ミトコンドリア鉄硫黄タンパク質の生合成における4Fe-4Sクラスターの形成機構の解明

A pathway for assembling [4Fe-4S] clusters in mitochondrial iron-sulfur protein biogenesis.

• Veronica Nasta
• Dafne Suraci
• Spyridon Gourdoupis
• Simone Ciofi-Baffoni
• Lucia Banci

抄録

ミトコンドリアの鉄硫黄クラスター(ISC)は、その後期段階で[4Fe-4S]クラスターを形成しています。インビボ研究により、いくつかのタンパク質がミトコンドリアにおける[4Fe-4S]クラスターの生合成と輸送に関与していることが明らかになりました。しかし、これらのタンパク質がどのように連携しているのかは明らかにされていませんでした。そこで私たちは、ミトコンドリアのISC組立て機械の3つの後期作用因子（GLRX5、BOLA3、NFU1）が、NFU1上の[4Fe-4S]クラスター合成につながるISC組立て経路の一部であることを明らかにしました。2Fe-2S]GLRX5-BOLA3複合体は、還元剤の存在下で、そのクラスターを単量体アポNFU1に移動させ、二量体NFU1に結合した[4Fe-4S]クラスターを形成することを示した。NFU1上でのクラスター形成は[2Fe-2S]GLRX5では起こらず、したがって、[4Fe-4S]クラスター集合経路はBOLA3の存在下でのみ活性化される。これらの結果から、NFU1は[4Fe-4S]クラスターのアセンブラー、つまり2つの[2Fe-2S]クラスターを[4Fe-4S]クラスターに変換することができるタンパク質であることが明らかになりました。最後に、NFU1に結合した[4Fe-4S]クラスターは、メタロシャペロンで一般的に見られるように、硫黄含有リガンドに容易にアクセスできる配位部位を持っていることを発見した。このことは、NFU1が迅速かつ制御されたクラスター交換反応を促進する役割を担っていることを示唆しています。

During its late steps, the mitochondrial iron-sulfur cluster (ISC) assembly machinery leads to the formation of [4Fe-4S] clusters. In vivo studies revealed that several proteins are implicated in the biosynthesis and trafficking of [4Fe-4S] clusters in mitochondria. However, they do not provide a clear picture into how these proteins cooperate. Here, we showed that three late-acting components of the mitochondrial ISC assembly machinery (GLRX5, BOLA3, and NFU1) are part of a ISC assembly pathway leading to the synthesis of a [4Fe-4S] cluster on NFU1. We showed that the [2Fe-2S] GLRX5-BOLA3 complex transfers its cluster to monomeric apo NFU1 to form, in the presence of a reductant, a [4Fe-4S] cluster bound to dimeric NFU1. The cluster formation on NFU1 does not occur with [2Fe-2S] GLRX5, and thus, the [4Fe-4S] cluster assembly pathway is activated only in the presence of BOLA3. These results define NFU1 as an 'assembler' of [4Fe-4S] clusters, that is, a protein able of converting two [2Fe-2S] clusters into a [4Fe-4S] cluster. Finally, we found that the [4Fe-4S] cluster bound to NFU1 has a coordination site which is easily accessible to sulfur-containing ligands, as is typically observed in metallochaperones. This finding supports a role for NFU1 in promoting rapid and controlled cluster-exchange reaction.

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