<<
>>

Тиоредоксины

Наряду с глутатионом важную роль в поддержании окислительно­восстановительного баланса в клетках играют тиоредоксины. Группу тиоредоксинов

составляют многофункциональные низкомолекулярные белки, имеющие в своей струк­туре активный дитиол/дисульфидный участок и проявляющие оксидоредуктазную ак­тивность. Впервые тиоредоксин был описан как донор атомов водорода для рибонуклео- тидредуктазы в бактериях Escherichia coli [901]; в дальнейшем они были обнаружены и охарактеризованы во многих организмах про- и эукариот.

Человеческий тиоредоксин первоначально был выделен и описан как растворимый фактор, выделяемый лейкемиче- скими Т-лимфоцитами [1629]. Сегодня семейство тиоредоксинов, выявленных в орга­низмах млекопитающих, насчитывает более 10 белков с разным молекулярным весом и локализацией (табл. 70). Несмотря на такое многообразие, главным в клетках млекопи­тающих является тиоредоксин 1, на который приходится более 70 % клеточной активно­сти, и под собирательным термином "тиоредоксин" подразумевается, как правило, именно тиоредоксин 1 (за исключением специальных исследований). У основных тиоре­доксинов, начиная от бактерий и заканчивая клетками человека, наблюдается высокая эволюционная консервативность активного участка с двумя цистеиновыми остатками (-Cys-Gly-Pro-Cys-), более того, граничащие с этим участком аминокислоты также достаточно постоянны (-Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-Lis-). Аминокислотные остатки, нахо­дящиеся между двумя цистеинами в активном центре, определяют восстановительный потенциал, который у разных природных тиоредоксинов изменяется от -122 мВ до -270 мВ [731]. Тиоредоксины способны восстанавливать внутри- и межмолекулярные ди- сульфидные связи в белках, в том числе и пероксиредоксина; окисленный тиоредоксин в свою очередь восстанавливается тиоредоксинредуктазой с участием НАДФН (рис. 109).

Рис. 109. Окислительно-восстановительные реакции с участием тиоредоксина

Человеческий тиоредоксин 1 содержит 105 аминокислотных остатков, его основная часть выявляется в цитоплазме клеток, однако он также присутствует в ядрах и плазме крови. Многие типы клеток, включая опухолевые, способны секретировать тиоредоксин

397

1 во внеклеточную среду, где он участвует в регуляции клеточной пролиферации, сти­мулирует или ингибирует хемотаксис нейтрофилов, моноцитов и В-лимфоцитов.

Таблица 70

Семейство тиоредоксинов в клетках млекопитающих [1124]

Молеку­лярная масса (кДа) Локализация Аминокислотная последовательность активного центра
Тиоредоксин (ТЯХ) 12 Цитоплазма -Су8-С1у-Рго-Су8-
Тиоредоксин 2 (ТЮ(2) 12 Митохондрии -Су8-С1у-Рго-Су8-
Тиоредоксинподобный белок (ТЯР2) 32 Цитоплазма -Су8-С1у-Рго-Су8-
Глутаредоксин 1 (вЯХ) 12 Цитоплазма -Су8-в1у-Т уг—Су8—
Глутаредоксин 2 (СКХ2) 12 Ядро, мито­хондрии -Су8—8ег-Туг-Су8—
I Нуклеоредоксин 48 Ядро —Су8—Рго—Рго— Су8—
I Тиоредоксинподобный трансмембранный I белок (ТМХ) 32 ЭР -Су8-Рго-А1а-Су8-
Протеиндисульфидизомераза (РЭ1) 55 ЭР -[Су8-ау-НІ8-Су8]2-
Кальцийсвязывающий белок 1 (СаВРІ) 49 ЭР -[Су8-С1у-НІ8-Су8]2-
І Кальцийсвязывающий белок 2 (СаВР2/ЕКр72) 72 ЭР -[Су8-С1у-НІ8-Су8]3-
I Фосфолипаза С-а 61 ЭР -[Су8-С1у-НІ8-Су8]2-

Примечание.

ЭР - эндоплазматический ретикулум.

