Selenium
selenium type I and type III deiodinases
Selenium which is the prosthetic group of iodotyrosine deiodinase, as selenocysteine, plays a crucial role in determining the free circulating levels of T3. Selenium deficiency can have implications in fall of T3 levels.
Deiodinase (or iodide peroxidase or "Monodeiodinase") is a peroxidase enzyme that is involved in the activation or deactivation of thyroid hormones.
Type 1 iodothyronine deiodinase is a selenium-containing enzyme.
Expression cloning in the Xenopus oocyte has led to the isolation of a complimentary DNA for Type I iodothyronine deiodinase. Site-directed mutagenesis confirmed the presence of a selenocysteine amino acid in the deiodinase protein. These findings provide a molecular explanation of the effect of Se status on thyroid hormone activity.
Iodothyronine deiodinase
Iodothyronine deiodinases are a subfamily of deiodinase enzymes important in the activation and deactivation of thyroid hormones. Thyroxine (T4), the precursor of 3,5,3’-triiodothyronine (T3) is transformed into T3 by deiodinase activity. T3, through binding a nuclear thyroid hormone receptor, influences the expression of genes in practically every vertebrate cell. Iodothyronine deiodinases are unusual in that these enzymes contain selenium, in the form of an otherwise rare amino acid selenocysteine.
These enzymes are not to be confused with the iodotyrosine deiodinases that are also deiodinases, but not members of the iodothyronine family. The iodotyrosine deiodinases (unlike the iodothyronine deiodinases) do not use selenocysteine or selenium. The iodotyrosine enzymes work on iodinated single tyrosine residue molecules to scavenge iodine, and do not use as substrates the double-tyrosine residue molecules of the various iodothyronines.
Activation and inactivation
In tissues, deiodinases can either activate or inactivate thyroid hormones:
• Activation occurs by conversion of the prohormone thyroxine (T4) to the active hormone triiodothyronine (T3) through the removal of an iodine atom on the outer ring.
• Inactivation of thyroid hormones occurs by removal of an iodine atom on the inner ring, which converts thyroxine to the inactive reverse triiodothyronine (rT3), or which converts the active triiodothyronine to diiodothyronine (T2).
The major part of thyroxine deiodination occurs within the cells.
Deionidase 2 activity can be regulated by ubiquitination:
• The covalent attachment of ubiquitin inactivates D2 by disrupting dimerization and targets it to degradation in the proteosome.
• Deubiquitination removing ubiquitin from D2 restores its activity and prevents proteosomal degradation.
• The Hedgehog cascade acts to increase D2 ubiquitination through WSB1 activity, decreasing D2 activity.
D-propranolol inhibits thyroxine deiodinase, thereby blocking the conversion of T4 to T3, providing some though minimal therapeutic effect.
Reactions
Reactions catalyzed by specific deiodinase isoforms
Iodothyronine deiodinase activity and regulation
Structure
The three deiodinase enzymes share certain structural features in common although their sequence identity is lower than 50%. Each enzyme weighs between 29 and 33kDa. Deiodinases are dimeric integral membrane proteins with single transmembrane segments and large globular heads (see below). They share a TRX fold that contains the active site including the rare selenocysteine amino acid and two histidine residues. Selenocysteine is coded by a UGA codon, which generally signifies termination of a peptide through a stop codon. In point mutation experiments with Deiodinase 1 changing UGA to the stop codon TAA resulted in a complete loss of function, while changing UGA to cysteine (TGT) caused the enzyme to operate at around 10% normal efficiency. In order for UGA to be read as a selenocysteine amino acid instead of a stop codon, it is necessary that a downstream stem loop sequence, the selenocysteine insertion sequence (SECIS), be present to bind with SECIS binding protein-2 (SBP-2), which binds with elongation factor EFsec. The translation of selenocysteine is not efficient, even though it is important to the functioning of the enzyme. Deiodinase 2 is localized to the ER membrane while Deiodinase 1 and 3 are found in the plasma membrane.
The related catalytic domains of Deiodinases 1-3 feature a thioredoxine-related peroxiredoxin fold. The enzymes catalyze a reductive elimination of iodine, thereby oxidizing themselves similar to Prx, followed by a reductive recycling of the enzyme.
