Тиоредоксин

Тиоредоксины — семейство маленьких белков, представленный во всех организмах от архей до человека[1][2]. Они участвуют во многих важных биологических процессах, включая определение окислительно-восстановительного потенциала клетки и передачу сигнала. У человека тиоредоксин кодируется геном TXN[3]. Мутации, приводящие к потере функциональности даже одного аллеля этого гена, приводят к смерти на стадии четырёхклеточного эмбриона. Тиоредоксин играет значительную роль в организме человека, хотя и не до конца ясно какую именно. Всё чаще и чаще его возможные функции связывают с действием лекарств и противодействием активным формам кислорода. У растений тиоредоксины регулируют целый спектр жизненно важных функций, начиная от фотосинтеза и роста и заканчивая цветением, развитием и прорастанием семян. А совсем недавно выяснилось, что они также участвует в межклеточном взаимодействии и обмене информацией между растительными клетками[4].

Тиоредоксин
Тиоредоксин, гомодимер.png
Доступные структуры
PDBПоиск ортологов: PDBe RCSB
Идентификаторы
Символы TXN, TRDX, TRX, TRX1, thioredoxin
Внешние IDs OMIM: 187700 MGI: 98874 HomoloGene: 128202 GeneCards: 7295
Профиль экспрессии РНК
PBB GE TXN 208864 s at fs.png
Больше информации
Ортологи
Виды Человек Мышь
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (мРНК)

NM_003329
NM_001244938

NM_011660

RefSeq (белок)

NP_001231867
NP_003320

NP_035790

Локус (UCSC) Chr 9: 110.24 – 110.26 Mb Chr 4: 57.94 – 57.96 Mb
Поиск PubMed [1] [2]
Викиданные
Просмотр/Править (Человек)Просмотр/Править (Мышь)

Функции

Тиоредоксины представляют собой белки с массой около 12 кДа. Их отличительная особенность — наличие двух расположенных рядом остатков остатков цистеина, заключённых в мотив типа CXXC, где С — цистеин, а Х — любая, как правило гидрофобная, аминокислота. Ещё одна отличительной черта всех тиоредоксинов — специфическая третичная структура, которая называется тиоредоксиновой укладкой.

Главной частью белка является дисульфидная связь. При помощи этой неё он может восстанавливать дисульфидные связи других белков, разрушая в них дисульфидные мостики. Таким образом он регулирует активность некоторых ферментов. Кроме того, восстанавливая дисульфидные связи, тиоредоксин поставляет электроны, которые затем используются во многих биохимических процессах клетки. Например, вместе с глутатионом он поставляет электроны для рибонуклеотидредуктазы, то есть участвует в синтезе дезоксинуктлеотидов, и ФАФС-редуктазы. В этом плане, его функция сходна с таковой у глутатиона и частично с ней перекрывается. Так, тиоредоксин является сильным антиоксидантом: вместе с глутатионовой системой тиоредоксиновая система участвует в обезвреживание активных форм кислорода, передовая электроны различным пероксидазам[5]. Исследования показали, что тиоредоксин взаимодействует с рибонуклеазой, хориогонадотропинами, факторами коагуляции, глюкокортикоидным рецептором и инсулином. Реакцию тиоредоксина с инсулином традиционно используют для определения активности тиоредоксина[6]. Было показано, что тиоредоксин способен стимулировать связывание факторов транскрипции с ДНК. Эти факторы были определены как ядерный фактор NF-κB, который является важным фактором в клеточной реакции на окислительный стресс, апоптоз и процессы опухолеобразования.

Восстановление тиоредоксина осуществляет специальный флавопротеин тиоредоксин редуктаза, который использует для этого одну молекулу НАДФН[7]. Глутаредоксины во многом сходны по функциям с тиоредоксинами, но вместо специфической редуктазы они восстанавливаются глутатионом.

