文摘
氧化应激是一种有毒的状态之间的不平衡造成的生产和消除活性氧(ROS)。活性氧导致氧化损伤细胞组件(如蛋白质、脂质、核酸。ROS的角色在细胞损伤经常所指出的那样,ROS在氧化还原信号也很重要。“氧化还原假说”提出了强调ROS的双重角色。这一假说表明氧化还原状态变化的主要影响是修改细胞信号而不是简单的氧化损伤。在极端的情况下,改变氧化还原信号有助于ROS的毒性,以及衰老和与年龄相关的疾病。线虫种类秀丽隐杆线虫提供了一个极好的模型来研究氧化应激和氧化还原信号在动物身上。我们使用中央氧化还原系统的蛋白质序列智人,黑腹果蝇,酿酒酵母查询同源蛋白质的基因库秀丽隐杆线虫。然后我们使用最大似然系统发育分析比较蛋白质之间的家庭秀丽隐杆线虫和其他生物促进未来研究氧化还原生物学的基因。
1。介绍
分子氧是最复杂的多细胞生物的生存所必需的。氧气来自它的必要性在有氧呼吸作用,从食物中提取能量的过程大约是19倍比它更高效厌氧。在真核生物中,进行有氧呼吸的线粒体(耗氧呼吸细菌的后代)通过一系列的电子转移反应耦合的生成一个质子梯度。这个质子梯度是用于生成细胞燃料三磷酸腺苷(ATP)。花的残余能量电子在分子氧的减少消耗(O2)水(H2O)。有氧呼吸的发生离不开这最后一步,但依赖氧作为最终电子受体构成持续威胁耗氧呼吸生物的氧化损伤。
氧气的威胁主要来自其转换到超氧化物自由基()而不是水1]。过氧化物是一种高活性短暂的活性氧。执行超氧化物和其他活性氧的解毒抗氧化剂,ROS转换为较低活性分子。抗氧化剂酶超氧化物歧化酶(SOD)过氧化物转化成水和过氧化氢(H2O2),这是另一个ROS和强氧化代理(参见图1)[2]。在正常情况下,抗氧化剂有助于防止氧化损伤通过使用电子减少活性氧,从而抑制活性氧氧化其他分子。然而,ROS生产之间的不平衡和解毒会导致氧化应激。众多研究发现,高活性氧水平损害DNA, RNA,蛋白质和脂质(3- - - - - -6]。此外,氧化(ROS)破坏被认为是衰老的主要原因之一,根据老化的自由基理论(7]。然而,自由基理论似乎与最近发现冲突对活性氧的作用在氧化还原信号,发现已经公布了一个额外的氧化毒性机制除了简单的大分子损伤。
ROS目前已知做超过肆意破坏大分子;他们作为重要的信号分子(由D 'Autreaux和托莱达诺(8])。例如,超氧化物和H2O2第二信使系统的一部分参与控制亚细胞的氧化还原状态;调节蛋白质激活和营业额;调节基因表达;和调节细胞外信号9]。对于这个重要的消息传递系统功能,超氧化物/ H的水平2O2必须保持在浓度远低于毒性水平。因此,ROS不太可能导致大分子损伤在正常在活的有机体内条件。与这个想法一致,最近的研究发现,线粒体产生超氧化物/ H2O2比之前估计的水平低得多(10- - - - - -12]。
琼斯(13)最近提出了“氧化还原假说”作为替代老化的自由基理论,在氧化还原信号提供最近的发现。这个假说认为,氧化还原状态的变化,而不是氧化损伤,导致衰老和衰老相关疾病。细胞的氧化还原状态,细胞室,或分子系统可用性的衡量化学反应电子。在减少状态,这样的电子更丰富而在氧化状态他们不太丰富。关于氧化应激,氧化还原假说表明,ROS水平可以增加有害如果由此产生的氧化氧化还原状态的转变导致氧化还原信号中断。
迄今为止被发现的大部分氧化还原生物学已经下班了大肠杆菌、酵母、哺乳动物和植物。而单细胞生物,如大肠杆菌和酿酒酵母提供明显的优势生物模型由于其相对简单,短代时期,易于培养和维护,等等,他们不能用于研究系统/机制独特的多细胞生物,尤其是和动物。虽然不是相同的程度上,秀丽隐杆线虫提供类似的好处与上面的简单的单细胞系统中,外加多细胞,后生动物系统允许更多的发现在这个有机体外推到其他动物的研究,包括人类。本文旨在氧化还原蛋白质/系统的范围秀丽隐杆线虫作为未来的资源进行氧化还原信号和氧化应激生物在这个模型。此外,本文将简要地解释每个蛋白质家族的功能,以及它如何与氧化还原信号和氧化应激,发现了什么特别提到秀丽隐杆线虫。