Types
In most vertebrates, there are three types of enzymes that can deiodinate thyroid hormones
Type Location Function
type I (DI) is commonly found in the liver and kidney
DI can deiodinate both rings
type II deiodinase (DII)
is found in the heart, skeletal muscle, CNS, fat, thyroid, and pituitary
DII can only deiodinate the outer ring of the prohormone thyroxine and is the major activating enzyme (the already inactive reverse triiodothyronine is also degraded further by DII)
type III deiodinase (DIII)
found in the fetal tissue and the placenta; also present throughout the brain, except in the pituitary DIII can only deiodinate the inner ring of thyroxine or triiodothyronine and is the major inactivating enzyme
The following is a list of the three human iodothyronine deiodinases:
Function
Deiodinase 1 both activates T4 to produce T3 and inactivates T4. Besides its increased function in producing extrathyroid T3 in patients with hyperthyroidism, its function is less well understood than D2 or D3 Deiodinase 2, located in the ER membrane, converts T4 into T3 and is a major source of the cytoplasmic T3 pool Deiodinase 3 prevents T4 activation and inactivates T3. D2 and D3 are important in homeostatic regulation in maintaining T3 levels at the plasma and cellular levels. In hyperthyroidism D2 is down regulated and D3 is upregulated to clear extra T3, while in hypothyroidism D2 is upregulated and D3 is downregulated to increase cytoplasmic T3 levels.
Serum T3 levels remain fairly constant in healthy individuals, but D2 and D3 can regulate tissue specific intracellular levels of T3 to maintain homeostasis since T3 and T4 levels may vary by organ. Deiodinases also provide spatial and temporal developmental control of thyroid hormone levels. D3 levels are highest early in development and decrease over time, while D2 levels are high at moments of significant metamorphic change in tissues. Thus D2 enables production of sufficient T3 at necessary time points while D3 may shield tissue from overexposure to T3.
Deiodinase 2 also plays a significant role in thermogenesis in brown adipose tissue (BAT). In response to sympathetic stimulation, dropping temperature, or overfeeding BAT, D2 increases oxidation of fatty acids and uncouples oxidative phosphorylation via uncoupling protein, causing mitochondrial heat production. D2 increases during cold stress in BAT and increases intracellular T3 levels. In D2 deficient models, shivering is a behavioral adaptation to the cold. However, heat production is much less efficient than uncoupling lipid oxidation.
ซีลีเนียม
ซีลีเนียม ชนิด และประเภทที่ 3 deiodinases
ซีลีเนียมซึ่งเป็นกลุ่มเทียมของ iodotyrosine รำพัด เป็นซีลีโนซิสตีอีนมีบทบาทสําคัญในการกำหนดฟรีหมุนเวียนระดับของ T3 . การขาดซีลีเนียมสามารถมีผลกระทบในฤดูใบไม้ร่วงของระดับ T3
รำพัด ( หรือไอโอไดด์เปอร์หรือ " monodeiodinase " ) เป็นเอนไซม์ เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในการเปิดใช้งานหรือเสื่อมของฮอร์โมนไทรอยด์ .
1 ชนิด iodothyronine รำพัดเป็นซีลีเนียมที่มีเอนไซม์
การแสดงออกใน Xenopus โคลนนิ่งไข่ได้นำไปสู่การแยกดีเอ็นเอฟรีสำหรับประเภทผม iodothyronine รำพัด .เว็บไซต์การกำกับยืนยันการแสดงตนของกรดอะมิโนในโปรตีนซีลีโนซิสตีอีนรำพัด . การค้นพบเหล่านี้ให้คำอธิบายที่โมเลกุลของผลกระทบของภาวะไทรอยด์ฮอร์โมนเซกิจกรรมรำพัด
.
