Contact

Daria Pašalić
Editor-in-Chief
Department of Medical Chemistry, Biochemistry and Clinical Chemistry
Zagreb University School of Medicine
Šalata ul 2.
10 000 Zagreb, Croatia
Phone +385 (1) 4590 205; +385 (1) 4566 940
E-mail: dariapasalic [at] gmail [dot] com

Useful links

Pregledni članak

 

Simona Jurkovič1, Joško Osredkar1, Janja Marc2. Molekularni utjecaj glutation-peroksidaza u antioksidacijskim procesima. Biochemia Medica 2008;18(2):162-74.

 

1 Klinički zavod za kemiju i biokemiju, Sveučilišni medicinski centarLjubljana”, Ljubljana, Slovenia

2 Farmaceutski fakultet Sveučilišta u Ljubljani, Ljubljana, Slovenia

 

*Adresa za dopisivanje: janja [dot] marc [at] ffa [dot] uni-lj [dot] si

 

Sažetak

Reaktivni radikali kisika (ROS) stvaraju se tijekom različitih patoloških procesa u povećanim koncentracijama. Oni su uzrok peroksidacije lipida i oksidacije DNA i proteina zbog svoje visoke kemijske reaktivnosti. Međutim, mehanizmi antioksidacijske zaštite, uključujući različite antioksidacijske enzime, sprječavaju oštećenja tkiva i druge komplikacije povezane s ROS. Ovaj je pregled usredotočen na učinke različitih glutation-peroksidaza (GPX) na molekularnu kontrolu toksikološkog djelovanja reaktivnih kisikovih radikala. Nadalje, opisuju se specifična biokemijska svojstva, sinteza i uloga svakog izoenzima glutation-peroksidaze u biološkim procesima. Male molekule koje djeluju kao oponašatelji aktivnog mjesta glutation-peroksidaza mogle bi postati novo sredstvo u liječenju mnogih oboljenja.

Ključne riječi: antioksidacijski proces, glutation-peroksidaza, motiv SECIS, glutation, selen, izoenzimi

Pristiglo: 22. siječnja 2008.                                                                                                                       Prihvaćeno: 18. travnja 2008.

 

 Uvod

Proteklih je 20 godina pridana velika pozornost ulozi oksidacijskog stresa kojeg uzrokuju reaktivni radikali kisika (engl. reactive oxygen species, ROS) te razlikama u antioksidacijskim mehanizmima između pojedinaca, posebice kod bolesti koje ovise o dobi kao što su karcinom, artritis, ateroskleroza, neurodegenerativni poremećaji i dr. (1,2).

Antioksidacijska zaštita je važna u uklanjanju slobodnih radikala jer osigurava maksimalnu zaštitu bioloških mjesta kao što su tiolne skupine koje su dio aktivnih mjesta u nekim metabolizirajućim enzimima (2,3). Dobar antioksidans specifično potiskuje slobodne radikale, kelira redoks-metale, međusobno djeluje s drugim antioksidansima unutar antioksidacijske mreže, ima povoljan učinak na izražaj gena, lako se apsorbira, ima fiziološki relevantnu koncentraciju u tkivima i biološkim tekućinama, te djeluje i u vodenim i/ili membranskim domenama (2). Najdjelotvorniji enzimski antioksidansi obuhvaćaju superoksid-dismutazu, katalazu i glutation-peroksidazu. Neenzimski antioksidansi uključuju tiolne antioksidanse (glutation, tioredoksin i lipoičnu kiselinu), vitamin C, vitamin E, karotenoide, prirodne flavonoide, te druge spojeve (selen) (4).

Ovaj je pregled usredotočen na skupinu enzima, tj. glutation-peroksidaze (GPX), koji predstavljaju glavne enzime u mehanizmu antioksidacijske zaštite ovisnom o glutationu. Specifična biokemijska obilježja, sinteza i uloga svakog izoenzima GPX opisana su u biološkim procesima. Identificirano je barem 7 vrsta GPX (5,6) i njihova su obilježja prikupljena u tablici podijeljenoj na sljedeće vrste: citosolne (cGPX ili GPX1), gastrointestinalne (GI-GPX ili GPX2), plazmatske (pGPX ili GPX3), fosfolipid-hidroperoksidne (PHGPX ili GPX4), te glutation-peroksidaze GPX5 i GPX6. Nadalje, dan je i prikaz neenzimskih antioksidansa uključenih u aktivnost GPX.

 

Biosinteza glutation-peroksidaza

Biosinteza glutation-peroksidaza je slična biosintezi svih selenoproteina koja ovisi o dostupnosti selena (Se). Godine 1973. utvrđeno je da je Se strukturna sastavnica aktivnog središta životinjskog enzima stanične glutation-peroksidaze (GPX1) (6,7). Otada je identificirano 30 novih selenoproteina, od kojih je 15 pročćeno te im je karakterizirana biološka funkcija (7-9).

Selen se kao selenocistein (Sec) ugrađuje u aktivno mjesto rastućeg višepeptidnog lanca kojeg kodira UGA. Kotranslacijska ugradnja Sec u selenoproteine uzrokuje znatne probleme stanici koja mora prepoznati UGA kao Sec-kodon, a ne kao translacijski STOP-signal (10-12).

