一氧化氮(nitric oxide，NO)作为气体信号分子，其对心血管系统、免疫系统和神经系统的功能调节和在信号传导中的作用已经被广泛确认。其分子机制除了一氧化氮经典的cGMP依赖的信号通路，一氧化氮还可以通过直接修饰蛋白质的自由半胱氨酸巯基-SH生成-SNO，即蛋白质巯基亚硝基化修饰介导其生物学活性。蛋白的亚硝基化修饰是一氧化氮或其衍生物直接修饰蛋白自由半胱氨酸巯基-SH生成-SNO。已有研究表明：蛋白质巯基亚硝基化修饰可以通过调节蛋白活性、构象、定位、稳定性等方面影响蛋白功能和信号转导过程。相对于磷酸化等蛋白翻译后修饰来说，蛋白亚硝基化修饰的研究才刚刚起步，该修饰对蛋白功能的调控及相关的分子机制还有许多未知点。本研究首次发现一氧化氮通过蛋白亚硝基化修饰促进DNA修复相关的无嘌呤/无嘧啶核酸内切酶/氧化还原因子1(Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease/Redox-Factor1，简称APE1)从细胞核向胞浆转位。此外，我们也发现一氧化氮能通过亚硝基化调节另一种蛋白翻译后修饰方式-SUMO化。本研究揭示了蛋白亚硝基化修饰所介导的新型效应，为研究一氧化氮相关的生理病理过程和分子机制提供了新的的思路；同时也为SUMO修饰的调控阐明了新的途径。　　 第一部分工作：一氧化氮通过蛋白巯基亚硝基化修调节APE1核输出。　　 APE1是一种在体内广泛分布的多功能蛋白，它可以通过修复DNA的无嘌呤/无嘧啶(AP)部位参与DNA的碱基切除修复，同时它还可以还原诸多转录因子的半胱氨酸残基进而调控真核细胞的基因表达。大量研究证明APE1的生物学活性是氧化还原敏感的，但是APE1的功能是甭受亚硝基化的调节还没有相关报道。我们发现内源存在的NO供体GSNO可以显著诱导APE1核输出。该核输出不依赖于经典的核输出受体CRM1(ExportinⅠ)，而依赖于一氧化氮对APE1的亚硝基化修饰。APE1的93位以及310位半胱氨酸突变成丝氨酸后，它的亚硝基化被完全抑制；不能发生亚硝基化的APE1突变体在GSNO处理细胞时不发生核到胞浆的转位；一致的是，还原剂可以逆转GSNO诱导的APE1核输出。氧化剂过氧化氢不能诱导APE1出核，说明该现象是亚硝基化特异的。APE1的两个缺失突变体△64-80、以及△311-316不响应GSNO的诱导出核。而这两个突变体缺失的β折叠刚好靠近APE1的亚硝基化位点cys93以及cys310，并且相互对称。可能的机制是：在没有硝化应激时，这两个折叠链隐藏于蛋白内部；一氧化氮刺激能导致cys93和cys31位点发生亚硝基化，引起蛋白构象改变，并暴露出两个β折叠以促使APE1出核。此外，NO也能同时破坏importin介导的核输入系统，从而进一步促使APE1在核内全部清空。我们也发现p50或HDAC2作为APE1相互作用蛋白能部分抑制APE1的核输出。综上所述，这部分工作首次建立了亚硝基化与蛋白核输出的联系，同时也是首次发现亚硝基化调控对DNA修复体系的影响，阐述了一个关于亚硝基化影响蛋白定位的新的分子机制。　　 第二部分工作：一氧化氮通过蛋白巯基亚硝基化调节细胞内蛋白总体SUMO化。　　 目前和蛋白亚细胞定位密切相关的一种翻译后修饰就是蛋白的SUMO化修饰，SUMO化修饰是一种发现较晚但很重要的蛋白翻译后修饰，它可以调节蛋白的多种功能。目前关于SUMO修饰的研究重点是探索究竟哪些蛋白可以被SUMO修饰以及蛋白SUMO化对蛋白功能的影响，但很少有报道指出SUMO修饰系统所受到的调节以及相关的分子机制。由于SUMO化酶和去SUMO化酶的活性中心均含有关键的半胱氨酸残基，这使我们关注NO以及亚硝基化对SUMO修饰的调节作用。该工作中我们第一次发现一氧化氮可以下调哺乳动物细胞整体SUMO化，SUMO的E1(Uba2)、E2(Ubc9)以及E3(PIAS3)连接酶都可被亚硝基化，但是该修饰并不影响它们的酶活。亚硝基化修饰可通过增强PIAS3的泛素E3连接酶Trim32与PIAS3的相互作用，从而引起PIAS3降解；在该过程中PIAS3对于Trim32又有反作用。一方面一氧化氮有助于PIAS3招募Trim32，增加PIAS3的泛素化；另一方面，一氧化氮可以增强PIAS3对Trim32的刺激作用。进一步研究发现PIAS3能促进抗帕金森氏症蛋白DJ-1的SUMO化。硝化应激时DJ-1的SUMO化被显著抑制，提示硝化应激通过降低这种功能蛋白的活性引发神经退行性疾病的潜在机制。综上，本工作首次揭示了一氧化氮对SUMO化修饰的调节机制，建立了蛋白亚硝基化修饰与SUMO化修饰，以及泛素化修饰这三种蛋白翻译后修饰之间的联系。由于SUMO化修饰参与调节细胞周期，DNA复制，泛素化以及蛋白亚细胞定位等许多过程，一氧化氮对于SUMO修饰的调节作用可能介导了一氧化氮参与的很多生理以及病理过程，为今后的研究提供了新的思路。