Быстрое усиление транслокации тиоредоксина в ядро наблюдалось при облучении УФ-светом или под действием фактора некроза опухолей а (ФНО-а) [699]. Помимо двух цистеиновых остатков Суз32 и Суэ35 в активном центре тиоредоксин 1 содержит еще 3 остатка цистеина, которые также могут окисляться и образовывать дисульфидные связи. Основной антиоксидантный эффект тиоредоксина реализуется через восстановление пероксиредоксина (тиоредоксинпероксидазы), который разлагает гидроперекиси, в том числе Н202. Преимущество тиоредоксина в инактивации гидроперекисей по сравнению с системой "глутатион - ГПО" заключается в том, что для полного восстановления пере­киси необходимы два атома водорода и достаточно одной молекулы тиоредоксина, но требуется 2 молекулы глутатиона; в результате этого с понижением концентрации эф­фективность глутатиона снижается квадратично, а тиоредоксина - линейно, поэтому при низких концентрациях он лучше инактивирует гидроперекиси. Это подтверждается тем, что в молярном отношении эффективность антиоксидантного действия на клетки экзо­генного тиоредоксина значительно выше, чем глутатиона [1095]. В качестве кофактора для рибонуклеотидредуктазы и метионинсульфоксидредуктазы тиоредоксин важен для репарации поврежденной ДНК и восстановления окисленных белков [1234].

По-видимому, при наличии во многих клетках млекопитающих более эффективных ферментативных систем утилизации Н202, таких как каталаза и ГПО, прямое антиокси­дантное действие тиоредоксина может становиться важным только в определённых си­туациях. В частности, известно, что эндотелиоциты высокочувствительны к действию гидроперекисей. Рекомбинантный тиоредоксин оказывал защитный эффект на культурах эндотелиальных клеток мышей (F-2), подвергнутых либо прямому действию Н202 (1 мМ, 6 часов), либо активированных форболмиристатацетатом нейтрофилов [1095]. Протективный эффект тиоредоксина также показан в отношении действия экзогенного NO* на эндотелиоциты лёгочной артерии свиньи [1696] и эндотелиоциты в культуре (уменьшается инактивация протеинкиназы С) [796]. Взаимосвязь тиоредоксина с NO- синтазой осуществляется как посредством прямого взаимодействия (тиоредоксин защи­щает NO-синтазу от feed-back инактивации оксидом азота), так и через различные фак­торы транскрипции (NO* индуцирует синтез тиоредоксина) и протеинкиназы [1380].

Анализ показывает, что в цитоплазме и ядрах клеток млекопитающих 70-95 % тио­редоксина находится восстановленном состоянии. Предполагается, что в цитоплазме тиоредоксин ингибирует фосфорилирование киназами 1кВ и тем самым снижает актива­цию NF-кВ, однако в ядре он, наоборот, восстанавливает тиолы NF-кВ, что способствует его связыванию с ДНК [699, 1124]. Аналогичное регуляторное действие показано для других транскрипционных факторов АР-1 и р53; при этом тиоредоксин усиливал актив­ность АР-1 не прямо, а посредством взаимодействия с другим фактором (Ref-1), кото­рый кратковременно ассоциируется с АР-1, повышая его связывание с ДНК [697, 1602]. Угнетение тиоредоксином индуцированного цитокинами апоптоза осуществляется по­средством его связывания с N-концевым участком регулирующей апоптотические сиг­налы киназы 1 (apoptosis signal-regulating kinase 1, ASK1) [1319]. Активация ASK1 в ре­зультате распада комплекса "ASK1 - тиоредоксин" наблюдается под действием гидро­перекисей, О 2, NO* и ряда других форм АКМ, которые переводят цистеиновые остатки активного центра в окисленное состояние (Н202), образуют сульфиновые анионы (О 2) или нитрозотиолы (NO*) [1430].