Kloniranje GPX1 je dovelo do identifikacije specifičnog eukariotskog Sec-insercijskog sekvencijskog (SECIS) elementa kao strukture s ukosnicom smještene na 3’ neprevedenim regijama (UTR) mRNA glutation-peroksidaze. Element SECIS, koji predstavlja aktivnu točku, jest signal koji iznova kodira UGA kao dio okvira od Stop-signala do Sec-kodona (13). Takav složeni slijed selenu očito pruža mnogo mogućnosti za posttranskripcijsku regulaciju biosinteze selenoproteina. Međutim, pomanjkanje selena rezultira preranim dovršetkom lanca na kodonu UGA te povećanom razgradnjom mRNA selenoproteina (14).

Najmanja regija koja je potrebna za funkciju SECIS su očuvani slijedovi 5’ A/GUGA i 3’ GA. Za tu je regiju naknadno dokazano da tvori nestandardne (engl. non-Watson-Crick) parove baza: purinske parove između GA na 5’ bazi peteljke (u očuvanom slijedu A/GUGA) te GA u 3’ bazi, kao i pirimidinske parove koji su granični za ta dva para. Ispostavilo se da slična nestandardna obilježja parova baza služe kao vezna mjesta za nekoliko sekvencijski i strukturno specifičnih RNA-veznih proteina. U SECIS-elementima su očuvani adenozini sadržani u jednostavnoj otvorenoj omči (10,15) (Slika 1).

 

Slika 1. Ova slika prikazuje oblik elementa I SECIS (GPX1). Očuvani slijed i strukturna obilježja uključuju središnje SECIS-nukleotide (A/GUGA i GA), duljinu peteljke, te očuvane adenozine u završnoj omči (označeno kao adenosine loop). Tanke crte naznačuju Watson-Crickove parove baza dok podebljane crte označuju ne-Watson-Crickovo – nestandardno sparivanje. Oblik elementa SECIS II ima dvije peteljke, odvojen je regijom poqlyA i tipičan je za GPX3 i GPX4.

 

Umetak Sec u eukariota iziskuje zasebne čimbenike prevođenja koji uključuju Sec tRNA i čimbenik produljenja uz RNA-element u 3’-neprevedenom odsječku mRNA koji pak usmjerava ugradnju Sec kao odgovor na sve kodone UGA unutar okvira. U stanicama sisavaca taj je proces u velikoj mjeri reguliran te reagira na dostupnost selena na razini postojanosti i prevođenja RNA (11,13,14). Za spajanje Sec od najveće je važnosti SECIS-specifični vezni protein 2 (engl. SECIS binding protein 2, SBP2) koji također veže čimbenik produljenja EFsec sa specifičnošću za selenocisteil-tRNA (tRNA(Ser)Sec). SBP2 se veže za očuvanu regiju s ne-Watson-Crickovim parovima baza u peteljci elementa SECIS i ostaje vezan tijekom višestrukih ciklusa prevođenja selenoproteina. tRNA(Ser)Sec se aminoacilira sa serinom koji se kasnije pretvara u Sec (13,16,17).

Kao što je prikazano na Slici 2., element SECIS privlači SBP2 u jezgri, a kompleks SECIS-SBP2 može privući kompleks EFsec-tRNA i uputiti ga prema ribosomu u kodirajućoj regiji. Činjenica da je element SECIS smješten u 3’ UTR u eukariota, a ne u kodirajućoj regiji kao u prokariota, uklanja potrebu za disocijacijom i ponovnim spajanjem kompleksa SECIS-SBP2 sa svakim ugradbenim ciklusom. Takav sustav može omogućiti ponovno stvaranje kompleksa SECIS-SBP-EFsec-tRNA iz dva pojedinačna kompleksa RNA-protein nakon svakog popunjavanja ciklusa EFsec-tRNA za sljedeći približavajući ribosom. Ujedno je povoljan kod prevođenja proteina koji sadrži višestruke ostatke Sec poput selenoproteina P (5,11,13).

 

Slika 2. Spajanje Sec pomoću GPX vođeno s 3’ UTR. Otvoreni okvir čitanja eukariotske mRNA selenoproteina označen je crnom prugom, s ribosomom (označeno točkicama) koji dekodira kodon UGA Sec. UTR su naznačeni tankom crnom crtom. Kompleks SECIS-SBP2-EFsectRNA prikazan je sastavljen u 3-UTR uz savijanje unazad prema ribosomu.

 

 Tablica 1. Geni koji su potrebni za sintezu selenoproteina u eukariota

 

Specifična t-RNA(ser)sec se najprije opterećuje serinom, zatim pretvara u selenocisteil- tRNA(Ser)Sec sa selenofosfatom kao davateljem selena i vezanim sa svojom antikodonskom regijom na kodon UGA mRNA (14,15).

