Как мутация в гене SKD3 вызывает наследственное заболевание

Мутации в белке-шапероне SKD3 связаны с развитием 3-метилглутаконовой ацидурии VII типа. При этом мутации могут быть как в каталитическом домене, как и в N-концевом домене с неизвестной структурой и функцией. Исследователи из США изучили структуру этого домена и сделали предположение о том, как мутация Y272C приводит к развитию тяжелой формы болезни. Вероятно, структура мутантного белка делает его более чувствительным к окислению.

Credit:
123rf.com

Для аутосомно-рецессивного заболевания 3-метилглутаконовой ацидурии VII типа (MGCA7) характерно накопление 3-метилглутаконовой кислоты. Болезнь ассоциирована с неврологическими нарушениями, нейтропенией, развитием лейкемии и ранней смертью младенцев. Причина кроется в дефиците SKD3 — АТФ-зависимого шаперона, важного для поддержания структуры крист. SKD3 выполняет роль белковой дезагрегазы — разбивает крупные белковые агрегаты на мелкие комплексы или мономеры. Протеиндезагрегазы играют важную роль в узнавании и уничтожении неправильно сложенных белков. Мутации в N-концевом домене SKD3 ведут к развитию MGCA7, однако этот домен не является каталитическим, поэтому молекулярные механизмы развития заболевания при таких мутациях не совсем ясны.

Известно, что SKD3 состоит из N-концевого домена, представленного анкириновыми повторами (Ank) с неизвестной структурой и функциями, и С-концевого (каталитического) нуклеотид-связывающего домена, образующего кольцо.

С помощью одноволновой аномальной дифрактометрии ученые определили кристаллическую структуру одной из изоформ ANK-домена: четыре Ank-мотива, три из которых образуют шпильки; шпилька Ank2 самая длинная и отличается от других по строению. Сэндвич-структура поддерживается гидрофобными контактами между цепями и стабилизируется С-концевым сегментом. Структура второго изомера значительно отличается от первого. Авторы считают, что именно ANK-домен отвечает за связывание с субстратом.

Но как мутации в ANK-домене вызывают заболевание? Есть предположение, что мутации в нуклеотид-связывающем домене приводят к потере каталитической активности дезагрегазы, что коррелирует с тяжестью течения MGCA7. Ученые заинтересовались, связаны ли мутации в ANK-домене с потерей каталитической активности. Для этого они создали три белка с мутациями T268M, A269T и Y272C, которые были обнаружены у пациентов с MGCA7. Из этих трех вариантов мутация Y272C ассоциирована с самым тяжелым течением болезни. Оценку их дезагрегационной активности проводили с помощью агрегированной люциферазы и фибриллярного α-синуклеина-GFP. Интересно, что для SKD3Y272C была характерна самая высокая АТФазная и дезагрегационная активность среди мутантов. Получается, что прямой корреляции между тяжестью течения MGCA7 и снижением дезагрегационной активности SKD3 нет, но есть обратная.

С помощью структурного анализа ученые выяснили, все три мутации кластеризуются вокруг Cys267, расположенного в Ank-домене. Интересно, что расстояние между этим цистеином и Tyr272 такое же, как и у дисульфидных мостиков. Компьютерное моделирование показало, что SKD3Y272C действительно может образовывать внутримолекулярные дисульфидные связи, что было подтверждено биохимически с помощью реактива Эллмана (реакция на определение тиоловых групп).

При проверке активности SKD3Y272C в различных условиях было показано, что АТФазная активность значительно снижается при окислении, а количество дезагрегированных белковых молекул падает. Активность снижалась сильнее, чем у нативного SKD3 или других мутантных белков. Ученые предположили, что всему виной внутримолекулярная дисульфидная связь, которая делает SKD3Y272C более чувствительным к окислению. Структура окисленного SKD3Y272C разрушается, что и приводит к тяжелой форме MGCA7.

Далее авторы проверили, теряет ли SKD3Y272C активность в человеческих клетках. Нокаут SKD3 приводит к накоплению белковых агрегатов с включением нерастворимых гранул митохондриального белка HAX1. Ученые предположили, что вирусная трансфекция SKD3 дикого типа может растворить HAX1 в культуре клеток HAP1 с нокаутным SKD3, а его мутантная форма на это не способна. Так и получилось: трансфекция белка дикого типа способствовала растворению агрегированного HAX1, а трансфекция SKD3Y272C не дала таких результатов.

По словам авторов, полученные сведения проясняют молекулярные механизмы развития MGCA7, однако все еще остается множество неизученных аспектов.

На развитие аутоиммунных болезней влияет морфология митохондрий

Источник:

Lee S., et al. Structural basis of impaired disaggregase function in the oxidation-sensitive SKD3 mutant causing 3-methylglutaconic aciduria. // Nature Communications 14, 2028. April 11, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37657-9

Добавить в избранное