Тиоредоксин 2 вначале синтезируется как белок, состоящий из 166 аминокислотных остатков (молекулярная масса 18,2 кДа); в результате посттранскрипционной модифика­ции его масса снижается до 12,2 кДа и протеин преимущественно локализуется в мито­хондриях. Активными в тиоредоксине 2 являются цистеиновые остатки в положениях 90 и 93. Связываясь с митохондриями, тиоредоксин 2 повышает мембранный потенциал и сни­жает апоптоз [450]. Предполагается, что тиоредоксин 2 совместно с тиоредоксинредукта- зой и пероксиредоксином 3 дополняют ферментативную антиоксидантную защиту мито­хондрий. Высокая активность данной антиоксидантной системы, в том числе и тиоредок­сина 2, выявляется в тканях с высоким уровнем метаболизма (сердце, печень, мозг). Глу- таредоксины известны также как тиолтрансферазы и восстанавливают преимущественно низкомолекулярные дисульфиды и протеины. Локализация глутаредоксина 2 в ядрах и митохондриях, по-видимому, определяется конфигурацией его молекул. В последние годы семейство тиоредоксинов быстро пополняется, белки с молекулярным весом долее 30 кДа. содержащие активные дитиол/дисульфидные участки, выявлены в ядрах клеток и эндо­плазматическом ретикулуме. В частности, протеиндисульфидизомераза содержит два тио- редоксиновых домена и может служить субстратом для тиоредоксинредуктазы, аналогии - ные структуры обнаружены в молекулах кальций-связывающих белков и фосфолипазы С. Биологическая роль таких тиоредоксиновых белков во многом остается неясной.

Несмотря на то, что содержание тиоредоксинов 1 и 2 в клетках млекопитающих (>1 мкМ) значительно меньше содержания глутатиона (> 1 мМ), они играют ключевую жиз­ненно важную функцию. Так, ингибирование тиоредоксина 2 в культуре клеток В-линии цыплят в течение 5 дней приводило к 3-кратному повышению окисления дихлорофлуо- ресцеина, выходу из митохондрий цитохрома с, активации каспазы 3 и 9, что сопровож­далось усилением апоптоза [1484]. На разных моделях развития индуцированных кож­ных опухолей (папиллом) было показано, что у мышей с повышенной экспрессией тио­редоксина 1 количество папиллом и их масса были в 3-6 раз выше [1080]. Важность тиоредоксинов для организмов млекопитающих подтверждается тем, что мыши, нокау­тированные по тиоредоксину 1 или 2, погибают на стадиях раннего эмбрионального раз­вития. После имплантации эмбриональных клеток мутантов, гомозиготных по гену тио­редоксина 1, развитие плода прекращалось и происходило его рассасывание до наступ­ления гаструляции [1000]. В отсутствие тиоредоксина 2 гибель эмбрионов происходила на 9-10 день во время формирования нейрональной трубки [1132].

Для восстановления окисленных тиоредоксинов служат селеносодержащие фермен­ты - тиоредоксинредуктазы, или тиоредоксиндисульфидредуктазы (КФ 1.8.1.9, система­тическое название "тиоредоксин:НАДФ+-оксидоредуктаза"). В клетках млекопитающих выявлены и охарактеризованы 3 таких фермента: цитоплазматическая тиоредоксинре- дуктаза 1, специфическая митохондриальная тиоредоксинредуктаза 3, а также фермент, катализирующий восстановление как тиоредоксина, так и глутатиона (тиоредоксинре­дуктаза 2). Тиоредоксинредуктаза 1 из печени крыс является гомодимером, каждая субъ­единица имеет молекулярную массу около 55 кДа и содержит селеноцистеиновый С- концевой домен -Gly-Cys-Sec-Gly-COOH. В отличие от селеноцистеиновых тиоредок- синредуктаз млекопитающих, активный центр фермента дрозофилы не содержит атомов Se и состоит из двухцистеинового домена -Ser-Cys-Cys-Ser-COOH. Предполагается, наличие селена снижает потенциал восстановления цистеиновых остатков, повышает эффективность работы ферментов при низких pH и расширяет спектр восстанавливае­мых соединений [648]. Так, помимо тиоредоксина, субстратами для восстановления тио- редоксинредуктаз из клеток млекопитающий могут выступать многие эндогенные и эк­зогенные соединения, такие как липоевая кислота, гидроперекиси липидов, витамин К3, пероксинитрит, дегидроаскорбат и радикал аскорбата; тиоредоксинредуктаза также спо­собна расщеплять нитрозоглутатион на глутатион и NO* [209, 1133]. Тиоредоксинредук­таза 1 либо прямо, либо через восстановление тиоредоксина участвует в регуляции фак­торов транскрипции, таких как опухолевый супрессор р53, индуцируемый гипоксией фактор (hypoxia inducible factor, HIF) и АР-1. Тиоредоксинредуктаза - индуцибельный фермент, в гепатоцитах и клетках гепатомы (HepG2) человека её активность значительно возрастала под действием ионов металлов (Al, Zn, Cd), селенита натрия, менадиона, Н202, липополисахарида и донора NO* нитропруссида натрия [789].

