As tiorredoxina redutases (TR, TrxR, ThxR, TXNRD) () son encimas que reducen a tiorredoxina (Trx). Identificáronse dúas clases de tiorredoxina redutases: unha clase en bacterias e algúns eucariotas e unha en animais. En bacterias as TrxR tamén catalizan a redución das proteínas similares á glutarredoxina chamadas NrdH. Ambas as clases son flavoproteínas que funcionan como homodímeros. Cada monómero contén un grupo prostético FAD, un dominio de unión ao NADPH, e un sitio activo que contén un enlace disulfuro con actividade redox.

Función celular As tiorredoxina redutases (TrxR) son encimas que catalizan a redución da tiorredoxina (Trx) e, por tanto, son un compoñente central do sistema da tiorredoxina. Xunto coa tiorredoxina (Trx) e o NADPH a descrición máis xeral deste sistema é o dun sistema que reduce os enlaces disulfuro nas células. Tómanse electróns do NADPH por medio da TrxR e transfírense ao sitio activo da Trx, a cal reduce disulfuros en poteínas ou outros substratos. O sistema Trx existe en todas as células vivas e ten unha historia evolutiva ligada ao ADN como material xenético, defensa contra danos oxidativos debido ao metabolismo do oxíxeno, e sinalización redox usando moléculas como o peróxido de hidróxeno e o óxido nítrico.

miniatura|center|500px|Diagrama esquemático do papel celular das TrxR. Adaptado de Holmgren et al.

Diversidade Evolucionaron independentemente dúas clases de tiorredoxina redutases: Un tipo de alto peso molecular (MW = ~55,000) que contén un residuo de selenocisteína no seu sitio activo identifiacado en eucariotss superiores incluíndo humanos. Esta TxR está relacionada coa glutatión redutase, tripanotión redutase, mercurio(II) redutase e lipoamida deshidroxenase. Un tipo de baixo peso molecular (MW = ~ 35,000) identificado en arqueas, bacterias e algúns eucariotas. Estas dúas clases de TrxR teñen só un ~20% de identidade de secuencia na sección de secuencia primaria na que poden ser aliñadas fiablemente. A reacción neta de ambas as clases de TrxR é idéntica pero o mecanismo de acción de cada unha é distinto.

Os humanos expresan tres isocimas tiorredoxina redutases, que son: tiorredoxina redutase 1 (TrxR1, citosólica), tiorredoxina redutase 2 (TrxR2, mitocondrial), tiorredoxina redutase 3 (TrxR3, específica do testículo). Cada encima está codificado por un xene separado, cada un nun cromosoma distinto:

Estrutura E. coli En Escherichia coli a tiorredoxina redutase (ThxR) ten dous dominios de unión, un para o FAD e outro para o NADPH. A conexión entre estes dous dominios é unha folla β de dúas febras antiparalelas. Cada dominio individualmente é moi similar a dominios análogos da glutatión redutase e lipoamida deshidroxenase pero a a orientación relativa destes dominios na ThxR está rotado 66 graos. Isto é significativo no mecanismo de acción do encima que se describe máis abaixo. A ThxR homodimerízase coa interface entre os dous monómeros formados por tres hélices alfa e dous bucles. Cada monómero pode unirse separadamente a unha molécula de tiorredoxina.

Mamíferos

A estrutura da tiorredoxina redutase de mamíferos é similar á de E. coli. Contén un dominio de unión ao FAD e ao NADPH e unha interface entre dúas subunidades monómeras. Na tiorredoxina redutase de mamíferos hai unha inserción no dominio de unión ao FAD entre dúas hélices alfa que forman un pequeno par de febras beta. O disulfuro activo do encima está localizado nunha destas hélices e así o enlace disulfuro activo está localizado no dominio FAD e non no dominio NADPH como en E. coli e outros procariotas.