2。氧化还原状态,氧化还原信号和氧化应激
2.1。Redox-Sensitive半胱氨酸开关
大部分可用的生物氧化还原反应电子系统在半胱氨酸(如三肽谷胱甘肽丰富)。半胱氨酸是一种氨基酸,硫醇(硫)组织,很容易氧化。两个硫醇氧化时,在近距离可以形成二硫键。形成二硫在蛋白质折叠和维持蛋白质结构很重要,然而,硫醇的一小部分有另一个函数:redox-sensitive开关(见图2)[14- - - - - -18]。这些redox-sensitive硫醇开关通常是发现在蛋白质的表面或在活动网站。改变从硫醇状态二硫可以改变蛋白质的形状和功能。的倾向redox-sensitive开关在一个国家或另一个(硫醇或二硫)依赖于细胞的氧化还原状态舱和/或它所属的氧化还原系统。因此,活动和大量的蛋白质的构象可以改变氧化还原状态的变化(13]。
2.2。氧化还原状态的信号
氧化还原信号依靠氧化剂和还原剂,优先与氧化还原反应敏感的半胱氨酸。蛋氨酸还包含一个氧化还原活性硫和用于氧化还原信号(19),但这发生在较小程度上,并不在本文中讨论。最重要的氧化剂参与signalling-related改性的半胱氨酸残基过氧化氢(H2O2)、活性氧和一氧化氮(NO),活性氮物种(20.]。本文的重点将H2O2广泛的信号作用没有被审查(21]。虽然强大的氧化剂,H的信号作用2O2主要是限于redox-sensitive半胱氨酸和蛋氨酸残留22- - - - - -24]。事实上,大部分的细胞H2O2通过形成超氧化物歧化作用(),SOD酶意味着产生超氧化物的数量直接导致H的水平2O2在细胞或细胞室9]。这使过氧化物氧化还原信号的重要的间接作用。在动物身上,过氧化物主要是由NADPH氧化酶(NOX) [25),辅酶Q10(9,26),和复杂的我和III (12线粒体电子传递链的]。
细胞器之间的氧化还原状态的差异结果的差异之间的比例2O2二硫化和其他硫醇氧化剂和各种还原剂/抗氧化剂。由于氧化还原状态可以改变蛋白质的构象和反应,它可以用来激活或灭活蛋白质功能。例如,两个不同的细胞的氧化还原状态隔间调节DNA结合的核因子红细胞两个相关因子2 (Nrf-2)转录因子27]。Nrf-2被激活在细胞质中由一个氧化信号,导致核易位。然而,为了绑定在细胞核DNA, redox-sensitive半胱氨酸必须降低。这演示了氧化还原信号不同特异性细胞隔间,隔间的氧化还原状态的必须适合它的作用(见图3)[28]。
2.3。主要氧化还原系统:谷胱甘肽、硫氧还蛋白和半胱氨酸
两个中央巯基/二硫夫妇工作减少蛋白质二硫作为H的同行2O2和其他氧化剂控制氧化还原状态:谷胱甘肽/二硫化谷胱甘肽(GSH / GSSG)夫妇(通过glutaredoxins介导)和活性部位的二硫化二硫酚/硫氧还蛋白(硫氧还蛋白红色的/硫氧还蛋白牛;参见图4)[29日]。谷胱甘肽和硫氧还蛋白分别与不同的蛋白质子集形成不同的氧化还原系统。其中一个系统的氧化还原状态可能不同于其他即使在相同的细胞室(27,30.- - - - - -34]。谷胱甘肽和蛋白质二硫硫氧还蛋白作为还原剂,第三个巯基/二硫夫妇,半胱氨酸和胱氨酸,琼斯也已提出的et al。32)作为一个可能的氧化剂的蛋白质二硫酚用于氧化还原调控和信号。比率的变化这三个氧化还原夫妇一直在观察到的各种疾病,并可能随着时间的推移逐渐丧失的氧化还原状态的动态平衡导致衰老和衰老相关疾病13]。
2.4。氧化还原状态和瞬时局部氧化还原信号
