Thioredoxin reductase is a flavoprotein oxidoreductase catalyzing the reduction of a cystine disulfide in thioredoxin. Thioredoxin, in turn, can reduce disulfide bonds in other proteins and serves as a reducing agent in enzymatic reactions such as those of ribonucleotide reductase and methionine sulfoxide reductase. In this work thioredoxin reductase was found to directly reduce DTNB in the absence of thioredoxin. This new reactivity of E. coli thioredoxin reductase was produced by relatively high concentrations of univalent cations such as $Na^+$, $K^+$, $Li^+$, and ${NH_4}^+$, and it appeared with the oxidation of NADPH. These results indicate that E. coli thioredoxin reductase may be slightly modified by univalent cations, and the modified enzyme directly reacts with DTNB. This DTNB-reducing activity offers a new assay method for E. coli thioredoxin reductase.
Background: Reactive oxygen species are involved in multi-stage process of carcinogenesis. The moot of cancer cell lines and cancer cells in tumor tissue produce reactive oxygen species and on the other hand, the activities of catalase, Mn- and CuZn-superoxide dismutase in tumor cells are usually low. These persistent oxidative stress in tumor tissue facilitates tumor invasion and metastasis. 12-kDa thioredoxin, which regulates the intracellular redox potential with glutathione and glutaredoxin is involved in cell activation, proliferation, differentiation and redox-mediated apoptosis. It is also purified as 14-kDa and 10-kDa eooinophilic cytotoxic enhancing factor(ECEF) from human histiocytic cell(U937) and 10-kDa ECEF has more than 20 times eosinophilic stimulation activity than 14-kDa ECEF. It has been reported that adult T-cell leukemia, squamous cell carcinoma of uterine cervix, and hepatocellular carcinoma show increased amounts of human thioredoxin and thioredoxin mRNA is increased in lung cancer. In this study, we investigated the expression of conventional antioxidant enzymes such as catalase, CuZn-SOD, and glutathione peroxidase and thioredoxin in lung cancer tissue compared to adjacent normal lung tissue and the induction of thioredoxin in macrophage cells after treatment of oxidative stress and endotoxin Methods: We measured the amount of conventional antioxidant enzymes such as catalase, CuZn-SOD, and glutathione peroxidase and thioredoxin in lung cancer tissue compared to adjacent normal lung tissue by immunoblot analysis and the induction of thioredoxin in mouse monocyte-macrophage cells(RAW 264.7) by treatment of 5 ${\mu}M$ menadione and 1 ${\mu}g/ml$ endotoxin Results: On immunoblot analysis, the expression of 12-kDa thioredoxin was increased in lung cancer tissue compared to paired normal lung tissue. but the expression of catalase and CuZn-SOD were decreased in lung cancer tissue compared to paired normal tissue and the expression of glutathione peroxidase in lung cancer was variable. The expression of truncated thioredoxin was also increased in lung cancer. When mouse monocyte-macrophage cells were treated with 5 ${\mu}M$ menadione and 1 ${\mu}g/ml$ endotoxin, the expression of thioredoxin was peaked at 12 hrs and sustained to 48 hrs. Conclusion: In contrast with other conventional antioxidants, the expression of 12-kDa and truncated thioredoxin in lung cancer were increased and it is closely associated with persistent oxidative stress in tumor microenvironment. Considering especially the biological functions of truncated thioredoxin, the increased amount of truncated thioredoxin has significant role in tumor growth through cell proliferation.