Mecanismo miniatura|700px|Mecanismo proposto en mamíferos e presumiblemente en humanos: Empezando pola forma completamente oxidada, a reacción empeza coa redución do selenenilsulfuro a anión selenolato (Se(-1)) con electróns recibidos do NADPH a través do FAD (Paso A). Debido ao baixo valor de pKa do selenol, o anión selenolato é a forma predominante baixo condicións fisiolóxicas. Unha segunda transferencia de electróns dunha segunda molécula de NADPH reduce os enlaces tiol do sitio activo cun residuo de Cys estabilizado por unha interacción co FAD (Paso B). O anión selenolato despois ataca os enlaces disulfuro do Trx e o selenilsulfuro do encima-Trx mesturado resultante (Paso C), o cal é despois atacado polo residuo de Cys veciño para rexenerar o selenenilsulfuro (Paso D). Este selenenilsulfuro é despois reducido polo tiolato do sitio activo desde a outra subunidade (Paso E). Adaptado de Zhong et al. Isto é consistente cos descubrimentos de que os complexos (2,2‘:6‘,2‘‘-terpiridina)platino(II) inhiben a TrxR humana.

E. coli En E. coli a orientación espacial da ThxR dos dominios FAD e NADPH fai que os aneis con actividade redox do FAD e NADPH non están en estreita proximidade. Cando o dominio FAD de E. coli está rotado 66 graos e o dominio NADPH permanece fixado, os dous grupos prostéticos móvense en contacto próximo permitindo que os electróns pasen do NADPH ao FAD e despois ao enlace disulfuro do sitio activo. Os residuos do sitio activo conservados en E. coli son -Cys-Ala-Thr-Cys-.

Mamíferos As TrxRs de mamíferos teñen unha homoloxía de secuencias moito maior coa glutatión redutase que E. coli. Os residuos de Cys do sitio activo no dominio FAD e e do dominio NADPH unido están en estreita proximidade polo que non hai necesidade dunha rotación de 66 graos para a transferencia de electróns como a atopada en E. coli. Unha caracteística adicional do mecanismo dos mamíferos é a presenza dun residuo de selenocisteína no extremo C-terminal da proteína que cómpre para a actividade catalítica. Os residuos conservados no sitio activo de mamíferos son -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-.

Métodos de detección A tiorredoxina redutase pode ser cuantificada por varios métodos como o ensaio DTNB que usa o reactivo de Ellman. A serie de sondas fluorescentes TRFS baseadas en disulfuros mostraron pode facer unha detección selectiva da TrxR. Mafireyi sintetizou a primeira sonda diselenuro que foi aplicada na detección da TrxR. Outros métodos de detección son técnicas inmunolóxicas e o ensaio de selenocistina-tiorredoxina (ensaio SC-TR).

Importancia clínica Tratamento do cancro Como a actividade deste encima é esencial para o crecemento e supervivencia celular, é unha boa diana para a terapia antitumoral. Ademais, o encima é regulado á alza en varios tipos de cancro, incluíndo o mesotelioma maligno. Por exemplo, o motexafín gadolinio (MGd) é un novo axente quimioterapéutico que actúa selectivamente en células tumorais, orixinando a morte celular e a apoptose por inhibición da tiorredoxina redutase e a ribonucleótido redutase.

Cardiomiopatía A cardiomiopatía dilatada é un diagnóstico común en casos de insuficiencia cardíaca conxestiva. As tiorredoxina redutases son proteínas esenciais para regular o balance redox celular e mitigando o dano causado polas especies reactivas do oxíxeno xeradas pola fosforilación oxidativa nas mitocondrias. A inactivación da TrxR2 mitocondrial en ratos ten como resultado o adelgazamento das paredes ventriculares do corazón e a morte neonatal. Ademais, atópanse dúas mutacións no xene TrxR2 en pacientes diagnosticados de cardiomiopatía dilatada, pero non nunha poboación de control. Hipotetízase que o impacto patolóxico destas mutacións é unha capacidade alterada para controlar os danos oxidativos en miocitos cardíacos.

Antibióticos Recentemente algunhas investigacións mostraron que o baixo peso molecular da tiorredoxina redutase podería ser unha diana para novos antibióticos (como o auranofín ou o Ebselen.) Isto é especialmente certo en Mycobacterium haemophilum e podería usarse contra bacterias resistentes a antibióticos.

Notas

Véxase tamén Ligazóns externas

Categoría:oxidorredutases