pmid: "33187249"
title: "Modificações Pós-Traducionais do Citocromo"
authors: "Guerra-Castellano A, Márquez I, Pérez-Mejías G, Díaz-Quintana A, De la Rosa MA, Díaz-Moreno I"
journal: "International journal of molecular sciences"
pubdate: "2020 Nov 11"
doi: "10.3390/ijms21228483"
source: "PMC Full Text"

Modificações Pós-Traducionais do Citocromo

Autores

Guerra-Castellano A, Márquez I, Pérez-Mejías G, Díaz-Quintana A, De la Rosa MA, Díaz-Moreno I

Periodico

International journal of molecular sciences (2020 Nov 11)

Conteudo

Modificações Pós-Traducionais do Citocromo c na Vida Celular e na Doença
As mitocôndrias são as usinas de energia da célula, enquanto seu mau funcionamento está relacionado a diversas patologias humanas, incluindo doenças neurodegenerativas, doenças cardiovasculares e vários tipos de câncer. No metabolismo mitocondrial, o citocromo c é uma pequena proteína heme solúvel que atua como um carreador redox essencial na cadeia de transporte de elétrons respiratória. No entanto, o citocromo c é também uma proteína essencial no citoplasma, atuando como um ativador da morte celular programada. Esse duplo papel do citocromo c na vida e na morte celular é de fato finamente regulado por uma ampla variedade de modificações pós-traducionais de proteínas. Neste trabalho, mostramos como essas modificações podem alterar a estrutura e a funcionalidade do citocromo c, emergindo assim como um mecanismo de controle do metabolismo celular, mas também como um elemento chave no desenvolvimento e na prevenção de patologias.

1. Introdução
   As mitocôndrias são as usinas de energia da célula. Sua disfunção favorece o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, patologias cardiovasculares e vários tipos de câncer. Uma proteína chave no metabolismo mitocondrial e no controle da sinalização redox é o citocromo c (Cc). O Cc é uma pequena proteína solúvel (aproximadamente 12 kDa, 104 aminoácidos) com quatro α-hélices e um grupo heme, que é covalentemente ligado por dois resíduos de cisteína (Cys14 e Cys17). O grupo heme está envolto em uma fenda hidrofóbica, estando apenas ligeiramente exposto ao solvente. Essa conformação permite que o Cc troque elétrons eficientemente com seus parceiros redox. Vários resíduos do Cc sofrem modificações pós-traducionais, que fornecem uma regulação finamente ajustada no nível funcional. Na ausência de estímulos, o Cc está localizado no espaço intermembrana mitocondrial, participando do metabolismo redox. No entanto, vários estímulos—como sinais apoptóticos ou de dano ao DNA—promovem a liberação do Cc das mitocôndrias. O primeiro alvo extramitocondrial relatado para o Cc foi o fator-1 ativador de protease apoptótica (Apaf-1). A interação do Cc com o Apaf-1 no citosol é um evento inicial da via apoptótica mitocondrial. Na verdade, a rede mitocondrial e extramitocondrial do Cc engloba uma variedade de proteínas que estão localizadas em diferentes organelas e no citosol. Essas interações podem modular a decisão do destino celular entre vida e morte, o que por sua vez se relaciona com saúde e doença. O objetivo desta revisão é realizar uma análise aprofundada de como as modificações do Cc afetam suas funções e seu impacto no desenvolvimento de certas doenças e patologias.
2. O Papel Pleiotrópico do Citocromo c na Homeostase Celular e nas Doenças
   Cc é uma proteína moonlighting cuja localização e funções dependem das condições celulares (Figura 1). Em homeostase, é um componente-chave do metabolismo energético celular, atuando como carreador de elétrons entre o complexo citocromo bc1 (complexo III, CIII) e a citocromo c oxidase (complexo III, CIV) na cadeia de transporte de elétrons mitocondrial (CTE). Nesse contexto, dois sítios de ligação foram descritos no citocromo c1 (Cc1; do CIII) e na CIV para Cc: um sítio proximal, ideal para a transferência de elétrons, e um sítio distal, que não é produtivo em termos de transferência eletrônica. Postulou-se que a interação no sítio distal poderia ter relevância fisiológica na dinâmica e organização do fluxo eletrônico. Ela também parece aumentar a concentração local de Cc disponível próximo ao sítio proximal, permitindo uma rápida renovação das moléculas de Cc. Recentemente, a base molecular da transferência de elétrons do Cc1 no CIII para o Cc foi descrita. De acordo com os dados, o acoplamento do deslocamento do potencial redox altera o ciclo conformacional da subunidade Rieske, e a ligação de Cc ao Cc1 faz com que os elétrons fluam em uma única direção. Cc possui outras funções redox, atuando como removedor de espécies reativas de oxigênio (ERO) e participando da importação de proteínas ricas em cisteína acopladas a redox via Erv1-Mia40. A hemoproteína também está localizada em vacúolos e grânulos de zimogênio durante a homeostase celular, embora seu papel ali seja desconhecido.
   Em condições de estresse nitro-oxidativo, o Cc contribui para a produção de ROS através do ciclo redox p66 e atua como indutor de morte celular programada (MCP) (Figura 1). Alterações na sinalização da MCP são relevantes em muitas doenças. Dados recentes indicam que a rede apoptótica envolvendo o Cc é complexa, e várias proteínas alvo são funcionalmente equivalentes em humanos, plantas e Drosophila melanogaster. No início da apoptose, uma população de Cc — firmemente ligada à membrana mitocondrial interna — catalisa a peroxidação de fosfolipídios, particularmente cardiolipina (CL) (Figura 1). A natureza da interação Cc/CL é objeto de intensa pesquisa. Alguns autores propuseram que o Cc aderido a CL sofre um profundo rearranjo conformacional terciário que abre um canal de entrada para moléculas de H2O2, aumentando a atividade de peroxidase do Cc. Dados extensos na literatura sugerem que a interação com a CL afeta a dinâmica e a conformação de um conjunto de alças que determinam o ambiente do heme e a coordenação do ferro do Cc. Em particular, a ligação entre o átomo Sδ da Met80 e o ferro pode ser rompida, levando a espécies de alto spin penta-coordenadas semelhantes à descrita para a mioglobina. Foi proposto que os conjugados Cc/CL são suficientes para a formação de poros mitocondriais, que permitem a liberação da hemoproteína no citosol durante a apoptose e a redistribuição da CL da membrana mitocondrial interna para a externa. Nos estágios iniciais da apoptose, o Cc interage com o receptor de inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) no retículo endoplasmático rugoso (RER) e com o canal aniônico dependente de voltagem (VDAC) na membrana mitocondrial externa. Essas interações, por sua vez, promovem a saída e entrada de cálcio, respectivamente (Figura 1). Esse tráfego de íons cálcio é restrito no espaço, uma vez que tanto os receptores de IP3 quanto o VDAC estão localizados nas membranas do retículo endoplasmático associadas às mitocôndrias (MAMs). As MAMs são microdomínios que envolvem tanto proteínas do RER quanto mitocondriais. Essas zonas de interconexão têm papéis fundamentais na transmissão de íons cálcio, mas estão intimamente relacionadas ao metabolismo lipídico e energético celular. A interação do Cc com o receptor de IP3 impede sua inibição induzida por cálcio, desencadeando a liberação de cálcio. O cálcio se liga a dímeros de VDAC, resultando em oligomerização. Esse evento aumenta a condutância do canal e permite a liberação do Cc através dele. Vale mencionar que a liberação do Cc no citosol pode nem sempre levar à morte celular, e a proteína heme pode às vezes atuar como indutora de diferenciação celular (Figura 1). O Cc também atinge o núcleo celular após danos ao DNA, onde sequestra chaperonas de histonas e inibe a remodelação da cromatina (Figura 1). A pleiotropia dos efeitos do Cc extramitocondrial pode ser modulada pela diflavina redutase citosólica NDOR1, que possui atividade de redutase de Cc dependente de NADPH.