Zanimljivo je da izgleda da je postojanost mRNA povezana s djelotvornošću relevantnih elemenata SECIS u potiskivanju stop-kodona ili spajanju selenocisteina. To je zapažanje dovelo do fascinantne hipoteze da vezanje SelC za motiv SECIS ima dvojne učinke u eukariota uz posljedično ponovno kodiranje kodona UGA i stabilizaciju mRNA ovisnu o selenu (18).

 

Struktura GPX

Premda su GPX1, GPX3 i GI-GPX2 homotetrameri, GPX4 je monomer s molekularnom veličinom manjom od podjedinica drugih glutation-peroksidaza. Zbog svoje male veličine i vodoodbojne površine GPX4 imaju sposobnost reagiranja sa složenim membranskim lipidima (19).

Struktura GPX u sisavaca također je analizirana računalom uz pomoć molekularnog modeliranja. Dobiveni modeli ukazuju da su osnovne faze katalize tri zasebne redoks-promjene selena na aktivnom mjestu koji se u osnovnom stanju pojavljuje na površini selenoperoksidaza kao središte karakteristične trijade koju izgrađuju selenocistein, glutamin i triptofan. U GPX četiri argininska ostatka i lizinski ostatak osiguravaju elektrostatičan ustroj koji u svakom reduktivnom koraku usmjerava glutation donorskog supstrata (engl. donor substrate glutathione, GSH) prema katalitičkom središtu tako da njegova sulfhidrilna skupina mora reagirati s dijelom molekule selena. Štoviše, mehanizmi vezanja kosupstrata su jedinstveni za klasičnu vrstu GPX1, no ne djeluju kod GPX3 i GPX4 (11) (Slika 3).

 

Slika 3. Strukturni model GPX1 kao homotetramera (kružnice s okomitim linijama označavaju aktivna mjesta - selenocistein na 47-aminokiselini; najsvjetlije sive kružnice: Gln 82; bijele s točkicama: Trp160; kružnice s vodoravnim linijama: Arg 52 i Arg 179).

 

Analizom selenoproteoma karakterizirane su funkcije i slijed šest glutation-peroksidaza (GPX) u sisavaca: citosolne (cGPX, GPX1), prvog identificiranog selenoproteina kod sisavaca (6,15), fosfolipid-hidroperoksidne GPX (PHGPX, GPX4) koja je prvi put opisana 1982. godine i kasnije sekvenciranjem potvrđena kao selenoprotein (21,22), te druge sekvencirane plazmatske GPX (pGPX, GPX3) (23), gastrointestinalne GPX (GI-GPX, GPX2) (24) te kod ljudi GPX6 koja je ograničena na olfaktorni sustav (19).

 

Glutation i selen su značajni u mehanizmima antioksidacijske zaštite povezanima s GPX

Glutation-peroksidaza je uključena u zaštitu od oksidacijskog stresa, pri čemu glutation koristi kao supstrat. Glutation također djeluje kao supstrat u drugim detoksificirajućim enzimima protiv oksidacijskog stresa kao što su glutation-transferaze. On sudjeluje u prijenosu aminokiselina kroz plazmatsku membranu i izravno čisti hidroksilni radikal i singletni kisik te time detoksificira vodikov peroksid i lipidne perokside katalitičkim djelovanjem GPX. Glutation može obnoviti najvažnije vitamine, tj. vitamine C i E, natrag u njihove aktivne oblike (2).

Zahvaljujući cisteinu koji sadrži tiolnu skupinu, glutation je važan unutarstanični neenzimski antioksidans. Glutation je obilato prisutan u citosolu (1-11 mM), jezgrama (3-15 mM) i mitohondrijima (5-11 mM) te je glavni topljivi antioksidans u staničnim odjeljcima (2,25).

Unutarstanični sadržaj glutationa ovisi o čimbenicima okoliša i funkcionira kao ravnoteža između njegova iskorištenja i sinteze. Izlaganje ROS (uključujući H2O2)/RNS, ili spojevima koji mogu stvarati ROS, može povećati sadržaj GSH povećanjem brzine sinteze GSH (2).

Značajno je da se GPX natječu s katalazom za H2O2 kao supstrat. Redoks-ciklus glutationa je glavni izvor zaštite od blagog oksidacijskog stresa, dok katalaza postaje sve važnija u zaštiti od teškog oksidacijskog stresa (26).

Međutim, u stanicama životinja, a posebice u ljudskim eritrocitima, GPX se već dugo smatra vodećim antioksidacijskim enzimom za detoksifikaciju H2O2 jer katalaza ima mnogo manji afinitet za H2O2 nego GPX (2,27).

U velikom je broju studija ustanovljena povezanost između pojavnosti karcinoma i različitih poremećaja funkcija enzima povezanih s GSH, dok se za glutation S-transferaze (GST) čće izvještava s obzirom na promjene glutation-peroksidaza (2,3,25).

Selen, kao dio aktivnog mjesta u GPX, jest osnovni mikronutrijent za kojeg je pokazano da smanjuje pojavnost karcinoma debelog crijeva te žarišta aberantnih kripti u životinjskim modelima (27-29). Ukazano je i na njegovu moguću uključenost u kemoprevenciju nekih karcinoma. U studijama na ljudima podatci pokazuju da su koncentracije selena obrnuto povezane sa smrtnošću i pojavnošću karcinoma (20,30,31).

