Reactive oxygen species (ROS), which include superoxide anions and peroxides, induce oxidative stress, contributing to the initiation and progression of cardiovascular diseases involving atherosclerosis. The endogenous and exogenous factors hypercholesterolemia, hyperglycemia, hypertension, and shear stress induce various enzyme systems such as nicotinamide adenine dinucleotide (phosphate) oxidase, xanthine oxidase, and lipoxygenase in vascular and immune cells, which generate ROS. Besides inducing oxidative stress, ROS mediate signaling pathways involved in monocyte adhesion and infiltration, platelet activation, and smooth muscle cell migration. A number of antioxidant enzymes (e.g., superoxide dismutases, catalase, glutathione peroxidases, and peroxiredoxins) regulate ROS in vascular and immune cells. Atherosclerosis results from a local imbalance between ROS production and these antioxidant enzymes. In this review, we will discuss 1) oxidative stress and atherosclerosis, 2) ROS-dependent atherogenic signaling in endothelial cells, macrophages, and vascular smooth muscle cells, 3) roles of peroxidases in atherosclerosis, and 4) antioxidant drugs and therapeutic perspectives.
Photosynthesis is a highly robust process allowing for rapid adjustment to changing environmental conditions. The efficient acclimation depends on balanced redox metabolism and control of reactive oxygen species release which triggers signaling cascades and potentially detrimental oxidation reactions. Thiol peroxidases of the peroxiredoxin and glutathione peroxidase type, and ascorbate peroxidases are the main peroxide detoxifying enzymes of the chloroplast. They use different electron donors and are linked to distinct redox networks. In addition, the peroxiredoxins serve functions in redox regulation and retrograde signaling. The complexity of plastid peroxidases is discussed in context of suborganellar localization, substrate preference, metabolic coupling, protein abundance, activity regulation, interactions, signaling functions, and the conditional requirement for high antioxidant capacity. Thus the review provides an opinion on the advantage of linking detoxification of peroxides to different enzymatic systems and implementing mechanisms for their inactivation to enforce signal propagation within and from the chloroplast.
Yun-Juan Bao;Qi Zhou;Xuejing Yu;Xiaolan Yu;Francis J. Castellino
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제33권3호
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pp.299-309
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2023
Glutathione peroxidases (Gpx) are a group of antioxidant enzymes that protect cells or tissues against damage from reactive oxygen species (ROS). The Gpx proteins identified in mammals exhibit high catalytic activity toward glutathione (GSH). In contrast, a variety of non-mammalian Gpx proteins from diverse organisms, including fungi, plants, insects, and rodent parasites, show specificity for thioredoxin (TRX) rather than GSH and are designated as TRX-dependent peroxiredoxins. However, the study of the properties of Gpx in the environmental microbiome or isolated bacteria is limited. In this study, we analyzed the Gpx sequences, identified the characteristics of sequences and structures, and found that the environmental microbiome Gpx proteins should be classified as TRX-dependent, Gpx-like peroxiredoxins. This classification is based on the following three items of evidence: i) the conservation of the peroxidatic Cys residue; ii) the existence and conservation of the resolving Cys residue that forms the disulfide bond with the peroxidatic cysteine; and iii) the absence of dimeric and tetrameric interface domains. The conservation/divergence pattern of all known bacterial Gpx-like proteins in public databases shows that they share common characteristics with that from the environmental microbiome and are also TRX-dependent. Moreover, phylogenetic analysis shows that the bacterial Gpx-like proteins exhibit a star-like radiating phylogenetic structure forming a highly diverse genetic pool of TRX-dependent, Gpx-like peroxidases.
대한약학회 2003년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.1
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pp.93-95
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2003
Selenium is an ultra trace essential element for the normal functioning body because of forming the active center of redox enzymes such as four kinds of glutathione peroxidases (GPx), thioredoxin reductase (TR) and 5'-iodothyronine deiodinase. However, the adequate range between deficient and excessive levels is very narrow. (omitted)
A challenge in the redox field is the elucidation of the molecular mechanisms, by which $H_2O_2$ mediates signal transduction in cells. This is relevant since redox pathways are disturbed in some pathologies. The transcription factor OxyR is the $H_2O_2$ sensor in bacteria, whereas Cys-based peroxidases are involved in the perception of this oxidant in eukaryotic cells. Three possible mechanisms may be involved in $H_2O_2$ signaling that are not mutually exclusive. In the simplest pathway, $H_2O_2$ signals through direct oxidation of the signaling protein, such as a phosphatase or a transcription factor. Although signaling proteins are frequently observed in the oxidized state in biological systems, in most cases their direct oxidation by $H_2O_2$ is too slow ($10^1M^{-1}s^{-1}$ range) to outcompete Cys-based peroxidases and glutathione. In some particular cellular compartments (such as vicinity of NADPH oxidases), it is possible that a signaling protein faces extremely high $H_2O_2$ concentrations, making the direct oxidation feasible. Alternatively, high $H_2O_2$ levels can hyperoxidize peroxiredoxins leading to local building up of $H_2O_2$ that then could oxidize a signaling protein (floodgate hypothesis). In a second model, $H_2O_2$ oxidizes Cys-based peroxidases that then through thiol-disulfide reshuffling would transmit the oxidized equivalents to the signaling protein. The third model of signaling is centered on the reducing substrate of Cys-based peroxidases that in most cases is thioredoxin. Is this model, peroxiredoxins would signal by modulating the thioredoxin redox status. More kinetic data is required to allow the identification of the complex network of thiol switches.