iodothyronine iodothyronine deiodinases เป็น subfamily ของเอนไซม์ที่สำคัญในการรำพัด และเสื่อมของไทรอยด์ฮอร์โมน thyroxine ( T4 )สารตั้งต้นของ 3,5,3 ' - ไตรไอโอโดไทโรนีน ( T3 ) กลายเป็น T3 โดยกิจกรรมรำพัด . T3 ผ่านการจับนิวเคลียร์ ไทรอยด์ฮอร์โมนตัวรับ มีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนในเซลล์เกือบทุกองค์ . iodothyronine deiodinases เป็นปกติในที่เอนไซม์เหล่านี้ประกอบด้วยซีลีเนียมในรูปของซีลีโนซิสตีอีนกรดอะมิโนอื่นที่หายาก
เอนไซม์เหล่านี้จะไม่ต้องสับสนกับ iodotyrosine deiodinases ที่ยัง deiodinases แต่ไม่ใช่สมาชิกของครอบครัว iodothyronine . การ iodotyrosine deiodinases ( ซึ่งแตกต่างจาก iodothyronine deiodinases ) ไม่ใช้ซีลีโนซิสตีอีน หรือ ซีลีเนียม งาน iodotyrosine เอนไซม์โมเลกุลไอโอดีนสารตกค้างในซีนเดียวเพื่อหาไอโอดีนและไม่ใช้เป็นแผ่นคู่ตกค้างแต่อย่างใด โมเลกุลของ iodothyronines ต่างๆ การเปิดใช้งานและใช้งาน
ในเนื้อเยื่อ deiodinases สามารถกระตุ้นหรือยับยั้งฮอร์โมนกระตุ้นต่อมไทรอยด์ :
- เกิดขึ้นได้โดยการแปลงของโปรฮอร์โมน thyroxine ( T4 ) และไตรไอโอโดไทโรนีนฮอร์โมนปราดเปรียว ( T3 ) ผ่านการกำจัดของอะตอมไอโอดีนในแหวน
นอก- ทำให้ฮอร์โมนไทรอยด์เกิดขึ้นโดยการกำจัดของอะตอมไอโอดีนบนวงแหวน ซึ่งจะแปลงไปใช้ธัยรอกซินไตรไอโอโดไทโรนีนกลับ ( rt3 ) หรือที่แปลงไตรไอโอโดไทโรนีนงาน diiodothyronine ( T2 ) .
ส่วนหลักของไทรอ deiodination เกิดขึ้นภายในเซลล์
กิจกรรม deionidase 2 สามารถควบคุมโดย ubiquitination :
- เอกสารแนบการของยูบิควิติน inactivates D2 โดยรบกวนสหชาตและเป้าหมายเพื่อการย่อยสลายในโปรตีโอโซม .
- deubiquitination เอาข้างนอกจาก D2 คืน กิจกรรม และป้องกัน proteosomal การย่อยสลาย
- เม่นน้ำตกจะทำหน้าที่เพิ่ม D2 ubiquitination ผ่านกิจกรรม wsb1 ลดกิจกรรม D2 .
d-propranolol รำพัดยับยั้งธัยรอกซิน ,เพื่อปิดกั้นการ T4 เพื่อ T3 ให้บางแต่น้อย ผลในการรักษา
ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาโดยเฉพาะรำพัดต่อ
iodothyronine รำพัดกิจกรรมและการควบคุมโครงสร้าง
3
รำพัดเอนไซม์ร่วมกันบางอย่างมีโครงสร้างเหมือนกันแม้ว่าลำดับฐานะต่ำกว่า 50% แต่ละเอนไซม์หนักระหว่าง 29 และ 33kda .deiodinases เป็นเมมเบรนโปรตีนท้องเฟ้อ integral กับส่วนหัวเดียว หัวรูปทรงกลมขนาดใหญ่ ( ดูด้านล่าง ) พวกเขาใช้โทรพับที่มีการใช้งานเว็บไซต์รวมทั้งกรดอะมิโนและสองหายากซีลีโนซิสตีอีนีนตกค้าง ซีลีโนซิสตีอีนเป็นรหัสโดย Uga โคดอนซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงการสิ้นสุดของเปปไทด์ผ่านรหัสหยุดในการทดลองที่มีการผ่าเหล่ารำพัด 1 เปลี่ยน Uga ที่จะหยุด codon TAA ส่งผลให้เกิดการสูญเสียที่สมบูรณ์ของฟังก์ชัน ในขณะที่การเปลี่ยนแปลง Uga ถึง 8-12 ( TGT ) ทำให้เอนไซม์เพื่อใช้งานประมาณ 10 % ประสิทธิภาพปกติ ในการสั่งซื้อสำหรับ Uga จะอ่านเป็นซีลีโนซิสตีอีนกรดอะมิโนแทนที่จะเป็นรหัสหยุด มันเป็นสิ่งจำเป็นที่เป็นก้านห่วงตามลำดับส่วนซีลีโนซิสตีอินการแทรกลำดับ ( secis ) เป็นปัจจุบันไปผูกกับ secis ผูก protein-2 ( sbp-2 ) ซึ่งผูกกับปัจจัยการ efsec . การแปลของซีลีโนซิสตีอีนไม่มีประสิทธิภาพ ถึงแม้ว่ามันจะสำคัญต่อการทำงานของเอนไซม์ รำพัด 2 เป็นภาษาท้องถิ่นเพื่อฉุกเฉินเยื่อในขณะที่รำพัด 1 และ 3 พบในเยื่อหุ้มเซลล์ .