3. Modificações Pós-Traducionais do Citocromo c: Regulação, Funcionalidade e Alterações Estruturais
   As modificações pós-traducionais (MPTs) em proteínas são mecanismos regulatórios que controlam um amplo conjunto de processos metabólicos celulares e fornecem uma ferramenta para aumentar a diversidade funcional das proteínas. De fato, as MPTs desempenham um papel integral na regulação das funções do Cc. A hemoproteína pode sofrer diferentes MPTs (ver abaixo) que afetam suas propriedades físico-químicas, interações com parceiros fisiológicos e, consequentemente, suas funções. No entanto, esses efeitos dependem de quais resíduos são modificados pós-traducionalmente.
   3.1. Fosforilação
   A funcionalidade do Cc é controlada in vivo pela fosforilação dos seguintes resíduos: Thr28, Ser47, Tyr48, Thr58 e Tyr97. Como a Thr58 é substituída por isoleucina em humanos, esta posição não será objeto desta revisão. O baixo rendimento de Cc fosforilado durante os procedimentos de purificação torna a análise funcional e estrutural desafiadora. Além disso, as quinases específicas responsáveis pela fosforilação da proteína permanecem desconhecidas — embora alguns autores sugiram que poderia ser a quinase AMP. Portanto, é comum mimetizar a fosforilação alvo com mutações sítio-dirigidas que codificam substituições canônicas ou não canônicas (códons de parada do tipo AMBER). A técnica de sintetase de tRNA evoluída permite a incorporação sítio-específica de um aminoácido não canônico na sequência proteica. O método baseia-se no uso de um par ortogonal de aminoacil-tRNA sintetase/tRNA. A aminoacil-tRNA sintetase identifica o aminoácido não canônico e o carrega no tRNA. Este é um tRNA especial que reconhece códons de parada do tipo AMBER, permitindo a introdução do resíduo na posição desejada. A técnica de sintetase de tRNA evoluída pode ser utilizada para a incorporação de aminoácidos não canônicos em proteínas sendo produzidas tanto em células procarióticas quanto eucarióticas.
   O uso de aminoácidos não canônicos visa melhor emular as propriedades físicas dos resíduos alvo — por exemplo, o volume e/ou carga — em comparação com substituições canônicas (Tabela S1). Um bom exemplo é o resíduo não natural p-carboximetil-L-fenilalanina (pCMF), que tem sido amplamente utilizado para mimetizar a fosforilação de tirosina. Aminoácidos não canônicos são de fato resistentes à hidrólise, tornando-os candidatos ideais para uso em terapia farmacológica (ver abaixo).
   Os efeitos estruturais e funcionais das fosforilações nas posições 28 e 47 foram estudados utilizando amostras de Cc, tanto fosforiladas in vivo quanto por meio do uso de espécies fosfomiméticas. A Cc isolada, fosforilada in vivo nas posições 28 e 47, doa elétrons para o CIV de forma menos eficiente do que a espécie selvagem. Espécies fosfomiméticas na Thr28 apresentam atividade de peroxidase aumentada em uma baixa razão Cc/CL. Essa função se correlaciona com a capacidade da Cc de ser translocada da mitocôndria para o citoplasma, onde desencadeia a apoptose. Além disso, mutações na Ser47 prejudicam a ativação da cascata de caspases mediada pela Cc, que é uma etapa essencial que precede a morte celular programada (Tabela 1).
   Em relação à fosforilação de tirosina, a presença de cargas negativas na posição 48 afeta as propriedades redox da Cc e reduz o valor de pKa da transição alcalina em direção a valores de pH fisiológicos. Por sua vez, a Cc fosforilada in vivo e seus fosfomiméticos na posição 48 diminuem o consumo de oxigênio. De fato, durante a formação do supercomplexo, o mutante Y48pCMF apresenta transferência de elétrons reduzida para o CIV. Essa descoberta foi atribuída à menor afinidade de ligação do referido mutante pelos sítios distais do Cc1 (no CIII) e do CIV. Essas alterações nos equilíbrios de ligação alteram a via de difusão preferencial que canaliza as moléculas de Cc através do supercomplexo CIII/CIV. Por outro lado, as espécies fosfomiméticas exibem uma maior atividade de eliminação de ROS e uma atividade de peroxidase mais eficiente ao se ligarem ao CL. A fosforilação também altera a função apoptótica da Cc ao inibir sua capacidade de ativar a cascata de caspases. O mutante Y97pCMF Cc também apresenta transferência de elétrons reduzida para o CIV no contexto da formação do supercomplexo, apesar de não haver alterações substanciais na atividade de peroxidase da Cc. No entanto, a Cc Y97pCMF atua como um ativador ineficiente de caspases.
   3.2. Nitração e Nitrosilação
   Os efeitos da nitração e nitrosilação de tirosina na Cc têm sido extensivamente estudados devido aos seus papéis no metabolismo celular sob estresse. O óxido nítrico (NO) é uma molécula sinalizadora com efeitos pleiotrópicos. Um número significativo desses efeitos é exercido por meio de PTMs mediadas por espécies reativas de nitrogênio (RNS) derivadas do óxido nítrico, sob condições fisiológicas e de estresse. A nitração e a nitrosilação consistem em modificações covalentes não enzimáticas que introduzem um grupo nitro (-NO2) no anel fenólico da tirosina ou um grupo nitrosil (-NO) no grupo tiol de resíduos de cisteína, respectivamente. A Cc não possui cisteínas livres—Cys14 e Cys17 estão ligadas covalentemente ao grupo heme—mas o ligante axial Met80 e/ou o átomo de Fe do heme são suscetíveis à nitrosilação. -NO2 e -NO se originam principalmente de RNS, como o peroxinitrito. No entanto, estudos recentes mostraram que essas modificações podem ser produzidas pela difusão do radical NO para dentro da mitocôndria.
   A nitração dos resíduos de tirosina 46 e 48 do Cc não foi observada in vivo. Na verdade, Díaz-Moreno e colaboradores mostraram que a nitração desses resíduos aumenta a degradação proteolítica do Cc por extratos celulares. Ensaios in vitro demonstram que a nitração de qualquer tirosina do Cc aumenta sua atividade de peroxidase e prejudica a formação do potencial de membrana. O impacto nas propriedades redox do Cc aumenta com o número de tirosinas nitradas. Isso explica por que a transferência de elétrons aumenta quando o Cc é duplamente nitrado (Tabela 1). Notavelmente, a nitração em Tyr46, Tyr48 e Tyr74 diminui o valor de pKa da transição alcalina do Cc.
