포 내 cGMP^영어 증가로 칼슘의 세포 내 유입을 억제하고, 세포 내 칼슘 농도를 감소시킨다.
• K⁺ 채널 활성화는 과분극 및 이완을 유도한다.
• 미오신 경쇄 탈인산화 효소인 미오신 경쇄 인산가수분해효소를 활성화하는 cGMP^영어 의존성 단백질 키나아제를 자극하여 평활근 이완을 유도한다.

5. 4. bNOS (세균형 NOS)

6. 임상적 의의

2021년에 발표된 대규모 사례 대조 연구에 따르면, 주요 우울 에피소드(MDE)와 주요 우울 장애 환자는 건강한 사람에 비해 산화 질소 생성효소(NOS) 활성이 낮았다. 항우울제 치료는 이러한 환자들의 NOS 활성 수준을 유의하게 높였다.^[8]

로노프테린(VAS-203)은 산화 질소 생성 효소의 보조 인자인 BH₄의 구조 유사체이며, 외상성 뇌 손상 치료를 위한 신경 보호제로 개발 중인 산화 질소 생성 효소 억제제이다.^[1]

6. 1. 주요 우울 장애와의 관련성

6. 2. 치료제 개발

• 신두니스타트
• A-84643
• ONO-1714
• L-NOARG
• NCX-456
• VAS-2381
• GW-273629
• NXN-462
• CKD-712
• KD-7040
• 구아니디노에틸디설파이드
• [https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/2733516 TFPI]
• D-아르기닌
• ''N^G''-모노메틸-L-아르기닌(L-NMMA)
• ''N^G''-니트로-L-아르기닌(L-NNA)

참조

_[1] 논문 Role of zinc in isoform-selective inhibitor binding to neuronal nitric oxide synthase 2010-12
_[2] 논문 Role of iNOS in osteoarthritis: Pathological and therapeutic aspects 2020-10
_[3] 논문 Zinc regulates iNOS-derived nitric oxide formation in endothelial cells 2014-07
_[4] 서적 Nitric Oxide Part A: Sources and Detection of NO; NO Synthase
_[5] 논문 Nitric oxide synthases in mammals 1994-03
_[6] 논문 NOing the heart: role of nitric oxide synthase-3 in heart development 2012-07
_[7] 논문 Neuronal nitric oxide synthase protects against myocardial infarction-induced ventricular arrhythmia and mortality in mice 2009-10
_[8] 논문 Nitric Oxide Synthase activity in major depressive episodes before and after antidepressant treatment: Results of a large case-control treatment study https://www.cambridg[...] 2021-12-26
_[9] 논문 Nitric oxide down-regulates hepatocyte-inducible nitric oxide synthase gene expression 1997-11
_[10] 논문 Mammalian nitric oxide synthases 1999-05
_[11] 논문 Bacterial Nitric-oxide Synthases Operate without a Dedicated Redox Partner 2008-05
_[12] 논문 Nitric oxide synthases: regulation and function 2012-04
_[13] 논문 Selective pharmacological inhibition of distinct nitric oxide synthase isoforms 1996-02
_[14] 논문 DHR domains in syntrophins, neuronal NO synthases and other intracellular proteins 1995-03
_[15] 논문 Nitric oxide synthases in mammals 1994-03
_[16] 논문 Nitric oxide: cytokine-regulation of nitric oxide in host resistance to intracellular pathogens https://deepblue.lib[...] 1994-12
_[17] 논문 The role of NOS in heart failure: lessons from murine genetic models 2002-10
_[18] 논문 The expression of inducible nitric oxide synthase in the human fallopian tube during the menstrual cycle and in ectopic pregnancy 2010-08
_[19] 논문 A DNA-based fluorescent probe maps NOS3 activity with subcellular spatial resolution 2020-03
_[20] 논문 The First 35 Amino Acids and Fatty Acylation Sites Determine the Molecular Targeting of Endothelial Nitric Oxide Synthase into the Golgi Region of Cells: A Green Fluorescent Protein Study 1997-06
_[21] 논문 Endothelial dysfunction, endothelial nitric oxide bioavailability, tetrahydrobiopterin, and 5-methyltetrahydrofolate in cardiovascular disease. Where are we with therapy?
_[22] 논문 NO-mediated cytoprotection: Instant adaptation to oxidative stress in bacteria 2005-09
_[23] 논문 Endogenous Nitric Oxide Protects Bacteria Against a Wide Spectrum of Antibiotics 2009-09
_[24] 논문 Role of nitric oxide in growth of solid tumours: a balancing act
_[25] 논문 Biochemical aspects of nitric oxide synthase feedback regulation by nitric oxide 2011-06-01
_[26] 논문 Time course of regression of the protection conferred by simulated high altitude to rat myocardium: correlation with mtNOS. 2008
_[27] 논문 Human vascular smooth muscle cells inhibit platelet aggregation when incubated with glyceryl trinitrate: evidence for generation of nitric oxide. 1991
_[28] 논문 Nitric oxide synthases in mammals 1994-03