Пероксиредоксин - Peroxiredoxin

AhpC-TSA
Пероксиредоксин.png
Структура AhpC, a бактериальный 2-цистеин пероксиредоксин из Сальмонелла тифимуриум.
Идентификаторы
СимволAhpC-TSA
PfamPF00578
Pfam кланCL0172
ИнтерПроIPR000866
SCOP21prx / Объем / СУПФАМ
OPM суперсемейство131
Белок OPM1xvw
пероксиредоксин
Идентификаторы
Номер ЕС1.11.1.15
Количество CAS207137-51-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Пероксиредоксины (Prxs, EC 1.11.1.15; HGNC корневой символ PRDX) повсеместно семья из антиоксидант ферменты которые также контролируют цитокин -индуцированный перекись уровней и тем самым посредничать преобразование сигнала в клетках млекопитающих.[1] Члены семьи у людей PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4, PRDX5, и PRDX6. Физиологическое значение пероксиредоксинов подтверждается их относительной распространенностью (пероксиредоксин 2 является одним из самых распространенных белков в эритроцитах после гемоглобина).

Классификация

Prx исторически подразделялись на три (механистических) класса:

  • Типичные 2-Cys Prxs
  • Атипичные 2-Cys Prxs и
  • 1-Cys Prxs.

Обозначение Prxs "1-Cys" и "2-Cys" было введено в 1994 году.[2] как было замечено, что среди 22 последовательностей Prx, известных в то время, только один остаток Cys был абсолютно консервативным; это остаток, который теперь распознается как (необходимый) пероксидный цистеин, Cп. Второй, полуконсервативный цистеин, отмеченный в то время, - это разрешающий цистеин, Cр, который образует межсубъединичную дисульфидную связь с Cп в широко распространенных и многочисленных Prx, иногда называемых «типичными 2-Cys Prx». В конечном итоге стало ясно, что Cр могут занимать несколько позиций в различных членах семейства Prx, что приводит к добавлению категории «атипичный 2-Cys Prx» (Prxs, для которых Cр присутствует, но не в «типичном», изначально идентифицированном положении).

Благодаря большому количеству информации, доступной в настоящее время о структурах и последовательностях Prx, теперь признается, что члены семейства делятся на шесть классов или подгрупп, обозначенных как Prx1 (по существу, синоним «типичного 2-Cys»), Prx5, Prx6, PrxQ, Tpx и Группы AhpE. Сейчас признано, что существование и расположение Cр во всех 6 группах неоднороден. Таким образом, даже несмотря на то, что обозначение «1-Cys Prx» первоначально было связано с группой Prx6 из-за отсутствия Cр в PrxVI человека, и многие члены группы Prx6, по-видимому, не имеют Cр, есть члены "1-Cys" во всех подгруппах. Более того, Cр могут быть расположены в 5 (известных) местах в структуре, давая либо межсубъединичную, либо внутрисубъединичную дисульфидную связь в окисленном белке (в зависимости от Cр место расположения).[3] Чтобы помочь идентифицировать новых членов и подгруппу, к которой они принадлежат, база данных с возможностью поиска ( Индекс классификации пероксиредоксина ), включая последовательности Prx, идентифицированные из GenBank (с января 2008 г. по октябрь 2011 г.), был создан с помощью биоинформатического анализа и является общедоступным. имеется в наличии.[4]

Каталитический цикл

Эти ферменты имеют один и тот же основной каталитический механизм, в котором окислительно-восстановительно-активный цистеин (перекисный цистеин) в активном центре окисляется до сульфеновая кислота пероксидным субстратом.[5] Рециркуляция сульфеновой кислоты обратно в тиол это то, что отличает три класса ферментов. 2-Cys пероксиредоксины восстанавливаются тиолы такие как тиоредоксины, тиоредоксин-подобные белки или, возможно, глутатион, в то время как ферменты 1-Cys могут быть восстановлены аскорбиновая кислота или глутатион в присутствии GST -π.[6] Используя кристаллические структуры высокого разрешения, был получен подробный каталитический цикл для Prxs,[7] включая модель регулируемого окислительно-восстановительным процессом олигомерного состояния, предложенную для контроля активности ферментов.[8] Инактивация этих ферментов за счет чрезмерного окисления (также известного как гиперокисление) активного тиола до сульфиновая кислота может быть отменено сульфиредоксин.[9]