A differential display for the expression profiles of wild-type Cryphonectria parasitica and its virally-infected isogenic hypovirulent strain revealed several transcripts of interest, which evidenced significant matches with fungal genes of known function. Among which, we have further analyzed an amplified PCR product with significant sequence similarity to the known fungal stress-responsive thioredoxin gene from Neurospora crassa. The product of the cloned thioredoxin gene, CpTrx1, consists of 117 amino acids, with a predicted molecular mass of 13.0 kDa and a pI of 5.4. Sequence comparisons demonstrated that the deduced protein sequence of the CpTrx1 gene evidenced a high degree of homology to all known thioredoxins, with the highest degree of homology with trx1, a thioredoxin gene from Saccharomyces cerevisiae, and evidenced a preservation of the conserved hall markresidues (Trp-Cys-Gly-Pro-Cys) at the active site of thioredoxin. The E. coli-generated CpTRX1 manifested thioredoxin activity, according to the insulin reduction assay, which indicates that the cloned gene does indeed encode for the C. parasitica thioredoxin.
Redox signaling is one of way to regulate growth and death of cell in response to change of redox of proteins. To search whether translation is regulated by redox, we attempted in vitro translation assay under condition with or without DTT. Interestingly in vitro translation activity was increased up to 40% In the presence of dithiothreitol (DTT). Then we checked whether this positive effect by DTT was further accelerated by addition of thioredoxin (Trx). When a Trx purified from Saccharomyces cerevisiae was added to the in vitro translation extract, we observed a dose-dependent increase in translational activity. These results suggest the possibility of translation factors being redox-regulated via Trx in vivo.
Thioredoxin is a multi-functional protein which is ubiquitous in microorganisms, animals and plants. Previously, expression of the E. coli thioredoxin gene was found to be negatively regulated by cAMP. In the present study, the effect of cAMP on two separate promoters of the E. coli thioredoxin gene was investigated. Cyclic AMP had a repressible effect on P1 and P1P2 promoter activity of the constructs. This effect was also observed in the cya strain. The P2 promoter construct gave very high -galactosidase activity, and its expression was not affected by exogenous cAMP. It was assumed that a cis-acting negative element, probably the cAMP-CRP binding site, might have been deleted in the P1 promoter construct. Repression of the thioredoxin gene expression by cAMP appeared to be independent of ppGpp.
We carried out the expression and characterization of yeast thioredoxin system including thioredexin 1 (Trx1), Trx2, thioredoxin reductase (TR), and a novel thioredoxin (Trx3), which was reported in the data base of Saccharomyces genome. The Trx1, 2 and TR were expressed as soluble proteins in E. coli and the sizes of purified proteins were equal to the reported their molecular weights. The expressed Trx3 was found in both soluble fraction and precipitate. The size of Trx3 purified from soluble fraction of E. coli crude extracts was estimated as 14 kDa on SDS-PAGE instead of 18 kDa for Trx3 in precipitate. N-terminal amino acid sequence of the small size of purified Trx3 from soluble fraction was analyzed as FQSSYTS which is correspond to the sequence from 20 to 26 for Trx3. Trx3 together with thioredoxin reductase and NADPH was able to reduce the disulfide bridge of insulin and 5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid) (DTNB). Trx3 stimulated the antioxidant effect of thioredoxin peroxidase 1 (TPx1) which inhibited inactivation of glutamine synthetase (GS) in dithiothreitol (DTT) containing metal catalyzed oxidation system. The stimulation effect of Trx3 was 10% of the effect of either Trx1 or Trx2. In addition, Trx3 could reduce the disulfide of TPx to thiol, so that the TPx had thioredoxin dependant peroxidase activity. In western blotting analysis, antibodies against purified Trx3 did not cross-react with crude extracts of yeast, purified Trx1, and Trx2 proteins. But, in PCR reaction using the cDNA library of yeast as a template, gene encoding of trx3 was amplified.