Выделенная из яичек мышей тиоредоксинглутатионредуктаза помимо С-концевого селеноцистеинового домена, характерного для других тиоредоксинредуктаз, имела еще N-концевой участок с одним цистеиновым остатком, связывающим дисульфид глута тиона [1464]. Фермент был на 88 % идентичен тиоредоксинредуктазе 2 человека и в при­сутствии НАДФН эффективно восстанавливал тиоредоксин, глутатиондисульфид и смешанный дисульфид (З-меркаптоэтанола и глутатиона. Следует отметить, что уни­кальной способностью всех тиоредоксинредуктаз является широкий спектр субстратов восстановления, которые не ограничиваются только серосодержащими или перекисны- ми соединениями. Если учесть, что тиоредоксины также участвуют в различных окисли­тельно-восстановительных и регуляторных процессах, то становится ясным разнообра­зие выполняемых физиологических функций и важность для организмов млекопитаю­щих тиоредокин-тиоредоксинредуктазной системы (рис. 110).

Дигидролипоевая

Рис. 110. Участие тиоредоксиновой системы в физиологических процессах

Предполагается, что в клетках млекопитающих синтез тиоредоксина 1 и его редукта­зы контролируется антиоксидант-респонсивным элементом (antioxidant responsive ele­ment, ARE), поэтому многие электрофильные факторы (гемин, /и/?е/и-бутилгидрохинон, ионы Cd и др.), активирующие ARE, усиливают экспрессию синтеза мРНК тиоредоксина и тиоредоксинредуктазы [846, 1323]. В тканях и сыворотке крови уровень тиоредокси- нов повышается при патологиях, связанных с развитием окислительного стресса, таких как воспалительные процессы, ишемия/реперфузия органов, токсические воздействия, некоторые вирусные инфекции [1094, 1424, 1602]. Анализ содержания тиоредоксина при ревматоидном артрите показал, что у больных людей в синовиальной жидкости его кон­центрация выше в 4 раза, чем у здоровых, а в сыворотке - в 3 раза [1674]. У больных с острым инфарктом миокарда уровень тиоредоксина плазмы в первые 12 часов был уве­личен в 6 раз и сохранялся высоким в течение 4 недель по отношению к группе сравне­ния (люди с болевым синдромом грудной клетки) [1424]. Считается, что рост содержа­ния тиоредоксинов в тканях и сыворотке вызывается индукцией его синтеза в клетках в условиях повышенного образования АКМ и может служить показателем развития окис­лительного стресса в тканях организма, хотя конкретные механизмы этого увеличения часто недостаточно изучены.

<< | >>
Источник: Меныцикова Е. Б. и др.. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меныцикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: Фирма «Слово»,2006. - 556 с.. 2006

Еще по теме Тиоредоксины:

  1. Витамин N (липоевая кислота)
  2. Юрий Андреевич Андреев. Три кита здоровья СПб.:,1994. — 382 с., 1994
  3. Предисловие к 14-му официальному изданию (неофициальных, воровских было без счету)
  4. Предисловие к 11-му изданию
  5. Предисловие к 7-му изданию
  6. Глава первая ДОРОГА НА ОКЕАН
  7. Солнечный поддень жизни, или Сохранить бы последние крохи
  8. Глава вторая ДУХ ВЫСОКИЙ, ДЕЯТЕЛЬНЫЙ, ДОБРЫЙ
  9. Стрессы лужу-паяю, чиню-починяю!
  10. Глава третья ЖИВАЯ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ И НЕБА
  11. Секрет всех законов, или Жизнь в резонанс с законами мироздания
  12. Все стихии
  13. Глава четвертая КОНЦЕПЦИЯ ЧИСТОГО ОРГАНИЗМА
  14. Что такое "живье"?
  15. Вода - живая и мертвая
  16. Царь-голод