Пероксиредоксины в бактериях часто называют алкилгидропероксидредуктазой (AhpC).[10] Другие названия включают тиолоспецифический антиоксидант (TSA) и тиоредоксинпероксидазу (TPx).[11]

Млекопитающие экспрессируют шесть пероксиредоксинов:[12]

  • Ферменты 1-Cys: PRDX6 (в группе Prx6)
  • 2-Cys ферменты: PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4 (все четыре в группе Prx1) и PRDX5 (в группе Prx5)

Ферментативная регуляция

Пероксиредоксины могут регулироваться фосфорилирование, окислительно-восстановительный статус такие как сульфирование,[13] ацетилирование, нитрование, усечения и состояния олигомеризации.

Функция

Пероксиредоксин снижается на тиоредоксин (Trx) после уменьшения пероксид водорода (ЧАС2О2) в следующих реакциях:[14]

  • Prx (уменьшено) + H2О2 → Prx (окисленный) + 2H2О
  • Prx (окисленный) + Trx (восстановленный) → Prx (восстановленный) + Trx (окисленный)

Окисленная форма Prx неактивна по своей редуктазной активности, но может функционировать как молекулярный шаперон,[15] требуя пожертвования электронов от восстановленного Trx для восстановления его каталитической активности.[16]

Физиологическое значение пероксиредоксинов иллюстрируется их относительной распространенностью (один из самых распространенных белков в эритроцитах после гемоглобина пероксиредоксин 2 ), а также учеба в нокаутировать мышей. Мышей не хватает пероксиредоксин 1 или 2 развивают тяжелую гемолитическую анемию и предрасположены к определенным гематопоэтический раки. Продолжительность жизни мышей с нокаутом пероксиредоксина 1 сокращается на 15%.[17] Мыши с нокаутом пероксиредоксина 6 жизнеспособны и не демонстрируют явных грубых патологий, но более чувствительны к определенным экзогенным источникам окислительного стресса, таким как гипероксия.[18] Пероксиредоксин 3 (пероксиредоксин митохондриального матрикса) мыши с нокаутом жизнеспособны и не демонстрируют явной макроскопической патологии. Предполагается, что пероксиредоксины играют роль в передаче клеточных сигналов, регулируя H2О2 уровни.[19]

Растительные 2-Cys пероксиредоксины посттрансляционно нацелены на хлоропласты,[20] где они защищают фотосинтетическую мембрану от фотоокислительного повреждения.[21] Экспрессия ядерных генов зависит от передачи сигналов от хлоропласта к ядру и реагирует на фотосинтетические сигналы, такие как доступность акцептора в фотосистеме II и ABA.[22]