Thioredoxin is a small redox protein with an active-site disulfide/dithiol, and is ubiquitous in bacteria, plants, and animals. To investigate the structure-function relationship of thioredoxin, the genes encoding Escherichia coli thioredoxin and Corynebacterium nephridii thioredoxin C3 were fused via a common restriction site in the nucleotide sequence coding for the active site of the proteins to generate two chimeric thioredoxins, designated E-C3(N to C-terminal) and C3-E. The hybrid thioredoxin genes were put under the T7 promoter and their productions were confirmed. The two hybrid thioredoxins complemented phenotypes of a thioredoxin-deficient E. coli strain. A strain containing the C3-E hybrid thioredoxin supported growth of the T7 phage, whereas a strain expressing the E-C3 hybrid thioredoxin did not. However, both hybrids supported growth of M13 phages. The two hybrid thioredoxins were also characterized in other aspects. Differences in activity between the hybrid thioredoxins were attributed to altered interactions of the N- and C-terminal domains of the molecule, which produced changes in the three-dimensional structure of the active site region.
Thioredoxin f from pea leaves was purified to homogeneity and characterized. The purification steps involved ammonium sulfate fractionation, heat treatment, Sephadex G-75 and G-50 gel filtration, and hydroxyapatite and DEAE ion exchange chromatography. The monomeric molecular weight of purified pea thioredoxin f determined by SDS polyacrylamide gel electrophoresis was 12,000. The purified protein was active in the presence of reducing agents, such as dithiothreitol, at an alkaline pH (7.8~8.5). It was stable against heat such that more than 40% of its maximum activity remained after treatment at $90^{\circ}C$ for 10 min. Pea thioredoxin f was able to reduce insulin and was specific only to pea chloroplast fructose-1,6-bisphosphatase.
Kim, Ga-Young;Jeong, Hana;Yoon, Hye-Young;Yoo, Hye-Min;Lee, Jae Young;Park, Seok Hee;Lee, Choong-Eun
BMB Reports
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v.53
no.12
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pp.640-645
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2020
Suppressors of cytokine signaling (SOCS) exhibit diverse anti-inflammatory effects. Since ROS acts as a critical mediator of inflammation, we have investigated the anti-inflammatory mechanisms of SOCS via ROS regulation in monocytic/macrophagic cells. Using PMA-differentiated monocytic cell lines and primary BMDMs transduced with SOCS1 or shSOCS1, the LPS/TLR4-induced inflammatory signaling was investigated by analyzing the levels of intracellular ROS, antioxidant factors, inflammasome activation, and pro-inflammatory cytokines. The levels of LPS-induced ROS and the production of pro-inflammatory cytokines were notably down-regulated by SOCS1 and up-regulated by shSOCS1 in an NAC-sensitive manner. SOCS1 up-regulated an ROS-scavenging protein, thioredoxin, via enhanced expression and binding of NRF-2 to the thioredoxin promoter. SOCS3 exhibited similar effects on NRF-2/thioredoxin induction, and ROS downregulation, resulting in the suppression of inflammatory cytokines. Notably thioredoxin ablation promoted NLRP3 inflammasome activation and restored the SOCS1-mediated inhibition of ROS and cytokine synthesis induced by LPS. The results demonstrate that the anti-inflammatory mechanisms of SOCS1 and SOCS3 in macrophages are mediated via NRF-2-mediated thioredoxin upregulation resulting in the downregulation of ROS signal. Thus, our study supports the anti-oxidant role of SOCS1 and SOCS3 in the exquisite regulation of macrophage activation under oxidative stress.
In, Jun-Gyo;Lee, Bum-Soo;Rho, Yeong-Deok;Yu, Chang-Yeon;Yang, Deok-Chun
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.13
no.5
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pp.293-297
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2005
A thoredoxin (CTRX) gene was cloned and characterized from a full length cDNA library prepared from taproot of three-year old Codonopsis lanceolata. A CTRX was 666 nucleotides long and has an open reading frame of 372 bp with 124 amino acid residues (pI = 4.92). The deduced amino acid sequence of the CTRX matched to the previously reported plant thioredoxin h genes. The deduced amino acid sequence of CTRX exhibited the similarity of 33-67% among previously registered thioredoxin genes. The expression of CTRX in leaves of Codonopsis lanceolata was increased by wounding and 1 mM $H_2O_2$, but decreased by 0.1 mM cadmium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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