Thioltransferase, also known as glutaredoxin, was purified from Chinese cabbage (Brassica campestris ssp. napus var. pekinensis) by a combination of ion-exchange chromatography and gel filtration. Its purity was confirmed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and its molecular weight was estimated to be about 12,000 which is comparable with those of most known thioltransferases. The enzyme utilizes 2-hydroxyethyl disulfide, S-sulfocysteine, ${\alpha}-chymotrypsin$, insulin, and trypsin as substrates in the presence of reduced glutathione. The enzyme has Km values of 0.03-0.97 mM for these substrates. It appeared to contain dehydroascorbate reductase activity. The pH optimum of the enzyme was 8.5, when 2-hydroxyethyl disulfide was used as a substrate. It was greatly activated by reduced glutathione. Its activity was not significantly lost when stored at high temperature, indicating its thermostable character. It may play an important role in thiol-disulfide exchange in plant cells.
Many secreted proteins have disulfide bonds that are important for their structure and function. Protein disulfide isomerase (PDI, EC 5.3.1.4.), an enzyme that catalyzes the formation and rearrangement of thiol/disulfide exchange reactions, is a resident of the endoplasmic reticulum (ER). The subcellular localization and its function as catalyst of disulfide bond formation in the biosynthesis of secretory and cell membrane proteins suggest that PDI plays a key role in the secretory pathway. We have isolated a cDNA encoding protein disulfide isomerase from Bombyx mori(bPDI). It has been characterized under ER stress conditions (dominantly induced by calcium ionophore A23187, tunicamycin and DTT), which is known to cause an accumulation of unfolded proteins in the ER. Furthermore, It has also been examined for tissue distribution(pronounced at the fat body), hormonal regulation (juvenile hormone, insulin and juvenile +transferrin; however, it is not effected by transferrin alone), and the effect of exogenous bacteria (peak at 16 h after infection) on the bPDI mRNA expression. The results suggest that bPDI is a member of the ER stress protein group, and it may play an important role in exogenous bacterial infection in fat body, and that homones regulate its expression.
The nascent thyroglobulin (Tg) multimer molecule, which is generated during the initial fate of Tg in ER, undergoes the rapid reductive depolymerization. In an attempt to determine the depolymerization process, various types of Tg multimers, which were generated from deoxycholate-treated/reduced Tg, partially unfolded Tg or partially unfolded/reduced Tg, were subjected to various GSH (reduced glutathione) reducing systems using protein disulfide isomerase (PDI), glutathione reductase (GR), glutaredoxin or thioredoxin reductase. The Tg multimers generated from deoxycholate-treated/reduced Tg were depolymerized readily by the PDI/GSH system, which is consistent with the reductase activity of PDI. The PDI/GSH-induced depolymerization of the Tg multimers, which were generated from either partially unfolded Tg or partially unfolded/reduced Tg, required the simultaneous inclusion of glutathione reductase, which is capable of reducing glutathionylated mixed disulfide (PSSG). This suggests that PSSG was generated during the Tg multimerization stage or its depolymerization stage. In particular, the thioredoxin/thioredoxin reductase system or glutaredoxin system was also effective in depolymerizing the Tg multimers generated from the unfolded Tg. Overall, under the net GSH condition, the depolymerization of Tg multimers might be mediated by PDI, which is assisted by other reductive enzymes, and the mechanism for depolymerizing the Tg multimers differs according to the type of Tg multimer containing different degrees and types of disulfide linkages.
Fate of the nascent thyrolglobulin (Tg) molecule is characterized by multimerization. To establish the formation of Tg multimers, the partially unfolded/reduced Tg or deoxycholate-treated/ reduced Tg was subjected to protein disulfide isomerase (PDI)-mediated multimerization. Oxidized glutathione/PDI-mediated formation of multimeric Tg forms, requiring at least an equivalent molar ratio of PDI/Tg monomer, decreased with increasing concentration of reduced glutathione (GSH), suggesting the oxidizing role of PDI. Additional support was obtained when PDI alone, at a PDI/Tg molar ratio of 0.3, expressed a rapid multimerization. Independently, the exposure of partially unfolded Tg to GSH resulted in Tg multimerization, enhanced by PDI, according to thiol-disulfide exchange. Though to a lower extent, a similar result was observed with the dimerization of deoxycholate-pretreated Tg monomer. Consequently, it is implied that intermolecular disulfide linkage may be facilitated at a limited region of unfolded Tg. In an attempt to examine the multimerization site, the cysteine residue-rich fragments of the Tg were subjected to GSH-induced multimerization; a 50 kDa fragment, containing three vicinal dithiols, was multimerized, while an N-terminal domain was not. Present results suggest that the oxidase as well as isomerase function of PDI may be involved in the multimerization of partially unfolded Tg or deoxycholate-treated Tg.