   Por outro lado, a nitrosilação do Cc induz mudanças na conformação da proteína e na configuração/coordenação do heme. Tais efeitos nas propriedades redox do Cc inibem sua atividade de peroxidase e aumentam sua capacidade de ativar a cascata de caspases. Por esse motivo, foi proposto que a nitrosilação do Cc é uma modificação pró-apoptótica.
   3.3. Acetilação
   A acetilação do Cc vem sendo estudada há décadas, após Minakami et al. explorarem pela primeira vez as propriedades do Cc acetilado. A acetilação dos resíduos de lisina é um processo enzimático realizado por lisina acetiltransferases. No entanto, observou-se que em alguns casos o processo de acetilação ocorre por meio de um mecanismo não enzimático na matriz mitocondrial, onde a transferência de um grupo acetil é promovida por altas concentrações de acetil-CoA e um pH alcalino.
   Em geral, a acetilação dos resíduos de lisina resulta em uma diminuição da transferência de elétrons mediada pelo Cc na cadeia respiratória, pois a taxa de redução/oxidação do Cc é bastante reduzida. O efeito na eficiência de oxidação-redução é explicado pela perda dos resíduos de lisina carregados positivamente 72, 73 e 79, o que induziria mudanças no ambiente do heme (Tabela 1). A conservação do ambiente é crucial para preservar a estabilidade redox do Cc. Da mesma forma, mudanças no valor de pI também influenciam a interação do Cc com CIII e CIV. Valores de pI mais baixos impedem essas interações, o que, por sua vez, impacta a cadeia de transporte de elétrons. Essa regulação negativa do fluxo de elétrons mitocondrial causa o "efeito Warburg" (inibição da respiração celular). O efeito da diminuição da carga líquida é menos pronunciado na estrutura nativa quando os grupos acetilados estão localizados na superfície da proteína. No entanto, verificou-se que a acetilação de mais de seis resíduos de lisina resultou em uma diminuição da carga positiva geral da proteína, o que desempenha um papel fundamental na interação entre o Cc e o CIV, levando a uma perda completa da capacidade do Cc de transferir elétrons para o CIV. Além disso, Korshunov et al. mostraram que a acetilação in vitro do Cc de coração de cavalo impede a atividade de eliminação de ROS. Apenas a acetilação de Lys8 e Lys53 no Cc de mamíferos foi descrita in vivo. Embora a acetilação do Cc venha sendo estudada há décadas, o alcance dessa PTM e seu impacto celular permanecem desconhecidos, deixando em aberto a porta para futuras investigações.
   3.4. Glicosilação e Glicações
   Estudos recentes elucidaram as principais características da glicosilação química do Cc, que compreende a adição de uma porção de carboidrato a uma molécula de proteína. Méndez et al. estudaram o efeito da glicosilação do Cc de coração equino via uma lactose ativada, encontrando estabilidade termodinâmica e coloidal melhorada do Cc glicosilado, que era resistente à desnaturação ou desenovelamento proteico. A glicosilação do Cc também protege a superfície da proteína devido ao efeito de blindagem do glicano, que diminui o processo de degradação proteolítica realizado por proteases. Também foi demonstrado que a glicosilação de resíduos de lisina leva a pequenas perturbações na estrutura terciária da proteína, cuja integridade é crucial para a indução de apoptose.

Enquanto a glicosilação do Cc é um mecanismo direcionado por enzimas, a glicação é um processo químico não enzimático. A glicação in vitro de Arg91 no Cc de coração equino induz alterações conformacionais na estrutura da proteína devido a um aumento no conteúdo de α-hélice, que altera a estrutura secundária e, portanto, o enovelamento proteico. A glicação do Cc leva a um processo de agregação por meio da adição de monômeros, impulsionado pela exposição de novos segmentos hidrofóbicos ao solvente.

Outros resíduos alvo de glicação do Cc incluem Lys72 e Lys87/88, que estão localizados em uma região catiônica envolvida na associação do Cc com membranas contendo CL. A glicação desses resíduos reduz a carga positiva da proteína, dificultando a interação entre o Cc e a membrana de CL. O efeito da glicação do Cc na cadeia de transporte de elétrons destaca a importância dos resíduos de lisina na capacidade da hemoproteína de interagir com seus parceiros.

De fato, um estudo recente mostrou que a glicação do Cc de coração bovino por glioxal causou alteração conformacional na estrutura da proteína. Essa alteração resultou em perturbação das interações estruturais terciárias induzidas pela formação de uma estrutura penta-coordenada que também pode promover a redução do heme, alterando o estado redox do Cc. Godoy et al. mostraram que isso também ocorre em um mutante Cc M80A, no qual o ligante metionina é substituído por um resíduo de alanina, interrompendo a interação Met80-Fe. Além disso, a glicação do Cc ativa a atividade de peroxidase, que é uma etapa crucial na liberação do Cc das mitocôndrias.

3.5. Desamidações

A desamidação do Cc de mamíferos foi descoberta por Flatmark em 1964 como resultado de frações de Cc com diferentes mobilidades eletroforéticas. O Cc exposto a diferentes valores de pH e temperatura leva à desamidação em resíduos de glutamina e/ou asparagina em etapas consecutivas. Esses resíduos estão envolvidos na manutenção da estrutura nativa do Cc. Em particular, os resíduos Asn31 e Gln42, Asn52 e Asn70 têm um papel estrutural e/ou funcional, portanto essas modificações afetam a atividade biológica do Cc (Tabela 1).
A desamidação do Cc é um processo não enzimático. No entanto, como os tecidos de mamíferos são ricos em enzimas hidrolisantes de amidas, o trabalho de Flatmark sugeriu que a desamidação in vivo do Cc ocorre por um mecanismo enzimático.
3.6. Sulfoxidação
A sulfoxidação é uma PTM que envolve a oxidação de um grupo de enxofre em um resíduo de metionina. Geralmente, trata-se da Met80 no Cc. O papel fundamental da Met80 é coordenar o centro heme juntamente com a His18 e as Cys14 e Cys17 ligadas covalentemente, mantendo um ambiente compacto e hidrofóbico para o ferro heme que garante um potencial redox adequado para as funções biológicas do Cc. A oxidação da Met80 para metionina sulfóxido abre o bolsão de coordenação do heme, alterando a configuração da proteína. Liberar a coordenação do heme pode facilitar a interação entre o átomo de ferro e os resíduos de lisina, alterando o valor de pKa da transição alcalina. Essa mudança na configuração da proteína permite que o átomo de ferro interaja com ligantes como NO, CO, O2 e H2O2. Essa provavelmente interrompe a cadeia de transporte de elétrons e restringe a transdução de energia nas mitocôndrias.
