NUBPL
Gvožđe-sumporni protein NUBPL (IND1), znan i kao nukleotidno-vezujući proteinoliki (NUBPL), IND1 homolog ili huInd1 je protein sa spojem gvožđe-sumpor (Fe/S), protein koji je kod ljudi kodiran genom NUBPL, sa hromosoma 14, ekvenca q12. Ima ranu ulogu u sklapanju puta skupljanja mitohondrijskog kompleksa I.[5][6] Calvo et al. (2010) okrili su njegovih 11 egzona[7], a Hartz (2010) locirala je gen NUBPL na hromosom 14|Hromosomu 14, sekvenca 14q12], na osnovu poravnavanja sekvence NUBPL sequence (GenBank AK022722) sa genomskom sekvencom (GRCh37).[8]
| NUBPL | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikatori | |||||||||||||||||||||||||
| Aliasi | NUBPL | ||||||||||||||||||||||||
| Vanjski ID-jevi | OMIM: 613621 MGI: 1924076 HomoloGene: 11854 GeneCards: NUBPL | ||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
| Ortolozi | |||||||||||||||||||||||||
| Vrste | Čovjek | Miš | |||||||||||||||||||||||
| Entrez | |||||||||||||||||||||||||
| Ensembl | |||||||||||||||||||||||||
| UniProt | |||||||||||||||||||||||||
| RefSeq (mRNK) | |||||||||||||||||||||||||
| RefSeq (bjelančevina) | |||||||||||||||||||||||||
| Lokacija (UCSC) | Chr 14: 31.49 – 31.86 Mb | Chr 12: 52.14 – 52.36 Mb | |||||||||||||||||||||||
| PubMed pretraga | [3] | [4] | |||||||||||||||||||||||
| Wikipodaci | |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
Aminokiselinska sekvenca uredi
Dužina polipeptidnog lanca je 319 aminokiselina, a molekulska težina 34.083 Da.[9].
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MGIWQRLLLF | GGVSLRAGGG | ATAPLGGSRA | MVCGRQLSGA | GSETLKQRRT | ||||
| QIMSRGLPKQ | KPIEGVKQVI | VVASGKGGVG | KSTTAVNLAL | ALAANDSSKA | ||||
| IGLLDVDVYG | PSVPKMMNLK | GNPELSQSNL | MRPLLNYGIA | CMSMGFLVEE | ||||
| SEPVVWRGLM | VMSAIEKLLR | QVDWGQLDYL | VVDMPPGTGD | VQLSVSQNIP | ||||
| ITGAVIVSTP | QDIALMDAHK | GAEMFRRVHV | PVLGLVQNMS | VFQCPKCKHK | ||||
| THIFGADGAR | KLAQTLGLEV | LGDIPLHLNI | REASDTGQPI | VFSQPESDEA | ||||
| KAYLRIAVEV | VRRLPSPSE |
- Simboli
Struktura uredi
NUBPL nalazi se na q kraku hromozoma 14, na položaju 12 i ima 18 egzona.[5] Gen NUBPL proizvodi protein od 5,9 kDa koji se sastoji od 54 aminokiseline.[10][11] Struktura proteina uključuje pretpostavljeni potpis vezivanje gvožđa i sumpora (CxxC), domen koji veže nukleotid koji je visoko konzerviran i mitohondrijska ciljna sekvenca u N-terminalu.[12] NUBPL je potreban za sklapanje kompleksa I, koji se sastoji od 45 evolucijski konzerviranih jedrovnih podjedinica, uključujući i mitohondrijdke i jedarne kodirajuće podjedinice. Jedan od njegovih krakova ugrađen je u unutrašnju membranu mitohondrija, a drugi u organelu. Dva kraka su raspoređena u konfiguraciji u obliku slova L. Ukupna molekulska težina kompleksa je 1MDa.[13]
Funkcija uredi
Gen NUBPL kodira protein koji je član porodice koja veže Mrp / NBP35 ATP-a. Ovaj protein je potreban za sastavljanje mitohondrijskog membranski respiratornog lanca NADH dehidrogenaza (kompleks I) prvpg oligomernog enzimskiog kompleksa u mitohondrijskom respiratornom lanacu, nalazećii se u unutrašnjoj mitohondrijdkoj membrani.[5][6] Njegova uloga u sastavljanju je isporuka jednog ili više klastera gvožđa i sumpora (Fe-S) do podjedinica kompleksa I, u anaerobnim uvjetima in vitro.[6][12] Disfunkcija NUBPL rezultira nepravilnim sastavljanjem perifernog kraka kompleksa I, što može dovesti do smanjenja aktivnosti. Nokdaun proteina takođe uzrokuje abnormalne mitohondrijske ultrastrukture koje karakteriziraju respiratorno superkompleksno preuređivanje, gubitak krista membrana i abnormalno visoki nivoi laktata.[12][14]
Otkriće uredi
Sheftel et al. (2009) koristili su interferenciju RNK (RNKi) za uklanjanje gena NUBPL u kvascu (Y. lipolytica). Primijetili su smanjeni nivo i aktivnost mitohondrijskog kompleksa I, navodeći ih na zaključak da je NUBPL potreban za sklop i aktivnost kompleksa I. Njihovi eksperimenti pokazali su funkcionalno očuvanje NUBPL u kvascima i ljudima, što ukazuje da protein ima važnu funkciju. Uočili su strukturne abnormalnosti u mitohondrijima koji su bili osiromašeni NUBPL.[12] Respiratorni kompleks I (NADH: ubikinon oksidoreduktaza; EC 1.6.5.3) je veliki enzim mitohondrijske unutrašnje membrane, koji se sastoji od 45 podjedinica i osam klastera gvožđa i sumpora (Fe/S). NUBPL ili IND1 je Fe/S protein koji ima kritičnu ulogu u sastavljanju respiratornog kompleksa I, vjerovatno prenošenjem Fe/S u podjedinice kompleksa I, koji sadrže Fe/S (Sheftel et al., 2009).