Циркадные часы

Пероксиредоксины участвуют в 24-часовом внутреннем циркадные часы многих организмов.[23][24][25]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ри С., Чае Х, Ким К. (2005). «Пероксиредоксины: исторический обзор и предварительный просмотр новых механизмов и новых концепций в передаче сигналов в клетке». Свободный Радик Биол Мед. 38 (12): 1543–52. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2005.02.026. PMID  15917183.
  2. ^ Чае Х.З., Робисон К., Пул Л.Б., Черч Г., Сторц Г., Ри С.Г. (1994). «Клонирование и секвенирование тиол-специфического антиоксиданта из мозга млекопитающих: алкилгидропероксидредуктаза и тиол-специфический антиоксидант определяют большое семейство антиоксидантных ферментов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 91 (15): 7017–7021. Bibcode:1994PNAS ... 91.7017C. Дои:10.1073 / пнас.91.15.7017. ЧВК  44329. PMID  8041738.
  3. ^ Перкинс, Арден; Нельсон, Кимберли Дж .; Parsonage, Дерек; Пул, Лесли Б.; Карплюс, П. Эндрю (2015-08-01). «Пероксиредоксины: защитники окислительного стресса и модуляторы пероксидной передачи сигналов». Тенденции в биохимических науках. 40 (8): 435–445. Дои:10.1016 / j.tibs.2015.05.001. ISSN  0968-0004. ЧВК  4509974. PMID  26067716.
  4. ^ Соито, Лаура; Уильямсон, Крис; Knutson, Stacy T .; Fetrow, Jacquelyn S .; Пул, Лесли Б.; Нельсон, Кимберли Дж. (01.01.2011). «PREX: Индекс классификации пероксиредоксина, база данных по подсемействам в разнообразном семействе пероксиредоксинов». Исследования нуклеиновых кислот. 39 (Выпуск базы данных): D332–337. Дои:10.1093 / nar / gkq1060. ISSN  1362-4962. ЧВК  3013668. PMID  21036863.
  5. ^ Клэйборн А., Йе Дж. И., Маллет Т. К., Люба Дж., Крейн Е. Дж., Чарриер В., Парсонейдж Д. (ноябрь 1999 г.). «Белок-сульфеновые кислоты: разнообразные роли маловероятного игрока в ферментативном катализе и окислительно-восстановительном регулировании». Биохимия. 38 (47): 15407–16. Дои:10.1021 / bi992025k. PMID  10569923.
  6. ^ Монтейро Дж., Орта Б. Б., Пимента, округ Колумбия, Аугусто О., Нетто LE (март 2007 г.). «Уменьшение пероксиредоксина 1-Cys аскорбатом меняет парадигму тиол-специфических антиоксидантов, раскрывая еще одну функцию витамина С». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 104 (12): 4886–91. Bibcode:2007ПНАС..104.4886М. Дои:10.1073 / pnas.0700481104. ЧВК  1829234. PMID  17360337.
  7. ^ Перкинс, Арден; Parsonage, Дерек; Нельсон, Кимберли Дж .; Огба, О. Мадука; Чеонг, Пол Ха-Ён; Пул, Лесли Б.; Карплюс, П. Эндрю (2016-10-04). «Пероксиредоксиновый катализ при атомном разрешении». Структура. 24 (10): 1668–1678. Дои:10.1016 / j.str.2016.07.012. ISSN  1878-4186. ЧВК  5241139. PMID  27594682.
  8. ^ Вуд З.А., Шредер Э., Робин Харрис Дж., Пул Л.Б. (январь 2003 г.). «Структура, механизм и регуляция пероксиредоксинов». Trends Biochem. Наука. 28 (1): 32–40. Дои:10.1016 / S0968-0004 (02) 00003-8. PMID  12517450.
  9. ^ Йонссон Т.Дж., Лоутер В.Т. (2007). Белки восстановления пероксиредоксина. Подъячейка. Биохим. Субклеточная биохимия. 44. С. 115–41. Дои:10.1007/978-1-4020-6051-9_6. ISBN  978-1-4020-6050-2. ЧВК  2391273. PMID  18084892.
  10. ^ Пул LB (январь 2005 г.). «Бактериальная защита против оксидантов: механистические особенности цистеиновых пероксидаз и их флавопротеинредуктаз». Arch. Biochem. Биофизы. 433 (1): 240–54. Дои:10.1016 / j.abb.2004.09.006. PMID  15581580.
  11. ^ Чае Х.З., Ри С.Г. (май 1994 г.). «Тиол-специфический антиоксидант и гомология последовательности различных белков с неизвестной функцией». БиоФакторы. 4 (3–4): 177–80. PMID  7916964.
  12. ^ Kim SY, Jo HY, Kim MH, Cha YY, Choi SW, Shim JH, Kim TJ, Lee KY (ноябрь 2008 г.). «Н2О2-зависимое гипероксидирование пероксиредоксина 6 (Prdx6) играет роль в клеточной токсичности через повышающую регуляцию активности iPLA2». J. Biol. Chem. 283 (48): 33563–8. Дои:10.1074 / jbc.M806578200. ЧВК  2662274. PMID  18826942.