A sulfoxidação da Met80 também aumenta a atividade de peroxidase do Cc, causando a redução simultânea de H2O2 e a oxidação do CL associado. Isso diminui o transporte de elétrons, pois aumenta a acessibilidade do centro heme. De fato, Rouco et al. mediram recentemente a afinidade de ligação entre o Cc sulfoxidado e o CL, encontrando um aumento de aproximadamente 4 vezes na afinidade em comparação com o Cc WT. Essa descoberta explicaria o aumento da atividade de peroxidase apresentada pela espécie sulfoxidada. Além disso, Yin et al. mostraram que a sulfoxidação da Met80 seguida pela carbonilação da lisina resulta em uma atividade de peroxidase do Cc ainda maior quando comparada à proteína nativa (veja abaixo). Finalmente, a mutação Gly41Ser torna o Cc mais suscetível à oxidação da Met80.
3.7. Homocisteinilação
De acordo com a literatura, a homocisteinilação do Cc resulta de níveis elevados de homocisteína na célula, conhecidos como hiper-homocisteinemia. Os resíduos de homocisteína se ligam ao grupo amino das lisinas por meio de ligações amida. In vitro, essa PTM é reproduzida usando homocisteína-tiolactona, que reage espontaneamente com grupos amino livres. A homocisteinilação dos grupos amino da lisina resulta em uma mudança na carga superficial da proteína devido à incorporação da homocisteína, que é um grupo amino menos básico. Essa modificação leva a pequenas alterações na estrutura secundária que afetam a fração de α-hélices. Essas alterações expõem alguns grupos tiol, levando assim à formação espontânea de multímeros proteicos por pontes dissulfeto intermoleculares. Além disso, a homocisteinilação causa uma mudança no estado redox como consequência da incorporação de um grupo tiol de homocisteína, tornando a espécie reduzida termodinamicamente mais estável do que a oxidada e, consequentemente, o Cc homocisteinilado é mais resistente à proteólise por pronase, tripsina e quimotripsina do que a proteína não modificada.
Como as lisinas estão envolvidas na interação do Cc com CIV e Cc1 (do CIII), a homocisteinilação dos resíduos de lisina também poderia afetar a cadeia de transporte de elétrons.
Assim como na sulfoxidação, Sharma et al. descobriram que a homocisteinilação pela homocisteína tiolactona também confere mudanças conformacionais no Cc que perturbam a interação heme-Met80 e, consequentemente, ativam a atividade peroxidase do Cc, como descrito anteriormente para o mutante M80A do Cc.
3.8. Carbonilação
O acúmulo de proteínas carboniladas tem sido implicado no envelhecimento celular e em certas doenças neurodegenerativas. A carbonilação é uma modificação oxidativa que afeta o grupo amino dos resíduos de lisina e é frequentemente usada como uma medida de dano oxidativo. Vários autores verificaram que a carbonilação do Cc é uma consequência da oxidação em outros resíduos, como Met65/Met80 e Tyr67 ou Tyr74, que atuam como coativadores da carbonilação da lisina. Os resíduos de lisina são importantes na configuração do Cc. A carbonilação do par Lys72/Lys73 prejudica sua capacidade de atuar como ligante heme, gerando assim um sítio distal livre—como ocorre quando o ligante Met já está oxidado—que facilita a entrada de moléculas de peróxido, aumentando a atividade peroxidase da hemoproteína. Além disso, a diminuição da carga líquida positiva do Cc prejudica sua capacidade de ligar CL. Ambas as características—atividade peroxidase aumentada e montagem prejudicada de adutos contendo CL—contribuem para a liberação do Cc das mitocôndrias. Infelizmente, consequências específicas da carbonilação do Cc na reação de transferência de elétrons ainda não foram relatadas na literatura.
4. Conservação e Evolução dos Resíduos do Citocromo c
Cc é uma proteína altamente conservada ao longo da evolução em termos de funcionalidade. Zaidi e colaboradores analisaram a conservação de proteínas relacionadas à Cc em 285 sequências únicas. A análise deles mostrou que a maioria das proteínas relacionadas à Cc tem um comprimento de 104 aminoácidos, mas apenas 14% de seus resíduos são conservados ao longo da árvore filogenética. Considerando que as PTMs regulam finamente as funções da Cc, nosso objetivo é analisar se esses resíduos conservados são alvo de modificações. Para isso, 31 sequências diferentes de Cc respiratória abrangendo organismos de cinco reinos da vida, incluindo organismos modelo, foram analisadas (Figura 2a). As sequências de organismos modelo foram selecionadas do banco de dados BLAST de referência e as sequências dos organismos relevantes foram selecionadas manualmente do banco de dados UniProt. A análise revelou que 34% dos resíduos são altamente conservados entre as sequências analisadas (Figura 2b). Notavelmente, o número de posições suscetíveis a PTMs foi maior em mamíferos e espécies intimamente relacionadas (Figura 2a). Cc apresenta um modelo de enovelamento governado por cinco regiões—chamadas foldons—que diferem em sua estabilidade (Figura 2c). A região mais estável é o foldon I, seguido pelo foldon II, o pescoço ou foldon III, o Ω-loop principal (foldon IV) e a região menos estável, o Ω-loop aninhado (foldon V). Se focarmos nos resíduos que sofrem a maioria das PTMs da Cc humana—fosforilação e nitração de tirosinas, e modificações de resíduos de lisina (Tabela 1)—encontramos uma correlação com sua posição e estabilidade do foldon (Figura 2c). Como mencionado anteriormente, os resíduos de lisina desempenham um papel fundamental nas interações da Cc com seus alvos fisiológicos, constituindo manchas positivas. Na verdade, resíduos de lisina conservados que sofrem PTMs se agrupam no foldon mais estável da proteína. A mancha superficial positiva resultante participa de uma variedade de interações proteína-proteína. Por outro lado, os resíduos fosforilados e nitrados estão principalmente nos foldons IV e V. A dinâmica/flexibilidade que esses foldons apresentam é substancialmente afetada pelas PTMs, modulando o acesso à fenda do heme, que é essencial para a função redox da Cc. Outros resíduos altamente conservados fazem parte do ambiente do heme (Cys14, Cys17, Lys72, Lys73, Lys79 e Met80). No entanto, apenas os resíduos que fornecem o sexto ligante—Met80 durante a condição fisiológica e Lys72, Lys73 ou Lys79 sob o fenômeno de transição alcalina—sofrem modificações. Isso destaca a relevância do ambiente do cofator no que diz respeito à função de proteínas implicadas no metabolismo redox. Em resumo, a modulação da funcionalidade da Cc por PTMs é um fator chave que influencia a evolução da proteína.