各种氧化还原系统的氧化还原状态的细胞或细胞间必须通常驻留在一个狭窄的范围内,不仅维护产生的本构信号稳态氧化还原状态本身,但也允许有意义的阈值,在氧化还原状态的改变细胞的典型范围外舱可用于信号改变新陈代谢,环境,或压力。除了全球信号在整个细胞器,一代的H2O2对整体没有可观的影响氧化还原状态各种氧化还原系统的细胞或细胞间蛋白质可能还有一个非常现实的影响接近的一代,导致一个短暂的地方在于可以远距离的想法更全面地探索已经和坎普35]。调制信号的瞬时局部变化的一个例子,而不是一个全球性的氧化还原状态的改变是改变蛋白质磷酸化(36结果,例如,从失活蛋白酪氨酸磷酸酶(37,38),MAP激酶磷酸酶(39),PTEN [40]。在氧化还原假说范式,氧化应激的毒性可能源于一个氧化氧化还原状态的变化在一个或多个细胞的隔间。这种转变可能会破坏瞬态氧化还原信号以及扰乱氧化还原调控的常规功能蛋白在这些隔间。最终结果仍可能是病态的氧化损伤细胞组件即使原因可能是间接的。
3所示。系统发育分析
3.1。巯基/二硫氧化还原监管机构
3.1.1。硫氧还蛋白和相关的蛋白质
硫氧还蛋白(硫氧还蛋白)首次被发现大肠杆菌作为氢供体核苷酸还原酶(41,42]。从最初的描述,硫氧还蛋白蛋白质被认为是更一般的二硫还原酶,存在于所有的系统发育的生活领域。硫氧还蛋白的蛋白质有不同的结构,包含了活性部位二硫酚称为“硫氧还蛋白折叠。”这一领域也见于各种相关的蛋白质包括glutaredoxin,蛋白二硫化物异构酶的酶类,而谷胱甘肽S-transferase [43]。这些蛋白质的家庭将在本文的其他部分中讨论。特征CGPC活性部位二硫酚主题可以氧化二硫释放电子,用于减少redox-sensitive二硫在一个广泛的目标蛋白质(44]。
硫氧还蛋白的蛋白质是长久以来都被认为是主要参与恢复redox-sensitive二硫化状态被活性氧氧化后减少。特别是,ROS拾荒者的酶类等需要硫氧还蛋白的活性蛋白的再生。然而,二硫化的硫氧还蛋白还原酶作用是现在被认为是重要的免疫信号(45),调节转录因子(46),和调节细胞信号47]。
序列比较和系统发育分析显示,秀丽隐杆线虫拥有二十长度密切相关的蛋白质序列和硫氧还蛋白在酵母蛋白质,人类和果蝇。7这些二十蛋白质包含特点CGPC TRX活动所需活性位点序列。五个CGPC含有蛋白质、TRX-1 TRX-2, TRX-4 Y45E10。一、Y55F3AR。2,are closely related to proteins of known TRX activity in酿酒酵母,智人,d。人类胞质硫氧还蛋白1 (TRXN1)角色激活的转录因子激活蛋白1 (AP-1) [48κB (NF)和核因素κB) (49,50),以及免疫信号(45,51]。尽管人类TRXN1之间orthology尚不清楚秀丽隐杆线虫硫氧还蛋白的蛋白质(图5),这两个人类TRXN1和秀丽隐杆线虫TRX-1细胞质(52]。TRX-1肠道细胞表达以及ASJ一对神经元和成人寿命扩展引起的饮食限制调节(53]。人类线粒体TRXN2,有可能orthology秀丽隐杆线虫TRX-2 mitochondria-dependent超氧化物的一部分/ TRXN2 /细胞凋亡信号调节激酶1 (ASK-1)细胞凋亡信号通路54]。在秀丽隐杆线虫交互TRX-1和TRX-2核酸外切酶3 (EXO-3)和秀丽隐杆线虫p53-like蛋白质(CEP-1),似乎发挥了作用在神经结构和功能以及老化(55]。硫氧还蛋白氧化还原是独立的功能。例如,TRX-1调节胰岛素样的活动中神经肽DAF-28 ASJ感觉神经元在头部秀丽隐杆线虫多尔的形成。这个函数是保留甚至在氧化还原蛋白质的活动是被替换的两个半胱氨酸残基活性部位有两个Ser残留物(56]。关于thioredoxin-like (TRXL)蛋白质,发现Y45E10之间的密切关系。一个和Y55F3AR。2和the thioredoxin-like proteins of humans (TXNL1) andd .腹(TXL)表明orthology成为可能。TRXL蛋白质的功能尚未确定。
