Tioredoksin redüktaz - Thioredoxin reductase

Tioredoksin redüktazlar ( TR , TrxR ) ( EC 1.8.1.9 ), tioredoksin (Trx) indirgediği bilinen tek enzimdir . Tioredoksin redüktazın iki sınıfı tanımlanmıştır: bakterilerde ve bazı ökaryotlarda bir sınıf ve hayvanlarda bir sınıf. Bakterilerde TrxR, NrdH olarak bilinen glutaredoksin benzeri proteinlerin indirgenmesini de katalize eder. Her iki sınıf da homodimer olarak işlev gören flavoproteinlerdir . Her monomer, bir FAD prostetik grubu, bir NADPH bağlanma alanı ve redoks-aktif disülfid bağı içeren bir aktif bölge içerir .

Hücresel rol

Tioredoksin redüktaz, tioredoksinin indirgenmesini katalize ettiği bilinen tek enzimdir ve bu nedenle tioredoksin sisteminde merkezi bir bileşendir. Tioredoksin (Trx) ve NADPH ile birlikte bu sistemin en genel tanımı hücrelerde indirgenmiş disülfid bağları oluşturma yöntemidir. Elektronlar NADPH'den TrxR yoluyla alınır ve protein disülfidleri veya diğer substratları indirgeyen Trx'in aktif bölgesine aktarılır. Trx sistemi tüm canlı hücrelerde bulunur ve genetik bir materyal olarak DNA'ya, oksijen metabolizmasından kaynaklanan oksidatif hasara karşı savunmaya ve hidrojen peroksit ve nitrik oksit gibi molekülleri kullanarak redoks sinyaline bağlı evrimsel bir geçmişe sahiptir.

TrxR'nin hücresel rolünün şematik diyagramı Holmgren ve ark.

Çeşitlilik

Tioredoksin redüktazın iki sınıfı bağımsız olarak evrimleşmiştir:

• Aktif bölgesinde bir selenosistein kalıntısı içeren yüksek moleküler ağırlıklı (MW = ~55,000) tip, insanlar dahil daha yüksek ökaryotlarda tanımlanmıştır. Bu TxR glutatyon redüktaz , tripanotion redüktaz , cıva redüktaz ve lipoamid dehidrojenaz ile ilgilidir .
• Arke, bakteri ve diğer ökaryalarda düşük moleküler ağırlıklı (MW = ~ 35.000) bir tip tespit edilmiştir.

Bu iki TrxR sınıfı, güvenilir bir şekilde hizalanabilecekleri birincil dizi bölümünde yalnızca ~%20 dizi özdeşliğine sahiptir. Her iki TrxR sınıfının net reaksiyonu aynıdır ancak her birinin etki mekanizması farklıdır.

İnsanlar üç tioredoksin redüktaz izozimini ifade eder: tioredoksin redüktaz 1 (TrxR1, sitozolik), tioredoksin redüktaz 2 (TrxR2, mitokondriyal), tioredoksin redüktaz 3 (TrxR3, testise özgü). Her izozim ayrı bir gen tarafından kodlanır:

Yapı

E. koli

Olarak , E. coli ThxR iki bağlanma alanları, için bir tane FAD ve başka NADPH . Bu iki alan arasındaki bağlantı, iki iplikli bir anti-paralel β-tabakadır . Her alan ayrı ayrı glutatyon redüktaz ve lipoamid dehidrojenazdaki benzer alanlara çok benzer , ancak bu alanların ThxR'deki nispi yönelimi 66 derece döndürülür. Bu, aşağıda açıklanan enzim etki mekanizmasında önemli hale gelir. ThxR, üç alfa-helis ve iki döngü tarafından oluşturulan iki monomer arasındaki arayüz ile homo-dimerize olur . Her monomer, bir tioredoksin molekülünü ayrı ayrı bağlayabilir .

• 

  Yapı , E. coli ThxR dimer bağlı tioredoksin

• 

  FAD ve NADPH prostetik gruplarıyla etiketlenmiş E. coli ThxR'nin yapısı

Memeli

Memeli TrxR yapısı E. coli'ye benzer . Bir FAD ve NADPH bağlanma alanı ve iki monomer alt birimi arasında bir arayüz içerir. Memeli ThxR'de, küçük bir çift beta zinciri oluşturan iki alfa sarmalı arasında FAD bağlanma alanında bir ekleme vardır . Enzimdeki aktif disülfid bu sarmallardan biri üzerinde yer alır ve bu nedenle aktif disülfid bağı E. coli ve diğer prokaryotlarda olduğu gibi NADPH alanında değil FAD alanında bulunur .