Stoga se čini da selen funkcionira kao antimutageni agens koji sprječava zloćudnu preinaku normalnih stanica. Čini se da su ti njegovi zaštitni učinci ponajprije povezani s aktivnošću glutation-peroksidaza. Koncentracije GPX1 su osobito odgovorne za kolebanja koncentracija selena u usporedbi s ostalim selenoproteinima (6).

 

Specifična biološka svojstva ljudskih glutation-peroksidaza

A. Funkcije glutation-peroksidaza

Unatoč njihovu posvudašnjem izražaju, koncentracije svake izoforme variraju ovisno o vrsti tkiva. Sve glutation-peroksidaze reduciraju vodikov peroksid i alkilne hidroperokside na račun glutationa. Njihove se specifičnosti za hidroperoksidni supstrat, međutim, izrazito razlikuju. Citosolne i mitohondrijske glutation-peroksidaze (cGPX ili GPX1) reduciraju samo topljive hidroperokside kao što je H2O2 te neke organske hidroperokside kao što su hidroperoksi-masne kiseline, izopropil-benzen-hidroperoksid ili t-butil-hidroperoksid. GPX1 i fosfolipid-hidroperoksidna glutation-peroksidaza GPX4 (ili PHGPX) nalaze se u većini tkiva. GPX4 je smješten i u citosolu i u membranskoj frakciji. Nadalje, GPX4 može izravno reducirati složenije lipide poput fosfatidilkolin-hidroperoksida, hidroperoksida masnih kiselina i hidroperoksida kolesterola koji se stvaraju u peroksidiranim membranama i oksidiranim lipoproteinima (32-35). GPX3 je usmjeren na izvanstanične odjeljke i luče ga različita tkiva u dodiru s tjelesnim tekućinama. On reducira fosfolipidne hidroperokside i doprinosi izvanstaničnom antioksidacijskom stanju kod ljudi. Međutim, važnost njegove funkcije još uvijek je upitna zbog niske koncentracije glutationa u plazmi (33).

GPX1 sprječava citotoksično, peroksidima izazvano oksidacijsko oštećenje, peroksidaciju lipida i razgradnju proteina. GPX4 je potreban za embriogenezu i mušku plodnost. Točna funkcija GPX3 još uvijek je nepoznata, dok bi GPX2 mogao biti protuupalni i antikancerogeni enzim (36).

 

B. Regulacija sinteze

Za egzogenu je opskrbu selenom utvrđeno da kontrolira enzimsku aktivnost ljudskog GPX1. U okolini s pomanjkanjem selena u stanicama postoji oko 5% normalne ljudske aktivnosti GPX1. Međutim, na koncentraciju GPX1 mRNA ne utječe koncentracija selena, što pak ukazuje da je ljudski GPX1 gen posttranskripcijski reguliran selenom (37,38).

Nedavno je utvrđeno da GPX1 inducira etopozid, koji je inhibitor topoizomeraze II, pobuđivač apoptoze i aktivator p53. Analizama vezanja DNA dokazano je da p53 povoljno regulira uzlazni promotorski element gena GPX1. Ta transaktivacija GPX1 pomoću p53 povezuje signalni put p53 s putem antioksidacije (38). Štoviše, analiza apoptoze potaknute s p53 u ljudskom karcinomu debelog crijeva pokazala je da je povišen izražaj p53 povezan s povišenim GPX1 (38,39).

Osim toga, hiperhomocisteinemija je jedan od rizičnih čimbenika ateroskleroznog oboljenja krvnih žila. Za homocistein je navedeno da inhibira izražaj GPX1 i dovodi do povećanja ROS kojima su inaktivirani dušični oksid i pospješena endotelna disfunkcija. Ta se endotelna disfunkcija potaknuta homocisteinom riješila uvećanim izražajem GPX1 (40,41).

 

C. Stanično signaliziranje

GPX1 neutralizira događaje modulirane hidroperoksidom, kao npr. signaliziranje citokina i apoptozu potaknutu s CD95, radi uklanjanja neoplastičnih stanica (42,43). GPX1 ima također važnu ulogu u infekciji virusom ljudske imunodeficijencije (HIV) (44).

Glutation-peroksidaze moduliraju aktivaciju NF-κB, što je potvrđeno sljedećim razmatranjima: inhibitori ciklooksigenaza i lipooksigenaza inhibiraju aktivaciju NF-κB, aktivnost ciklooksigenaza ovisi o tonu hidroperoksida kojeg reguliraju glutation-peroksidaze, aktivacija NF-κB je inhibirana u stanicama s nadopunom selena, a olakšana kod pomanjkanja selena. Štoviše, pokusima je ukazano da pretjerani izražaj GPX1 u ljudskim kancerogenim stanicama T47D inhibira aktivaciju NF-κB potaknutu s TNF i modulira obrazac fosforilacije hsp27 nakon tretmana s TNF. Za GPX4 je, međutim, dokazano da je privlačniji kandidat za suzbijanje lipooksigenaza i utjecaj na signaliziranje citokina (45).

