Reevaluación de los residuos cisteína en el señalamiento redox

Abstract

La formación, escisión e isomerización de los puentes disulfuro juega un rol importante en la estructura y la función de las proteínas. Sin embargo, las especies reactivas de oxígeno pueden aumentar el estado de oxidación del átomo de azufre en las cisteínas generando los oxiácidos sulfénico (−R−SOH), sulfínico (−R−SO2H) y sulfónico (−R−SO3H). Las peroxirredoxinas, ubicua familia de peroxidasas desprovistas del grupo prostético hemo, utilizan esta modificación post-traduccional de las cisteínas para catalizar la reducción del peróxido de hidrógeno o iniciar la respuesta al estrés oxidativo [Prx−Cys−SH + H2O2 → Prx−Cys−SOH + H2O]. La restitución del grupo tiol a las peroxirredoxinas procede en dos etapas adicionales (resolución, reducción) que requieren la participación de sistemas complejos para la transferir el poder reductor del NADPH. Además, una nueva proteína, la sulfirredoxina, cataliza la reducción del grupo sulfínico a sulfénico en un proceso dependiente de ATP. En este contexto, la modificación de las interacciones no-covalentes y la transformación de las uniones covalentes, e.g. fosforilación, acetilación, asisten a las peroxirredoxinas en la regulación de los procesos biológicos. Sobre estas bases, las actividades de las peroxirredoxinas están reguladas no sólo por los múltiples estados de oxidación del átomo de azufre sino también por la integración de la química no-redox. Esta característica dota a las peroxirredoxinas de mecanismos versátiles para percibir los múltiples cambios celulares y generar diferentes especies moleculares como respuesta adecuada a los estímulos ambientales.

The formation, cleavage and isomerization of disulfide bonds play an important role in protein structure and function. However, reactive oxygen species may increase the oxidation state of the sulfur atom in cysteines yielding the oxyacids sulfenic (−R−SOH), sulfinic (−R−SO2H) and sulfonic (−R−SO3H). Peroxiredoxins, the ubiqutous family of peroxidases devoid of the heme prosthetic group, utilize this post-translational modification of cysteines for catalyzing the reduction of hydrogen peroxide or triggering the response to the oxidative stress [Prx−Cys−SH + H2O2 → Prx−Cys−SOH + H2O]. The restitution of the thiol group to peroxiredoxins proceeds in two steps (resolution, reduction) that require the participation of complex systems for transferring the NADPH reductant power. Moreover, a novel protein, sulfiredoxin, catalyzes the ATP-mediated reduction of the sulfinic group to sulfenic. In this context, the modification of non-covalent interactions and the transformation of covalent bonds, e.g. phosphorylation, acetylation, assist peroxiredoxins in the regulation of biological process. On this basis, the activities of peroxiredoxins are regulated through not only the oxidation states of the sulfur atom but also the non-redox chemistry. This feature endows peroxiredoxins with versatile mechanisms to perceive multiple cellular changes and generate different molecular species as adecuate response to environmental stimuli.