5. Relevância Clínica do Citocromo c Modificado Pós-Traducionalmente
O funcionamento adequado do Cc é essencial para a homeostase celular e a desintoxicação. Consequentemente, seu mau funcionamento está relacionado a diversas doenças mitocondriais e ao envelhecimento. As relações de causa e efeito entre o Cc modificado pós-traducionalmente e várias patologias têm sido amplamente estudadas. A Figura 3 resume graficamente todas as modificações descritas do Cc que estão presentes em patologias humanas. A carbonilação, juntamente com a glicação, promove a agregação proteica — isso inclui o Cc, que é uma das principais características em doenças neurodegenerativas. Por outro lado, o Cc fosforilado nas posições Ser47 e Tyr97, ou nitrosilado, tem se revelado um agente neuroprotetor contra esses distúrbios neuronais. Uma explicação plausível é que essas modificações inibem a MCP e melhoram a transferência de elétrons sob privação de oxigênio. Essas descobertas, juntamente com o fato de que mutantes de Cc fosforilados baseados em aminoácidos não canônicos são resistentes a fosfatases, nos levam a propô-los como neuroprotetores com promissoras aplicações terapêuticas. A homocisteinilação do Cc ocorre em doenças cardiovasculares e, juntamente com a fosforilação, em tumores. As células cancerosas são caracterizadas por uma alta taxa de crescimento, que deriva do metabolismo mitocondrial aumentado, bem como de uma evasão da MCP (Tabela 1). Bazylianska e colaboradores identificaram a acetilação da Lys53 no Cc em câncer de próstata. De fato, eles mostraram que a acetilação inibe fortemente o papel do Cc na apoptose, permitindo a sobrevivência das células cancerosas. Interessantemente, a nitração de tirosina e a fosforilação são eventos de modificação mutuamente exclusivos. Assim, as espécies de Cc nitradas em Tyr poderiam funcionar como antagonistas das espécies fosforiladas em Tyr, agindo como um agente anticancerígeno. Além disso, proteínas nitradas pelo íon peroxinitrito (incluindo o Cc) desencadeiam processos inflamatórios. Embora a sulfoxidação do Cc tenha sido identificada em pacientes com trombocitopenia, não há evidências de que essa MPT cause diretamente a doença.
Nota do Editor: A MDPI permanece neutra em relação a reivindicações jurisdicionais em mapas publicados e afiliações institucionais.
Materiais Suplementares
Materiais suplementares podem ser encontrados em .
Contribuições dos Autores
Conceitualização, A.G.-C., I.M., G.P.-M., A.D.-Q., M.A.D.l.R. e I.D.-M.; recursos, A.G.-C., I.M. e G.P.-M.; redação—preparação do rascunho original, A.G.-C., I.M. e G.P.-M.; redação—revisão e edição, M.A.D.l.R. e I.D.-M.; supervisão, M.A.D.l.R. e I.D.-M.; aquisição de financiamento, M.A.D.l.R. e I.D.-M. Todos os autores leram e concordaram com a versão publicada do manuscrito.
Financiamento
Este trabalho foi apoiado pelo Ministério da Ciência e Inovação [PGC2018-096049-B-I00), Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional [FEDER), Governo da Andaluzia [BIO-198, US-1254317, US-1257019 e P18-FR-3487), VI PPIT-US e TA Instruments. G.P.-M. recebeu uma bolsa de doutorado do Ministério da Educação, Cultura e Esporte da Espanha [FPU17/04604).
Conflitos de Interesse
Os autores declaram não haver conflito de interesses.
Abreviaturas
AcKApaf-1 N-ε-acetil-L-LisApoptose protease ativadora do fator-1 CL Cardiolipina CIII Complexo III CIV Complexo IV Citocromo c Cc Citocromo c1 Cc1 CcO Citocromo c oxidase ECT Cadeia transportadora de elétrons IP3 Inositol 1,4,5-trifosfato MAMs Membranas associadas ao retículo endoplasmático mitocondrial PCD Morte celular programada pCMFpI p-carboximetil-L-fenilalaninaPonto isoelétrico PTMs Modificações pós-traducionais RER Retículo endoplasmático rugoso RNS Espécies reativas de nitrogênio ROS Espécies reativas de oxigênio VDAC Canal aniônico dependente de voltagem
Referências
Disfunção mitocondrial e vias moleculares da doença
Sinalossoma do citocromo c nas mitocôndrias
As múltiplas funções do citocromo c e sua regulação nas decisões de vida e morte da célula de mamífero: Da respiração à apoptose
A Inibição da Cadeia Transportadora de Elétrons Mitocondrial Suprime as Respostas Inflamatórias Induzidas por LPS via Via TREM1/STAT3 em Microglia BV2
Indução do Programa Apoptótico em Extratos Livres de Células: Requisito de dATP e Citocromo c
Localização ultraestrutural do citocromo c na apoptose demonstra heterogeneidade mitocondrial
Novas funções moonlighting do citocromo c mitocondrial no citoplasma e núcleo
O citocromo c1 exibe dois sítios de ligação para o citocromo c em plantas
Os complexos respiratórios III e IV podem ligar cada um duas moléculas de citocromo c em baixa força iônica
Transferência de elétrons a longa distância através da solução aquosa entre proteínas parceiras redox
O contato físico entre o citocromo c1 e o citocromo c aumenta a força motriz para a transferência de elétrons
O papel do citocromo c oxidado na regulação da produção de espécies reativas de oxigênio mitocondriais e sua perturbação na isquemia
Erv1 Medeia a Via de Importação de Proteínas Dependente de Mia40 e Fornece uma Ligação Funcional à Cadeia Respiratória ao Transportar Elétrons para o Citocromo c
Um papel para o citocromo c e a peroxidase do citocromo c no transporte de elétrons a partir de Erv1
O citocromo c se localiza em grânulos secretores no pâncreas e na hipófise anterior
Citocromo c: Funções além da respiração
MORTE CELULAR PROGRAMADA EM DOENÇAS DE PLANTAS: O Propósito e a Promessa do Suicídio Celular
Morte celular programada no desenvolvimento e doença animal
O papel do citocromo c na ativação de caspases em células de Drosophila melanogaster
Mecanismos de liberação do citocromo c das mitocôndrias
Novos Parceiros do Citocromo c em Arabidopsis thaliana: Um Olhar sobre o Papel Elusivo do Citocromo c na Morte Celular Programada em Plantas
Um sinalossoma comum para a morte celular programada em humanos e plantas
Base estrutural para a inibição da atividade de chaperona de histonas de SET/TAF-Iβ pelo citocromo c
A atividade de chaperona de histonas de NRP1 de Arabidopsis thaliana é bloqueada pelo citocromo c
O citocromo c acelera a ativação da cascata de caspases ao bloquear a inibição de Apaf-1 dependente de 14-3-3ε
Roda e Negócio nas Membranas Internas Mitocondriais: A História do Citocromo c e da Cardiolipina
Propriedades físicas e catalíticas de uma peroxidase derivada do citocromo c
Complexo cardiolipina-citocromo c: Convertendo o citocromo c de um transportador de elétrons para uma heme-proteína semelhante à mioglobina e à peroxidase
Uma mudança conformacional no citocromo c de células apoptóticas e necróticas é detectada pela ligação de anticorpo monoclonal e mimetizada pela associação do antígeno nativo com vesículas de fosfolipídios sintéticos†
Lipidômica oxidativa da apoptose: Interações catalíticas redox do citocromo c com cardiolipina e fosfatidilserina
Localização subcelular do VDAC nas mitocôndrias e no RE no cerebelo
Mecanismos regulatórios dos receptores de IP3 residentes no retículo endoplasmático
VDAC1 mitocondrial: Um guardião chave como potencial alvo terapêutico
Sinalização de cálcio ao redor das Membranas Associadas às Mitocôndrias (MAMs)