其他两个秀丽隐杆线虫包含CGPC序列的同源染色体,TRX-3 TRX-5,发现作为一个进化枝包含nucleoredoxin (NXN)和相关的蛋白质。人类拥有一个NXN,其中包含一个CPPC活跃的网站,和两个nucleoredoxin-like蛋白质(NXNL1和NXNL2)。NXN(了57)已被证明作为氧化还原调节器的基因表达58)和消极的调节器的toll样受体信号(59]。它还维持Wnt /ß连环蛋白信号(60]。六个九秀丽隐杆线虫蛋白质在NXN进化枝包含CPPC NXN活性位点序列,提出可能的扩张NXN亚科。蛋白质在这个NXN进化枝也密切相关16-Kilodalton寄生线虫类描述的硫氧还蛋白与象皮病马来(61年]。
3.1.2。谷胱甘肽
减少谷胱甘肽(GSH)是一个三肽由甘氨酸、半胱氨酸和谷氨酸。谷胱甘肽合成一个两步ATP-dependent过程中执行。在病原的第一步γ-glutamylcysteine合成酶(GCS;见表1)综合了γ-glutamylcysteine L-glutamate和半胱氨酸。在第二次谷胱甘肽合成酶(GSS;见表2)的c端添加甘氨酸γ-glutamylcysteine。这些酶真核生物中高度保守的(表1和2),甚至在原核生物(没有显示)。
谷胱甘肽的抗氧化剂防御中扮演着重要的角色的电子来源等抗氧化酶glutaredoxins和氧化物酶(63年]。高细胞中谷胱甘肽浓度(毫克分子)确保这些抗氧化剂丰富的电子系统,从而提供一个健壮的缓冲氧化氧化还原状态的变化(64年]。谷胱甘肽还充当一个可逆半胱氨酸加合物。谷胱甘肽S-transferases(消费税)之间可以形成混合二硫化谷胱甘肽和redox-sensitive半胱氨酸硫醇的蛋白质。这个活动可以用来调节蛋白活性和氧化条件下可以防止不可逆氧化硫醇sulfinic (2H)和磺酸(3H) oxoforms [65年,66年]。销售税还可以共轭谷胱甘肽异型生物质化合物解毒的响应(67年)和脂肪酸合成前列腺素的激素(68年,69年]。
的比率减少二硫化谷胱甘肽,谷胱甘肽在细胞室,即(谷胱甘肽)2/ (GSSG),决定了它的氧化还原状态。高(谷胱甘肽)2/ (GSSG)比率如发现线粒体,细胞质和细胞核确保大多数redox-sensitive蛋白质开关在这些隔间的减少(sh)状态(77年]。维护适当的(谷胱甘肽)2/ (GSSG)比保证氧化还原内稳态,而改变这一比率提供了一个简单的方法来调整之间的氧化还原状态的部件,以及在不同生理条件下的小隔间里。例如,氧化还原状态的变化被发现触发响应与防御相关的特定的生物或非生物压力(78年]。在植物中,改变细胞谷胱甘肽池已经显示引起病原体耐药性反应(79年,80年]。这些例子表明,全球变化蛋白质活动和广泛的变化可以实现信号很容易通过改变细胞内的氧化还原设置点隔间。
3.1.3。二硫化谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白还原酶
当氧化,减少(硫醇)谷胱甘肽和硫氧还蛋白酶是恢复了谷胱甘肽disuflide还原酶(GSR)和硫氧还蛋白还原酶(TRXR),分别用电子从NADPH获得(图4)[81年]。这个家庭的最大似然树形式三个演化支(图6)。GSR是缺席d .腹和取代了小说glutaredoxin-thioredoxin还原酶融合蛋白(TRXR-1) [82年]。酿酒酵母拥有与TRXR蛋白质酶活性,然而,这些蛋白质进化与动物形式无关,因此它们不代表在种系发生树83年]。有趣的是,TRXR-1是唯一含硒代半胱氨酸的蛋白质秀丽隐杆线虫,TRXR-1和GSR-1正常蜕皮的必要条件(84年]。
