Gen codificador de proteínas en la especie Homo sapiens
La oxidasa dual 1 , también conocida como DUOX1 o ThOX1 (por oxidasa tiroidea ), es una enzima que en los humanos está codificada por el gen DUOX1 . [5] La DUOX1 se identificó por primera vez en la glándula tiroides de los mamíferos. [6] En los humanos, se encuentran dos isoformas; hDUOX1 y hDUOX2 . La localización de la proteína DUOX humana no es exclusiva del tejido tiroideo; la hDUOX1 es prominente en las células epiteliales de las vías respiratorias y la hDUOX2 en las glándulas salivales y el tracto gastrointestinal. [7] [8]
Función
Las investigaciones sobre especies reactivas de oxígeno ( ROS ) en sistemas biológicos se han centrado, hasta hace poco, en la caracterización de los procesos celulares fagocíticos . Ahora se acepta bien que la producción de dichas especies no está restringida a las células fagocíticas y puede ocurrir en tipos de células eucariotas, no fagocíticas a través de la NADPH oxidasa (NOX) o la oxidasa dual (DUOX). [9] [10] Esta nueva familia de proteínas, denominada familia NOX/DUOX o familia NOX de oxidasas NADPH, consiste en homólogos de la fracción catalítica de la NADPH-oxidasa fagocítica, gp91 phox . Se han encontrado miembros de la familia NOX/DUOX en todas las especies eucariotas, incluidos invertebrados, insectos, nematodos, hongos, amebas, algas y plantas (no se encuentran en procariotas). Estas enzimas demuestran claramente la producción regulada de ROS como su única función. Los análisis genéticos han implicado a las ROS derivadas de NOX/DUOX en funciones biológicas y condiciones patológicas, incluyendo hipertensión (NOX1), [11] inmunidad innata (NOX2/DUOX), [12] formación de otoconias en el oído interno (NOX3), [13] y biosíntesis de la hormona tiroidea (DUOX1/2). [14] La familia actualmente tiene siete miembros, incluyendo NOX1 , NOX2 (antes conocida como gp91 phox ), NOX3 , NOX4 , NOX5 , DUOX1 (esta enzima) y DUOX2 .
El modelo actual para la generación de ROS por C. elegans DUOX1 (CeDUOX1) propone que el superóxido se genera a través de la reducción de oxígeno por dos electrones extraídos de la oxidación de NADPH en el dominio de la NADPH oxidasa C-terminal. Este superóxido inestable, generado en la superficie extracelular, puede convertirse rápidamente en peróxido de hidrógeno y ser utilizado por el dominio de la peroxidasa N-terminal para facilitar la reticulación de la tirosina. Este modelo para la actividad de CeDUOX1 fue respaldado recientemente por un estudio de dos mutaciones puntuales localizadas dentro del dominio de la peroxidasa de CeDUOX1; G246D y D392N. [15] [16] Ambas mutaciones dan como resultado un fenotipo de cutícula ampollada, resultante de la pérdida de la actividad de reticulación de la tirosina. Ninguno de los mutantes demuestra una disminución significativa en la producción de ROS. Estos resultados sugieren que esta región similar a la peroxidasa está directamente involucrada en la reticulación enzimática de la tirosina, pero no es responsable de la producción de ROS.
Estructura
Las oxidasas duales se caracterizan por un dominio extracelular N-terminal definitorio que exhibe una identidad de secuencia considerable con las peroxidasas de mamíferos , un segmento transmembrana (TM) anexado a una región citosólica de unión al calcio con EF-hand y una estructura homóloga de NOX2 (seis TM unidos a la oxidasa NADPH). Los estudios topológicos ubican este dominio de peroxidasa en el lado opuesto de la membrana del dominio de la oxidasa NADPH.
hDUOX1 y hDUOX2 son 83% homólogas, ~190 kDa en tamaño (después de una glicosilación extensa que contribuye ~30 kDa en masa), y requieren factores de maduración (DUOXA1 y DUOXA2) para lograr la expresión heteróloga en forma activa de longitud completa. Las enzimas DUOX maduras producen H 2 O 2 ; esta actividad está regulada por la concentración de Ca 2+ a través de la disociación desencadenada de NOXA1 y posiblemente otras proteínas interactuantes aún no identificadas. [17] Cuando se realizaron alineaciones de secuencias contra otras peroxidasas de mamíferos, los residuos de histidina responsables de la coordinación del hemo no se conservaron. [18] Debido a esta disparidad crítica, mucha especulación ha rodeado la función del dominio(s) de peroxidasa DUOX. Las propuestas de funcionalidad incluyen: actividad de superóxido dismutasa, en lugar de actividad de peroxidasa; un nuevo mecanismo de peroxidasa; un cambio conformacional inducido por proteína-proteína o Ca 2+ que posteriormente permite la unión del hemo para la actividad de la peroxidasa; o simplemente inactividad, como un dominio vestigial.
Recientes investigaciones in vitro sobre la capacidad del dominio DUOX1 para actuar como peroxidasa demostraron que el lisado celular de la expresión de peroxidasa en C. elegans y E. coli tenía actividad de reticulación de tirosina . Estudios in vitro adicionales de DUOX1 humano (hDUOX1 1-593 ) y DUOX1 de C. elegans (CeDUOX1 1-589 ) fueron posibles gracias a la expresión y purificación a través de un sistema de baculovirus. La evaluación de estas proteínas demostró que el hDUOX1 1-593 aislado no se une al hemo y no tiene actividad de peroxidasa intrínseca. Por el contrario, CeDUOX1 1-589 se une al hemo de forma covalente y exhibe una actividad de peroxidasa modesta, pero no oxida el ion bromuro. Sorprendentemente, el hemo parece tener dos enlaces covalentes con la proteína de C. elegans a pesar de la ausencia de un segundo grupo carboxilo conservado en el sitio activo. [19]
Se han descrito dos variantes de transcripción empalmadas alternativamente que codifican la misma proteína para este gen. [20]
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