Tiorredoxina reductasa
| Tiorredoxina reductasa | |
|---|---|
| Identificadores | |
| Símbolo | ? |
| Interprofesional | IPR005982 |
| PROSITIO | PS00573 |
| SCOP2 | 1zof / ALCANCE / SUPFAM |
Las tiorredoxinas reductasas ( TR , TrxR ) ( EC 1.8.1.9) son enzimas que reducen la tiorredoxina (Trx). [1] Se han identificado dos clases de tiorredoxina reductasa: una clase en bacterias y algunos eucariotas y otra en animales. En bacterias, TrxR también cataliza la reducción de proteínas similares a glutaredoxina conocidas como NrdH. [2] [3] [4] Ambas clases son flavoproteínas que funcionan como homodímeros. Cada monómero contiene un grupo prostético FAD , un dominio de unión a NADPH y un sitio activo que contiene un enlace disulfuro redox-activo . [5]
Papel celular
Las tiorredoxinas reductasas son enzimas que catalizan la reducción de la tiorredoxina [1] y, por lo tanto, son un componente central en el sistema de la tiorredoxina. Junto con la tiorredoxina (Trx) y el NADPH, la descripción más general de este sistema es como un sistema para reducir los enlaces disulfuro en las células. Los electrones se toman del NADPH a través de TrxR y se transfieren al sitio activo de Trx, que continúa reduciendo los disulfuros de proteínas u otros sustratos. [6] El sistema Trx existe en todas las células vivas y tiene una historia evolutiva vinculada al ADN como material genético, la defensa contra el daño oxidativo debido al metabolismo del oxígeno y la señalización redox utilizando moléculas como el peróxido de hidrógeno y el óxido nítrico. [7] [8]
Diversidad
Han evolucionado independientemente dos clases de tiorredoxina reductasa:
- Se ha identificado un tipo de TxR de alto peso molecular (PM = ~55.000) que contiene un residuo de selenocisteína en su sitio activo en eucariotas superiores, incluidos los humanos. Este TxR está relacionado con la glutatión reductasa , la tripanotiona reductasa , la reductasa mercúrica y la lipoamida deshidrogenasa . [5]
- Se ha identificado un tipo de bajo peso molecular (PM = ~ 35.000) en arqueas, bacterias y otros eucariotas. [5]
Estas dos clases de TrxR tienen solo un ~20% de identidad de secuencia en la sección de la secuencia primaria donde pueden alinearse de manera confiable. [5] La reacción neta de ambas clases de TrxR es idéntica, pero el mecanismo de acción de cada una es distinto. [9]
Los humanos expresan tres isoenzimas de tiorredoxina reductasa: tiorredoxina reductasa 1 (TrxR1, citosólica), tiorredoxina reductasa 2 (TrxR2, mitocondrial) y tiorredoxina reductasa 3 (TrxR3, específica de los testículos). [10] Cada isoenzima está codificada por un gen independiente:
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Estructura
E. coli
En E. coli ThxR hay dos dominios de unión, uno para FAD y otro para NADPH . La conexión entre estos dos dominios es una hoja β antiparalela de dos cadenas . [11] Cada dominio individualmente es muy similar a los dominios análogos en glutatión reductasa y lipoamida deshidrogenasa pero la orientación relativa de estos dominios en ThxR está rotada 66 grados. [11] Esto se vuelve significativo en el mecanismo de acción de la enzima que se describe a continuación. ThxR homodimeriza con la interfaz entre los dos monómeros formada por tres hélices alfa y dos bucles. [11] Cada monómero puede unirse por separado a una molécula de tiorredoxina .
