Фратаксин
FXN | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | FXN , CyaY, FA, FARR, FRDA, X25, фратаксин | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | Опустить : 606829 ; МГИ : 1096879 ; Гомологен : 47908 ; GeneCards : FXN ; OMA : FXN — ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Фратаксин — это белок , который у человека кодируется FXN геном . [ 5 ] [ 6 ]
Он расположен в митохондриях, а мРНК фратаксина преимущественно экспрессируется в тканях с высокой скоростью метаболизма. Функция фратаксина не ясна, но он участвует в сборке железо-серных кластеров. Было предложено действовать либо как железный шаперон, либо как белок-запасатель железа. Снижение экспрессии фратаксина является причиной атаксии Фридрейха .
Структура
[ редактировать ]Рентгеновская кристаллография показала, что человеческий фратаксин состоит из β-листа , который поддерживает пару параллельных α-спиралей , образующих компактный αβ-сэндвич. [ 7 ] фратаксина Гомологи у других видов схожи и имеют ту же основную структуру. Однако последовательности хвоста фратаксина, отходящие от конца одной спирали, расходятся по последовательности и различаются по длине. Человеческий фратаксин имеет более длинный хвост, чем фратаксин, обнаруженный в бактериях или дрожжах. Предполагается, что цель хвоста — стабилизировать белок. [ 7 ]
Как и большинство митохондриальных белков , фратаксин синтезируется в цитоплазматических рибосомах в виде крупных молекул-предшественников с последовательностями, нацеленными на митохондрии. При попадании в митохондрии молекулы расщепляются в результате протеолитической реакции с образованием зрелого фратаксина. [ 8 ]
Функция
[ редактировать ]Фратаксин локализуется в митохондриях . Функция фратаксина не совсем ясна, но, по-видимому, он участвует в сборке железо-серных кластеров . Было предложено действовать либо как железный шаперон , либо как белок-запасатель железа. [ 9 ]
фратаксина мРНК преимущественно экспрессируется в тканях с высокой метаболизма скоростью (включая печень, почки, бурый жир и сердце). мышей и дрожжей фратаксина Гомологи содержат потенциальную N-концевую последовательность, нацеленную на митохондрии, а фратаксин человека , как наблюдалось, локализовался совместно с митохондриальным белком. нарушение дрожжевого Более того, было показано, что гена приводит к митохондриальной дисфункции. Таким образом, считается, что атаксия Фридрейха является митохондриальным заболеванием , вызванным мутацией ядерного генома (в частности, расширением интронного триплетного повтора GAA в гене FXN, который кодирует белок фратаксин). [ 5 ] [ 10 ] [ 11 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Снижение экспрессии фратаксина является причиной атаксии Фридрейха (FRDA), нейродегенеративного заболевания. Снижение экспрессии гена фратаксина может быть связано либо с подавлением транскрипции гена фратаксина, либо с эпигенетическими модификациями в хромосомной структуре. [ 12 ] или из-за невозможности сплайсинга расширенных повторов GAA в первом интроне пре-мРНК, как это наблюдается у бактерий. [ 13 ] и клетки человека [ 14 ] или оба. Экспансия интронного тринуклеотидного повтора GAA приводит к атаксии Фридрейха. [ 15 ] Этот расширенный повтор вызывает образование R-петли нацеленного на повтор, , и использование олигонуклеотида, для разрушения R-петли может реактивировать экспрессию фратаксина. [ 16 ]
У 96% пациентов с FRDA имеется экспансия тринуклеотидных повторов GAA в интроне 1 обоих аллелей гена FXN . [ 17 ] В целом это приводит к снижению синтеза мРНК фратаксина и уменьшению (но не отсутствию) белка фратаксина у людей с ФРДА. (Подгруппа пациентов с FRDA имеет экспансию GAA в одной хромосоме и точечную мутацию в экзоне FXN в другой хромосоме.) В типичном случае длина аллеля с более коротким расширением GAA обратно коррелирует с уровнями фратаксина. Периферические ткани пациентов с FRDA обычно содержат менее 10% уровней фратаксина, наблюдаемых у здоровых людей. [ 17 ] Более низкие уровни фратаксина приводят к более раннему началу заболевания и более быстрому прогрессированию.