Apoptoza ili programirana smrt stanica ima važnu ulogu tijekom razvoja zametka, u pregradnji tkiva, uravnoteženju karcinogeneze i u sustavu obrane domaćina. Moguće ga je pobuditi u T-stanicama pomoću ROS, antigena Fas ili pomoću TNF. Većina istraživanja uloge GPX1 u apoptozi provedena je na stanicama dobivenima iz limfocita. Pojačana aktivnost GPX1 je inhibirala apoptozu potaknutu hidroperoksidima. Ta je činjenica potvrđena nadopunom goveđih bubrežnih epitelnih stanica sa selenom ili pretjeranim izražajem konstrukta GPX1 u mijeloičnoj staničnoj liniji (33,46,47).

Konačno, uloga GPX u infekciji HIV-om je podrobno istraživana. Umnožavanje HIV-a ovisi o aktivaciji NF-κB. Niske koncentracije GSH i glutation-peroksidaza u stanicama CD4+ povisuju koncentraciju hidroperoksida i time dovode to poticanja apoptoze. Stanice zaražene HIV-om umiru tijekom procesa apoptoze. Apoptozu djelotvorno inhibira antiapoptotički produkt gena Bcl-2 kojemu je dokazana antioksidacijska funkcija. Slični su rezultati dobiveni sa stanicama koje prejako izražavaju GPX1. Stoga GPX1 i Bcl-2 pokazuju slične učinke na antioksidacijski događaj u signalnoj kaskadi i dovode do inhibicije apoptoze, iako različitim mehanizmima. GPX1 izravno reducira hidroperokside, dok Bcl-2 sprječava njihov nastanak. Na temelju tih studija te studija koje uključuju depleciju GSH zaključeno je da bi se smanjenjem koncentracija GSH i aktivnosti GPX prije infekcije moglo smanjiti širenje virusa zahvaljujući apoptozi uzrokovanoj oksidacijskom mikrookolinom (48,49).

 

D. Patofiziološke funkcije enzima

U slučaju karcinoma glave i vrata za gubitak GPX1 alela je dokazano da se događa u histopatološko normalnom tkivu u blizini tumora, što ukazuje da bi gubitak na tom mjestu mogao biti rani događaj u razvoju karcinoma. Genetički modificirani miševi s GPX1 razvijeni su radi istraživanja posljedične fiziološke funkcije tog enzima. Ti su miševi rasli i razvijali se normalno, bez histopatoloških očitovanja sve do dobi od 15 mjeseci, što je ukazalo na ograničenu ulogu GPX1 tijekom normalnog razvoja pod fiziološkim uvjetima (50). Međutim, nakon stresa uzrokovanog parakvatom, GPX1(-,-) miševi su umrli brže nego oni iz kontrolne skupine. Neuroni u genetički manipuliranih GPX1 miševa također su bili osjetljiviji na H2O2. U tih su miševa i očne leće bile manje sposobne za oporavak nego u kontrolnih miševa nakon izlaganja fotokemijskom stresu. GPX1 (-,-) miševi su izražavali nepromijenjene koncentracije GPX4, GPX3 i GPX2, što bi posebice moglo zamijeniti pomankanje GPX1 (50).

Genetičke promjene u ljudi dovode do smanjene aktivnosti GPX, redukcije GSSG ili opskrbe NADPH-om, što ostaje asimptomatično (33).

Chu i suradnici su predložili moguću zaštitnu ulogu GPX2 protiv karcinoma debelog crijeva. Takva je uloga dokazana temeljem kromosomskog mapiranja mišjeg gena GPX2 blizu lokusa Ccs1 na kromosomu 12 koji sadrži gen osjetljiv na karcinom debelog crijeva. Zapaženo je da su koncentracije GPX2 mRNA više nego u miševa osjetljivih na ICR/HA (31).

GPX3 je najprije otkriven u plazmi no njegova mRNA je pretežito nađena u epitelnim stanicama proksimalnih tubula bubrega. Bolesnici s bubrežnim bolestima imali su vrlo malu aktivnost GPX3, uključujući i bolesnike podvrgnute dijalizi. Takvo smanjenje GPX3 u plazmi nije bilo povezano s pomanjkanjem selena kod bolesnika. Ta činjenica predstavlja antioksidacijsku zaštitnu ulogu tog enzima u proksimalnim tubulima bubrega (51,52).

Hibridizacijom in situ otkriveno je da je GPX4 jako izražen u kasnim spermatogenim stanicama. Oksidacijska inaktivacija GPX4 je očevidno ključan korak u dozrijevanju sperme. Za jezgreni se oblik GPX4 vjeruje da doprinosi kondenzaciji kromatina (53). Za GPX4 je također dokazano da funkcionira kao strukturni protein u glavama spermija gdje čini 50% proteina (54).

Neka obilježja različitih GPX zajedno su prikazana u Tablici 2.