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.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2002.06b
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pp.54-54
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2002
$\sigma$$\^$R/ is a sigma factor responsible for inducing the thioredoxin system in response to oxidative stress in Streptomyces coelicolor. RsrA, an anti-sigma factor, specifically binds to $\sigma$$\^$R/ and inhibits $\sigma$$\^$R/-directed transcription under reducing conditions. Exposure to H$_2$O$_2$ or thiol-specific oxidant diamide dissociates $\sigma$$\^$R/-RsrA complex. The redox-dependent regulation of $\sigma$$\^$R/-RsrA binding has been reported to involve thiol-disulfide exchange in RsrA, which contains 7 cysteines in 105 amino acid residues.(omitted)
Protein S-glutathionylation is a reversible post-translational modification on cysteine residues forming a mixed disulfide with glutathione. S-glutathionylation, not only protects proteins from oxidation but also regulates the functions of proteins involved in various cellular signaling pathways. In this study, we developed a method for the detection of S-glutathionylated proteins (ProSSG) using eosin-glutathione (E-GSH) and mouse glutaredoxin 1 (mGrx1). ProSSG was efficiently and specifically labeled with E-GSH to form ProSSG-E via thiol-disulfide exchange. ProSSG-E was readily luminescent allowing the detection of ProSSG with semi-quantitative determination. In addition, a deglutathionylation enzyme mGrx1 specifically released E-GSH from ProSSG-E, which increased fluorescence allowing a sensitive determination of ProSSG levels. Application of the method to the adipocyte differentiation of 3T3-L1 cells showed specific detection of ProSSG and its increase upon differentiation induction, which was consistent with the result obtained by conventional immunoblot analysis, but with greater specificity and sensitivity.
Sa, Jae-Hoon;Yong, Mi-Young;Song, Byung-Lim;Lim, Chang-Jin
BMB Reports
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v.31
no.1
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pp.20-24
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1998
Thioltransferase, also known as glutaredoxin, is an enzyme that catalyzes the reduction of a variety of disulfides, including protein disulfides, in the presence of reduced glutathione. Thioltransferase was purified from kale through ammonium sulfate fractionation, DE-52 ion-exchange chromatography, Sephadex G-75 gel filtration, and Q-Sepharose ion-exchange chromatography. Its molecular size was estimated to be about 31,000 daltons on SDS-PAGE. The purified enzyme has an optimum pH of about 8.0 with 2-hydroxyethyl disulfide as a substrate. The enzyme also utilizes L-sulfocysteine, L-cystine, bovine serum albumin, and insulin as substrates in the presence of GSH. The enzyme has $K_m$ values of 0.24-0.67 mM for these substrates. The enzyme was partly inactivated after heating at $80^{\circ}C$ or higher temperature for 30 min. The enzyme was stimulated by various thiol compounds such as reduced glutathione, dithiothreitol, L-cysteine, and $\beta$-mercaptoethanol. This is a second example of a plant thioltransferase which was purified and characterized.
Epidermal cells produce a panel of antioxidants as well as cytokines after UVB irradiation, which counteract reactive oxygen species, however, how these antioxidants might regulate melanogenesis is unclear. An important constituent of the cellular antioxidant buffering system which controls the redox state of proteins is thioredoxin (TRX), a 13-kD protein that catalyzes thiol-disulfide exchange reactions, regulates activation of transcription factors, and possesses several other biological functions similar to cytokines. TRX suppressed the UVB-induced production and secretion of $\alpha$-melanocyte stimulating hormone ($\alpha$-MSH) and of adrenocorticotropic hormone (ACTH), and also suppressed proopiomelanocortin (POMC) mRNA expression by normal human keratinocyte (KC)s. Further, L-cysteine, N-acetyl-cysteine, $\alpha$-tocopheryl ferulate showed suppressive effect on UVB-induced POMC mRNA expression. However, TRX released from UVB-irradiated KCs stimulated melanogenesis by up-regulating MSH receptor expression and its binding activity in melanocyte (MC)s. UVB-induced KC derived cytokines such as IL1, IL6, and ET1 upregulated MSH-receptor binding ability as well as MCl-R mRNA expression in cultured normal human MCs. MCl-R has a tendency to be upregulated by UVB-induced KC-derived cytokines as well as by direct UVB irradiation. These results suggest that antioxidants such as TRX suppresses UVB induction of POMC, but in the case of MCl-R, this gene can be mainly in the trend of upregulation by UVB-induced KC-derived factors including TRX.
Kim, Sol;Hwang, Yun-Jeong;Kim, Hee-Eun;Lu, Ming;Kim, An-D-Re;Moon, Ji-Young;Kang, Ho-Sung;Park, Jang-Su
Journal of Life Science
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v.16
no.6
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pp.1052-1059
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2006
The heat shock response is induced by environmental stress, pathophysiological state and non-stress conditions and wide spread from bacteria to human. Although translations of most proteins are stopped under a heat shock response, heat shock proteins (HSPs) are produced to protect cell from stress. When heat shock response is induced, conformation of HSF1 was changed from monomer to trimer and HSF1 specifically binds to DNA, which was called a heat shock element(HSE) within the promoter of the heat shock genes. Human HSF1(hHSFl) contains five cysteine(Cys) residues. A thiol group(R-SH) of Cys is a strong nucleophile, the most readily oxidized and nitrosylated in amino acid chain. This consideration suggests that Cys residues may regulate the change of conformation and the activity of hHSF1 through a redox-dependent thiol/disulfide exchange reaction. We want to construct role of five Cys residues of hHSF by redox reagents. According to two studies, Cys residues are related to trimer formation of hHSF1. In this study, we want to demonstrate the correlation between structural change and DNA-binding activity of HSF1 through forming disulfide bond and trimerization. In this results, we could deduce that DNA binding activity of DNA binding domain wasn't affected by redox for always expose outside to easily bind to DNA. DNA binding activity of wild-type HSF's DNA binding domain was affected by conformational change, as conformational structure change (trimerization) caused DNA binding domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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