a modern molekuláris biológia nagyszámú nagy és összetett fehérjét és gént tárt fel, amelyek szabályozzák a test működését. Ezzel szemben az elmúlt tíz év felfedezései azt mutatják, hogy a neuronális kommunikáció, az erek modulációja és az immunválasz kulcsfontosságú jellemzőit egy rendkívül egyszerű vegyi anyag, a nitrogén-monoxid (NO) közvetíti. Az endogén NO-t argininből három különálló család állítja elő kalmodulin-függő NO-szintáz (NOS) enzimek. Az endothel sejtekből (eNOS) és a neuronokból (nNOS) származó NOS-k egyaránt konstitutív módon expresszált enzimek, amelyek aktivitását az intracelluláris kalcium növekedése stimulálja. A NO immunfunkcióit egy kalciumfüggetlen indukálható NOS (iNOS) közvetíti. Az iNOS fehérje expressziója transzkripciós aktiválást igényel, amelyet a citokinek specifikus kombinációi közvetítenek. Mindhárom NOS a NADPH-t használja elektrondonorként, és öt enzim-kofaktort alkalmaz az arginin öt elektronos oxidációjának NO-ra történő katalizálására sztöchiometrikus citrullin képződéssel. A No legmagasabb szintje az egész testben az idegsejtekben található, ahol a NO egyedülálló hírvivő molekulaként működik. Az autonóm idegrendszerben nem működik fő nem adrenerg nem kolinerg (NANC) neurotranszmitterként. Ez a NANC útvonal különösen fontos szerepet játszik a simaizom relaxációjának előidézésében az agyi keringésben, valamint a gyomor-bélrendszerben, az urogenitális és a légutakban. Az autonóm idegek NOS aktivitásának diszregulációja nagy szerepet játszik a különböző patofiziológiai állapotokban, beleértve a migrénes fejfájást, a hypertrophiás pylorus stenosisot és a férfi impotenciát. Az agyban nem működik neuromodulátorként, és úgy tűnik, hogy közvetíti a tanulás és a memória aspektusait.
bár az endogén NO-t eredetileg a simaizom relaxáció közvetítőjeként értékelték, a NO-nak is nagy szerepe van a vázizomban. Fiziológiailag az izomból származó NO szabályozza a vázizom kontraktilitását és a testmozgás által kiváltott glükózfelvételt. az nNOS a vázizom plazmamembránján fordul elő, amely megkönnyíti az NO diffúzióját az érrendszerbe az izom perfúziójának szabályozására. az nNOS fehérje a vázizomzat dystrophin komplexében fordul elő, ezért az NO részt vehet az izomdisztrófia patofiziológiájában.
a gerjeszthető szövetekben a No jelátvitelhez az NO gyors és ellenőrzött szállítása szükséges meghatározott sejtes célpontokhoz. A No jelátvitel ezen szigorú szabályozását nagyrészt a NO bioszintézis szintjén szabályozzák. Az nNOS aktivitás akut kontrollját az alloszterikus enzimszabályozás, a poszttranszlációs módosítás és az enzim szubcelluláris célzása közvetíti. az nNOS fehérje szintjét dinamikusan szabályozzák a gén transzkripció változásai is, és ez hosszú távú változásokat eredményez a szöveti NO-szintekben. Míg a NO általában fiziológiai neuronális mediátorként működik, a NO túlzott termelése agyi sérülést közvetít. Az agyi ischaemiával és más excitotoxikus folyamatokkal összefüggő glutamát receptorok túlaktiválása a NO masszív felszabadulását eredményezi. Mint szabad gyök, az NO eredendően reaktív és közvetíti a celluláris toxicitást azáltal, hogy károsítja a kritikus metabolikus enzimeket, és a szuperoxiddal reagálva még erősebb oxidálószert, peroxinitrit. Ezen mechanizmusok révén úgy tűnik, hogy a NO jelentős szerepet játszik a stroke, a Parkinson-kór, a Huntington-kór és az amiotróf laterális szklerózis patofiziológiájában.