FRDA характеризуется атаксией, потерей чувствительности и кардиомиопатией. Причина, по которой дефицит фратаксина вызывает эти симптомы, не совсем ясна. На клеточном уровне это связано с накоплением железа в митохондриях и повышенной чувствительностью к оксидантам. По непонятным причинам это в первую очередь влияет на ткани ганглиев дорсальных корешков , мозжечка и сердечной мышцы. [ 8 ]
Исследования на животных
[ редактировать ]У мышей полная инактивация гомолога FXN ( Frda ) летальна на ранней эмбриональной стадии. [ 18 ] Хотя почти все организмы экспрессируют гомолог фратаксина, повтор GAA в интроне 1 существует только у людей и других приматов , поэтому мутация, вызывающая FDRA, не может возникнуть естественным путем у других животных. Ученые разработали несколько вариантов моделирования этого заболевания у мышей. Один из подходов заключается в подавлении экспрессии фратаксина только в одном конкретном типе представляющей интерес ткани: сердце (мыши, модифицированные таким образом, называются MCK), во всех нейронах (NSE) или только в спинном мозге и мозжечке (PRP). [ 19 ] Другой подход предполагает вставку расширения GAA в первый интрон мышиного гена FXN , который должен ингибировать выработку фратаксина, как и у людей. Мышей, гомозиготных по этому модифицированному гену, называют KIKI (нок-ин-нок-ин), а сложные гетерозиготы, образующиеся в результате скрещивания мышей KIKI с мышами, нокаутными по фратаксину, называют KIKO (нок-ин-нокаут). Однако даже мыши KIKO по-прежнему экспрессируют 25–36% нормального уровня фратаксина и проявляют очень легкие симптомы. Последний подход предполагает создание трансгенных мышей с расширенной GAA версией человеческого гена фратаксина. Этих мышей называют YG22R (одна последовательность GAA из 190 повторов) и YG8R (две последовательности GAA из 90 и 190 повторов). У этих мышей наблюдаются симптомы, похожие на симптомы пациентов-людей. [ 19 ]
Сверхэкспрессия фратаксина у дрозофилы показала увеличение антиоксидантной способности, устойчивость к окислительному стрессу и продолжительность жизни. [ 20 ] поддерживая теорию о том, что роль фратаксина заключается в защите митохондрий от окислительного стресса и последующего клеточного повреждения.
Фибробласты мышиной модели FRDA и фибробласты пациентов с FRDA демонстрируют повышенный уровень ДНК . двухцепочечных разрывов [ 21 ] Для доставки гена фратаксина в модель мыши FRDA и клетки пациента человека использовали систему доставки гена лентивируса , что привело к долгосрочному восстановлению экспрессии мРНК фратаксина и белка фратаксина. Это восстановление экспрессии гена фратаксина сопровождалось существенным уменьшением количества двухцепочечных разрывов ДНК. [ 21 ] Нарушение фратаксина в клетках FRDA, по-видимому, вызывает снижение способности к восстановлению повреждений ДНК , что может способствовать нейродегенерации . [ 21 ]
Взаимодействия
[ редактировать ]Было показано, что фратаксин биологически взаимодействует с ферментом PMPCB . [ 22 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000165060 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000059363 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ Jump up to: а б Кампусано В, Монтермини Л, Мольто МД, Пьянезе Л, Коссе М, Кавальканти Ф, Монрос Е, Родиус Ф, Дюкло Ф, Монтичелли А, Зара Ф, Каньисарес Х, Кутникова Х, Бидичандани С.И., Геллера С, Брайс А, Труильяс П. , Де Микеле Дж., Филла А., Де Фрутос Р., Палау Ф., Патель П.И., Ди Донато С., Мандель Дж.Л., Кокоцца С., Кениг М., Пандольфо М. (март 1996 г.). «Атаксия Фридрейха: аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное расширением интронного триплета GAA». Наука . 271 (5254): 1423–7. Бибкод : 1996Sci...271.1423C . дои : 10.1126/science.271.5254.1423 . ПМИД 8596916 . S2CID 20303793 .