这种蛋白质家族的第三个进化枝由dihydrolipoamide脱氢酶(DLD)直接同源。DLD TRXR和GSR相似结构,然而,它的功能有很大的不同。DLD各种蛋白复合物是一个组件位于线粒体基质,包括丙酮酸脱氢酶、alpha-ketoglutarate脱氢酶,支链氨基酸acid-dehydrogenase复合物以及甘氨酸解理系统。在这些复合物DLD的再生需要氧化lipoamide dihydrolipoamide代数余子式的减少。丙酮酸脱氢酶和支链氨基酸acid-dehydrogenase复合物(2-Oxo酸脱氢酶复合体)被认为在氧化还原调控中发挥作用通过减少硫氧还蛋白(85年]。此外,alpha-ketoglutarate脱氢酶被发现是一个发电机复杂的H2O2(86年,87年]。
3.1.4。Glutaredoxin
Glutaredoxin (GLRX)使用电子提取谷胱甘肽减少redox-sensitive二硫化各种蛋白质,从而调节酶活性(88年]。GLRX也可以进行氧化半胱氨酸glutathionylation蛋白质导致protein-glutathione混合二硫(78年],逆反应deglutathionylation(即。,the reduction of the mixed disulfides), restoring the protein to its unmodified form. GLRX enzymes come in two forms: a monothiol form that contains a single cysteine in the active site and a dithiol form that contains two cysteines in the active site. These two forms differ in function and can be seen as distinct clades in the phylogenetic tree (Figure7)。减少蛋白质二硫以及氧化形成protein-glutathione-mixed二硫都是通过二硫酚催化机制,而还原deglutathionylation是由monothiol机制(89年]。
GLRX的演化支只包含与cgf monothiol蛋白质活性位点序列,而另一个进化枝包含主要二硫酚具有多种活性位点的序列,以及一些与单个半胱氨酸蛋白质活性部位。哺乳动物GLRX3(用小环装饰),可能直接同源的秀丽隐杆线虫GLRX-3,作为iron-sulfur为特征的结合蛋白可能受活性氧和活性氮物种(90年]。GLRX3对胚胎发育至关重要,胚胎增长,和心脏功能91年]。人类GLRX1许多角色包括氧化还原信号转导和蛋白质易位的规定(92年),caspase-3信号在肿瘤坏死因子-α全身的细胞死亡(93年],angiotensinII氧化还原信号通过glutathionylation Ras (94年]。秀丽隐杆线虫人类GLRX1 GLRX-10密切相关,两者都是嵌套在二硫酚的subclade GLRX酶,所有这一切除了包含CPYC GLRX2活性位点序列。F10D7.3 Grx6p和Grx7p有些相似酿酒酵母,虽然大小和活性位点的差异使得orthology不太可能。GLRX-21、GLRX-22 ZC334.7被发现集团密切合作酿酒酵母Grx8p,但是同样大小的差异(尤其是大ZC334.7)和序列的二硫酚活跃的网站使得orthology不太可能。到目前为止很少GLRX蛋白质一直在执行工作秀丽隐杆线虫。然而,值得一提的是在2010年发表的一篇论文发现GLRX-21功能预防selenium-induced氧化应激(95年]。
3.1.5。蛋白二硫化物异构酶
