Inflammation is a pathophysiological response to infection or tissue damage during which high levels of reactive oxygen and nitrogen species are produced by phagocytes to kill microorganisms. Reactive oxygen and nitrogen species serve also in the complex regulation of inflammatory processes. Recently, it has been proposed that peroxiredoxins may play key roles in innate immunity and inflammation. Indeed, peroxiredoxins are evolutionarily conserved peroxidases able to reduce, with high rate constants, hydrogen peroxide, alkyl hydroperoxides and peroxynitrite which are generated during inflammation. In this minireview, we point out different possible roles of peroxiredoxins during inflammatory processes such as cytoprotective enzymes against oxidative stress, modulators of redox signaling, and extracellular pathogen- or damage-associated molecular patterns. A better understanding of peroxiredoxin functions in inflammation could lead to the discovery of new therapeutic targets.
Cell death pathways such as apoptosis can be activated in response to oxidative stress, enabling the disposal of damaged cells. In contrast, controlled intracellular redox events are proposed to be a significant event during apoptosis signaling, regardless of the initiating stimulus. In this scenario oxidants act as second messengers, mediating the post-translational modification of specific regulatory proteins. The exact mechanism of this signaling is unclear, but increased understanding offers the potential to promote or inhibit apoptosis through modulating the redox environment of cells. Peroxiredoxins are thiol peroxidases that remove hydroperoxides, and are also emerging as important players in cellular redox signaling. This review discusses the potential role of peroxiredoxins in the regulation of apoptosis, and also their ability to act as biomarkers of redox changes during the initiation and progression of cell death.
Peroxiredoxins are cysteine-dependent peroxide reductases that group into 6 different, structurally discernable classes. In 2011, our research team reported the application of a bioinformatic approach called active site profiling to extract active site-proximal sequence segments from the 29 distinct, structurally-characterized peroxiredoxins available at the time. These extracted sequences were then used to create unique profiles for the six groups which were subsequently used to search GenBank(nr), allowing identification of ~3500 peroxiredoxin sequences and their respective subgroups. Summarized in this minireview are the features and phylogenetic distributions of each of these peroxiredoxin subgroups; an example is also provided illustrating the use of the web accessible, searchable database known as PREX to identify subfamily-specific peroxiredoxin sequences for the organism Vitis vinifera (grape).
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.
Peroxiredoxins are highly conserved and abundant peroxidases. Although the thioredoxin peroxidase activity of peroxiredoxin (Prx) is important to maintain low levels of endogenous hydrogen peroxide, Prx have also been shown to promote hydrogen peroxide-mediated signalling. Mitogen activated protein kinase (MAPK) signalling pathways mediate cellular responses to a variety of stimuli, including reactive oxygen species (ROS). Here we review the evidence that Prx can act as both sensors and barriers to the activation of MAPK and discuss the underlying mechanisms involved, focusing in particular on the relationship with thioredoxin.
It is increasingly apparent that nature evolved peroxiredoxins not only as $H_2O_2$ scavengers but also as highly sensitive $H_2O_2$ sensors and signal transducers. Here we ask whether the $H_2O_2$ sensing role of Prx can be exploited to develop probes that allow to monitor intracellular $H_2O_2$ levels with unprecedented sensitivity. Indeed, simple gel shift assays visualizing the oxidation of endogenous 2-Cys peroxiredoxins have already been used to detect subtle changes in intracellular $H_2O_2$ concentration. The challenge however is to create a genetically encoded probe that offers real-time measurements of $H_2O_2$ levels in intact cells via the Prx oxidation state. We discuss potential design strategies for Prx-based probes based on either the redoxsensitive fluorophore roGFP or the conformation-sensitive fluorophore cpYFP. Furthermore, we outline the structural and chemical complexities which need to be addressed when using Prx as a sensing moiety for $H_2O_2$ probes. We suggest experimental strategies to investigate the influence of these complexities on probe behavior. In doing so, we hope to stimulate the development of Prx-based probes which may spearhead the further study of cellular $H_2O_2$ homeostasis and Prx signaling.
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 $H_2O_2$.
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.
Purpose: Many stresses produce reactive oxygen species and bring about mechanism of antioxidant reaction. Cytokine and a neurotransmitter through the cell membrane, as well as signal transduction through the cell membrane, are used for various pathological condition of the brain, such as neurodegenerative disease. There are several antioxidant enzymes in cells (superoxcide dismutase, glutathion peroxidasae, peroxiredoxin catalase, etc.) Methods: This study used single- or double-label immunohistochemical techniques to analyze mouse spinal neuron cells expressing Prx I and Prx III after acute mobilization stress. Results: Prx I was observed in dendritic cell of the gray matter of the spinal cord, and Prx III was observed in the cytoplasm of the GM of the spinal cord. Conclusion: The results of this study will help to explain differences of expression in the distributions of the peroxiredoxin enzymes of the spinal cord.
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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[게시일 2004년 10월 1일]
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