ที่เกี่ยวข้องกับโดเมนของการ deiodinases 1-3 คุณลักษณะ thioredoxine ที่เกี่ยวข้อง peroxiredoxin พับ เอนไซม์ที่เร่งตัดการลดลงของไอโอดีน เพื่อออกซิไดซ์ตัวเองคล้ายกับเปลี่ยนตามการลดลงของเอนไซม์ .
ในสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดมากที่สุด มีอยู่สามชนิดของเอนไซม์ที่สามารถ deiodinate ไทรอยด์ฮอร์โมนประเภทสถานที่การทำงาน
ประเภท ( DI ) มักพบในตับ ไต และสามารถ deiodinate แหวนทั้งสอง
ดีชนิด II รำพัด ( ดี )
พบในหัวใจ กล้ามเนื้อโครงกระดูก , CNS , ไขมัน , ต่อมไทรอยด์และต่อมใต้สมอง
ดีเท่านั้นที่สามารถ deiodinate วงแหวนรอบนอกของโปรฮอร์โมนธัยรอกซินและเป็นหลัก ( ใช้เอนไซม์ ไตรไอโอโดไทโรนีนกลับใช้งานแล้วยังย่อยสลายต่อไปโดยดี )
3
รำพัด ( D3 ) ประเภทที่พบในเนื้อเยื่อของทารกในครรภ์และรก ; ยังมีอยู่ทั่วสมอง ยกเว้นในต่อมใต้สมอง D3 สามารถ deiodinate ภายในแหวนของ thyroxine หรือไตรไอโอโดไทโรนีน และเป็นสาขา inactivating เอนไซม์
ต่อไปนี้คือ รายการของทั้งสามคน iodothyronine deiodinases :
รำพัด 1 ฟังก์ชันทั้งใช้ T4 ผลิต inactivates T4 และ T3 .นอกจากฟังก์ชั่นที่เพิ่มขึ้นในการผลิต extrathyroid T3 ในผู้ป่วยที่มีอาการของฟังก์ชันน้อยเข้าใจได้ดีกว่า D2 หรือ D3 รำพัด 2 ตั้งอยู่ในเอ้อแปลงเป็นเมมเบรน , T4 และ T3 เป็นแหล่งรายได้หลักของไซโตสระป้องกันการรำพัด 3 T3 T4 และ T3 inactivates .D2 และ D3 เป็นสำคัญในการรักษาระเบียบ homeostatic T3 ระดับพลาสมาและระดับเซลล์ ใน hyperthyroidism D2 ลงระเบียบและ D3 เป็น upregulated ล้างพิเศษ T3 , ในขณะที่ใน hypothyroidism และ D2 เป็น upregulated D3 เป็น downregulated เพิ่มระดับ T3 นี้ .
ระดับ T3 ซีรั่มยังคงอยู่ค่อนข้างคงที่ในแต่ละบุคคลที่มีสุขภาพดีแต่ D2 และ D3 สามารถควบคุมระดับเฉพาะเซลล์เนื้อเยื่อของ T3 เพื่อรักษาสมดุลตั้งแต่ระดับ T3 และอาจแตกต่างกันไปตามอวัยวะ deiodinases ยังให้พื้นที่และควบคุมพัฒนาการชั่วคราวของระดับฮอร์โมนไทรอยด์ D3 ระดับสูงสุดในช่วงต้นของการพัฒนา และลดช่วงเวลาในขณะที่ D2 ระดับสูงในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสำคัญในเนื้อเยื่อจึงช่วยให้การผลิต T3 D2 เพียงพอที่จุดเวลาที่จำเป็นในขณะที่ D3 อาจป้องกันเนื้อเยื่อจากการสัมผัสกับ T3
รำพัด 2 ยังมีบทบาทสําคัญในการ thermogenesis ในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล ( ค้างคาว ) ในการตอบสนองต่อการกระตุ้น , ขี้สงสารปล่อยอุณหภูมิ หรือ overfeeding ค้างคาว , D2 เพิ่มออกซิเดชันของกรดไขมัน และ uncouples ออกซิเดทีฟฟอสโฟริเลชันผ่านพบโปรตีนก่อให้เกิดการผลิตความร้อนยล . เพิ่มความเย็นใน D2 ในค้างคาวและเพิ่มระดับ T3 ภายในเซลล์ . ในการขาดรุ่น D2 , shivering คือการปรับตัวทางพฤติกรรมกับความหนาว อย่างไรก็ตาม การผลิตความร้อนมากมีประสิทธิภาพน้อยกว่าพบ
ลิปิดออกซิเดชัน
การแปล กรุณารอสักครู่..
