Glutation peroxidaza (GPx)

Laborator Synevo

 

Informatii generale

Glutation peroxidaza (GPX) face parte dintr-o familie de enzime ce catalizeaza degradarea hidroperoxizilor organici rezultati din procesele metabolice normale si asigura protectia proteinelor, lipidelor si acizilor nucleici fata de actiunea moleculelor oxidante, utilizand ca donator de electroni glutationul sau, in anumite cazuri, tioredoxina sau glutaredoxina.

Comparativ cu superoxid dismutaza si catalaza, care se gasesc in celule in cantitati relativ mari dar constante, glutation peroxidaza este de asemenea prezenta in toate tesuturile, dar in cantitate variabila, deoarece este indusa enzimatic. Acest fapt a fost constatat in plamanii si hematiile fumatorilor, deoarece se cunoaste faptul ca fumul de tigara contine mari cantitati de radicali liberi, oxizi de azot si hidroperoxizi, ce actioneaza ca substrat al peroxidazei².

GPX este o enzima seleniu-dependenta, ce se gaseste in citosol (70%), dar si in mitocondrii (30%). Este de neinlocuit in arsenalul antioxidant, in special in mitocondrii, deoarece acestea nu contin catalaza pentru metabolizarea peroxidului. GPX asigura, de asemenea, protectie fata de hidroperoxizii organici (implicati in modificari ale lipidelor de la nivelul peretelui vascular care promoveaza aterogeneza) si ajuta la regenerarea formei reduse a vitaminei C. Dezechilibre in nivelul GPX au fost observate odata cu imbatranirea si intr-o varietate de tulburari cum ar fi cancerul, bolile cardiovasculare, diabetul zaharat, boala Alzheimer, stres oxidativ indus de alcool, colecistita si urticarie¹⁰.

Pana in prezent, prin analiza selenoproteinelor cu rol enzimatic, au fost identificate 8 izoforme ale glutation peroxidazei in corpul mamiferelor, notate GPX1,….GPX8, care difera prin structura lor primara si localizare  si sunt codificate de gene diferite².

Cu exceptia fosfolipid-hidroperoxidului GPX4, care este un monomer, toate celelalte izoforme sunt tetrameri compusi din patru subunitati identice. Glutation peroxidaza contine 4 atomi de seleniu (legati de reziduul cisteinil din pozitia 35) pentru cele 4 subunitati polipeptidice, enzima avand o masa moleculara de cca 85kDa. Atomii de seleniu de la nivelul situsului activ participa direct la reducerea peroxidului, fiind esentiali in sistemul de protectie impotriva antioxidantilor. Un deficit de seleniu, chiar neinsemnat, afecteaza activitatea enzimei si determina peroxidarea membranelor si cresterea permeabilitatii acestora.

Glutation-peroxidaza 1 (GPX1) este izoforma cea mai abundenta, localizata in citoplasma tuturor celulelor animale, este implicata in detoxifierea peroxidul de hidrogen si lipid-peroxidului, actionand ca o peroxinitrit reductaza. In lipsa acestei enzime antioxidante rezulta acumularea de specii reactive de oxigen care determina deteriorarea ADN-ului, proteinelor si lipidelor. Dovezi clinice sugereaza un potential rol al GPX1 in aterogeneza asociata diabetului zaharat.

Polimorfisme identificate in gena GPX1 care conduc la reducerea activitatii GPX1 se coreleaza cu cresterea grosimii tunicii interne si medii a arterelor carotide, cu aparitia unui risc crescut de boli cardiovasculare si vasculare periferice la pacientii cu diabet zaharat. Mai mult, studii suplimentare sugereaza un rol protector al GPX1 in procesul de aterogeneza. Astfel, reducerea activitatii GPX1 in eritrocite a fost asociata cu un risc crescut de evenimente cardiovasculare si aparitia de placi aterosclerotice. Aceste studii sugereaza faptul ca GPX1 este enzima cheie pentru protectia vaselor impotriva stresului oxidativ si aterogeneza^2;5.

