Peroxirredoxinas
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Las peroxirredoxinas (Prx) son enzimas peroxidasas de entre 17 y 22 KDa que catalizan la transferencia de electrones de grupos sulfhidrilos a peróxidos (Baier and Dietz., 1996b, 1997, 1999). En los últimos años se han aislado, clonado y secuenciado en distintos organismos de todos los reinos: levaduras, células animales y vegetales, protozoos, helmintos, y en la mayoría de arqueas y eubacterias, constituyendo filogenéticamente un antiguo grupo de enzimas que ejercen su función catalítica mediante la destoxificación de peróxidos tóxicos para la célula (Chae et al., 1993; Prospéri et al., 1993; Storz et al., 1989; Lim et al., 1998).
La Prx se descubrió inicialmente en levadura como una proteína de 25 kDa que proporcionaba protección a los componentes celulares frente al daño oxidativo producido por sistemas de oxidación que contenían un compuesto tiólico (Fe3+, O2, RSH), pero no por sistemas de oxidación que contenían ascorbato (Fe3+, O2, y ascorbato) (Rhee, 2005). La protección era posible debido a que la proteína de 25 kDa era capaz de reducir el H2O2 usando como reductor un compuesto tiólico. Debido a esto se le denominó "enzima antioxidante específica de tioles" (Kim et al., 1988). Posteriormente recibió otros nombres como alquil hidroperóxido reductasa (Ahp), tiorredoxín peroxidasa (Tpx) y actualmente se las denomina peroxirredoxinas (Prx).
La primera Prx se clonó de bacterias tales como Salmonella typhimurium y E. coli (Storz et al., 1989) y desde entonces se han aislado de muchos organismos. Por ejemplo, al menos cinco isoformas están presentes en los genomas de ratón y humano (Prx I, II, III, IV y V) (Seo et al., 2000). Los lugares donde el nivel de expresión de estas proteínas es alto, coinciden con aquéllos donde el metabolismo de oxígeno activo es alto. Así, por ejemplo, en eritrocitos, cuya función es el transporte de oxígeno, la Prx de 2-Cys representa la tercera fracción proteica predominante con 14x106 copias en cada glóbulo rojo (Schröder et al., 2000). Existen evidencias de que las Prx están implicadas en procesos de señalización redox y afectan a la fosforilación de proteínas, regulación transcripcional y apoptosis en animales (Bryk et al., 2000; Rhee et al., 2005).
Las Prx son enzimas que presentan una amplia especificidad de sustrato, reduciendo tanto el H2O2, como alquilhidroperóxidos y peroxinitritos. Durante el ciclo catalítico el residuo de cisteína localizado en el sitio activo es oxidado a ácido sulfénico mientras que el H2O2, peroxinitrito o el alquilhidroperóxido es reducido a agua, nitrito o el correspondiente alcohol (Hillas et al., 2000; Nogoceke et al., 1997; Bryk et al., 2000, Rhee et al 2005, Dietz et al., 2006). Ensayos de mutagénesis dirigida sobre la cisteína peroxidática abolieron la actividad peroxidasa de estas enzimas (König et al., 2002; Rouhier et al., 2004a; Lamkemeyer et al., 2006). Estas enzimas se caracterizan además porque no contienen ningún grupo hemo, por lo que para compensar la pérdida del grupo prostético necesitan un donador externo de electrones, que generalmente es la tiorredoxina (Trx) (Chae et al., 1994a; Kwon et al., 1994; Kang et al., 1998, Rhee et al., 2005), aunque también pueden utilizar a la glutarredoxina (Grx) (Rouhier et al., 2001, 2002a), glutatión (Hofmann et al., 2002; Dietz, 2003a) y ciclofilina (Lee et al., 2001, Bernier-Villamor et al., 2004; Dietz et al., 2006). La reacción general que catalizan sigue la siguiente ecuación:
ROOH + R´(SH)2 ROH + R´S2 + H2O
Las Prx son unas enzimas abundantes que constituyen entre el 0.1 -0.8% de las proteínas solubles totales aunque su eficiencia catalítica es del rango de una o tres veces menor que la GPx o catalasa (Rhee et al., 2005). Todas las Prx se presentan como homodímeros y contienen un residuo de cisteína conservado en la región NH2-terminal localizado en un ambiente estructural conservado y que es esencial para la actividad catalítica (Chae et al., 1993; Baier and Dietz., 1996c; Verdoucq et al., 1999; Rhee et al., 2005).
En vegetales, las Prx pueden diferenciarse en cuatro subclases en función de su secuencia aminoacídica y mecanismo catalítico: las peroxirredoxinas de 1-Cys (Prx de 1-Cys), peroxirredoxinas de 2-Cys (Prx de 2-Cys), peroxirredoxinas relacionadas con la proteína YLR109 (Prx de tipo II) y peroxirredoxinas asociadas a la bacterioferritina (Prx Q).
