Tioredoksin-reduktaze (TR, TrxR) () su enzimi koji redukuju tioredoksin (Trx). Identificirane su dvije klase tioredoksin-reduktaze: jedna klasa kod bakterija i nekih eukariota, a druga kod životinja. Bakterijski TrxR također katalizira redukciju proteina sličnih glutaredoksinu poznatih kao NrdH. Obje klase su flavoproteini koji funkcioniraju kao homodimere. Svaka monomera sadrži FAD prostetsku grupu, NADPH domen za vezivanje i aktivno mjesto koje sadrži redoks-aktivnu disulfidnu vezu.

Uloga u ćelijama Tioredoksin-reduktaze su enzimi koji kataliziraju redukciju tioredoksina i stoga su centralna komponenta u tioredoksinskom sistemu. Zajedno sa tioredoksinom (Trx) i NADPH, najopćiiji opis ovog sistema je sistem za redukciju disulfidnih veza u ćelijama. Elektroni se uzimaju iz NADPH putem TrxR i prenose na aktivno mjesto Trx-a, koji dalje redukuje proteinske disulfide ili druge supstrate. Trx sistem postoji u svim živim ćelijama i ima evolucijsku historiju povezanu sa DNK kao genetičkim materijalom, odbranom od oksidativnih oštećenja usljed metabolizma kisika i redoks signalizacijom, korištenjem molekula poput vodik-peroksida i dušik- oksida.

thumb|center|500px|Shematski dijagram ćelijske uloge TrxR-a Adaptirano od Holmgrena i dr.

Raznolikost Dvije klase tioredoksin reduktaze su evoluirale nezavisno od zajedničkog pretka superporodice FAD/NAD(P)-vezujućeg domena (IPR036188): Tip visoke molekularne težine (MW = ~55.000) koji sadrži ostatak selenocisteina u svom aktivnom mjestu identificiran je kod viših eukariota, uključujući ljude. Ovaj TxR je povezan sa glutation-reduktazom, tripanotion reduktazom, živinom reduktazom i lipoamid-dehidrogenazom. U sljedećem tekstu koristimo primjer verzije kod sisara. Tip niske molekularne težine (MW = ~ 35.000) identificiran je kod arheja, bakterija i drugih eukariota. Srodan je sa AhpF, alkil hidroperoksid-reduktazom. U sljedećem tekstu koristimo primjer verzije E. coli.

Ove dvije klase TrxR imaju samo ~20% identičnosti sekvence u dijelu primarne sekvence gdje se mogu pouzdano poravnati. Neto reakcija obje klase TrxR je identična, ali mehanizam djelovanja svake je različit.

Ljudi eksprimiraju tri izoenzima tioredoksin-reduktaze: tioredoksin-reduktaza 1 (TrxR1, citosolni), tioredoksin-reduktaza 2 (TrxR2, mitohondrijska), tioredoksin-reduktaza 3 (TrxR3, specifična za testise)). Svaki izozim kodiran je posebnim genom:

Struktura

E. coli U E. coli ThxR postoje dva domena vezivanja, jedan za FAD i drugi za NADPH. Veza između ova dva domena je dvolančana antiparalelna β-lista. Svaki domen pojedinačno je vrlo sličan analognim domenima u glutation reduktazi i lipoamid-dehidrogenazi, ali je relativna orijentacija ovih domena u ThxR rotirana za 66 stepeni. Ovo postaje značajno u mehanizmu djelovanja opisanom u nastavku.

ThxR homo-dimerizira s graničnom površinom između dvije monomere, formiranom od tri alfa-heliksa i dvije petlje. Svaka monomera može zasebno vezati molekulu tioredoksina.

Sisarski Struktura TrxR kod sisara slična je onoj kod E. coli. Sadrži domen vezivanja FAD i NADPH, te interfejs između dvije monomerne podjedinice. ThxR kod sisara ima inserciju u domenu vezivanja FAD između dva alfa-heliksa, što formira mali par beta lanaca. Aktivni disulfid u enzimu se nalazi na jednoj od ovih heliksa i stoga se aktivna disulfidna veza nalazi u FAD domenu, a ne u NADPH domenu kao kod E. coli i drugih prokariota.