GPX2, cunoscuta si sub numele de GPX gastrointestinala (GI-GPX), este o enzima intracelulara exprimata la nivelul epiteliului tractului gastrointestinal.

GPX2 nu este uniform exprimata in intestin, fiind mai abundenta la nivelul criptelor si scade treptat spre suprafata luminala indicand un rol in proliferarea celulelor. Expresia GPX2 este crescuta in adenoamele colorectale, carcinoame si in mucoasa esofagului Barrett. Expresia GPX2 nu este specifica pentru tractul gastrointestinal, fiind, de asemenea, crescuta in timpul transformarii neoplazice a celulelor epiteliale scuamoase, in adenocarcinoamele pulmonare la fumatori si in cancerul de san. Rolul protector al GPX2 poate fi demonstrat prin faptul ca exprimarea sa este reglata de factorul de transcriere Nrf2, care este, in general, considerat citoprotector si previne tumorigeneza. GPX2 este capabila sa inhibe ciclooxigenaza 2 (COX 2) si duce la scaderea productiei de prostaglandine E2 (PGE2).

Toate GPX investigate pana in prezent au proprietatea de a inhiba activitatea COX prin eliminarea hidroperoxizilor. Activitatea COX necesita hidroperoxid si nu mai poate produce PGE2 in cazul in care acesta este in cantitate redusa^1;9.

Glutation-peroxidaza intervine, de asemenea, si in reactia de conversie a acidului arachidonic in leucotriene, sub actiunea lipooxigenazei⁶.

Glutation peroxidaza aflata in plasma poarta denumirea de GPX3. Poate fi, de asemenea, gasita in rinichi, plamani, inima, ficat, glanda mamara, placenta precum si in laptele matern. Deoarece controlul redox a fost implicat in aparitia disfunctiilor metabolice, masurarea GPX3 in ser poate aduce unele beneficii in diagnosticul acestor afectiuni^1;9.

Glutation peroxidaza 4 (GPX4) este o enzima antioxidanta, care protejeaza celulele impotriva peroxidarii lipidelor membranare, fiind exprimata in aproape orice celula animala, dar la niveluri scazute. Gena Gpx4 codifica pentru trei izoforme: o forma lunga (lGpx4), o forma scurta (sGpx4) si una nucleara. Studiile genetice arata ca forma nucleara joaca un rol important in condensarea cromatinei la nivelul spermatozoizilor. Cu toate acestea, rolul in vivo al lGpx4 si sGpx4, care se disting prin prezenta sau absenta unei peptide semnal la capatului N-terminal, ramane neclar. Studii efectuate recent indica faptul ca sGpx4 este izoforma majora in tesuturile somatice si este esentiala pentru supravietuirea si protectia impotriva apoptozei, in timp ce izoforma lGpx4 este predominanta in testicule si este importanta in reglarea fertilitatii masculine^2;3.

Glutation peroxidaza 5 (GPX-5), cunoscuta si sub numele de glutation peroxidaza epididimala secretorie, este o enzima care la om este specific exprimata in tractul genital masculin (epididim) si joaca un rol important in protejarea membranelor spermatozoizilor de efectele nocive ale peroxidarii lipidice sau previne reactia acrozomala prematura⁸.

GPX5 si GPX6, identificate la mamifere, sunt inrudite cu GPX3, dar GPX5 nu contine seleniu la nivelul situsului activ.

GPX6 a fost identificat la oameni si porcine si se gaseste la nivelul epiteliului olfactiv, fiind o enzima dependenta de seleniu.

