Tiorredoxina redutase

As tiorredoxina redutases (TR, TrxR, ThxR, TXNRD) (EC 1.8.1.9) são enzimas que reduzem a tiorredoxina (Trx).^[1] Identificaram-se duas classes de tiorredoxina redutases: uma classe em bactérias e alguns eucariotas, e outra em animais. Em bactérias, as TrxR também catalisam a redução das proteínas similares à glutarredoxina chamadas NrdH.^[2][3][4] Ambas as classes são flavoproteínas que funcionam como homodímeros. Cada monómero contém um grupo prostético FAD, um domínio de ligação ao NADPH, e um sítio ativo que contém uma ligação dissulfureto com atividade redox.^[5]

As tiorredoxina redutases (TrxR) são enzimas que catalisam a redução da tiorredoxina (Trx)^[1] e, portanto, são um componente central do sistema da tiorredoxina. Juntamente com a tiorredoxina (Trx) e o NADPH, a descrição mais geral deste sistema é a de um sistema que reduz as ligações dissulfureto nas células. Eletrões são tomados do NADPH por meio da TrxR e transferidos para o sítio ativo da Trx, a qual reduz dissulfuretos em proteínas ou outros substratos.^[6] O sistema Trx existe em todas as células vivas e tem uma história evolutiva ligada ao ADN como material genético, defesa contra danos oxidativos devido ao metabolismo do oxigénio, e sinalização redox usando moléculas como o peróxido de hidrogénio e o óxido nítrico.^[7][8]

Duas classes de tiorredoxina redutases evoluíram independentemente:

Um tipo de alto peso molecular (MW ≈ 55.000) que contém um resíduo de selenocisteína no seu sítio ativo, identificado em eucariotas superiores, incluindo humanos. Esta TrxR está relacionada com a glutationa redutase, tripanotiona redutase, mercúrio(II) redutase e lipoamida desidrogenase.^[5]

Um tipo de baixo peso molecular (MW ≈ 35.000) identificado em arqueas, bacterias e alguns eucariotas.^[5]

Estas duas classes de TrxR têm apenas uma identidade de sequência de ≈ 20% na secção de sequência primária onde podem ser alinhadas confiavelmente.^[5] A reação líquida de ambas as classes de TrxR é idêntica, mas o mecanismo de ação de cada uma é distinto.^[9]

Os humanos expressam três isozimas tiorredoxina redutases, que são: tiorredoxina redutase 1 (TrxR1, citosólica), tiorredoxina redutase 2 (TrxR2, mitocondrial), tiorredoxina redutase 3 (TrxR3, específica do testículo).^[10] Cada enzima é codificada por um gene separado, cada um num cromossoma distinto.

Em Escherichia coli, a tiorredoxina redutase (ThxR) possui dois domínios de ligação, um para o FAD e outro para o NADPH. A conexão entre estes dois domínios é uma folha β de duas fitas antiparalelas.^[11] Cada domínio individualmente é muito semelhante a domínios análogos da glutatião redutase e lipoamida desidrogenase, mas a orientação relativa destes domínios na ThxR está rodada em 66 graus.^[11] Isto é significativo no mecanismo de ação da enzima, que é descrito mais abaixo. A ThxR homodimeriza-se com a interface entre os dois monómeros formada por três hélices α e dois loops.^[11] Cada monómero pode ligar-se separadamente a uma molécula de tiorredoxina.

• 
  Estrutura da ThxR dímera de E. coli ligada à tiorredoxina.
• 
  Estrutura da ThxR de E. coli com os grupos prostéticos FAD e NADPH rotulados.

A estrutura da tiorredoxina redutase de mamíferos é similar à de E. coli. Contém um domínio de ligação ao FAD e ao NADPH e uma interface entre duas subunidades monoméricas. Na tiorredoxina redutase de mamíferos existe uma inserção no domínio de ligação ao FAD entre duas hélices alpha que formam um pequeno par de fitas beta.^[12] O dissulfureto ativo da enzima está localizado numa destas hélices e, portanto, a ligação dissulfureto ativa está localizada no domínio FAD e não no domínio NADPH, como em E. coli e noutros procariotas.^[12]

• 
  Estrutura dos grupos prostéticos FAD e NADPH da ThxR humana.

Em E. coli, a orientação espacial da ThxR dos domínios FAD e NADPH faz com que os anéis com atividade redox do FAD e NADPH não estejam em estreita proximidade.^[1] Quando o domínio FAD de E. coli é rodado 66 graus e o domínio NADPH permanece fixo, os dois grupos prostéticos entram em contacto próximo, permitindo que os eletrões passem do NADPH para o FAD e, em seguida, para a ligação dissulfureto do sítio ativo.^[1][15] Os resíduos do sítio ativo conservados em E. coli são -Cys-Ala-Thr-Cys-.^[1]

As TrxRs de mamíferos têm uma homologia de sequências muito maior com a glutatião redutase do que E. coli.^[1] Os resíduos de Cys do sítio ativo no domínio FAD e do domínio NADPH ligado estão em estreita proximidade, pelo que não há necessidade de uma rotação de 66 graus para a transferência de eletrões, como a encontrada em E. coli. Uma característica adicional do mecanismo dos mamíferos é a presença de um resíduo de selenocisteína no extremo C-terminal da proteína, que é necessário para a atividade catalítica. Os resíduos conservados no sítio ativo de mamíferos são -Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys-.^[1]

A tiorredoxina redutase pode ser quantificada por vários métodos, como o ensaio DTNB que usa o reactivo de Ellman. A série de sondas fluorescentes TRFS baseadas em dissulfuretos demonstraram ser capazes de fazer uma deteção seletiva da TrxR.^{[16] [17][18][19]} Mafireyi sintetizou a primeira sonda disseleneto que foi aplicada na deteção da TrxR.^{[20] [21]} Outros métodos de deteção são técnicas imunológicas e o ensaio de selenocistina-tiorredoxina (ensaio SC-TR).

Como a atividade desta enzima é essencial para o crescimento e sobrevivência celular, é um bom alvo para a terapia antitumoral. Além disso, a enzima é regulada em alta em vários tipos de cancro, incluindo o mesotelioma maligno.^[22][23] Por exemplo, o motexafim gadolínio (MGd) é um novo agente quimioterapêutico que atua seletivamente em células tumorais, originando a morte celular e a apoptose por inibição da tiorredoxina redutase e da ribonucleótido redutase.

A cardiomiopatia dilatada é um diagnóstico comum em casos de insuficiência cardíaca congestiva. As tiorredoxina redutases são proteínas essenciais para regular o balanço redox celular e mitigar o dano causado pelas espécies reativas do oxigénio geradas pela fosforilação oxidativa nas mitocôndrias. A inativação da TrxR2 mitocondrial em ratos resulta no adelgaçamento das paredes ventriculares do coração e na morte neonatal.^[10] Além disso, encontram-se duas mutações no gene TrxR2 em pacientes diagnosticados com cardiomiopatia dilatada, mas não numa população de controlo. Hipotetiza-se que o impacto patológico destas mutações é uma capacidade alterada para controlar os danos oxidativos em miócitos cardíacos.^[24]

Recentemente, algumas investigações mostraram que o baixo peso molecular da tiorredoxina redutase poderia ser um alvo para novos antibióticos (como o auranofina ou o Ebselen).^[25] Isto é especialmente verdadeiro em Mycobacterium haemophilum e poderia ser usado contra bactérias resistentes a antibióticos.^[26]

Referências