A relação entre a captação de Ca2+ mitocondrial mediada pelas membranas do retículo endoplasmático associadas às mitocôndrias e a gênese tumoral
Síntese de fosfolipídios em uma fração de membrana associada às mitocôndrias
Resposta das Membranas Associadas às Mitocôndrias à disponibilidade de nutrientes e papel nas doenças metabólicas
O citocromo c se liga aos receptores de inositol (1,4,5) trifosfato, amplificando a apoptose dependente de cálcio
Estados oligoméricos do canal aniônico dependente de voltagem e liberação do citocromo c das mitocôndrias
Acoplamento mediado por chaperonas dos canais de Ca2+ do retículo endoplasmático e das mitocôndrias
A apoptose é regulada pela região N-terminal do VDAC1 e pela oligomerização do VDAC: Liberação de citocromo c, AIF e Smac/Diablo
VDAC1 na encruzilhada do metabolismo celular, apoptose e estresse celular
Sobre a origem, evolução e natureza da morte celular programada: Uma linha do tempo de quatro bilhões de anos
Clonagem e caracterização de uma nova redutase de flavina dupla humana
Pequenas Mudanças, Grande Impacto: O Papel das Modificações Pós-traducionais de Proteínas na Homeostase Celular e nas Doenças
Modificações Pós-traducionais de Esqueletos de Proteínas: Funções, Mecanismos e Desafios Únicos
Regulação tecido-específica do citocromo c por modificações pós-traducionais: Respiração, potencial de membrana mitocondrial, EROs e apoptose
Fosforilação do citocromo c: Controle do fluxo da cadeia de transporte de elétrons mitocondrial e apoptose
Novas Perspectivas para uma Enzima Antiga: O Citocromo c de Mamíferos é Tirosina-Fosforilado in Vivo
O citocromo c hepático de mamíferos é tirosina-48 fosforilado in vivo, inibindo a respiração mitocondrial
O citocromo c é tirosina 97 fosforilado pelo tratamento neuroprotetor com insulina
A fosforilação da treonina 28 do citocromo c regula a atividade da cadeia de transporte de elétrons no rim: Implicações para a AMP quinase
Regulação da Respiração e Apoptose pela Fosforilação da Treonina 58 do Citocromo c
A fosforilação da serina-47 do citocromo c no cérebro de mamíferos regula a atividade do citocromo c oxidase e da caspase-3
Engenharia de um tRNA e aminoacil-tRNA sintetase para a incorporação sítio-específica de aminoácidos não naturais em proteínas in vivo
Incorporação de aminoácidos não naturais em E. coli: Aplicações atuais e futuras no design de proteínas terapêuticas
Incorporação de Aminoácidos Não Canônicos
Incorporação Sítio-Específica de Dois ncAAs para Marcação Bioortogonal de Duas Cores e Reticulação de Proteínas em Células de Mamíferos Vivas
Um novo mimético de fosfotirosina 4′-carboximetiloxi-3′-fosfonofenilalanina (cpp): Exploração no design de inibidores não peptídicos do domínio SH2 de pp60Src
Descoberta de um Novo Mimético de Fosfotirosina para PTP1B Usando Breakaway Tethering
Fosfoproteínas Enjauladas
Expressão recombinante de proteínas seletivamente sulfatadas em Escherichia coli
Um Análogo Geneticamente Codificado e Metabolicamente Estável de Fosfotirosina em Escherichia coli
Reação de Staudinger-Fosfito Quimiosseletiva de Azidas para a Fosforilação de Proteínas
Expandindo o código genético de Escherichia coli com fosfotirosina
Incorporação sítio-específica de fosfotirosina usando um código genético expandido
Codificando geneticamente fosfotirosina e seu análogo não hidrolisável em bactérias
Adição de p-azido-L-fenilalanina ao código genético de Escherichia coli
Biossíntese e codificação genética de fosfotreonina por meio de seleção paralela e sequenciamento profundo
Codificação genética eficiente de fosfoserina e seu análogo não hidrolisável
Conversão de 3-nitrotirosina em 3-aminotirosina em peptídeos e proteínas
Codificando geneticamente N(épsilon)-acetillisina em proteínas recombinantes
Expandindo o Código Genético de Levedura para Incorporação de Diversos Aminoácidos Não Naturais por meio de um Par Pirrolisil-tRNA Sintetase/tRNA
Incorporação genética de um aminoácido alifático contendo cetona em proteínas para suas modificações sítio-específicas
Explorando a fosforilação de proteínas combinando abordagens computacionais e métodos bioquímicos
Mimetizando a Fosforilação de Tirosina no Citocromo c Humano pela Técnica de tRNA Sintetase Evoluída
Caracterização estrutural e funcional de mutantes fosfomiméticos do citocromo c na treonina 28 e serina 47
A substituição fosfomimética da tirosina 48 do citocromo c diminui a respiração e a ligação à cardiolipina e elimina a capacidade de desencadear a ativação de caspases a jusante
A fosforilação de tirosina transforma a transição alcalina em um processo biologicamente relevante e faz com que o citocromo c humano se comporte como um interruptor anti-apoptótico
Base estrutural da disfunção mitocondrial em resposta à fosforilação do citocromo c na tirosina 48
O estresse oxidativo é rigorosamente regulado pela fosforilação do citocromo c e fatores do respirossomo nas mitocôndrias
A nitração das tirosinas 46 e 48 induz a degradação específica do citocromo c após a mudança do estado do ferro heme para spin alto
Modificação Funcional do Citocromo c por Peroxinitrito em uma Reação de Transferência de Elétrons
Um Método Não Danoso para Analisar a Configuração e Dinâmica de Nitrotirosinas em Proteínas
A nitração da tirosina 74 impede que o citocromo c humano desempenhe um papel fundamental na sinalização da apoptose ao bloquear a ativação da caspase-9
Nitração específica das tirosinas 46 e 48 faz com que o citocromo c monte um apoptossomo não funcional
O óxido nítrico inibe a atividade de peroxidase do complexo citocromo c.cardiolipina e bloqueia a oxidação da cardiolipina
Mudanças estruturais e dinâmica de picossegundos a segundos do citocromo c na interação com óxido nítrico nos estados redox ferroso e férrico
O uso de ferricitocromo C acetilado para a detecção de radicais superóxido produzidos em membranas biológicas
A estrutura do citocromo c. II. Propriedades do citocromo c acetilado
Estudos sobre Citocromo c Quimicamente Modificado I. O Citocromo c Acetilado
Comparação da Estabilidade Conformacional do Glóbulo Fundido e dos Estados Nativos do Citocromo c de Cavalo
Reação do Citocromo a com Citocromo c Quimicamente Modificado e Proteínas Básicas
As funções antioxidantes do citocromo c
A entrega de Citocromo c Quimicamente Glicosilado Imobilizado em Nanopartículas de Sílica Mesoporosa Induz Apoptose em Células Cancerígenas HeLa
A glicosilação química do citocromo c melhora a estabilidade física e química da proteína
Analisando alterações estruturais dos removedores de superóxido do espaço intermembranar mitocondrial citocromo c e SOD1 após tratamento com metilglioxal
Insights sobre o mecanismo molecular da agregação semelhante à nativa de proteínas após glicação
A Glicação pela Ribose 5-Fosfato Reduz a Atividade Respiratória do Citocromo c e a Afinidade pela Membrana
A Modificação Covalente por Glioxais Converte o Citocromo c em seu Estado Competente para Apoptose
Sobre a heterogeneidade do citocromo c de coração bovino III. Um estudo cinético da desamidação não enzimática das principais subfrações
Múltiplas formas moleculares do citocromo c de coração bovino. Um estudo comparativo de suas propriedades físico-químicas e suas reações em sistemas biológicos