- ^ Карвахал Дж., Пук М.А., дос Сантос М., Даудни К., Хиллерманн Р., Миноуг С., Уильямсон Р., Сюань Дж.Дж., Чемберлен С. (октябрь 1996 г.). «Ген атаксии Фридрейха кодирует новую фосфатидилинозитол-4-фосфат-5-киназу». Природная генетика . 14 (2): 157–62. дои : 10.1038/ng1096-157 . ПМИД 8841185 . S2CID 6324358 .
- ^ Jump up to: а б Дхе-Паганон С., Шигета Р., Чи Й.И., Ристоу М., Шолсон С.Е. (октябрь 2000 г.). «Кристаллическая структура фратаксина человека» . Журнал биологической химии . 275 (40): 30753–6. дои : 10.1074/jbc.C000407200 . ПМИД 10900192 .
- ^ Jump up to: а б Стеммлер Т.Л., Лесуисс Э., Пейн, Дэнсис (август 2010 г.). «Фратаксин и биогенез митохондриального кластера FeS» . Журнал биологической химии . 285 (35): 26737–26743. дои : 10.1074/jbc.R110.118679 . ПМЦ 2930671 . ПМИД 20522547 .
- ^ Адинольфи С., Яннуцци С., Приски Ф., Пасторе С., Яметти С., Мартин С.Р., Бономи Ф., Пасторе А. (апрель 2009 г.). «Бактериальный фратаксин CyaY является хранителем образования железо-серных кластеров, катализируемого IscS». Структурная и молекулярная биология природы . 16 (4): 390–6. дои : 10.1038/nsmb.1579 . ПМИД 19305405 . S2CID 205522816 .
- ^ Дюрр А., Косси М., Агид Ю., Кампусано В., Миньяр С., Пенет С., Мандель Дж.Л., Брайс А., Кениг М. (октябрь 1996 г.). «Клинические и генетические отклонения у больных атаксией Фридрейха» . Медицинский журнал Новой Англии . 335 (16): 1169–75. дои : 10.1056/NEJM199610173351601 . ПМИД 8815938 .
- ^ Кутникова Х., Кампусано В., Фури Ф., Долле П., Каззалини О., Кениг М. (август 1997 г.). «Исследования гомологов человека, мыши и дрожжей указывают на митохондриальную функцию фратаксина». Природная генетика . 16 (4): 345–51. дои : 10.1038/ng0897-345 . ПМИД 9241270 . S2CID 5883249 .
- ^ Ким Э., Напиерала М., Дент С.Ю. (октябрь 2011 г.). «Гиперэкспансия повторов GAA влияет на пост-инициационные этапы транскрипции FXN при атаксии Фридрейха» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (19): 8366–77. дои : 10.1093/nar/gkr542 . ПМК 3201871 . ПМИД 21745819 .
- ^ Пан X, Дин Ю, Ши Л (ноябрь 2009 г.). «Роль SbcCD и RNAseE в транскрипции повторов GAA x TTC в Escherichia coli». Восстановление ДНК . 8 (11): 1321–7. дои : 10.1016/j.dnarep.2009.08.001 . ПМИД 19733517 .
- ^ Баралле М., Пастор Т., Буссани Э., Пагани Ф. (июль 2008 г.). «Влияние расширения некодирующих повторов GAA атаксии Фридрейха на процессинг пре-мРНК» . Американский журнал генетики человека . 83 (1): 77–88. дои : 10.1016/j.ajhg.2008.06.018 . ПМЦ 2443835 . ПМИД 18597733 .
