Importance of mitosomal IscA2 for the activity of cytosolic Fe-S proteins.

Abstract

Železo-sirné (Fe-S) klastry jsou životně důležité proteinové kofaktory pro buněčné funkce všech živých organismů. K jejich biogenezi se v evoluci vyvinuly různé dráhy. U eukaryot je dráha cytosolic iron-sulphur cluster assembly (CIA) závislá na funkci mitochondriální dráhy iron-sulphur cluster assembly (ISC), přičemž klíčovou roli v ní při tvorbě [4Fe-4S] klastrů hraje protein ISCA2. U anaerobního jednobuněčného parazita Giardia intestinalis, skvělého modelového organismu pro studium základníchbiochemickýchprocesůdíkyadaptacímnaparazitickýzpůsobživota,bylozjištěno,žeISCA2 ovlivňuje cytosolické Fe-S proteiny, což zpochybňuje současné modely biogeneze Fe-S klastrů u eukaryot. Za účelem prozkoumání potenciálních funkcí ISCA2 v biogenezi Fe-S klastrů došlo k pokusu o exprimování lidských a kvasinkových ISCA1 a ISCA2 proteinů v Giardiových buňkách ∆ISCA2. Navíc bylo zjištěno, že dominantním cytosolickým Fe-S proteinem je pyruvát:feredoxin oxidoreduktáza (PFOR) a pomocí CRISPR/Cas9 byly vyvinuty mutantní buněčné linie postrádající jeden ze dvou genů pfor. Bioinformatická a biochemická charakterizace těchto buněčných linií ukázala, že oba enzymy PFOR mají odlišné substrátové specifity, které variabilně ovlivňují metabolismus G. intestinalis. Zajímavé je, že jedním z takových odlišných metabolitů je kyselina...

Iron-sulphur (Fe-S) clusters are vital protein cofactors for cellular functions across all living organisms. Distinct biogenesis pathways have evolved to assemble them. In eukaryotes, the cytosolic iron-sulphur cluster assembly (CIA) pathway is dependent on the mitochondrial iron-sulphur cluster assembly (ISC) pathway, with the ISCA2 protein playing a crucial role in [4Fe-4S] cluster formation. In the anaerobic unicellular parasite Giardia intestinalis, a great model organism for studying basic biochemicalprocessesduetotheadaptationsto parasiticlifestyle,ISCA2wasfoundtoinfluencecytosolic Fe-S proteins, challenging current models of Fe-S cluster biogenesis in eukaryotes. To explore the potential functions of ISCA2 in Fe-S biogenesis, human and yeast ISCA1 and ISCA2 proteins were attempted to be expressed in ∆ISCA2 Giardia cells. In addition, pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (PFOR)was foundtobethedominant cytosolicFe-Sprotein,andmutantcelllineslackingoneofthetwo pforgenesweredevelopedusingCRISPR/Cas9.Bioinformaticandbiochemicalcharacterizationofthese cell lines showed that the two PFOR enzymes have distinct substrate specificities, variable impacting the metabolism of G. intestinalis. Interestingly, one such differential metabolite is 4-hydroxyphenylacetic acid, a compound associated with the quality of the...