• 

  İnsan ThxR FAD ve NADPH protez gruplarının yapısı

mekanizma

Memelilerde ve muhtemelen insanlarda önerilen mekanizma: Tamamen oksitlenmiş formdan başlayarak, reaksiyon, selenenilsülfidin, FAD yoluyla NADPH'den alınan elektronlarla selenolat anyonuna (Se(-1)) indirgenmesiyle başlar (Aşama A). Selenolün düşük pKa değeri nedeniyle selenolat anyonu fizyolojik koşullar altında baskın formdur. İkinci bir NADPH molekülünden ikinci bir elektron transferi, FAD ile etkileşimle stabilize edilmiş bir Cys kalıntısı ile aktif bölge tihiol bağlarını azaltır (Adım B). Selenolat anyonu daha sonra Trx'in disülfid bağlarına ve sonuçta oluşan enzim-Trx karışık selenenilsülfide (Aşama C) saldırır, bu daha sonra komşu Cys kalıntısı tarafından selenenilsülfidi yeniden oluşturmak için saldırıya uğrar (Adım D). Bu selenenilsülfid daha sonra diğer alt birimden gelen aktif bölge tiolat tarafından indirgenir (Adım E). Zhong et al. (2,2':6',2''-terpiridin)platin(II) komplekslerinin insan TrxR'sini inhibe ettiğine dair bulgularla tutarlıdır.

E. koli

Olarak , E. coli ThxR FAD ve NADPH etki uzamsal konumlandırılmasının FAD ve NADPH redoks-aktif halkaları birbirine yakın olmadığı şekildedir. E. coli'nin FAD alanı , NADPH alanı sabit kalırken 66 derece döndürüldüğünde, iki prostetik grup, elektronların NADPH'den FAD'ye ve ardından aktif bölge disülfid bağına geçmesine izin vererek yakın temasa geçer. E. coli'de korunan aktif site kalıntıları -Cys-Ala-Thr-Cys-'dir.

Memeli

Memeli TrxR'leri glutatyon redüktaz ile E. coli'den çok daha yüksek bir dizi homolojisine sahiptir . FAD alanındaki ve bağlı NADPH alanındaki aktif bölge Cys kalıntıları, E. coli'de bulunan elektron transferi için 66 derecelik bir dönüş gerekliliğini ortadan kaldırmaktadır . Memeli mekanizmasının ek bir özelliği, proteinin C-terminal ucunda katalitik aktivite için gerekli olan bir selenosistein kalıntısının varlığıdır. Memeli aktif bölgesindeki korunan kalıntılar -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-.

Algılama yöntemleri

Tioredoksin redüktaz, Ellman reaktifi kullanılarak DTNB tahlili gibi çeşitli yöntemlerle ölçülebilir . Disülfid bazlı TRFS serisi floresan problar, TrxR'nin seçici tespitini göstermiştir. Mafireyi, TrxR tespitinde uygulanan ilk diselenid probunu sentezledi. Diğer saptama yöntemleri arasında immünolojik teknikler ve selenosistin-tioredoksin redüktaz tahlili (SC-TR tahlili) yer alır.

Klinik önemi

Kanser tedavisi

Bu enzimin aktivitesi hücre büyümesi ve hayatta kalması için gerekli olduğundan, anti-tümör tedavisi için iyi bir hedeftir. Ayrıca, enzim, malign mezotelyoma dahil olmak üzere çeşitli kanser türlerinde yukarı doğru düzenlenir . Örneğin, moteksafin gadolinyum (MGd), tümör hücrelerini seçici olarak hedef alan, tioredoksin redüktaz ve ribonükleotit redüktazın inhibisyonu yoluyla hücre ölümüne ve apoptoza yol açan yeni bir kemoterapötik ajandır .

kardiyomiyopati

Dilate kardiyomiyopati ( DCM ), konjestif kalp yetmezliği vakalarında yaygın bir tanıdır . Tioredoksin redüktazlar, hücresel redoks dengesini düzenlemek ve mitokondride oksidatif fosforilasyon yoluyla üretilen reaktif oksijen türlerinin neden olduğu hasarı azaltmak için gerekli proteinlerdir . Farelerde mitokondriyal TrxR2'nin etkisizleştirilmesi, ventriküler kalp duvarlarının incelmesi ve yenidoğan ölümü ile sonuçlanır. Ayrıca, bir kontrol popülasyonunda değil, DCM tanısı konan hastalarda TrxR2 geninde iki mutasyon bulunur. Bu mutasyonların patolojik etkisinin, kardiyak miyositlerde oksidatif hasarı kontrol etme yeteneğinin bozulması olduğu varsayılmaktadır .

Antibiyotik

Son zamanlarda düşük moleküler ağırlıklı tioredoksin redüktazın yeni antibiyotikler (auranofin veya Ebselen gibi) için bir hedef olabileceğini gösteren bazı araştırmalar yapılmıştır. Bu özellikle Mycobacterium Haemophilum için geçerlidir ve antibiyotiğe dirençli bakteriler için kullanılabilir.

Referanslar

Dış bağlantılar

• ABD Ulusal Tıp Kütüphanesi Tıbbi Konu Başlıklarında (MeSH) Tioredoksin+Redüktaz+(NADPH )