# Biochemical and Cellular Analysis of Redox Modification on Protein Kinase Substrate Selection

> **NIH NIH SC1** · NORTH CAROLINA AGRI & TECH ST UNIV · 2020 · $360,000

## Abstract

PROJECT SUMMARY 
  
Reactive oxygen species (ROS) are emerging as critical second messengers in many signaling pathways 
related to health and disease. While much progress has been made in understanding the mechanisms by 
which ROS levels are regulated inside cells, less is known about the molecular signaling events that occur 
downstream of ROS generation. A growing body of evidence suggests that protein kinases are directly 
regulated by ROS modification. For instance, the reversible oxidation of specific Cys residues in redox-­
sensitive kinases has been shown to influence their activity (either positively or negatively), subcellular 
localization, and protein-­protein interactions. In many cases, the modified Cys in the affected kinase is 
conserved among other members in the same kinase family. This raises the possibility that reversible oxidation 
may be a general means of regulating kinase function inside cells. To explore this possibility further, we 
recently used functional protein microarrays to examine the impact of oxidation on the global substrate 
selection of a series of AGC and CMCG kinase family members. These studies suggest that H2O2-­dependent 
oxidation shifts the substrate preference of many kinases, leading to distinct substrate profiles in the oxidized 
and reduced states. Interestingly, in most cases, both increases and decreases in substrate phosphorylation 
were observed. As a consequence, reversible oxidation may play an important role in controlling the signaling 
specificity of redox-­sensitive kinases in cells. To investigate these questions further, we propose 1) to examine 
the molecular mechanisms underlying the H2O2-­induced shifts in kinase substrate selection (Aims 1 & 2) and 
2) to begin to explore the functional consequences of redox modification on kinase-­dependent signaling 
processes inside the cell (Aim 3). During these studies, we will focus on two representative AGC and CMGC 
family members, namely PKA and ERK2. Not only will this provide new insights into the redox regulation of 
these important kinases, but it will also lay a foundation for the analysis of other redox sensitive kinases 
identified in the microarray experiments. Together, these studies will offer unique insights into ROS-­mediated 
regulation of kinase function and provide the foundation for future studies into crosstalk between ROS-­ and 
phosphorylation-­dependent signaling pathways in physiological and pathological states.

## Key facts

- **NIH application ID:** 9985953
- **Project number:** 5SC1GM130545-03
- **Recipient organization:** NORTH CAROLINA AGRI & TECH ST UNIV
- **Principal Investigator:** Robert Howard Newman
- **Activity code:** SC1 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $360,000
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-09-10 → 2022-07-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9985953

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9985953, Biochemical and Cellular Analysis of Redox Modification on Protein Kinase Substrate Selection (5SC1GM130545-03). Retrieved via AI Analytics 2026-05-23 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9985953. Licensed CC0.

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*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*