Protein tyrosine nitration is a covalent protein modification that occurs during oxidative stress, development, and biological aging. Recent research findings about protein tyrosine nitration have proposed that this modification is related to various pathogenesis such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, inflammatory disease, and age related disorder. Although these proposes shows the importance of protein tyrosine nitration, little is known about protein tyrosine nitration sequence pattern and structural characteristics. In this research we analyzed protein tyrosine nitration sequences and structures statistically. The number of protein tyrosine nitration examples is 669. These examples were generated from various samples such as Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC), mitochondria with type II diabetes, liver cancer cell line, Huh7, and ischemic rat brain by a novel proteomics method. We performed sequence analysis, secondary structure prediction, and geometric pattern analysis of predicted tertiary structures. From these studies we could get considerable findings. Around protein tyrosine nitration site, amino acids that have hydrophobic side chains exist more frequently. In previous researches, it seemed that negative charged residues were enriched and sulfur contain residues were depleted. However, in this research, the results showed that positive charged residues and sulfur contain residues are more preferred. We could not find position specific motif, but, we could find that there are some specific sequence order: H-[R|C|H]-H-[TDFY]-Y (H means hydrophobic residues). From clique graph searching process, we suggests that structures of GI 10945258913‘s 218 residue, GI 109466561‘s 516 residue, and GI 109240538‘s 109 residue could be geometric templates.
단백질 타이로신 나이트로화 반응은 항산화 스트레스를 받거나 생물학적 노화시에 발생하는 covalent protein modification이다. 최근의 연구에서 단백질 타이로신 나이트로화 반응이 알츠하이머병, 파킨슨병, 염증과 관련된 질병, 노화와 관련된 장애 등 다양한 질병과 관련되어 있다고 밝혀지고 있다. 이러한 연구는 단백질 타이로신 나이트로화 반응의 중요성을 입증해주고 있지만, 이와 관련된 시퀀스 패턴이나 구조적 특징을 밝히는 기존의 연구는 많지 않은 실정이다.
이번 연구에서 우리는 단백질 타이로신 나이트로화 반응이 발생한 시퀀스와 이의 구조를 통계적으로 분석하였다. 비소세포폐암 세포, 제2형 당뇨병 환자의 미토콘드리아, 간암 세포, Huh7 세포, $\It{Rattus norvegicus}$ 뇌세포 등에서 얻은 총 525개의 단백질 타이로신 나이트로화 시퀀스가 분석에 이용되었다. 우리는 기본 시퀀스 분석 외에 2차 구조와 3차 구조를 예측하였고, 예측된 3차 구조에서 기하학적 패턴을 찾기 위한 분석을 하였다. 이러한 과정에서 우리는 단백질 타이로신 나이트로화 반응자리에 관한 몇 가지 경향을 파악할 수 있었다. 소수성 측쇄를 가진 아미노산이 나이트로화 타이로신 근처에서 자주 등장하였고, 음전하를 띄는 측쇄를 가진 아미노산의 경우에는 나이트로화 타이로신 근처에서 찾아볼 수 없었다. 이것은 기존의 연구들이 주로 이야기했던 나이트로화 타이로신 근처에는 음전하를 띄는 아미노산의 비율이 높았다는 경향과 일치하지 않는 결과였다. 오히려 우리의 연구에서는 음전하를 띄는 측쇄를 가진 아미노산 보다 양전하를 띄는 측쇄를 가진 아미노산이 더 높은 비율로 나타났다. 그리고 기존의 연구에서는 황이 포함된 아미노산이 타이로신의 나이트로화 반응을 저해하며, 굽은 구조를 유발하는 프롤린의 경우 나이트로 타이로신 주변에 자주 나타나는 것으로 여겨졌다. 하지만 우리가 사용한 데이터에서는 이와 상반된 결과를 얻었다. 우리는 GLAM2를 이용하여 시퀀스로부터 H-[R|C|H]-H-[TDFY]-Y의 패턴을 얻을 수 있었다.(H: 소수성 측쇄를 가진 아미노산) 또한 clique 그래프를 이용한 기하학적 패턴 분석과정에서 세 가지 지역 구조를 기하학적 패턴의 기본 구조로 사용할 수 있음을 확인하였다.
