• 제목/요약/키워드: Peroxiredoxins (Prxs)

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Microbial 2-Cys Peroxiredoxins: Insights into Their Complex Physiological Roles

  • Toledano, Michel B.;Huang, Bo
    • Molecules and Cells
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    • 제39권1호
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    • pp.31-39
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    • 2016
  • The peroxiredoxins (Prxs) constitute a very large and highly conserved family of thiol-based peroxidases that has been discovered only very recently. We consider here these enzymes through the angle of their discovery, and of some features of their molecular and physiological functions, focusing on complex phenotypes of the gene mutations of the 2-Cys Prxs subtype in yeast. As scavengers of the low levels of $H_2O_2$ and as $H_2O_2$ receptors and transducers, 2-Cys Prxs have been highly instrumental to understand the biological impact of $H_2O_2$, and in particular its signaling function. 2-Cys Prxs can also become potent chaperone holdases, and unveiling the in vivo relevance of this function, which is still not established, should further increase our knowledge of the biological impact and toxicity of $H_2O_2$. The diverse molecular functions of 2-Cys Prx explain the often-hard task of relating them to peroxiredoxin genes phenotypes, which underscores the pleiotropic physiological role of these enzymes and complex biologic impact of $H_2O_2$.

애기장대 peroxiredoxins (Prxs)과 sulphiredoxin1 (Srx1)의 작용기작 (Working Mechanism of Peroxiredoxins (Prxs) and Sulphiredoxin1 (Srx1) in Arabidopsis thaliana)

  • 김민갑;수디 무하마드;박상렬;황덕주;배신철
    • 생명과학회지
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    • 제20권12호
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    • pp.1777-1783
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    • 2010
  • 식물체는 대사과정의 부산물로서 또는 생물학적으로 피해를 줄 수 있는 다양한 종류의 외부 스트레스에 직면했을 활성산소(Reactive Oxygen Species, ROS)를 생산한다. 이러한 oxidative 스트레스로부터 자신들을 보호하기 위하여 식물세포들은 다양한 종류의 항산화 단백질들을 보유하고 있다. 하지만 이들의 작용기작은 여전히 자세히 밝혀지지 않았다. Peroxiredoxins (Prxs)은 식물체에 광범위하게 존재하는 thiol-을 함유한 항산화 단백질로 N-말단에 존재하는 cysteine 잔기를 이용하여 hydrogen peroxide를 환원한다. 이러한 과정에서 peroxiredoxins의 활성부위인 cysteine 잔기는 선택적으로 cysteine sulfinic acid로 산화됨으로써 peroxidase activity의 불활성화를 일으킨다. 이러한 산화과정은 비가역적으로 일어난다. 최근 발견된 진핵생물들에 잘 보존된 sulphiredoxin (Srx1)이라 불리는 단백질은 cysteine-sulphinic acid를 환원시키는 기능을 지닌다. 본 논문에서는 애기장대에 존재하는 Prxs와 Srx의 기능에 대하여 서술할 예정이다.

Repeated Superovulation via PMSG/hCG Administration Induces 2-Cys Peroxiredoxins Expression and Overoxidation in the Reproductive Tracts of Female Mice

  • Park, Sun-Ji;Kim, Tae-Shin;Kim, Jin-Man;Chang, Kyu-Tae;Lee, Hyun-Shik;Lee, Dong-Seok
    • Molecules and Cells
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    • 제38권12호
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    • pp.1071-1078
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    • 2015
  • Superovulation induced by exogenous gonadotropin treatment (PMSG/hCG) increases the number of available oocytes in humans and animals. However, Superovulatory PMSG/hCG treatment is known to affect maternal environment, and these effects may result from PMSG/hCG treatment-induced oxidative stress. 2-Cys peroxiredoxins (2-Cys Prxs) act as antioxidant enzymes that protect cells from oxidative stress induced by various exogenous stimuli. Therefore, the objective of this study was to test the hypothesis that repeated PMSG/hCG treatment induces 2-Cys Prx expression and overoxidation in the reproductive tracts of female mice. Immunohistochemistry and western blotting analyses further demonstrated that, after PMSG/hCG treatment, the protein expression levels of 2-Cys Prxs increased most significantly in the ovaries, while that of Prx1 was most affected by PMSG/hCG stimulation in all tissues of the female reproductive tract. Repeated PMSG/hCG treatment eventually leads to 2-Cys Prxs overoxidation in all reproductive organs of female mice, and the abundance of the 2-Cys Prxs-$SO_{2/3}$ proteins reported here supports the hypothesis that repeated superovulation induces strong oxidative stress and damage to the female reproductive tract. Our data suggest that excessive oxidative stress caused by repeated PMSG/hCG stimulation increases 2-Cys Prxs expression and overoxidation in the female reproductive organs. Intracellular 2-Cys Prx therefore plays an important role in maintaining the reproductive organ environment of female mice upon exogenous gonadotropin treatment.