O fluxo de elétrons para o citocromo c acoplado com espécies reativas de oxigênio da cadeia de transporte de elétrons converte o citocromo c em uma peroxidase de cardiolipina: Papel durante isquemia-reperfusão
Oxidação específica da metionina do citocromo c em complexos com lipídios zwitteriônicos por peróxido de hidrogênio: Implicações potenciais para a apoptose
Estrutura do Sítio Ativo e Atividade de Peroxidase de Espécies de Citocromo c Oxidativamente Modificadas em Complexos com Cardiolipina
Auto-oxidação do citocromo c na metionina80 com oxigênio molecular induzida pela clivagem da ligação Met–ferro heme
Citocromo c sulfóxido de metionina
A Oxidação Proteica do Citocromo c por Espécies Reativas de Halogênio Aumenta Sua Atividade de Peroxidase
Investigação Mecanística da Montagem de Nanoconjugados Proteína-Ouro Mediados por N-Homocisteinilação
A Modificação pela Tiolactona de Homocisteína Afeta o Estado Redox do Citocromo c
O papel estrutural e funcional dos resíduos de lisina no domínio de ligação do citocromo c na transferência de elétrons para a citocromo c oxidase
Estado conformacional do citocromo c após N-homocisteinilação: Implicações para a liberação do citocromo c
Homocisteinilação de proteínas: Possível mecanismo subjacente às consequências patológicas dos níveis elevados de homocisteína
Citocromo c como Peroxidase: Ativação do Estado Nativo Precatalítico por Modificações Covalentes Induzidas por H₂O₂
A carbonilação de lisina é um contribuinte previamente não reconhecido para a ativação da peroxidase do citocromo c pela cloramina-T
Carbonilação autocatalisada do citocromo c na presença de peróxido de hidrogênio e cardiolipinas
Nitração do citocromo c por peroxinitrito
Nitração da Tirosina 74 exposta ao solvente no Citocromo c Desencadeia a Ruptura da Ligação Ferro Heme-Metionina 80
Mecanismos de Interações do Peroxinitrito com Proteínas Heme
Avanços Metodológicos Recentes na Análise da Nitração de Tirosina em Proteínas
Modificações pós-traducionais mediadas por espécies reativas de nitrogênio
Nitrosilação do Citocromo c durante a Apoptose
Óxido nítrico, oxidantes e nitração de tirosina em proteínas
Óxido Nítrico e Peroxinitrito na Saúde e na Doença
Efeito da Nitração nas Características Físico-Químicas e Cinéticas de Mutantes de Tirosina Única do Citocromo c Respiratório Humano
Perturbação da Estrutura do Sítio Redox de Variantes do Citocromo c após Nitração de Tirosina
Nitro citocromo c: Síntese, Purificação e Estudos Funcionais
Acetilação de lisina nas mitocôndrias: Do inventário à função
Substrato e Diversidade Funcional da Acetilação de Lisina Revelados por um Levantamento Proteômico
Metabolismo das células tumorais
Modificações Pós-Traducionais de Proteínas e seu Papel em Processos Biológicos e Doenças Associadas
Mapeamento do domínio de interação do citocromo c 1 purificado no citocromo c
Interação eletrostática do citocromo c com o citocromo c1 e a citocromo oxidase
A Interface de Ligação do Citocromo c e do Citocromo c1 no Complexo bc1: Racionalizando o Papel dos Resíduos Chave
A ruptura da ligação M80-Fe estimula a translocação do citocromo c para o citoplasma e núcleo em células não apoptóticas
Sobre a heterogeneidade do citocromo C de coração bovino. I. Separação e isolamento de subfrações por eletroforese em disco e cromatografia em coluna
Taxas de desamidação dependentes da sequência para peptídeos modelo do citocromo C
Tempo de vida do citocromo C de rim de rato
Formas múltiplas de citocromo c no rato. Relação precursor-produto entre o componente principal Cy I e os componentes menores Cy II e Cy 3 in vivo
A proporção de Met80-sulfóxido determina a atividade de peroxidase do citocromo c humano
Proteólise como medida da diferença de energia livre entre o citocromo c e seus derivados
A ruptura da coordenação do heme do citocromo c é responsável pela lesão mitocondrial durante a isquemia
Carbonilação de proteínas, disfunção celular e progressão de doenças
Modificação oxidativa do citocromo c pelo peróxido de hidrogênio
A taxa de modificação oxidativa do citocromo c pelo peróxido de hidrogênio é modulada por ânions de Hofmeister
O papel dos resíduos chave na estrutura, função e estabilidade do citocromo-c
Como o Citocromo c se Enovela, e Por Quê: Unidades de Foldon Submoleculares e sua Estabilização Sequencial Passo a Passo
O citocromo c se enovela através de intermediários nativos dependentes de foldon em uma via ordenada
Mutagênese Sítio-Dirigida Demonstra que os Requisitos Estruturais para a Transferência Eficiente de Elétrons na Ferredoxina e Flavodoxina de Anabaena São Altamente Dependentes do Parceiro de Reação: Estudos Cinéticos com Fotossistema I, Ferredoxina:NADP+ Redutase e Citocromo c
Estrutura cristalina do citocromo c549 de baixo potencial de Synechocystis sp. PCC 6803 com resolução de 1,21 Å
Purificação e Propriedades Físico-Químicas do Citocromo C549 de Baixo Potencial da Cianobactéria Synechocystis Sp PCC 6803
Um estudo de espectroscopia de absorção por flash laser da fotorredução da flavodoxina de Anabaena sp. PCC 7119 por partículas do fotossistema I de espinafre
Lado oxidante do fotossistema I cianobacteriano. Evidência de interação entre as proteínas doadoras de elétrons e uma hélice da superfície luminal da subunidade PsaB
Flavodoxina: Um compromisso entre eficiência e versatilidade na transferência de elétrons do Fotossistema I para a Ferredoxina-NADP+ redutase
Mudanças no Mecanismo de Reação da Transferência de Elétrons da Plastocianina para o Fotossistema I na Cianobactéria Synechocystis sp. PCC 6803 Induzidas por Mutagênese Sítio-Dirigida da Proteína de Cobre
Modelo de substituição de aminoácidos em proteínas codificadas pelo DNA mitocondrial
Fisiopatologia Mitocondrial, Espécies Reativas de Oxigênio e Doenças Cardiovasculares
Limites de confiança em filogenias: Uma abordagem usando bootstrap
MEGA X: Análise de Genética Evolutiva Molecular em Plataformas de Computação
ConSeq: Identificação de resíduos funcional e estruturalmente importantes em sequências de proteínas
Investigação da modulação dependente de redox da estrutura e dinâmica no citocromo c humano
ROS mitocondrial – desintoxicação de radicais, mediada pela proteína quinase D
Dinâmica Mitocondrial na Regulação da Utilização de Nutrientes e Gasto Energético
Fosforilação do citocromo c mamífero e da citocromo c oxidase na regulação do destino celular: Respiração, apoptose e doença humana
Apoptose: Um Alvo para Terapia Anticâncer
Nitração de tirosina mitocondrial precede a nefropatia crônica do aloenxerto
Uma mutação do citocromo c humano aumenta a via apoptótica intrínseca, mas causa apenas trombocitopenia
Localização celular e funções do citocromo c. O Cc está localizado no espaço intermembranar mitocondrial, vacúolo e grânulos de zimogênio sob homeostase. No entanto, durante danos ao DNA e estímulos de apoptose, o Cc mitocondrial viaja para o núcleo, o retículo endoplasmático rugoso (RER) e o citoplasma, respectivamente. As funções mais relevantes desempenhadas pelo Cc em cada local são explicadas nos boxes. Legenda de cores: azul, funções fisiológicas; vermelho, funções desempenhadas sob estresse; e preto, funções desconhecidas. Criado com BioRender.com ().