Las seis isoformas de Prx de mamíferos hasta el día encontradas han sido clasificadas en tres subgrupos, designados como Prx de 2-Cys, Prx de 2-Cys atípicas, y Prx de 1-Cys. Las Prx de 2-Cys, que incluyen las Prx I, II, III y IV contienen la Cys N-terminal y C-terminal características necesarias ambas para el mecanismo catalítico y separadas por 121 residuos aminoacídicos. Las Prx de 2-Cys atípicas poseen únicamente la Cys N-terminal pero requieren de otra Cys adicional, no conservada y situada distalmente en la zona carboxílica. Las Prx de 1-Cys contienen una única Cys y ésta se sitúa en la región N-terminal (Rhee et al., 2005).
Dentro de las Prx de 2-Cys, la PrxI y II tienen una localización citosólica mientras que la PrxIII sólo se halla en la mitocondria; la Prx IV está presente en el retículo endoplásmico y el espacio extracelular. La Prx V, perteneciente al grupo de las Prx de 2-Cys atípicas, se localiza en el citosol, mitocondria y peroxisomas mientras que la Prx de 1-Cys es únicamente citosólica (Knoops et al., 1999, Rhee et al., 2005).
En el ciclo catalítico de las 2-Cys Prx, el residuo de cisteína sensitivo al H2O2 (Cys51 en la Prx I de mamíferos) es selectivamente oxidado por el H2O2 hasta Cys-SOH, que reacciona con el residuo COOH-terminal conservado Cys-SH (Cys172 de la Prx I) de la otra subunidad en el homodímero para formar un puente disulfuro intermolecular. El puente disulfuro es específicamente reducido por la Trx (Chae et al., 1994c). Debido a que las cisteínas que forman el puente disulfuro se encuentran considerablemente separadas (unos 13 Å aproximadamente), la formación dicho puente es un proceso lento y el intermediario sulfénico (Cys51-SOH) es ocasionalmente sobreoxidado hasta ácido sulfínico (Cys51-SO2H) (Yang et al., 2002). Por el contrario, las Prx de procariotas, que carecen del motivo peptídico GGLG en el extremo COOH-terminal de la proteína, son totalmente insensibles a la inactivación por oxidación (Wood et al., 2003 b; Chang et al., 2004).
Dado que los reductores fisiológicos como el glutatión o la Trx no son capaces de reducir la forma de ácido sulfínico de las Prx, la reacción de hiperoxidación era considerada como la inactivación permanente de la actividad peroxidasa (Chae et al., 1994a; Georgiou et al., 2003).
Otros estudios mostraron que las formas de sulfínico y sulfónico de las Prx aparecen en geles 2-D como dos spots de igual tamaño y distinto punto isoeléctrico (pI) y que esas diferencias de pI se deben únicamente a la oxidación de las cisteínas catalíticas (Cesaratto et al., 2005; Woo et al., 2003a, b). La forma reducida siempre se sitúa en la zona más básica del gel mientras que la forma de sulfénico o sulfínico lo hace en la posición más acídica. Así se ha sugerido que la oxidación de las Prx es un marcador de oxido-reducción altamente sensitivo, más incluso que los comúnmente usados para determinar el estado redox celular (glutatión total o contenido tiólico de proteínas total). (Cesaratto et al., 2005). Estudios del estado redox en algunos tipos de Prx mediante geles bidimensionales han revelado que la reacción de hiperoxidación es actualmente reversible en las células hablándose de una retroreducción (Woo et al., 2003a, b; Chevallet et al., 2003; Cesaratto et al.,2005). La hipótesis de retroreducción se contradice en cierto modo la idea de que las Prx oxidadas actúan como compuerta que modula la respuesta de las células a las concentraciones de peroxido intracelular. (Georgiou and Masip, 2003).La sulfinilación de las Prx ha sido también propuesta como un mecanismo para la regulación del H2O2 (Woo et al., 2003a, b).
En el año 2003, Biteau et al. descubren en levaduras las sulfirredoxinas (Srx), enzimas responsables de la catálisis de la reducción de la forma superoxidada de la Prx. Las Srx son unas proteínas presentes en eucariotas con un residuo conservado de cisteína. La reducción de la forma sulfínica a manos de las Srx supone un proceso lento (kcat 0.18/min) que requiere calcio, hidrólisis de ATP y un donador electrónico como el glutatión o Trx ( Biteau et al., 2003; Chang et al., 2004; Jonsson et al., 2005; Jeong et al., 2006) (figura 3). A principios de 2006 se abrieron las primeras investigaciones sobre Srx en plantas (Liu et al., 2006), donde se atribuyó una localización cloroplastídica de la enzima y se relacionó con la Prx de 2-Cys.
Otras enzimas de acción similar a las Srx, las sestrinas, han sido descritas en mamíferos y tienen capacidad regeneradora de las Prx. Además la expresión de estas sestrinas se encuentra regulada por la proteína P53 (Budanov et al., 2004).
La inactivación de las Prx no sólo tiene lugar por oxidación de sus grupos tiólicos sino también por la fosforilación de residuos de treonina, tal y como se ha demostrado para las Prx I y II de mamífero (Chang et al., 2002; Rhee et al., 2005).