Glutathione (GSH)은 직접적으로 활성산소종을 제거하거나 GSH peroxidase와 같은 활성산소종 제거 효소의 조효소로써, 산화적 스트레스로부터 세포를 방어하는 데 중요한 역할을 한다. GSH peroxidase는 두 분자의 GSH을 이용해 세포 내 과산화수소를 물로 전환한다. $N$-acetyl-L cysteine (NAC)는 항산화제 중 하나로 세포 내 GSH의 전구물질로 이용된다. 본 연구는, 0mM에서 20mM의 NAC 단독 처리 또는 100 Gy 감마선과 복합 처리한 효모세포에서 GSH peroxidase를 코드화(encoding)하는 유전자인 $GPX1$과 $GPX2$의 전사적 발현을 통해 GSH, NAC와 GSH peroxidase의 연관성을 알아보았다. $GPX1$과 $GPX2$의 전사적 발현은 NAC와 100 Gy 감마선에 의해 유도되었다. 조사된 효모세포에서 NAC의 증가 농도에 따라 GSH peroxidase 두 유전자의 발현은 감소되었다. 이러한 결과로, NAC에 의해 증가된 세포 내 GSH는 GSH peroxidase 유전자의 전사적 발현을 유도하며, NAC는 감마선으로부터 생성된 활성산소종 직접적 제거와 GSH peroxidase 유전자의 전사적 발현을 유도함으로써 세포를 보호할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
The cDNAs encoding glutathione peroxidase (GPx) were cloned and sequenced from the liver of three Chinese carps with different tolerance to hepatotoxic microcystins, phyto-planktivorous silver carp (Hypophthalmichthys molitrix) and bighead carp (Aristichthys nobilis), and herbivorous grass carp (Ctenopharyngodon idellus). Using genome walker method, a 750 bp 5'-flanking region of the silver carp GPx gene was obtained, and several potential regulatory elements were identified in the promoter region of the GPx gene. The silver carp GPx gene was widely expressed in all tissues examined. Despite phylogenetic analysis, assigning this newly described carp GPx to the group of mammalian GPx2, the carp GPx seems more similar to GPx1 from a physiological point of view. The constitutive expression pattern of the three carp liver GPx gene, shows a positive relationship with their tolerance to microcystins.
Living organisms have antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase, catalase SE glutathione peroxidase, that protect themselves from the toxic effect of superoxide free radicals. Some report says that intracellular oxidation stress is involved in pathogenesis of chronic complications of diabetes mellitus. This study was performed to evaluate the effect of red ginseng on lipid peroxidation of red blood cell and antioxidant SOD activity of serum in NIDDM patients. As a result, there were trends for decrease of lipid peroxidases of RBC and Increase of SOD activity of serum in ginseng group but that were not statistically significant. Therefore, we suggest long term and large sized control study is necessary to confirm the protective effects of red ginseng on oxidative damage in NIDDM patients.
Atherosclerotic vascular dysfunction is a chronic inflammatory process that spreads from the fatty streak and foam cells through lesion progression. Therefore, its early diagnosis and prevention is unfeasible. Reactive oxygen species (ROS) play important roles in the pathogenesis of atherosclerotic vascular disease. Intracellular redox status is tightly regulated by oxidant and antioxidant systems. Imbalance in these systems causes oxidative or reductive stress which triggers cellular damage or aberrant signaling, and leads to dysregulation. Paradoxically, large clinical trials have shown that non-specific ROS scavenging by antioxidant vitamins is ineffective or sometimes harmful. ROS production can be locally regulated by cellular antioxidant enzymes, such as superoxide dismutases, catalase, glutathione peroxidases and peroxiredoxins. Therapeutic approach targeting these antioxidant enzymes might prove beneficial for prevention of ROS-related atherosclerotic vascular disease. Conversely, the development of specific antioxidant enzyme-mimetics could contribute to the clinical effectiveness.
To investigate the deaging effects of introperitoneally injected Chondroitin Sulfate (CS) on various enzyme activity (AST, ALT, MDA (Malon dialdehyde), SOD (Superoxide dismutase), GPx (Glutathione peroxidases) and histophathology of liver tissue, ovariectomized rats were used. The antioxidative effects of chondroitin sulfate (100 mg/kg and 200 mg/kg body weight) were investigated at the antioxidative enzyme activities of liver homogenate fractions (liver total homogenate, mitochondrial, and microsomal fractions) and sera. In addition, the rat liver was histologically examined. Intraperitoneally injected CS, depend on dosage, indicated a protective effect against ovariectomy-inducted aging. Moreover, inflammation and cirrhosis in liver tissue of CS treated group were significantly decreased. Based on these results, intraperitoneally injected CS is a useful material to delay aging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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