 

Tablica 2. Karakteristike različitih GPX

 

Zaključci

Zaključno, identificirano je barem sedam vrsta glutation-peroksidaza. Uz njihove intrinzične funkcije čistača, točan smještaj različitih GPX u tkivima govori u prilog specifičnih uloga tih enzima. Svaki GPX također može funkcionirati kao senzor vodikovog peroksida koji regulira koncentraciju H2O2. Zanimljivo je da specifična kotranslacijska ugradnja Sec u GPX ima dvojni učinak kod eukariota, kao što su ponovno kodiranje kodona UGA i stabilizacija mRNA ovisna o selenu, što bi se u budućnosti moglo istražiti za svaki tip GPX.

Zbog antioksidacijske i antimutagene uloge GPX postoji znatno zanimanje za njihovom terapijskom primjenom kao antioksidansima. Tu je moguća uporaba prirodno dostupnih antioksidansa ili potpuno sintetskih molekula. Nadalje, prevelik izražaj GPX mogao bi zaštititi različite stanice od oksidacijskog stresa. Aktivnost tih enzima mogu pojačati adenovirusi (62), selenidi, diselenidi i ebselen kao oponašatelji GPX s malim molekulama (63-65). Od oblikovanja novih tvari koje oponašaju različite GPX i njihova prijenosa do specifičnih mjesta u antikancerogenoj terapiji ili sprječavanju karcinoma očekuje se da uskoro postanu trend u znanstvenom istraživanju.

 

Literatura

1.    Ratnasinghe D, Tangrea JA, Andersen MR, Barrett MJ, Virtamo J, Taylor PR, et al. Glutathione peroxidase codon 198 polymorphism variant increases lung cancer risk. Cancer Res 2000;60:6381-3.

2.    Valko M., Rhodes CJ, Moncol J. Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer. Chem Biol Interact 2006;160(1): 1-40.

3.    Valko M, Morris H, Cronin MT. Metals, toxicity and oxidative stress. Curr Med Chem 2005;12:1161-208.

4.    Mates JM, Perez-Gomez C, Nunez De Castro I. Antioxidant enzymes and human diseases. Clin Biochem 1999;32:595–603.

5.    Papp LV, Lu J, Holmgren A, Khanna KK. From selenium to selenoproteins: synthesis, identity, and their role in human health. Antioxid Redox Signal 2007;9:775-806.

6.    Rotruck JT, Pope AL, Ganther HE, Swanson AB, Hafeman DG, Hoekstra WG. Selenium: biochemical role as a component of glutathione peroxidase. Science 1973;179(73):588-90.

7.    Zachara BA. Mammalian selenoproteins. J Trace Elem Electrolytes Health Dis 1992;6(3): 137-51.

8.    Brown KM, Arthur JR. Selenium, selenoproteins and human health: a review. Public Health Nutr 2001;4(2B):593-9.

9.    Beckett GJ, Arthur JR. Selenium and endocrine systems. J Endocrinol 2005;184:455-65.

10.  Low SC, Berry MJ. Knowing when not to stop: selenocysteine incorporation in eukaryotes. Trends Biochem Sci 1996;21(6):203-8.

11.  Hatfield DL, Gladyshev VN. How selenium has altered our understanding of the genetic code. Mol Cell Biol 2002;22:3565-76.

12.  Mullenbach GT, Tabrizi A, Irvine BD, Bell GI, Hallewell RA. Sequence of a cDNA coding for human glutathione preoxidase confirms TGA encodes active site selenocysteine. Nucleic Acids Res 1987;15:5484.

13.  Tujebajeva RM, Copeland PR, Xu XM, Carlson BA, HArney JW, Driscoll DM, et al. Decoding apparatus for eukaryotic selenocysteine insertion. EMBO Rep 2000;1(2):158-63.

14.  Wingler K, Bocher M, Flohe L, Kollmus H, Brigelius-Flohe R. mRNA stability and selenocysteine insertion sequence efficiency rank gastrointestinal glutathione peroxidase high in the hierarchy of selenoproteins. Eur J Biochem 1999;259(1-2):149-57.

15.  Flohe L, Gunzler WA, Schock HH. Glutathione peroxidase: a selenoenzyme. FEBS Lett 1973;32(1):132-34.

16.  Lee BJ, Worland P, Davis JN, Stadtman TC, Hatfield DL. Identification of a selenocysteyl-tRNA (Ser) in mammalian cells that recognizes the nonsense codon, UGA. J Biol Chem 1989;264:9724-7.

17.  Jameson RR, Diamond AM. A regulatory role for Sec tRNA (Ser)Sec in selenoprotein synthesis. RNA 2004;10:1142-52.

18.  Rybka K. Selenoproteins-atypical function of the UGA codon. Postepy Hig Med Dosw 1999;53(4):601-16.

19.  Brigelius-Flohe R. Glutathione peroxidases and redox-regulated transcription factors. Biol Chem 2006;387(10-11):1329-35.

20.  Aumann KD, Bedorf N, Brigelius-Flohe R, Schomburg D, Flohe L. Glutathione peroxidase revisited-simulation of the catalytic cycle by computer assisted molecular modelling. Biomed Environ Sci 1997;10(2-3):136-55.