Inflammasome-Dependent Peroxiredoxin 2 Secretion Induces the Classical Complement Pathway Activation

  • Cheol Ho Park;Hyun Sook Lee;Man Sup Kwak;Jeon-Soo Shin
    • IMMUNE NETWORK
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    • 제21권5호
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    • pp.36.1-36.16
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    • 2021
  • Peroxiredoxins (Prxs) are ubiquitously expressed peroxidases that reduce hydrogen peroxide or alkyl peroxide production in cells. Prxs are released from cells in response to various stress conditions, and they function as damage-associated molecular pattern molecules. However, the secretory mechanism of Prxs and their roles have not been elucidated. Thus, we aimed to determine whether inflammasome activation is a secretory mechanism of Prxs and subsequently identify the effect of the secreted Prxs on activation of the classical complement pathway. Using J774A.1, a murine macrophage cell line, we demonstrated that NLRP3 inflammasome activation induces Prx1, Prx2, Prx5, and Prx6 secretion in a caspase-1 dependent manner. Using HEK293T cells with a transfection system, we revealed that the release of Prx1 and Prx2 relies on gasdermin-D (GSDMD)-mediated secretion. Next, we confirmed the binding of both Prx1 and Prx2 to C1q; however, only Prx2 could induce the C1q-mediated classical complement pathway activation. Collectively, our results suggest that inflammasome activation is a secretory mechanism of Prxs and that GSDMD is a mediator of their secretion. Moreover, secreted Prx1 and Prx2 bind with C1q, but only Prx2 mediates the classical complement pathway activation.

Yeast Prx의 스트레스의존 구조적 변화의 기작 (Mechanism of Stress-dependent Structural Change of Yeast Prx)

  • 강지선;정강원
    • Applied Microscopy
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    • 제35권4호
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    • pp.16-23
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    • 2005
  • 티올특이성 산화환원 단백질인 peroxiredoxin (thiolspecific peroxiredoxin, Prx) 은 거의 모든 생명체에 존재하며, reactive oxgen species (ROS)을 제거하는 역할을 수행한다. 전자현미경/image processing을 이용하여 세포의 방어기작에 중요한 기능을 수행하는 Prx의 구조를 분석하였다. Yeast-Prx는 크게 세 가지의 다른 형태 즉, 구 형태, ring 형태의 구조와 비 규칙적인 적은 입자로 구성되어 있음을 확인하였다. 또한 산화/환원 상태에서의 구조적 변화를 관찰하기위해 DTT와 $H_2O_2$를 처리 후 전자현미경을 관찰 하였다. 환원상태의(DTT 처리 후) yeast-Prx는 많은 decamer 구조를 보여주는 반면, 산화상태에서는 ($H_2O_2$ 처리 후) dimer나 구 형태의 구조를 보여 주고 있다. 또한 dimeric subunit간의 ionic interaction이 yeast-Prx의 oligomerization에 중요한 인자임을 확인하였다.

Functional switching of eukaryotic 2-Cys peroxiredoxins from peroxidases to molecular chaperones in response to oxidative stress

  • Jang, Ho-Hee;Lee, Sang-Yeol
    • 한국식물생명공학회:학술대회논문집
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    • 한국식물생명공학회 2005년도 추계학술대회 및 한일 식물생명공학 심포지엄
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    • pp.40-64
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    • 2005
  • Much biochemical information on peroxiredoxins (Prxs) has been reported but a genuine physiological function for these proteins has not been established. We show here that two cytosolic yeast Prxs, cPrxI and II, exist in a variety of forms that differ in their structure and molecular weight (MW) and that they can act both as a peroxidase and as a molecular chaperone. The peroxidase function predominates in the lower MW proteins, whereas the chaperone function is more significant in the higher MW complexes. Oxidative stress and heat shock exposure of yeasts causesthe protein structures of cPrxI and II to shift from low MW species to high MW complexes. This triggers a peroxidase-to-chaperone functional switch. These in vivo changes are primarily guided by the active peroxidase site residue, $Cys^{47}$, which serves as an efficient $'H_2O_2-sensor'$ in the cells. The chaperone function of the proteins enhances yeast resistance to heat shock.