Conservação evolutiva da sequência do citocromo c e modificações pós-traducionais. (a) Análise evolutiva pelo método de Máxima Verossimilhança. A história evolutiva foi inferida usando o método de Máxima Verossimilhança e o modelo Mitocondrial Reversível Geral + Freq. A árvore consenso de bootstrap inferida a partir de 500 réplicas representa a história evolutiva dos táxons analisados. Ramos correspondentes a partições reproduzidas em menos de 50% das réplicas de bootstrap foram colapsados. A porcentagem de árvores réplicas nas quais os táxons associados se agruparam no teste de bootstrap (500 réplicas) é mostrada ao lado dos ramos. A(s) árvore(s) inicial(is) para a busca heurística foram obtidas automaticamente aplicando os algoritmos Neighbor-Join e BioNJ a uma matriz de distâncias par a par estimadas usando o modelo JTT, e então selecionando a topologia com o valor de log-verossimilhança superior. Esta análise envolveu 31 sequências de aminoácidos. Houve um total de 122 posições no conjunto de dados final. As análises evolutivas foram conduzidas no MEGA X. Os rótulos são coloridos em função do número de posições de aminoácidos que podem sofrer modificações pós-traducionais (PTMs). (b) Alinhamento de sequências e conservação evolutiva de aminoácidos das sequências de Cc. Os resíduos são coloridos de acordo com a pontuação de conservação do ConSurf. Os aminoácidos que podem ser modificados são indicados com (#). (c) Representação em fita da estrutura do Cc humano (ID PDB: 2N9I). Esquerda, os resíduos são coloridos de acordo com a pontuação de conservação. A cadeia lateral dos aminoácidos que sofrem PTMs é rotulada. Direita, as diferentes unidades de foldon são coloridas da seguinte forma: foldon I em azul, foldon II em verde, foldon III em amarelo, foldon IV em vermelho e foldon V em roxo.
Causa–efeito das modificações pós-traducionais do citocromo c em patologias humanas. Carbonilação, glicação e nitração de resíduos específicos de Cc promovem o desenvolvimento de várias doenças neurodegenerativas e acidentes vasculares cerebrais. No entanto, o Cc fosforilado nas posições 47 e 97, ou nitrosilado em seus resíduos de tirosina, mostrou ser um agente neuroprotetor contra este tipo de patologia. Células cancerígenas apresentam muitas modificações da proteína heme, como fosforilações, acetilações, homocisteinilações e nitrações. A nitrosilação e a fosforilação são modificações mutuamente exclusivas, portanto a presença de espécies de Cc nitrosilado poderia atuar como um agente anticancerígeno. Notavelmente, a homocisteinilação também está relacionada a doenças cardiovasculares. Finalmente, foi descrito que o íon peroxinitrito e proteínas nitradas (incluindo Cc) desencadeiam processos inflamatórios. As rodas verdes representam modificações de Cc que favorecem o desenvolvimento de doenças (veja a direção de rotação da engrenagem indicada pelas setas verdes), as rodas brancas representam as patologias—as setas cinzas representam a direção de rotação que produz o desenvolvimento da doença—e as fatias vermelhas indicam PTMs que as impedem.
Modificações pós-traducionais do citocromo c relatadas na literatura.
Modificação Sítios Efeitos Referências Fosforilação Thr28, Tyr46, Ser47, Tyr48, Thr58 *, Tyr74, Tyr97 Aumento da atividade de peroxidase do Cc. Diminuição da eficiência de transferência de elétrons (Thr28, Ser47 e Tyr48). Aumento da eficiência de transferência de elétrons sob formação de supercomplexo (Tyr97). Modificação do potencial redox (Tyr48). Inibição da ativação de caspases. Nitração Tyr46, Tyr48, Tyr67, Tyr74, Tyr97 (apenas nitração de Tyr74 e Tyr67 são detectadas in vivo) Degradação proteolítica (Y46 e Y48). Aumento da atividade de peroxidase (Y46, Y48 e Y74). Inibição da ativação de caspases. Nitrosilação Heme e Met80 Inibição da atividade de peroxidase do complexo Cc/CL. Alterações na conformação da proteína e na coordenação do heme Acetilação Lisinas (apenas acetilação de Lys8 e Lys53 são detectadas in vivo) Diminuição da eficiência de transferência de elétrons na cadeia respiratória. Alterações na configuração da proteína. Inibição da ativação de caspases Glicosilação Lisinas 1 Regulação negativa da degradação proteolítica. Aumento da estabilidade termodinâmica. Inibição da ativação de caspases. Glicação Arg91, Lys72, Lys87, Arg92 Agregação de monômeros. Redução da estabilidade conformacional. Diminuição da eficiência de transferência de elétrons na cadeia respiratória. Diminuição da capacidade de ligação à membrana. Aumento da atividade de peroxidase. Desamidação Gln42, Asn31, Asn52 e Asn70 Alterações conformacionais. Modificação do potencial redox. Sulfoxidação Met80 Perda da função autooxidável. Diminuição da eficiência de transferência de elétrons na cadeia respiratória. Aumento da atividade de peroxidase. Aumento da indução de apoptose. Homocisteinilação Lys8 ou Lys13, Lys86 ou Lys87, Lys99 e Lys100 Desnaturação da proteína. Aumento da resistência à proteólise. Agregação proteica. Aumento da atividade de peroxidase. Carbonilação Lys53, Lys55, Lys60 †, Lys72/Lys73 Aumento da atividade de peroxidase. Prejuízo na ligação ao CL. Agregação proteica.

• Thr58 é substituída por isoleucina no Cc humano, portanto seus efeitos não são objetivo deste estudo. † Lys60 é substituída por glicina no Cc humano, portanto seus efeitos não são objetivo deste estudo. 1 Resíduos de modificação específicos não identificados.