21.  Ursini F, Maiorino M, Valente M, Ferri L, Gregolin C. Purification from pig liver of a protein which protects liposomes and biomembranes from peroxidative degradation and exhibits glutathione peroxidase activity on phosphatidylcholine hydroperoxides. Biochim Biophys Acta 1982;710(2):197-211.

22.  Brigelius-Flohe R, Aumann KD, Blocker H, Gross G, Kiess M, Kloppel KD, et al. Phospholipid-hydroperoxide glutathione peroxidase. Genomic DNA, cDNA, and deduced amino acid sequence. J Biol Chem 1994;269(10):7342-8.

23.  Takahashi K, Avissar N, Whitin J, Cohen H. Purification and characterization of human plasma glutathione peroxidase: a selenoglycoprotein distinct from the known cellular enzyme. Arch Biochem Biophys 1987;256(2):677-86.

24.  Chu FF, Doroshow JH, Esworthy RS. Expression, characterization, and tissue distribution of a new cellular selenium-dependent glutathione peroxidase, GSH-Px-GI. J Biol Chem 1993;268(4):2571-6.

25.  Flohe, Brigelius-Flohe. Selenium: its molecular biology and role in human health, Selenoproteins of the glutathione system. Norwel 2001;157-78.

26.  Yan H, Harding JJ. Glycation-induced inactivation and loss of antigenicity of catalase and superoxide dismutase. Biochem J 1997;328:599-605.

27.  Davis CD, Uthus EO. Dietary folate and selenium affect dimethylhydrazine-induced aberrant crypt formation, global DNA methylation and one carbon metabolism rats. J Nutr 2003;133(9):2907-14.

28.  McIntosh GH, Royle PJ, Scherer BL. Selenised dairy protein and colon cancer inhibition in AOM induced rats. Asia Pac J Clin Nutr 2004;13:S93.

29.  Davis CD, Zeng H, Finley JW. Selenium-enriched broccoli decreases intestinal tumourigenesis in multiple intestinal neoplasia mice. J Nutr 2002;132(2):307-9.

30.  Ghadirian P, Maisonneuve P, Perret C, Kennedy G, Boyle P, Krewski D, et al. A case-control study of toenail selenium and cancer of the breast, colon, and prostate. Cancer Detect Prev 2000;24(4):305-13.

31.  Chu FF, Esworthy RS, Chu PG, Longmate JA, Huycke MM, Wilczynski S, et al. Bacteria-induced intestinal cancer in mice with disrupted GPX1 and GPX2 genes. Cancer Res 2004;64(3):962-8.

32.  Mates JM. Effects of antioxidant enzymes in the molecular control of reactive oxygen species toxicology. Toxicology 2000;153(1-3):83-104.

33.  Brigelius-Flohe R. Tissue-specific functions of individual glutathione peroxidases. Free Radic Biol Med 1999;27(9-10):951-65.

34.  Imai H, Narashima K, Arai M, Sakamoto H, Chiba N, Nakagawa Y. Suppression of leukotriene formation in RBL-2H3 cells that overexpressed phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase. J Biol Chem 1998;273(4):1990-7.

35.  Flohe L. Glutathione peroxidase. Basic Life Sci 1988;49:663-8.

36.  Brigelius-Flohe R. Glutathione peroxidases and redox-regulated transcription factors. Biol Chem 2006;387:1329-35.

37.  Chada S, Whitney C, Newburger PE. Regulation of human glutathione peroxidase gene expression by selenium. Blood 1989;74(7):2535-41.

38.  Tan M, Li S, Swaroop M. Transcriptional activation of the human glutathione peroxidase promoter by p53. J Biol Chem 1999;274(17):12061-6.

39.  Gladyshev VN, Factor VM, Housseau F, Hatfiels DL. Contrasting patterns of regulation of the antioxidant selenoproteins thioredoxin reductase and glutathione peroxidase in cancer cells. Biochem Biophys Res Commun 1998;251(2):488-93.

40.  Salonen JT, Alfthan G, Huttunen JK, Pikkarainen J, Puska P. Association between cardiovascular death and myocardial infarction and serum selenium in a matched-pair longitudinal study. Lancet 1982;2(8291):175-9.

41.  Upchurch GR Jr, Welch GN, Fabian AJ, Freedman JE, Johnson JL, Keaney JF Jr, et al. Homocyst(e)ine decreases bioavailable nitric oxide by a mechanism involving glutathione peroxidase. J Biol Chem 1997;272(27):17012-7.

42.  Yang P, Bamlet WR, Ebbert JO, Taylor WR, de Andrade M. Glutathione pathway genes and lung cancer risk in young and old populations. Carcinogenesis 2004;25(10):1935-44.

43.  Gouaze V, Andrieu-Abadie N, Cuvillier O, Malagarie-Cazenave S, Frisach MF, Mirault ME, et al. Glutathione peroxidase-1 protects from CD95-induced apoptosis. J Biol Chem 2002;277(45):42867-74.