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Overview on Peroxiredoxin

  • Rhee, Sue Goo
    • Molecules and Cells
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    • 제39권1호
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    • pp.1-5
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    • 2016
  • Peroxiredoxins (Prxs) are a very large and highly conserved family of peroxidases that reduce peroxides, with a conserved cysteine residue, designated the "peroxidatic" Cys ($C_P$) serving as the site of oxidation by peroxides (Hall et al., 2011; Rhee et al., 2012). Peroxides oxidize the $C_P$-SH to cysteine sulfenic acid ($C_P$-SOH), which then reacts with another cysteine residue, named the "resolving" Cys ($C_R$) to form a disulfide that is subsequently reduced by an appropriate electron donor to complete a catalytic cycle. This overview summarizes the status of studies on Prxs and relates the following 10 minireviews.

산화 스트레스에 의존한 식물 및 진핵세포 2-시스테인 퍼록시레독신의 기능 조절 (Oxidative Stress-dependent Structural and Functional Regulation of 2-cysteine Peroxiredoxins In Eukaryotes Including Plant Cells)

  • 장호희;김선영;이상열
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제33권1호
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    • pp.1-9
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    • 2006
  • 도처에 분포하는 peroxiredoxins (Prxs)은 세포 내 방어신호전달 과정에서 다양한 기능을 하는 것으로 나타났다. Prxs는 크게 typical 2-Cys Prx, atypical 2-Cys Prx와 1-Cys Prx의 세 부류로 분류되는데, 이것들은 cysteine 잔기의 수와 촉매기전에 따라 구분된다. 세 종류의 단백질 중, N-말단에 peroxidatic cysteine 잔기를 포함하는 typical 2-Cys Prx는 $H_2O_2$ 분해과정 동안 과산화물-의존적인 sulfenic acid로의 산화와 thiol-의존적 환원과정이 순환되어 일어난다. Sulfenic acid는 고농도의 $H_2O_2$와 Trx, Trx reductase와 NADPH를 포함하는 촉매 요소의 존재하에 cysteine sulfenic acid로 과산화 될 수 있다 과산화된 2-Cys Prx는 ATP 의존성 효소인 sulfiredoxin의 작용에 의해 천천히 환원된다. 세포가 강력한 산화나 열 충격 스트레스에 노출되면, 2-Cys Prx는 LMW 단백질에서 HMW complex로 구조를 변화시켜 peroxidase에서 chaperone으로 기능의 전환을 일으킨다. 2-Cys Prx의 C-말단 부분 역시 이러한 구조적 전환에 중요한 역할을 한다. 따라서, C-말단이 잘려진 단백질은 과산화가 되지 않고 단백질의 구조와 기능이 조절될 수 없다. 이러한 반응들은 활성 자리인 peroxidatic cysteine 잔기에 의해 일차적으로 유도되며, 그것은 세포에서 '$H_2O_2$ sensor' 로서 작용하다. 2-Cys Prx의 가역적인 구조와 기능 변화는 세포가 외부자극에 적응하는 수단으로 작용하며, 아마도 세포내 방어신호체계를 활성화 시키는 것으로 생각된다. 특히, chloroplast에 존재하는 식물 2-Cys Prx는 촉매반응 동안 주된 구조적인 변화를 나타내는 역동적인 단백질 구조를 가지고 있어서, 산화-환원 의존적으로 super-complex를 형성하고 가역적으로 thylakoid membrane에 부착한다.

Peroxiredoxin System of Aspergillus nidulans Resists Inactivation by High Concentration of Hydrogen Peroxide-Mediated Oxidative Stress