蛋白二硫化物异构酶(PDI)蛋白质组成的家庭是一个庞大而多样化的组酶,其中大部分包含至少一个TRX-like CxxC活跃的站点主题域。PDI酶位于内质网(ER),他们通常的功能是催化蛋白质折叠。使用PDI的活性部位半胱氨酸thiol-disulfide半胱氨酸残基之间的交换基质蛋白。这种PDI thiol-disulfide交换使蛋白质快速获得所需要的正确的配置结构二硫键实现他们的原生结构(96年]。PDI在四种不同的化学反应功能:(1)蛋白质二硫的氧化,使用GSSG作为电子受体;(2)减少蛋白质二硫化,使用谷胱甘肽或NADPH作为电子供体;(3)混合二硫化的deglutathionylation;(4)分子内二硫的异构化(重组)。这些函数PDI蛋白质需要更多的氧化还原状态的ER (70年,97年]。除了被动地依赖更多的氧化还原状态,它也被认为有些PDI蛋白质可能发挥作用在氧化还原调控62年]。
在秀丽隐杆线虫Karala et al。98年)分析和PDI-1的活动相比,PDI-2, PDI-3和发现所有三个显示thiol-disulfide交换活动,但是,每个显示对各种蛋白质底物反应的差异。RNAi击倒的pdi-2和pdi-3基因导致unflolded蛋白质反应,这表明PDI-2和PDI-3确实需要适当的蛋白质折叠(83年]。此外,冬季et al。99年]研究PDI-1、PDI-2 PDI-3胚胎发育所需,发现PDI活动和适当的细胞外基质的形成。
PDI序列的比较和phylogentic分析发现一些不知名的蛋白质与已知人类可能othology PDI,以及一些小基因在扩张事件秀丽隐杆线虫和人类。最终的结果是19个蛋白质秀丽隐杆线虫和人类,但只有8d .腹和4酿酒酵母(见图8)。人类P4HB (PDI / PDIA1) PDIA3 (ERp57)和PDIA4 (ERp72)——可能直接同源的秀丽隐杆线虫PDI-2(或PDI-1)、PDI-3 C14B9.2, respectively-all容易与肽二硫酚反应在体外形成二硫(One hundred.]。秀丽隐杆线虫PDI-1特殊的氨基端活跃网站所有密切相关的同源染色体包含特征PDI CGHC序列,而在秀丽隐杆线虫甘氨酸已经取代了缬氨酸(CVHC)。的相似性秀丽隐杆线虫PDI-1人类P4HB大小和顺序建议这两个蛋白质之间直接同源关系。然而,人类P4HB可以找到的β亚基prolyl 4-hydroxylase (P4H),一个复杂而hydroxylatesprolinetohydroxyproline生产ofcollagen [101年]。在秀丽隐杆线虫的β亚基P4H复杂PDI-2 [102年,103年),使PDI-2 P4HB更有可能直接同源,尽管PDI-2 ~ 100氨基酸短于秀丽隐杆线虫PDI-1和人类P4HB。关于其他PDI同系物,Ko和食物104年发现DPY-11蛋白秀丽隐杆线虫这是一个可能的人类TMX1直接同源,身体和感官器官形态发生是必要的,他们认为是由于其在真皮基质改性作用。氧化还原信号而言,人类P4HB已经找到工作与TRXN1反对地调节核转录因子激活B细胞(NF - kappa-light-chain-enhancerκB)端依赖基因表达:TRXN1活性物的NF -κ抑制NF - B通路,而P4HB表达式κ剂量依赖性的方式(B活动105年]。其他可能涉及PDI同源关系秀丽隐杆线虫包括人类TMX3d .腹CG5027,秀丽隐杆线虫ZK973.11;人类TXNDC12 (ERp18)秀丽隐杆线虫Y57A101.23;d .腹CG4670和秀丽隐杆线虫F47B7.2;人类PDIA6 (p5),秀丽隐杆线虫标签- 320和秀丽隐杆线虫Y49E10.4(见表3)。虽然,这些蛋白是否参与氧化还原信号还有待调查。
3.2。超氧化物/小时2O2一代和删除
3.2.1之上。NADPH氧化酶