  ↔ 2 H+ + 2 e- +  
Восстановленный тиоредоксин Окисленный тиоредоксин

Способность тиоредоксинов противостоять окислительному стрессу была продемонстрирована в эксперименте с трансгенными мышами у которых была повышенная экспрессия тиоредоксина. Трансгенные мыши лучше сопротивлялись воспалительным реакциям и жили на 35 % дольше[8]. Такие данные служат существенным аргументом в пользу свободнорадикальной теории старения. Тем не менее, результаты исследования нельзя считать достоверными, поскольку контрольная группа мышей жила значительно меньше обычного, что могло создать иллюзию увеличения продолжительности жизни у трансгенных мышей[9].

У растений существует очень сложная система тиоредоксинов, состоящая из шести хорошо различимых типов (тиоредоксины f, m, x, y, h, и o). Они расположены в разных частях клетки и участвуют в массе различных процессов. Именно действие тиоредоксинов лежит в основе светозависимой активации ферментов. На свету, в результате совместного действия фотосистемы I и фотосистемы II образуется большое количество восстановительных эквивалентов — ферредоксинов. По достижении определённой концентрации ферредоксина, за счёт действия Фермент ферредоксин-тиоредоксинредуктазы происходит восстановление тиоредоксина, который в свою очередь активирует ферменты, восстанавливая дисульфидные связи. Таким путём активируется по крайней мере пять ключевых ферментов цикла Кальвина, а также белок-активаза Рубиско, альтернативная оксидаза митохондрий и терминальная оксидаза хлоропластов. Механизм активации через тиоредоксин позволяет регулировать активность ферментов не только в зависимости от соотношения НАДФН/НАДФ+, но и одновременно от интенсивности света[10]. В 2010 году была открыта необычная способность тиоредоксинов перемещаться из клетки в клетку. Такая способность лежит в основе нового, ранее не известного для растений, способа межклеточной коммуникации[4].

Взаимодействия

Было показано, что тиоредоксин взаимодействует со следующими белками:

См. также

  • Рубиско — фермент, регулируемый тиоредоксином
  • Пероксиредоксин — фермент, регулируемый тиоредоксином
  • Тиоредоксиновая укладка