- ^ «Энтрез Ген: FXN фратаксин» .
- ^ Ли Л, Мацуи М, Кори Д.Р. (01 января 2016 г.). «Активация экспрессии фратаксина с помощью нуклеиновых кислот, нацеленных на повтор» . Природные коммуникации . 7 : 10606. Бибкод : 2016NatCo...710606L . дои : 10.1038/ncomms10606 . ПМЦ 4742999 . ПМИД 26842135 .
- ^ Jump up to: а б Кларк Э., Джонсон Дж., Донг Ю.Н., Меркадо-Айон, Уоррен Н., Чжай М., Макмиллан Э., Саловин А., Лин Х., Линч Д.Р. (ноябрь 2018 г.). «Роль дефицита белка фратаксина и метаболической дисфункции в атаксии Фридрейха, аутосомно-рецессивном митохондриальном заболевании» . Нейрональная сигнализация . 2 (4): NS20180060. дои : 10.1042/NS20180060 . ПМЦ 7373238 . ПМИД 32714592 .
- ^ Коссе М., Пуччо Х., Гансмюллер А., Кутникова Х., Дирих А., ЛеМёр М., Фишбек К., Долле П., Кениг М. (май 2000 г.). «Инактивация мышиного гена атаксии Фридрейха приводит к ранней эмбриональной смертности без накопления железа» . Молекулярная генетика человека . 9 (8): 1219–1226. дои : 10.1093/hmg/9.8.1219 . ПМИД 10767347 . Архивировано из оригинала 2 июня 2018 года . Проверено 5 апреля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Пердомини М., Хик А., Пуччо Х. (17 июля 2013 г.). «Животные и клеточные модели атаксии Фридрейха» . Журнал нейрохимии . 126 : 65–79. дои : 10.1111/jnc.12219 . ПМИД 23859342 . S2CID 1427817 .
- ^ Рунко А.П., Грисволд А.Дж., Мин К.Т. (март 2008 г.). «Сверхэкспрессия фратаксина в митохондриях повышает устойчивость к окислительному стрессу и продлевает продолжительность жизни дрозофилы» . Письма ФЭБС . 582 (5): 715–9. дои : 10.1016/j.febslet.2008.01.046 . ПМИД 18258192 . S2CID 207603250 .
- ^ Jump up to: а б с Хонсари Х., Шнайдер М., Аль-Махдави С., Чианеа Ю.Г., Фемида М., Пэррис С., Пук М.А., Фемида М. (декабрь 2016 г.). «Доставка гена фратаксина, опосредованная лентивирусом, обращает вспять нестабильность генома у пациентов с атаксией Фридрейха и фибробластов на мышиной модели» . Джин Тер . 23 (12): 846–856. дои : 10.1038/gt.2016.61 . ПМК 5143368 . ПМИД 27518705 .
- ^ Кутникова Х., Кампусано В., Кениг М. (сентябрь 1998 г.). «Созревание дикого типа и мутировавшего фратаксина с помощью пептидазы митохондриальной процессинговой обработки» . Молекулярная генетика человека . 7 (9): 1485–9. дои : 10.1093/hmg/7.9.1485 . ПМИД 9700204 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Тирбах Р., Древес Г., Фассер М., Фойгт А., Кулов Д., Блюм У., Шульц Т.Дж., Райх С., Глатт Х., Эпе Б., Стейнберг П., Ристоу М. (ноябрь 2010 г.). «Белок атаксии Фридрейха фратаксин модулирует эксцизионную репарацию оснований ДНК у прокариот и млекопитающих» . Биохимический журнал . 432 (1): 165–72. дои : 10.1042/BJ20101116 . ПМК 2976068 . ПМИД 20819074 .
