Abstract Nitroxyl (HNO) is a redox sibling of nitric oxide (NO) that targets distinct signalling pathways with pharmacological endpoints of high significance in the treatment of heart failure. Beneficial HNO effects depend, in part, on its ability to release calcitonin gene-related peptide (CGRP) through an unidentified mechanism. Here we propose that HNO is generated as a result of the reaction of the two gasotransmitters NO and H 2 S. We show that H 2 S and NO production colocalizes with transient receptor potential channel A1 (TRPA1), and that HNO activates the sensory chemoreceptor channel TRPA1 via formation of amino-terminal disulphide bonds, which results in sustained calcium influx. As a consequence, CGRP is released, which induces local and systemic vasodilation. H 2 S-evoked vasodilatatory effects largely depend on NO production and activation of HNO–TRPA1–CGRP pathway. We propose that this neuroendocrine HNO–TRPA1–CGRP signalling pathway constitutes an essential element for the control of vascular tone throughout the cardiovascular system.

Dihydrogen sulfide recently emerged as a biological signaling molecule with important physiological roles and significant pharmacological potential. Chemically plausible explanations for its mechanisms of action have remained elusive, however. Here, we report that H2S reacts with S-nitrosothiols to form thionitrous acid (HSNO), the smallest S-nitrosothiol. These results demonstrate that, at the cellular level, HSNO can be metabolized to afford NO+, NO, and NO– species, all of which have distinct physiological consequences of their own. We further show that HSNO can freely diffuse through membranes, facilitating transnitrosation of proteins such as hemoglobin. The data presented in this study explain some of the physiological effects ascribed to H2S, but, more broadly, introduce a new signaling molecule, HSNO, and suggest that it may play a key role in cellular redox regulation.

Abstract Protein S‐sulfhydration (forming ‐S‐SH adducts from cysteine residues) is a newly defined oxidative posttranslational modification and plays an important role in H 2 S‐mediated signaling pathways. In this study we report the first selective, “tag‐switch” method which can directly label protein S‐sulfhydrated residues by forming stable thioether conjugates. Furthermore we demonstrate that H 2 S alone cannot lead to S‐sulfhydration and that the two possible physiological mechanisms include reaction with protein sulfenic acids (P‐SOH) or the involvement of metal centers which would facilitate the oxidation of H 2 S to HS . .

Hydrogen sulfide (H2S) elicits pleiotropic physiological effects ranging from modulation of cardiovascular to CNS functions. A dominant method for transmission of sulfide-based signals is via posttranslational modification of reactive cysteine thiols to persulfides. However, the source of the persulfide donor and whether its relationship to H2S is as a product or precursor is controversial. The transsulfuration pathway enzymes can synthesize cysteine persulfide (Cys-SSH) from cystine and H2S from cysteine and/or homocysteine. Recently, Cys-SSH was proposed as the primary product of the transsulfuration pathway with H2S representing a decomposition product of Cys-SSH. Our detailed kinetic analyses demonstrate a robust capacity for Cys-SSH production by the human transsulfuration pathway enzymes, cystathionine beta-synthase and γ-cystathionase (CSE) and for homocysteine persulfide synthesis from homocystine by CSE only. However, in the reducing cytoplasmic milieu where the concentration of reduced thiols is significantly higher than of disulfides, substrate level regulation favors the synthesis of H2S over persulfides. Mathematical modeling at physiologically relevant hepatic substrate concentrations predicts that H2S rather than Cys-SSH is the primary product of the transsulfuration enzymes with CSE being the dominant producer. The half-life of the metastable Cys-SSH product is short and decomposition leads to a mixture of polysulfides (Cys-S-(S)n-S-Cys). These in vitro data, together with the intrinsic reactivity of Cys-SSH for cysteinyl versus sulfur transfer, are consistent with the absence of an observable increase in protein persulfidation in cells in response to exogenous cystine and evidence for the formation of polysulfides under these conditions.

H₂S signalsviaprotein persulfidation. To be regulatory the modification will have to be reversible. Using a new method for persulfide detection, we discover this missing link and show that thioredoxin system acts as depersulfidasein vivo.

Aspergillus fumigatus is a human fungal pathogen that can cause devastating pulmonary infections, termed "aspergilloses," in individuals suffering immune imbalances or underlying lung conditions. As rapid adaptation to stress is crucial for the outcome of the host-pathogen interplay, here we investigated the role of the versatile posttranslational modification (PTM) persulfidation for both fungal virulence and antifungal host defense. We show that an A. fumigatus mutant with low persulfidation levels is more susceptible to host-mediated killing and displays reduced virulence in murine models of infection. Additionally, we found that a single nucleotide polymorphism (SNP) in the human gene encoding cystathionine γ-lyase (CTH) causes a reduction in cellular persulfidation and correlates with a predisposition of hematopoietic stem cell transplant recipients to invasive pulmonary aspergillosis (IPA), as correct levels of persulfidation are required for optimal antifungal activity of recipients' lung resident host cells. Importantly, the levels of host persulfidation determine the levels of fungal persulfidation, ultimately reflecting a host-pathogen functional correlation and highlighting a potential new therapeutic target for the treatment of aspergillosis.

Abstract Inhibition of the master growth regulator mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex 1) slows ageing across phyla, in part by reducing protein synthesis. Various stresses globally suppress protein synthesis through the integrated stress response (ISR), resulting in preferential translation of the transcription factor ATF-4. Here we show in C. elegans that inhibition of translation or mTORC1 increases ATF-4 expression, and that ATF-4 mediates longevity under these conditions independently of ISR signalling. ATF-4 promotes longevity by activating canonical anti-ageing mechanisms, but also by elevating expression of the transsulfuration enzyme CTH-2 to increase hydrogen sulfide (H 2 S) production. This H 2 S boost increases protein persulfidation, a protective modification of redox-reactive cysteines. The ATF-4/CTH-2/H 2 S pathway also mediates longevity and increased stress resistance from mTORC1 suppression. Increasing H 2 S levels, or enhancing mechanisms that H 2 S influences through persulfidation, may represent promising strategies for mobilising therapeutic benefits of the ISR, translation suppression, or mTORC1 inhibition.

Abstract The gasotransmitter hydrogen sulfide (H 2 S) is thought to be involved in the post‐translational modification of cysteine residues to produce reactive persulfides. A persulfide‐specific chemoselective proteomics approach with mammalian cells has identified a broad range of zinc finger (ZF) proteins as targets of persulfidation. Parallel studies with isolated ZFs show that persulfidation is mediated by Zn II , O 2 , and H 2 S, with intermediates involving oxygen‐ and sulfur‐based radicals detected by mass spectrometry and optical spectroscopies. A small molecule Zn II complex exhibits analogous reactivity with H 2 S and O 2 , giving a persulfidated product. These data show that Zn II is not just a biological structural element, but also plays a critical role in mediating H 2 S‐dependent persulfidation. ZF persulfidation appears to be a general post‐translational modification and a possible conduit for H 2 S signaling. This work has implications for our understanding of H 2 S‐mediated signaling and the regulation of ZFs in cellular physiology and development.