44.  Gladyshev VN, Stadtman TC, Hatfield DL, Jeang KT. Levels of major selenoproteins in T cells decrease during HIV infection and low molecular mass selenium compounds increase. Proc Natl Acad Sci USA 1999;96:835-9.

45.  Makropoulos V, Bruning T, Schulze-Osthoff K. Selenium-mediated inhibition of transcription factor NF-kappa B and HIV-1 LTR promoter activity. Arch Toxicol 1996;70(5):277-83.

46.  Arthur JR. The glutathione peroxidases. Cell Mol Life Sci 2000;57:1825-35.

47.  Saito Y, Nishio K, Ogawa Y, Kimata J, Kinumi T, Yoshida Y, et al. Turning point in apoptosis/necrosis induced by hydrogen peroxide. Free Radic Res 2006;40(6):619-20.

48.  Sappey C, Legrand-Poels S, Best-Belpomme M, Favier A, Rentier B, Piette J. Stimulation of glutathione peroxidase activity decreases HIV type 1 activation after oxidative stress. AIDS Res Hum Retroviruses 1994;10(11):1451-61.

49.  Aillet F, Masutani H, Elbim C, Raoul H, Chene L, Nugeyre MT, et al. Human immunodeficiency virus induces a dual regulation of Bcl-2, resulting in persistent infection of CD4(+) T- or monocytic cell lines. J Virol 1998;72(12):9698-705.

50.  Hu YJ, Dolan ME, Bae R, Yee H, Roy M, Glickman R, et al. Allelic loss at the GPX-1 locus in cancer of the head and neck. Biol Trace Elem Res 2004;101(2):97-106.

51.  Whitin JC, Tham DM, Bhamre S, Ornt DB, Scandling JD, Tune BM, et al. Plasma glutathione peroxidase and its relationship to renal proximal tubule function. Mol Genet Metab 1998;65:238-45.

52.  Avissar N, Finkelstein JN, Horowitz S, Willey JC, Coy E, Frampton MW, et al. Extracellular glutathione peroxidase in human lung epithelial lining fluid and in lung cells. Am J Physiol Lung Cell 1996;270:L173-82.

53.  Godeas C, Tramer F, Micali F, Roveri A, Maiorino M, Nisii C, et al. Phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPX) in rat testis nuclei is bound to chromatin. Biochem Mol Med 1996;59(2):118-24.

54.  Flohe L. Selenium in mammalian spermiogenesis. Biol Chem 2007;388:987-95.

55.  Singh A, Rangasamy T, Thimmulappa RK, Lee H, Osburn WO, Brigelius-Flohe R, et al. Glutathione peroxidase 2, the major cigarette smoke – inducible isoform of GPX in lungs, is regulated by Nrf2. Am J Respir Cell Mol Biol 2006;35(6):639-50.

56.  Reddy K, Tappel AL. Effect of dietary selenium and autoxidized lipids on the glutathione peroxidase system of gastrointestinal tract and other tissues in the rat. J Nutr 1974;104:1069-78.

57.  Takebe G, Yarimizu J, Saito Y, Hayashi T, Nakamura H, Yodoi J, et al. A comparative study on the hydroperoxide and thiol specificity of the glutathione peroxidase family and selenoprotein P. J Biol Chem 2002;277:41254-8.

58.  Avissar N, Ornt DB, Yagil Y, Horowitz S, Watkins RH, Kerl EA, et al. Human kidney proximal tubules are the main source of plasma glutathione peroxidase. Am J Physiol 1994;266:C367-75.

59.  Whitin JC, Bhamre S, Tham DM, Cohen HJ. Extracellular glutathione peroxidase is secreted basolaterally by human renal proximal tubule cells. Am J Physiol Renal Physiol 2002;283:F20-8.

60.  Avissar N, Slemmon JR, Palmer IS, Cohen HJ. Partial sequence of human plasma glutathione peroxidase and immunologic identification of milk glutathione peroxidase as the plasma enzyme. J Nutr 1991;121:1243-9.

61.  Pushpa V, Burdsal CA. Rat phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase: cDNA cloning and identification of multiple transcription and translation sites. J Biol Chem 1985;270:26993-9.

62.  Robertson RP, Harmon JS. Pancreatic islet beta-cell and oxidative stress: The importance of glutathione peroxidase. FEBS Lett 2007;581(19):3743-8.

63.  Back TG, Moussa Z. Diselenides and allyl selenides as glutathione peroxidase mimetics. Remarkable activity of cyclic seleninates produced in situ by the oxidation of allyl omega-hydroxyalkyl selenides. J Am Chem Soc 2003;125(44):13455-60.

64.  Konorev EA, Kennedy MC, Kalyanaraman B. Cell-permeable superoxide dismutase and glutathione peroxidase mimetics afford superior protection against doxorubicin-induced cardiotoxicity: the role of reactive oxygen and nitrogen intermediates. Arch Biochem Biophys 1999;368(2):421-8.

65.  Jauslin ML, Wirth T, Meier T, Schoumacher F. A cellular model for Friedreich Ataxia reveals small-molecule glutathione peroxidase mimetics as novel treatment strategy. Hum Mol Genet 2002;11(24):3055-63.