- Монтермини Л., Родиус Ф., Пьянезе Л., Молто М.Д., Коссе М., Кампусано В., Кавальканти Ф., Монтичелли А., Палау Ф., Гьяпай Г. (ноябрь 1995 г.). «Критическая область атаксии Фридрейха занимает интервал 150 т.п.н. на хромосоме 9q13» . Американский журнал генетики человека . 57 (5): 1061–7. ПМК 1801369 . ПМИД 7485155 .
- Бидичандани С.И., Асидзава Т., Патель П.И. (май 1997 г.). «Атипичная атаксия Фридрейха, вызванная сложной гетерозиготностью по новой миссенс-мутации и расширению триплетных повторов GAA» . Американский журнал генетики человека . 60 (5): 1251–6. ПМЦ 1712428 . ПМИД 9150176 .
- Бэбкок М., де Силва Д., Оукс Р., Дэвис-Каплан С., Хиралерспонг С., Монтермини Л., Пандольфо М., Каплан Дж. (июнь 1997 г.). «Регуляция накопления митохондриального железа с помощью Yfh1p, предполагаемого гомолога фратаксина». Наука . 276 (5319): 1709–12. дои : 10.1126/science.276.5319.1709 . ПМИД 9180083 .
- Кутникова Х., Кампусано В., Фури Ф., Долле П., Каззалини О., Кениг М. (август 1997 г.). «Исследования гомологов человека, мыши и дрожжей указывают на митохондриальную функцию фратаксина». Природная генетика . 16 (4): 345–51. дои : 10.1038/ng0897-345 . ПМИД 9241270 . S2CID 5883249 .
- Уилсон Р.Б., Roof DM (август 1997 г.). «Дыхательная недостаточность из-за потери митохондриальной ДНК у дрожжей, лишенных гомолога фратаксина». Природная генетика . 16 (4): 352–7. дои : 10.1038/ng0897-352 . ПМИД 9241271 . S2CID 22652291 .
- Кампусано В., Монтермини Л., Лутц И., Кова Л., Хинделанг С., Хиралерспонг С., Тротье Ю., Киш С.Дж., Фошо Б., Труильяс П., Отье Ф.Дж., Дюрр А., Мандель Дж.Л., Вескови А., Пандольфо М., Кениг М. (октябрь 1997 г.) ). «Фратаксин снижается у пациентов с атаксией Фридрейха и связан с митохондриальными мембранами» . Молекулярная генетика человека . 6 (11): 1771–80. дои : 10.1093/hmg/6.11.1771 . ПМИД 9302253 .
- Рётиг А., де Лонле П., Кретьен Д., Фури Ф., Кениг М., Сиди Д., Мюнних А., Растин П. (октябрь 1997 г.). «Аконитаза и дефицит митохондриального железо-серного белка при атаксии Фридрейха». Природная генетика . 17 (2): 215–7. дои : 10.1038/ng1097-215 . ПМИД 9326946 . S2CID 23151137 .
- Хиралерспонг С., Лю Ю., Монтермини Л., Стифани С., Пандольфо М. (1997). «Фратаксин демонстрирует тканеспецифическую экспрессию, регулируемую в процессе развития, в эмбрионе мыши». Нейробиология болезней . 4 (2): 103–13. дои : 10.1006/nbdi.1997.0139 . ПМИД 9331900 . S2CID 6520439 .
- Кутникова Х., Кампусано В., Кениг М. (сентябрь 1998 г.). «Созревание дикого типа и мутировавшего фратаксина с помощью пептидазы митохондриальной процессинговой обработки» . Молекулярная генетика человека . 7 (9): 1485–9. дои : 10.1093/hmg/7.9.1485 . ПМИД 9700204 .