  • Xia, Yang;Yu, Haijun;Zhou, Zhemin;Takaya, Naoki;Zhou, Shengmin;Wang, Ping
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제28권1호
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    • pp.145-156
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    • 2018
  • Most eukaryotic peroxiredoxins (Prxs) are readily inactivated by a high concentration of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) during catalysis owing to their "GGLG" and "YF" motifs. However, such oxidative stress sensitive motifs were not found in the previously identified filamentous fungal Prxs. Additionally, the information on filamentous fungal Prxs is limited and fragmentary. Herein, we cloned and gained insight into Aspergillus nidulans Prx (An.PrxA) in the aspects of protein properties, catalysis characteristics, and especially $H_2O_2$ tolerability. Our results indicated that An.PrxA belongs to the newly defined family of typical 2-Cys Prxs with a marked characteristic that the "resolving" cysteine ($C_R$) is invertedly located preceding the "peroxidatic" cysteine ($C_P$) in amino acid sequences. The inverted arrangement of $C_R$ and $C_P$ can only be found among some yeast, bacterial, and filamentous fungal deduced Prxs. The most surprising characteristic of An.PrxA is its extraordinary ability to resist inactivation by extremely high concentrations of $H_2O_2$, even that approaching 600 mM. By screening the $H_2O_2$-inactivation effects on the components of Prx systems, including Trx, Trx reductase (TrxR), and Prx, we ultimately determined that it is the robust filamentous fungal TrxR rather than Trx and Prx that is responsible for the extreme $H_2O_2$ tolerence of the An.PrxA system. This is the first investigation on the effect of the electron donor partner in the $H_2O_2$ tolerability of the Prx system.

폐포상피세포, 대식세포를 비롯한 각종 세포주에서 H2O2에 의한 Peroxiredoxin 동위효소들의 산화에 따른 불활성화와 재생 (Oxidative Inactivation of Peroxiredoxin Isoforms by H2O2 in Pulmonary Epithelial, Macrophage, and other Cell Lines with their Subsequent Regeneration)

  • 오윤정;김영선;최영인;신승수;박주헌;최영화;박광주;박래웅;황성철
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제58권1호
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    • pp.31-42
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    • 2005
  • 배 경 : peroxiredoxins는 거의 모든 생명체에 공통적으로 보존되어 있으며, 최근에 발견된, 특이한 peroxidases로 인체에서 6가지 동위효소가 알려져 있으며, 산화스트레스에 대한 방어역할을 담당하고, $H_2O_2$신호전달 과정에서 중요한 조절 역할을 한다. peroxiredoxin은 $H_2O_2$ 처리 과정 중에서 자신이 산화되어 불활성화 되는데, 산화된 후 다시 재생되는 것으로 보고되나 그 생리적은 의미는 분명하지 않다. 이에 저자들을 폐상 피세포주, 대식세포주, 폐포모세혈관 내피세포주 및 기타 섬유모세포주 들에서 $H_2O_2$ 에 의한 Prx의 산화과정과 재생을 알아보고자 하였다. 방 법 : 수술 환자에서 적출한 정상 폐조직과, 세포주로는 평상시 산화 스트레스에 노출이 많을 것으로 예상되는 세포들로써, 폐포상피세포의 I 형 및 II 형 세포에서 기원한 A549, WI 26, Raw 264.7, Rat2,및 폐포 모세혈관 내피세포주 등을 이용하여 이를 $50{\mu}M$. $100{\mu}M$, $500{\mu}M$$H_2O_2$로 산화시켜 불활성화 한 후, 추적관찰 하였으며, 시간대 별로(0. 10, 30, 60, 120, 240, 480 분) 수확하여, 이를 1차원 non-reducing SDS-PAGE 및 2차원 전기영동로 분리 후, silver stain 과 Western blot으로 분석 하였다. 결 과 : 1. 실험에 사용된 모든 세포주에서, $H_2O_2$ 농도에 비례하여 peroxiredoxin I, II, III 의 불활성화를 관찰할 수 있었고, 10분에 최고로 불활성화되었다. 2. 산화된 이후, 30분경부터 peroxiredoxin 의 재생이 관찰되기 시작 하였으며, 2시간 이후부터 확연하였다. 3. 다시 재생된 peroxiredoxin은 $H_2O_2$투여로서, 다시 불활성화되어, 재생된 Prx 가 활성을 지닌 단백질임을 알 수 있었다. 4. 재생의 속도는 사용된 세포주마다 차이가 있었으며 (A549 >Raw 264.7 >$Rat_2$ >WI26), 단백질 합성억제제인 cycloheximide ($10{\mu}g/ml$) 존재 하에서도 변함 없이 관찰되었다. 결 론 : 세포 내에는 산화되어 불활성화된 peroxiredoxin을 재생하는 체계가 존재 하며, 이는 활성부위 cysteine을 갖는 다른 단백질에도 공통적으로 적용될 수 있는 분자 스위치일 가능성이 높으며, 산화에 의한 신호전달과정이나, 질병 모델에서 Prx 단백의 재생 체계의 이상과 병인에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.