  13. ^ Wu, C; Дай, Н; Ян, Л; Лю, Т; Cui, C; Чен, Т; Ли, Х (июль 2017 г.). «Сульфирование разрешающего цистеина в человеческом пероксиредоксине 1: комплексный масс-спектрометрический анализ». Свободная радикальная биология и медицина. 108: 785–792. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2017.04.341. ЧВК  5564515. PMID  28450148.
  14. ^ Ри С.Г., Кан С.В., Чанг Т.С., Чжон В., Ким К. (июль 2001 г.). «Пероксиредоксин, новое семейство пероксидаз». IUBMB Life. 52 (1–2): 35–41. Дои:10.1080/15216540252774748. PMID  11795591.
  15. ^ Wu, C; Дай, Н; Ян, Л; Лю, Т; Cui, C; Чен, Т; Ли, Х (июль 2017 г.). «Сульфирование разрешающего цистеина в человеческом пероксиредоксине 1: комплексный масс-спектрометрический анализ». Свободная радикальная биология и медицина. 108: 785–792. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2017.04.341. ЧВК  5564515. PMID  28450148.
  16. ^ Пиллэй С.С., Хофмейр Дж. Х., Оливье Б. Г., Сноуп Дж. Л., Ровер Дж. М. (январь 2009 г.). «Ферменты или окислительно-восстановительные пары? Кинетика реакций тиоредоксина и глутаредоксина в контексте системной биологии». Biochem. J. 417 (1): 269–75. Дои:10.1042 / BJ20080690. PMID  18694397.
  17. ^ Neumann CA, Krause DS, Carman CV, Das S, Dubey DP, Abraham JL, Bronson RT, Fujiwara Y, Orkin SH, Van Etten RA (июль 2003 г.). «Важная роль пероксиредоксина Prdx1 в антиоксидантной защите эритроцитов и подавлении опухоли». Природа. 424 (6948): 561–5. Bibcode:2003Натура.424..561Н. Дои:10.1038 / природа01819. PMID  12891360.
  18. ^ Muller FL, Lustgarten MS, Jang Y, Richardson A, Van Remmen H (август 2007 г.). «Тенденции в теориях окислительного старения». Свободный Радич. Биол. Med. 43 (4): 477–503. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID  17640558.
  19. ^ Rhee SG, Kang SW, Jeong W, Chang TS, Yang KS, Woo HA (апрель 2005 г.). «Функция внутриклеточного мессенджера перекиси водорода и ее регуляция пероксиредоксинами». Curr. Мнение. Cell Biol. 17 (2): 183–9. Дои:10.1016 / j.ceb.2005.02.004. PMID  15780595.
  20. ^ Байер М., Дитц К.Дж. (июль 1997 г.). «Растительный 2-Cys пероксиредоксин BAS1 представляет собой кодируемый ядром белок хлоропласта: его регуляция экспрессии, филогенетическое происхождение и значение для его специфической физиологической функции у растений». Завод J. 12 (1): 179–90. Дои:10.1046 / j.1365-313X.1997.12010179.x. PMID  9263459.
  21. ^ Байер М., Дитц К.Дж. (апрель 1999 г.). «Защитная функция хлоропласта 2-цистеин пероксиредоксина в фотосинтезе. Данные трансгенного Arabidopsis». Физиология растений. 119 (4): 1407–14. Дои:10.1104 / стр.119.4.1407. ЧВК  32026. PMID  10198100.
  22. ^ Байер М., Стрёэр Э, Дитц К.Дж. (август 2004 г.). «Доступность акцептора в фотосистеме I и ABA контролируют ядерную экспрессию 2-Cys пероксиредоксина-A в Arabidopsis thaliana». Физиология растительной клетки. 45 (8): 997–1006. Дои:10.1093 / pcp / pch114. PMID  15356325.
  23. ^ Басс Дж., Такахаши Дж. С. (январь 2011 г.). «Циркадные ритмы: Редокс-редукция». Природа. 469 (7331): 476–8. Bibcode:2011Натура.469..476Б. Дои:10.1038 / 469476a. ЧВК  3760156. PMID  21270881. Сложить резюме – Новости науки.
  24. ^ О'Нил Дж. С., Редди AB (январь 2011 г.). «Циркадные часы в эритроцитах человека». Природа. 469 (7331): 498–503. Bibcode:2011Натура.469..498O. Дои:10.1038 / природа09702. ЧВК  3040566. PMID  21270888.
  25. ^ О'Нил Дж. С., ван Оойен Дж., Диксон Л. Э., Троен С., Кореллоу Ф., Буге Ф. Ю., Редди А. Б., Миллар А. Дж. (Январь 2011 г.). «Циркадные ритмы сохраняются без транскрипции в эукариотах». Природа. 469 (7331): 554–8. Bibcode:2011Натура.469..554O. Дои:10.1038 / природа09654. ЧВК  3040569. PMID  21270895.
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR000866