Mehanizam

thumb|700px|Predloženi mehanizam kod sisara i vjerovatno ljudi: Počevši od potpuno oksidiranog oblika, reakcija počinje redukcijom selenenilsulfida do selenolatnog aniona (Se(-1)) s elektronima primljenim iz NADPH putem FAD-a (Korak A). Zbog niske pKa vrijednosti selenola, selenolatni anion je predominantni oblik u fiziološkim uvjetima. Drugi prijenos elektrona iz druge molekule NADPH smanjuje tiholne veze aktivnog mjesta s jednim Cys ostatkom stabiliziranim interakcijom s FAD-om (Korak B). Selenolatni anion zatim napada disulfidne veze Trx i rezultirajući enzim-Trx miješani selenenilsulfid (Korak C), koji potom napada susjedni Cys ostatak kako bi regenerirao selenenilsulfid (Korak D). Ovaj selenenilsulfid se zatim reducira tiolatom aktivnog mjesta iz druge podjedinice (Korak E). Adaptirano iz Zhong et al. U skladu s nalazima da kompleksi (2,2‘:6‘,2‘‘-terpiridin)platina(II) inhibiraju ljudski TrxR.

E. coli U E. coli ThxR, prostorna orijentacija FAD i NADPH domena je takva da redoks-aktivni prstenovi FAD i NADPH nisu u neposrednoj blizini jedan drugom. Kada se FAD domen E. coli rotira za 66 stepeni, a NADPH domen ostaje fiksiran, dvije prostetičke grupe se pomjeraju u bliski kontakt, omogućavajući elektronima da prelaze sa NADPH na FAD, a zatim na disulfidnu vezu aktivnog mjesta. The conserved active site residues in E. coli are -Cys-Ala-Thr-Cys-.

Sisarski Sisarski TrxR-ovi imaju mnogo veću homologiju sekvenci sa glutation-reduktazom nego E. coli. Cys ostaci aktivnog mjesta u FAD domenu i vezani NADPH domen su u neposrednoj blizini, što uklanja potrebu za rotacijom od 66 stepeni za prijenos elektrona, što se nalazi u E. coli. Dodatna karakteristika mehanizma sisara je prisustvo selenocisteinskog ostatka na C-terminalnom kraju proteina, koji je potreban za katalitsku aktivnost. Konzervirani ostaci u aktivnom mjestu sisara su -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-.

Metode detekcije Tioredoksin reduktaza se može kvantificirati različitim metodama, kao što je DTNB test korištenjem Ellmanovog reagensa. Serija fluorescentnih proba TRFS na bazi disulfida pokazala je selektivnu detekciju TrxR.. Mafireyi je sintetizirao prvu diselenidnu sondu koja je primijenjena u detekciji TrxR. Druge metode detekcije uključuju imunoske tehnike i test selenocistin-tioredoksin reduktaze (SC-TR test).

Klinički značaj

Liječenje raka Budući da je aktivnost ovog enzima neophodna za rast i preživljavanje ćelija, on je dobra meta za antitumorsku terapiju. Nadalje, enzim je pojačano reguliran kod nekoliko vrsta raka, uključujući maligni mezoteliom. Naprimjer, moteksafin-gadolinij (MGd) je novi hemoterapeutski agens koji selektivno cilja tumorske ćelije, što dovodi do ćelijske smrti i apoptoza, putem inhibicije tioredoksin-reduktaze i ribonukleotid-reduktaze.

Kardiomiopatija Dilatativna kardiomiopatija (DCM) je česta dijagnoza u slučajevima kongestivnog zatajenja srca. Tioredoksin-reduktaze su esencijalni proteini za regulaciju ćelijske redoks ravnoteže i ublažavanje štete uzrokovane reaktivnim vrstama kisika generiranim putem oksidativne fosforilacije u mitohondrijama. Inaktivacija mitohondrijskog TrxR2 kod miševa rezultira stanjivanjem zidova srčanih komora i neonatusnom smrću. Nadalje, dvije mutacije u genu TrxR2 pronađene su kod pacijenata s dijagnozom DCM-a, a ne u kontrolnoj populaciji. Pretpostavlja se da je patološki uticaj ovih mutacija smanjena sposobnost kontrole oksidativnog oštećenja u srčanim miocitima.

Antibiotik Nedavno su provedena istraživanja koja pokazuju da bi tioredoksin-reduktaza niske molekularne težine mogla biti meta za nove antibiotike (kao što su auranofin ili Ebselen).[) Ovo se posebno odnosi na Mycobacterium haemophilum i moglo bi se koristiti za bakterije otporne na antibiotike.

Reference

Vanjski linkovi

Kategorija:EC 1.8.1 Kategorija:Enzimi