Ссылки

Примечания

  1. Holmgren A. Thioredoxin and glutaredoxin systems (англ.) // J Biol Chem : journal. — 1989. — Vol. 264, no. 24. — P. 13963—13966. — PMID 2668278.
  2. Nordberg J., Arnér E. S. Reactive oxygen species, antioxidants, and the mammalian thioredoxin system (англ.) // Free Radic Biol Med (англ.) : journal. — 2001. — Vol. 31, no. 11. — P. 1287—1312. — DOI:10.1016/S0891-5849(01)00724-9. — PMID 11728801.
  3. .Wollman E. E., d'Auriol L., Rimsky L., Shaw A., Jacquot J. P., Wingfield P., Graber P., Dessarps F., Robin P., Galibert F. Cloning and expression of a cDNA for human thioredoxin (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1988. — October (vol. 263, no. 30). — P. 15506—15512. — PMID 3170595.
  4. 1 2 Meng L., Wong J. H., Feldman L. J., Lemaux P. G., Buchanan B. B. A membrane-associated thioredoxin required for plant growth moves from cell to cell, suggestive of a role in intercellular communication (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2010. — Vol. 107, no. 8. — P. 3900—3905. — DOI:10.1073/pnas.0913759107. — PMID 20133584.
  5. Arnér E. S., Holmgren A. Physiological functions of thioredoxin and thioredoxin reductase (англ.) // Eur J Biochem (англ.) : journal. — 2000. — Vol. 267, no. 20. — P. 6102—6109. — DOI:10.1046/j.1432-1327.2000.01701.x. — PMID 11012661.
  6. Entrez Gene: TXN thioredoxin.
  7. Mustacich D., Powis G. Thioredoxin reductase (англ.) // Biochem J (англ.) : journal. — 2000. — February (vol. 346, no. Pt 1). — P. 1—8. — DOI:10.1042/0264-6021:3460001. — PMID 10657232.
  8. Yoshida T., Nakamura H., Masutani H., Yodoi J. The involvement of thioredoxin and thioredoxin binding protein-2 on cellular proliferation and aging process (англ.) // Annals of the New York Academy of Sciences (англ.) : journal. — 2005. — Vol. 1055. — P. 1—12. — DOI:10.1196/annals.1323.002. — PMID 16387713.
  9. Muller, F.L., Lustgarten, M.S., Jang, Y., Richardson, A. & Van Remmen, H. Trends in oxidative aging theories. Free Radic Biol Med 43, 477—503 (2007).
  10. Ермаков, 2005, с. 195.
  11. Liu Y., Min W. Thioredoxin promotes ASK1 ubiquitination and degradation to inhibit ASK1-mediated apoptosis in a redox activity-independent manner (англ.) // Circ. Res. (англ.) : journal. — 2002. — June (vol. 90, no. 12). — P. 1259—1266. — DOI:10.1161/01.res.0000022160.64355.62. — PMID 12089063.
  12. Morita K., Saitoh M., Tobiume K., Matsuura H., Enomoto S., Nishitoh H., Ichijo H. Negative feedback regulation of ASK1 by protein phosphatase 5 (PP5) in response to oxidative stress (англ.) // EMBO J. (англ.) : journal. — 2001. — November (vol. 20, no. 21). — P. 6028—6036. — DOI:10.1093/emboj/20.21.6028. — PMID 11689443.
  13. Saitoh M., Nishitoh H., Fujii M., Takeda K., Tobiume K., Sawada Y., Kawabata M., Miyazono K., Ichijo H. Mammalian thioredoxin is a direct inhibitor of apoptosis signal-regulating kinase (ASK) 1 (англ.) // EMBO J. (англ.) : journal. — 1998. — May (vol. 17, no. 9). — P. 2596—2606. — DOI:10.1093/emboj/17.9.2596. — PMID 9564042.
  14. Matsumoto K., Masutani H., Nishiyama A., Hashimoto S., Gon Y., Horie T., Yodoi J. C-propeptide region of human pro alpha 1 type 1 collagen interacts with thioredoxin (англ.) // Biochem. Biophys. Res. Commun. (англ.) : journal. — 2002. — July (vol. 295, no. 3). — P. 663—667. — DOI:10.1016/s0006-291x(02)00727-1. — PMID 12099690.
  15. Makino Y., Yoshikawa N., Okamoto K., Hirota K., Yodoi J., Makino I., Tanaka H. Direct association with thioredoxin allows redox regulation of glucocorticoid receptor function (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — January (vol. 274, no. 5). — P. 3182—3188. — DOI:10.1074/jbc.274.5.3182. — PMID 9915858.
  16. Li X., Luo Y., Yu L., Lin Y., Luo D., Zhang H., He Y., Kim Y. O., Kim Y., Tang S., Min W. SENP1 mediates TNF-induced desumoylation and cytoplasmic translocation of HIPK1 to enhance ASK1-dependent apoptosis (англ.) // Cell Death Differ.[убрать шаблон] : journal. — 2008. — April (vol. 15, no. 4). — P. 739—750. — DOI:10.1038/sj.cdd.4402303. — PMID 18219322.
  17. Nishiyama A., Matsui M., Iwata S., Hirota K., Masutani H., Nakamura H., Takagi Y., Sono H., Gon Y., Yodoi J. Identification of thioredoxin-binding protein-2/vitamin D(3) up-regulated protein 1 as a negative regulator of thioredoxin function and expression (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — July (vol. 274, no. 31). — P. 21645—21650. — DOI:10.1074/jbc.274.31.21645. — PMID 10419473.

Литература

  • Физиология растений / Под ред. И. П. Ермакова. — М.: Академия, 2005. — 634 с.