Mai recent, o noua fosfolipid hidroperoxid glutation peroxidaza (PHGPx), care contine cisteina la nivelul domeniului catalitic, a fost descrisa la mamifere. Aceasta nonseleno-cisteina denumita si NPGPx corespunde grupului 7 de GPX descris la mamifere. Are o masa moleculara de aproximativ 22 kDa si o activitate enzimatica redusa in vitro. Expresia PHGPx a fost confirmata in multe tesuturi, inclusiv in glanda mamara in curs de dezvoltare. NPGPx joaca un rol esential in cancerul de san, reducand in celulele tumorale stresul oxidativ generat din metabolismul acizilor grasi polinesaturati. Expresia crescuta a NPGPx in celulele tumorale determina rezistenta la moartea celulara indusa de acidul eicosapentanoic⁷.

Recomandari pentru determinarea glutation peroxidazei –  evaluarea stresului oxidativ^2;4.

Pregatire pacient – preferabil à jeun (pe nemancate)⁴.

Specimen recoltat – sange venos⁴.

Recipient de recoltare – vacutainer ce contine heparinat de litiu ca anticoagulant⁴.

Prelucrare necesara dupa recoltare – proba nu se centrifugheaza si se mentine refrigerata.

Volum proba – 1 mL sange⁴.

Cauze de respingere a probei – specimen coagulat sau intens hemolizat⁴.

Stabilitate proba – sangele este stabil 1 luna la 2-4°C⁴.

Metoda – fotometrica; este analizata activitatea enzimatica in eritrocite⁴.

Valori de referinta – 4171 – 10881 U/L⁴.

 Interpretarea rezultatelor

Scaderea concentratiilor de glutation peroxidaza se intalneste in deficitul de seleniu, boli coronariene, beta-talasemie, diabet si dializa⁴.

Bibliografie

1. Antje Banning, Anna Kipp, Stephanie Schmitmeier, Maria Löwinger, Simone Florian, Susanne Krehl, Sophie Thalmann, Rene Thierbach, Pablo Steinberg and Regina Brigelius-Flohe. Glutathione Peroxidase Inhibits Cyclooxygenase-2–Mediated Migration and Invasion of HT-29 Adenocarcinoma Cells but Supports Their Growth as Tumors in Nude Mice. In Cancer Res 68:9746-9753, 2008.
2. Guoyao Wu, Yun-Zhong Fang, Sheng Yang, Joanne R. Lupton, and Nancy D. Turner. Glutathione Metabolism and Its Implications for Health. In J. Nutr. 134: 489–492, 2004.
3. Hanyu Liang, Si-Eun Yoo, Ren Na, Christi Walter, Arlan Richardson and Qitao Ran. The distinct in vivo roles of the long-form and short-form of glutathione peroxidase 4: the short-form is essential for somatic cell functions and the long-form is important for male fertility. In The FASEB Journal, 2009
4. Laborator Synevo. Referinte specifice tehnologiei de lucru utilizate 2011. Ref Type: Catalog.
5. Paul Lewis, Nada Stefanovic, Josefa Pete, Anna C. Calkin, Sara Giunti, Vicki, Thallas-Bonke, Karin A. Jandeleit-Dahm, Terri J. Allen, Ismail Kola, Mark E. Cooper, and Judy B. de Haan. Lack of the Antioxidant Enzyme Glutathione Peroxidase-1 Accelerates Atherosclerosis in Diabetic Apolipoprotein E–Deficient Mice. In Circulation, 115:2178-2187, 2007
6. Paula Drosescu, medic primar Medicina Sportiva Universitatea “Al.I.Cuza” Iasi Facultatea de Educatie Fizica si Sport. Importanta antioxidantilor in sanatate.
7. Rogerio Margis, Christophe Dunand, Felipe K. Teixeira, and Marcia Margis-Pinheiro. Glutathione peroxidase family – an evolutionary overview. In FEBS Journal 275:3959–3970, 2008
8. Talmud PJ, Drenos F, Shah S, et al. Gene-centric association signals for lipids and apolipoproteins identified via the HumanCVD BeadChip. In Am. J. Hum. Genet. 85 (5): 628–42,.2009.
9. www.alpco.com/pdfs/44/44-GPXHU-E01.pdf
10. www.genovadiagnostics.com/files/profile_assets/referenced_materials/oxstress2_supportguide.pdf.