Kloniranje i ekspresija uredi
Pretražujući bazu podataka ljudsog genoma za sekvence slične Ind1 nižih organizama, Sheftel et al. (2009) identificirali su NUBPL, koji su nazvali IND1. Klon pune dužine dobili su PCR-om. Izvedeni protein sadrži N-terminalnu sekvencu za ciljanje mitohondrija, visoko konzervirani domen koji veže nukleotide i navodnu potvrdu za Fe/S vezanje (CxxC). Western blot analiza različitih ljudskih tkiva otkrila je najveću ekspresiju IND1 u jetri i bubrezima, sa nižom ekspresijom u tankom crijevu i mozg. IND1 označen fluorescencijom lokalizovan u mitohondrijima transficiranih HeLa ćelija.
Funkcija gena uredi
Sheftel et al (2009) pokazali su da rekombinantni ljudkii IND1 može sastaviti klastere [4Fe-4S] in vitro, pod anaerobnim uvjetima. Imunoelektronska mikroskopija otkrila je da je rušenje IND1 u HeLa ćelijama putem kratke ukosnice RNK rezultiralo ultrastrukturnim promjenama u mitohondrijama, uključujući gubitak kristalnih membrana, masivno preuređivanje respiratornih superkompleksa i povećanu proizvodnju laktata, vjerovatno zbog oštećenja aktivnosti respiratornog lanca. Iscrpljivanje IND1 rezultiralo je ogromnim gubicima u nekoliko podjedinica perifernog kraka kompleksa I, uz istovremenu pojavu 450 kD potkompleksa, koji predstavlja dio membranskog kraka. Mutacija konzerviranih ostataka cisteina na položajima 244 i 247 rezultirala je IND1 proteinom koji nije mogao funkcionirati u kompleksu I sklopa. Zaključili su da IND1 učestvuje u sastavljanju kompleksa respiratornog lanca I davanjem Fe / S klastera u podjedinice kompleksa I.[15]
Molekulska genetika uredi
U pacijenata sa jedarnim nedostatkom mitohondrijskog kompleksa I tipa 21 (MC1DN21), Calvo et al. (2010) identifikovali su heterozigotnost spojeva za dvije mutacije u genu NUBPL. U šest acijenata iz pet nepovezanih porodica s MC1DN21 i karakterističnim leukoencefalopatskim obrascen na MRI mozga, Kevelam et al. (2013) utvrdili su bialelne mutacije u genu NUBPL. Svi pacijenti nose najmanje jednu kopiju složenog alela (G56R/ c.815-27T-C).[16]
Prve mutacije identifikovane su sekvenciranjem cijelog egzona i potvrđene Sangerovim sekvenciranjem. Svi pacijenti imali su karakteristični leukoencefalopatski obrazac na MRI mozga. Početna ispitivanja pokazala su slivne ili multižarišne lezije cerebralne bijele tvari, koje pretežno utiču na duboku bijelu tvar, štednju U-vlakna unutar i vanjske kapsule. Bilo je i abnormalnosti signala i otoka žuljevitog tijela. Nenormalnosti signala bile su prisutne u kori malog mozga, ali ne i u dubokoj bijeloj materiji. Kasnije snimanje većine pacijenata pokazalo je poboljšanje abnormalnosti cerebralne bijele materije i žuljevitog tijela, ali i pogoršanje cerebelarnih abnormalnosti i dodatnih abnormalnosti moždanog stabla. Svi su pacijenti razvili motorne probleme,a uslijedio je i napad u prvim godinama života, ali ostale su karakteristike bile donekle varijabilne: neki su pacijenti imali kontinuiranu regresiju, a drugi epizodnu regresiju. Pet pacijenata imalo je spastičnost, samo dva postignuća bez podrške. Kognitivne sposobnosti variraju između normalnih i značajno nedostatnih. Nedostatak kompleksa I kreira se između 27% i 83% od normalnog, a nije postojala povezanost između aktivnosti kompleksa I rezidua i kliničke težine.