NADPH氧化酶(NOX)系统最初被描述为一个系统使用哺乳动物吞噬细胞生产超氧化物作为响应由微生物感染(106年]。的核心酶NOX2这个微生物的防御系统,而其p22phox的规定,p47phox, p40phox, p67phox,和RAC subunits-catalyses大量过氧化物的形成,进而转化为额外的活性氧。由此产生的ROS水平高会导致入侵的病原微生物的死亡。共有七个氮氧化物同系物存在于哺乳动物,包括NOX1到5和双重氧化酶类DUOX-1 DUOX-2。大多数这些同源染色体产生活性氧的水平远低于NOX2和在更大范围的细胞类型。伦敦朗伯斯区(25)提出了一种对氮氧化物的重要性蛋白质ROS的生成信号,但这一假设尚未严格测试。
最重要的氮氧化物的讨论活动秀丽隐杆线虫DUOX的功能,只有两个氮氧化物同系物在吗秀丽隐杆线虫DUOX-2 BLI-3,人类和DUOX相关蛋白质d .腹(图9)。这些蛋白质包含一个额外的过氧化物酶域NOX1通过5中没有发现。DUOX具有双重角色在过氧化物的生成和催化反应的细胞外基质使用H2O2。子单元用于调节NOX2并不用于DUOX酶的规定。此外,blastp搜索不透露任何NOX2调节亚基的同源性秀丽隐杆线虫。重要的是要注意DUOX没有涉及ROS信号,有证据表明在哺乳动物中他们扮演一个角色在甲状腺激素的生物合成细胞外基质(107年]。在秀丽隐杆线虫在酪氨酸交联,DUOX BLI-3同系物的功能细胞外基质(108年,109年]。进一步的研究可能揭示了额外的机制DUOX同系物秀丽隐杆线虫。
3.2.2。超氧化物歧化酶
SOD蛋白质通常被认为是抗氧化剂负责消除活性氧超氧化物。另一种观点是,这些酶产生H2O2用于氧化还原信号(110年]。在这方面,SOD活性的水平可能是重要的在调节H2O2的水平。SOD的信号作用远远超出SOD的流行观点负责完成清除超氧化物从细胞间的唯一目的阻止氧化损伤。
最近的SOD酶的研究主要集中在他们可能在衰老过程中的作用,在实验设计测试老化的自由基理论。在某些情况下,降低SOD水平已被证明酵母的寿命缩短111年- - - - - -114年],果蝇[115年),和老鼠116年),但这不是普遍的情况。事实上,整个的一个分析草皮基因家族在秀丽隐杆线虫显示,增加和减少的表达草皮基因对寿命影响很小(117年]。当草皮基因表达实验增加,寿命没有改变或减少(117年- - - - - -120年]。y本田和美国本田公司的一份报告(121年显示,增加表达的sod-1和sod-2延长的寿命秀丽隐杆线虫,但这不是由于减少氧化损伤。虽然结果不一致的物种之间和实验之间是不一致的一个物种,很明显,SOD的器ROS的观点,否则限制寿命太简单了。
SOD酶存在于真核生物的两个不同的类:铜/ zincSOD(铜/锌SOD),发现在细胞溶质或细胞外基质(122年];锰超氧化物歧化酶(SOD) (Mn SOD)中发现线粒体(123年]。系统发育分析清楚地显示了两个主要演化支对应锰和铜/锌酶(图10)。与其他三种分析,每个只有一个Mn草皮,有重复的基因秀丽隐杆线虫,sod-2和sod-3。人类铜/锌也是如此sod-1,在人类和其他两个物种有一个基因对应于一对基因秀丽隐杆线虫,sod-1和sod-5。最后一个草皮基因秀丽隐杆线虫,sod-4,对应于一个单一的基因在人类和d .腹。它是一种细胞外铜/锌SOD (124年),可能的函数daf - 2信号(117年]。
3.2.3。谷胱甘肽过氧化物酶
谷胱甘肽氧化物酶(GPX)第一次被定性为一个家庭的蛋白质减少H2O2到H2O使用谷胱甘肽作为电子供体(125年]。人类和秀丽隐杆线虫都包含大量GPX蛋白(7号和8号、职责)相比,蛋白质(3)和酵母d .腹(只有2蛋白质)。大多数这些似乎出现了独立的两个分类谱系(图中基因的复制11)。而五的八人GPX活性部位含有硒代半胱氨酸,没有一个硒代半胱氨酸的任何发现秀丽隐杆线虫GPX同系物。
