ThioredoxinReduktasen

Thioredoxinreductasen (Thioredoxin Reduktasen) sind Flavoproteinen, die eine zentrale Rolle im Thioredoxin-System spielen. Sie katalysieren die NADPH-abhängige Reduktion von oxidiertem Thioredoxin (Trx) und ermöglichen so die Bereitstellung von Reduktionsäquivalenten für eine Vielzahl von Substraten. Zusammen mit Thioredoxin und Thioredoxin-Peroxidasen tragen sie zur Aufrechterhaltung der zellulären Redoxhomeostase und zur Unterstützung von DNA-Synthese, Reparaturprozessen sowie Signalkaskaden bei.

Struktur und Mechanismus: Thioredoxinreductasen sind in der Regel dreidimensional aufgebaut mit einem FAD-bindenden N-Terminalbereich, einem zentralen NADPH-bindenden Teil und einem redoxaktiven C‑terminalen Motiv, das eine Disulfid- bzw. Disulfid-/Dithiol-Redoxreaktion ermöglicht. Elektronen wandern von NADPH über FAD zum redoxaktiven Zentrum und schließlich zu Trx, das wiederum andere Proteine reduziert. In vielen Tierarten enthält das aktive Zentrum eine selenocyaninhaltige Komponente, was die Katalyseffizienz erhöht; in Bakterien und Pflanzen fehlt dieses Sec-Residuum oft und stattdessen kommen Cys-Cys-Redoxpaare zum Einsatz.

Vorkommen und Varianten: In Eukaryoten existieren mehrere TrxR-Isoformen, darunter TXNRD1 (zytoskollischer), TXNRD2 (mitochondrial) und TXNRD3 (testis-/Keimzellenspezifisch). In Bakterien und einigen Pflanzen gibt es TrxR-Varianten, die unabhängig arbeiten oder zusätzliche Funktionen übernehmen. Die Enzyme sind typischerweise an der Zellmembran oder im Cytosol lokalisiert, teils mit Mitochondrien-Targeting-Sequenzen.

Bedeutung und Forschung: Thioredoxinreductasen sichern die Reduktionskapazität der Zelle, reagieren sensibel auf oxidativen Stress und sind Zielstränge in der Krebsforschung. Inhibitoren wie Auranofin hemmen TrxR und werden in präklinischen Studien als potenzielle Krebstherapeutika untersucht.

Zusammenfassend sind Thioredoxinreductasen zentrale Flavoproteine des Redoxsystems, die NADPH genutzt, um Thioredoxin zu regenerieren und damit zahlreiche zelluläre Prozesse redoxabhängig zu unterstützen.