Tioredoxinreduktas
| Tioredoxinreduktasidentifierare | |
|---|---|
| _ | |
| Symbol | ? |
| InterPro | IPR005982 |
| PROSITE | PS00573 |
| SCOP2 | 1zof / SCOPe / SUPFAM |
Tioredoxinreduktaser ( TR , TrxR ) ( EC 1.8.1.9 ) är enzymer som reducerar tioredoxin (Trx). Två klasser av tioredoxinreduktas har identifierats: en klass i bakterier och några eukaryoter och en i djur. Hos bakterier katalyserar TrxR också reduktionen av glutaredoxinliknande proteiner som kallas NrdH. Båda klasserna är flavoproteiner som fungerar som homodimerer. Varje monomer innehåller en FAD- protesgrupp, en NADPH- bindande domän och ett aktivt ställe som innehåller en redoxaktiv disulfidbindning .
Cellulär roll
Tioredoxinreduktaser är enzymer som katalyserar reduktionen av tioredoxin och är därför en central komponent i tioredoxinsystemet. Tillsammans med tioredoxin (Trx) och NADPH är detta systems mest allmänna beskrivning som ett system för att reducera disulfidbindningar i celler. Elektroner tas från NADPH via TrxR och överförs till det aktiva stället för Trx, vilket fortsätter att reducera proteindisulfider eller andra substrat. Trx-systemet finns i alla levande celler och har en evolutionär historia knuten till DNA som ett genetiskt material, försvar mot oxidativ skada på grund av syremetabolism och redoxsignalering med hjälp av molekyler som väteperoxid och kväveoxid.
Mångfald
Två klasser av tioredoxinreduktas har utvecklats oberoende av varandra:
- En typ med hög molekylvikt (MW = ~55 000) som innehåller en selenocysteinrest i dess aktiva ställe har identifierats i högre eukaryoter inklusive människor. Denna TxR är relaterad till glutationreduktas , trypanotionreduktas , kvicksilverreduktas och lipoamiddehydrogenas .
- En typ med låg molekylvikt (MW = ~ 35 000) har identifierats i archaea, bakterier och andra eukarya.
Dessa två klasser av TrxR har endast ~20% sekvensidentitet i sektionen av primär sekvens där de kan ställas in på ett tillförlitligt sätt. Nettoreaktionen för båda klasserna av TrxR är identisk men verkningsmekanismen för var och en är distinkt.
Människor uttrycker tre tioredoxinreduktasisozymer: tioredoxinreduktas 1 (TrxR1, cytosolisk), tioredoxinreduktas 2 (TrxR2, mitokondrie), tioredoxinreduktas 3 (TrxR3, testikelspecifik). Varje isozym kodas av en separat gen:
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Strukturera
E coli
I E. coli ThxR finns två bindningsdomäner, en för FAD och en annan för NADPH . Kopplingen mellan dessa två domäner är ett tvåsträngat antiparallellt β-ark . Varje domän individuellt är mycket lik de analoga domänerna i glutationreduktas och lipoamiddehydrogenas, men den relativa orienteringen av dessa domäner i ThxR roteras med 66 grader. Detta blir signifikant i enzymets verkningsmekanism som beskrivs nedan. ThxR homodimeriserar med gränssnittet mellan de två monomererna som bildas av tre alfa-helixar och två slingor. Varje monomer kan separat binda en tioredoxinmolekyl .
Struktur av E. coli ThxR-dimerbundet tioredoxin
Struktur av E. coli ThxR med FAD- och NADPH-protesgrupper märkta
Däggdjurs
Däggdjurs TrxR-struktur liknar E. coli . Den innehåller en FAD- och NADPH- bindande domän och ett gränssnitt mellan två monomersubenheter. I däggdjurs ThxR finns en insättning i FAD- bindningsdomänen mellan två alfa-helixar som bildar ett litet par beta-strängar. Den aktiva disulfiden i enzymet är lokaliserad på en av dessa helixar och därmed är den aktiva disulfidbindningen belägen i FAD- domänen och inte NADPH- domänen som i E. coli och andra prokaryoter .
Struktur av mänskliga ThxR FAD- och NADPH-protesgrupper
Mekanism
E coli
I E. coli ThxR är den rumsliga orienteringen av FAD- och NADPH-domänerna sådan att de redoxaktiva ringarna av FAD och NADPH inte är i närheten av varandra. När FAD-domänen hos E. coli roteras 66 grader medan NADPH-domänen förblir fixerad, flyttar de två protesgrupperna till nära kontakt vilket tillåter elektroner att passera från NADPH till FAD och sedan till disulfidbindningen på det aktiva stället. De konserverade resterna av det aktiva stället i E. coli är -Cys-Ala-Thr-Cys-.
Däggdjurs
TrxR från däggdjur har en mycket högre sekvenshomologi med glutationreduktas än E. coli . Cys-resterna på det aktiva stället i FAD-domänen och den bundna NADPH-domänen ligger i närheten, vilket tar bort behovet av en 66 graders rotation för elektronöverföring som finns i E. coli . En ytterligare egenskap hos däggdjursmekanismen är närvaron av en selenocysteinrest vid den C-terminala änden av proteinet som krävs för katalytisk aktivitet. De konserverade resterna i det aktiva stället för däggdjur är -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-.
Detektionsmetoder
Tioredoxinreduktas kan kvantifieras med olika metoder såsom DTNB-analysen med Ellmans reagens . Den disulfidbaserade TRFS-serien av fluorescerande prober har visat selektiv detektion av TrxR. Mafireyi syntetiserade den första diselenidproben som användes för att detektera TrxR. Andra detektionsmetoder inkluderar immunologiska tekniker och selenocystin-tioredoxinreduktasanalysen (SC-TR-analysen).
Klinisk signifikans
Cancer behandling
Eftersom aktiviteten av detta enzym är avgörande för celltillväxt och överlevnad, är det ett bra mål för antitumörterapi. Dessutom är enzymet uppreglerat i flera typer av cancer, inklusive malignt mesoteliom . Till exempel motexafin gadolinium (MGd) ett nytt kemoterapeutiskt medel som selektivt riktar sig mot tumörceller, vilket leder till celldöd och apoptos via hämning av tioredoxinreduktas och ribonukleotidreduktas .
Kardiomyopati
Dilaterad kardiomyopati ( DCM ) är en vanlig diagnos i fall av kronisk hjärtsvikt . Tioredoxinreduktaser är essentiella proteiner för att reglera cellulär redoxbalans och mildra skador orsakade av reaktiva syrearter som genereras via oxidativ fosforylering i mitokondrierna . Inaktivering av mitokondriell TrxR2 hos möss resulterar i förtunning av kammarhjärtväggarna och neonatal död. Dessutom finns två mutationer i TrxR2-genen hos patienter som diagnostiserats med DCM och inte i en kontrollpopulation. Det antas att den patologiska effekten av dessa mutationer är en försämrad förmåga att kontrollera oxidativ skada i hjärtmyocyter .
Antibiotikum
Det har nyligen gjorts en del forskning som visar att tioredoxinreduktas med låg molekylvikt kan vara ett mål för nya antibiotika (som auranofin eller Ebselen.) Detta gäller särskilt för Mycobacterium Haemophilum och kan användas för antibiotikaresistenta bakterier.
externa länkar
- Tioredoxin+Reduktas+(NADPH) vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