- Estructura del dímero ThxR de E. coli unido a la tiorredoxina
- Estructura de ThxR de E. coli con grupos prostéticos FAD y NADPH marcados
Mamífero
La estructura del TrxR de mamíferos es similar a la de E. coli . Contiene un dominio de unión de FAD y NADPH , y una interfaz entre dos subunidades monoméricas. En el ThxR de mamíferos hay una inserción en el dominio de unión de FAD entre dos hélices alfa que forma un pequeño par de cadenas beta. [12] El disulfuro activo en la enzima se encuentra en una de estas hélices y, por lo tanto, el enlace disulfuro activo se encuentra en el dominio FAD y no en el dominio NADPH como en E. coli y otros procariotas . [12]
- Estructura de los grupos prostéticos ThxR FAD y NADPH humanos
Mecanismo
E. coli
En E. coli ThxR, la orientación espacial de los dominios FAD y NADPH es tal que los anillos redox-activos de FAD y NADPH no están muy cerca uno del otro. [1] Cuando el dominio FAD de E. coli se gira 66 grados y el dominio NADPH permanece fijo, los dos grupos prostéticos se mueven a un estrecho contacto, lo que permite que los electrones pasen del NADPH al FAD y luego al enlace disulfuro del sitio activo. [1] [15] Los residuos del sitio activo conservados en E. coli son -Cys-Ala-Thr-Cys-. [1]
Mamífero
Los TrxR de mamíferos tienen una homología de secuencia mucho mayor con la glutatión reductasa que E. coli . [1] Los residuos de Cys del sitio activo en el dominio FAD y el dominio NADPH unido están muy próximos, lo que elimina la necesidad de una rotación de 66 grados para la transferencia de electrones que se encuentra en E. coli . Una característica adicional del mecanismo de los mamíferos es la presencia de un residuo de selenocisteína en el extremo C-terminal de la proteína que es necesario para la actividad catalítica. Los residuos conservados en el sitio activo de los mamíferos son -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-. [1]
Métodos de detección
La tiorredoxina reductasa se puede cuantificar mediante varios métodos, como el ensayo DTNB utilizando el reactivo de Ellman . La serie TRFS de sondas fluorescentes basadas en disulfuro ha demostrado la detección selectiva de TrxR. [16] [17] [18] [19] Mafireyi sintetizó la primera sonda de diseleniuro que se aplicó en la detección de TrxR. [20] [21] Otros métodos de detección incluyen técnicas inmunológicas y el ensayo de selenocistina-tiorredoxina reductasa (ensayo SC-TR).
Importancia clínica
Tratamiento del cáncer
Dado que la actividad de esta enzima es esencial para el crecimiento y la supervivencia celular, es un buen objetivo para la terapia antitumoral. Además, la enzima se regula positivamente en varios tipos de cáncer, incluido el mesotelioma maligno . [22] [23] Por ejemplo, la motexafina gadolinio (MGd) es un nuevo agente quimioterapéutico que se dirige selectivamente a las células tumorales, lo que conduce a la muerte celular y la apoptosis a través de la inhibición de la tiorredoxina reductasa y la ribonucleótido reductasa .
Miocardiopatía
La miocardiopatía dilatada ( MCD ) es un diagnóstico común en casos de insuficiencia cardíaca congestiva . Las tiorredoxinas reductasas son proteínas esenciales para regular el equilibrio redox celular y mitigar el daño causado por las especies reactivas de oxígeno generadas a través de la fosforilación oxidativa en las mitocondrias . La inactivación de TrxR2 mitocondrial en ratones da como resultado un adelgazamiento de las paredes del corazón ventricular y la muerte neonatal. [10] Además, se encuentran dos mutaciones en el gen TrxR2 en pacientes diagnosticados con MCD y no en una población de control. Se plantea la hipótesis de que el impacto patológico de estas mutaciones es una capacidad deteriorada para controlar el daño oxidativo en los miocitos cardíacos . [24]
Antibiótico
Recientemente se han realizado algunas investigaciones que demuestran que la tiorredoxina reductasa de bajo peso molecular podría ser un objetivo para nuevos antibióticos (como auranofina o Ebselen. [25] ) Esto es especialmente cierto para Mycobacterium Haemophilum y podría usarse para bacterias resistentes a los antibióticos. [26]
Referencias
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Enlaces externos
- Tiorredoxina+reductasa+(NADPH) en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