尽管亲缘秀丽隐杆线虫蛋白质与已知GPX活性的蛋白质,Vanfleteren [126年)是无法发现任何GPX活动秀丽隐杆线虫组织。然而,在体外分析在本文中只包括谷胱甘肽作为减少衬底。使用谷胱甘肽似乎仅限于GPX酶含有硒代半胱氨酸;的cysteine-containing GPX同系物秀丽隐杆线虫可能使用peroxiredoxin-like机制与硫氧还蛋白减少衬底(127年]。
大量研究涉及GPX蛋白氧化还原信号。例如,Faltin et al。128年)发现,ROS信号用于早期拍摄的植物器官发生受GPX PHGPx同系物。在哺乳动物中,活性氧调控脂多糖(LPS)信号是由GPX1调制(129年],而缺GPX1发现增强促炎细胞因子诱导的氧化还原信号(130年]。相反,发现了高浓度的过氧化氢酶和GPX活动减少H2O2信号在人类肺泡巨噬细胞(131年]。的秀丽隐杆线虫蛋白质F26E4.12,人类GPX4和植物PHGPx的相同器官,调节肽转运体PEPT-1 [132年]。
3.2.4。酶类
(PRDX)发现抗氧化蛋白活性部位的为半胱氨酸对齐附近,形成分子间二硫酚/二硫化。PRDX二硫化函数减少的H2O2到H2活性氧的抗氧化防御和中介阿信号(133年,134年]。活性部位二硫化还原中形成的H2O2减少回硫氧还蛋白二硫酚的氧化还原系统。PRDX有三种形式:2-Cys“典型”,“非典型”2-Cys, 1-Cys。
系统发育分析显示秀丽隐杆线虫有两个典型的2-Cys PRDX, 1-Cys PRDX,但并不拥有非典型2-Cys PRDX同族体(图12)。人类PRDX1 PRDX2,两个典型2-Cys PRDX同系物秀丽隐杆线虫PRDX-2,可能参与内部和细胞外信号级联通过调节水平的H2O2(23]。人类线粒体典型2-Cys PRDX3,密切相关秀丽隐杆线虫PRDX-3,参与调节凋亡信号。PRDX蛋白质的研究很少秀丽隐杆线虫。我们所知道的是,PRDX-2必要的正常生长和产蛋在吗秀丽隐杆线虫,Isermann et al。135年)认为可能是因为其过氧化作用的信号。有趣的是,失去PRDX-2实际上增加抵抗一些氧化应激导致寿命减少代理但结果(136年]。
3.2.5。过氧化氢酶
过氧化氢酶功能分解的H2O2到H2O, O2。系统发育分析显示从一个谱系特定扩张三过氧化氢酶秀丽隐杆线虫(图13)。秀丽隐杆线虫CTL-1扩展需要成人的寿命daf - 2,1岁左右的,clk-1突变体(137年]。CTL-2是过氧化物酶体中发现的秀丽隐杆线虫(138年)和缺乏这种蛋白质被发现导致progeric表型和影响发展/产卵[139年]。的ctl-1和ctl-2基因都是负面受DAF-2-mediated胰岛素信号(140年]。因此,daf - 2信号可能导致增加H的水平2O2,因此更多的氧化状态。
4所示。结论
活性氧被认为扮演一个角色在老化,许多疾病包括帕金森病、阿尔茨海默病,心力衰竭和心肌梗死。这使得理解他们的双重角色氧化压力和信号分子非常重要。重要蛋白质的这种理解清楚地描述家庭导致活性氧的生成和代谢。大多数已知的蛋白质家族,参与氧化还原生物学在本文中所讨论的,但很有可能,另外,从没被氧化还原蛋白质的家庭仍有待发现。令人吃惊的是,蛋白质的家庭相比,在这项研究中,大多数显示明确的序列之间的关系,没有特有的家庭扩张的极端例子。酿酒酵母经常,d .腹有时候,小基因家族比其它两个物种。
除了氧化损伤,较高的活性氧水平破坏氧化还原的常规功能监管机构及其下游效应器。因此,可能至少部分,如果不是很多,与氧化应激相关的毒性作用是氧化还原信号干扰的结果。继续研究的各种功能秀丽隐杆线虫本文中讨论氧化还原蛋白质将有助于实现更好的理解氧化还原信号、氧化应激,这两个生物现象之间的关系。秀丽隐杆线虫和智人表现出相当保守基因家族的结构,说明秀丽隐杆线虫将提供一个医学相关的氧化还原信号模式。