- Зюльке К., Лакконе Ф., Коссе М., Кольшюттер А., Кениг М., Швингер Э. (июль 1998 г.). «Мутация стартового кодона в гене FRDA1: анализ сцепления трех родословных с трансверсией ATG в ATT указывает на уникального общего предка». Генетика человека . 103 (1): 102–5. дои : 10.1007/s004390050791 . ПМИД 9737785 . S2CID 26999143 .
- Бартоло С., Менделл-младший, Прайор Т.В. (октябрь 1998 г.). «Идентификация миссенс-мутации у пациента с атаксией Фридрейха: значение для диагностики и исследований носителей». Американский журнал медицинской генетики . 79 (5): 396–9. doi : 10.1002/(SICI)1096-8628(19981012)79:5<396::AID-AJMG13>3.0.CO;2-M . ПМИД 9779809 .
- Коссе М, Дюрр А, Шмитт М, Даль Н, Труильяс П, Аллинсон П, Костшева М, Нивелон-Шевалье А, Густавсон К. Х., Кольшюттер А, Мюллер У, Мандель Дж. Л., Брайс А, Кениг М., Кавальканти Ф, Таммаро А, Де Мишель Дж., Филья А., Кокоцца С., Лабуда М., Монтермини Л., Пуарье Ж. Пандольфо М. (февраль 1999 г.). «Атаксия Фридрейха: точечные мутации и клиническая картина сложных гетерозигот». Анналы неврологии . 45 (2): 200–6. doi : 10.1002/1531-8249(199902)45:2<200::AID-ANA10>3.0.CO;2-U . ПМИД 9989622 . S2CID 24885238 .
- Коппола Дж., Де Микеле Дж., Кавальканти Ф., Пьянезе Л., Перретти А., Санторо Л., Вита Дж., Тоскано А., Амбони М., Гримальди Дж., Сальваторе Е., Карузо Дж., Филла А. (май 1999 г.). «Почему у некоторых пациентов с атаксией Фридрейха сохраняются сухожильные рефлексы? Клиническое, нейрофизиологическое и молекулярное исследование». Журнал неврологии . 246 (5): 353–7. дои : 10.1007/s004150050362 . ПМИД 10399865 . S2CID 7367457 .
- Бранда С.С., Кавадини П., Адамек Дж., Калоусек Ф., Тарони Ф., Исая Дж. (август 1999 г.). «Дрожжи и человеческий фратаксин перерабатываются до зрелой формы в два последовательных этапа с помощью митохондриальной процессинговой пептидазы» . Журнал биологической химии . 274 (32): 22763–9. дои : 10.1074/jbc.274.32.22763 . ПМИД 10428860 .
- Гордон Д.М., Ши Кью, Дэнсис А., Пейн Д. (ноябрь 1999 г.). «Созревание фратаксина в митохондриях млекопитающих и дрожжей: одноэтапная обработка пептидазой, обрабатывающей матрикс» . Молекулярная генетика человека . 8 (12): 2255–62. дои : 10.1093/hmg/8.12.2255 . ПМИД 10545606 .
- Форрест С.М., Найт М., Делатики М.Б., Пэрис Д., Уильямсон Р., Кинг Дж., Юнг Л., Нассиф Н., Николсон Г.А. (август 1998 г.). «Корреляция клинического фенотипа атаксии Фридрейха с местом точечных мутаций в гене FRDA». Нейрогенетика . 1 (4): 253–7. дои : 10.1007/s100480050037 . ПМИД 10732799 . S2CID 7463903 .
- Аль-Махдави С., Пук М., Чемберлен С. (июль 2000 г.). «Новая миссенс-мутация (L198R) в гене атаксии Фридрейха» . Человеческая мутация . 16 (1): 95. doi : 10.1002/1098-1004(200007)16:1<95::AID-HUMU29>3.0.CO;2-E . ПМИД 10874325 . S2CID 26295274 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Запись GeneReviews/NCBI/NIH/UW об атаксии Фридрейха
- фратаксин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q16595 (фратаксин, митохондриальные) в PDBe-KB .