U blizancima sjevernoevropskog porijekla sa MC1DN21 i karakterističnim uzorkom leukoencefalopatije na magnetskoj rezonanci mozga, Friederich et al. (2020) identificirali su heterozigotnost spojeva za dvije mutacije u genu NUBPL: prethodno identifikovana mutacija mjesta i nova misens mutacija (M117I). Mutacija M117I nije bila prisutna u bazama podataka gnomAD ili 1000 Genomes Project.[17]
Kod četiri pacijenta, uključujući jedan par braće/sestara, MC1DN21, Kimonis et al. (2021) identifikovali su složene heterozigotne mutacije u genu NUBPL. Dva pacijenta (pacijenti 2 i 3) imala su prethodno identificirane c.815-27T-C / G56R na jednom alelu, srodnike (pacijenti 1A i 1B) c.815-27T-C, bez G56R na jednom alelu; na drugom alelu, braća/sestre i pacijent 3 imali su misens mutaciju (L104P), pacijent 2 prethodno identificiranu mutaciju mjesta prerade.[18]
Korelacije genotip/fenotip uredi
U pregledu mutacija identifikovanih u genu NUBPL kod prijavljenih pacijenata sa MC1DN21, Kimonis et al. (2021) je primijetili su da su simptomi cerebelarne disfunkcije prevladavali kod pacijenata s mutacijama c.815-27T-C/G46 ili c.815-27T-C, ali odsutni ili minimalni kod pacijenata bez ovih mutacija.
Životinjski model uredi
U studiji od 1.751 nokaut-alela koju je kreirao Međunarodni konzorcij za fenotipizaciju miša (IMPC), Dickinson et al. (2016) otkrili su da je homolog nokaut-miša ljuskog NUBPL homozigotno smrtonosan (definiran kao odsustvo homozigotnih miševa nakon probira najmanje 28 mladunaca prije odbića).[19]
Klinički značaj uredi
Odsustvo NUBPL narušava ranu fazu puta sklapanja mitohondrijskog kompleksa I. Uočeno je da ćelije koje su osiromašene NUBPL imaju abnormalni potkompleks proteina koji se normalno nalazi u membranskom kraku kompleksa I. Smanjenje prisustva proteina podjedinice kompleksa I, NDUFS1, NDUFV1, NDUFS3 i NDUFA13 ukazuju na kvar normalnog sklopa I kompleksa.[12] Nedostatak mitohondrijskog kompleksa I koji uključuje disfunkciju mitohondrijskog respiratornog lanca može prouzrokovati širok spektar kliničkih manifestacija, od smrtne neonatalne bolesti do neurodegenerativnih poremećaja kod odraslih. Fenotipovi uključuju makrocefaliju sa progresivnom leukodistrofijom, nespecifičnu encefalopatiju, kardiomiopatiju, miopatiju, bolesti jetre, Leighov sindrom, Leberovu nasljednu optičku neuropatiju i neke oblike Parkinsonove bolesti.[6]
Sekvenciranje DNK velike propusnosti korišteno je za identifikaciju varijanti u genu 103 sa 103 pacijenta s poremećajima mitohondrijskog kompleksa 1. Heterozigotne varijante u NUBPL identifikovane su kod jednog pacijenta. Studije cDNK komplementacija pokazale su da varijante mogu uzrokovati nedostatak kompleksa 1. Nalaz kod ovog pacijenta u skladu je s autosomnim recesivnim nasljeđivanjem nedostatka kompleksa I povezanog s NUBPL i podržava patogenost identifikovanih varijanti.[14] Kod ovog pacijenta, identifikovane su kmpleksne sjedinjene heterozigotne varijante u genu NUBPL.[14] U egzonu 2 uočena je očinski nasljedna G > A tačka mutacija (c.166 G> A) koja je rezultirala zamjenom pogrešnog postupka gli56-u-arg (G56R). Dvije su varijante naslijeđene po majci: T> C tačkasta mutacija (c.815-27 T> C) koju su uzrokovale grešku u preradi i kompleks delecija egzona 1-4 i duplikacija koja uključuje egzon 7. Utvrđeno je da dva od 232 (1%) kontrolna hromosoma imaju c.166 G > patogenu varijantu. Uočeno je da ova identifikovana osoba ima motorna kašnjenja i kašnjenje u razvoju u dobi od dvije godine.[14] Nikada nije postizao samostalno hodanje. Razvio je miopatiju, nistagmus, ataksiju, znakove poremećaja gornjeg motornog neurona i odsustvo napada. MR mozga pokazao je leukodistrofiju sa zahvaćenim korteksom malog mozga i duboke bijelom materijom. U dobi od osam godina imao je spastičnost, ataksiju i govorne probleme.
Nekoliko pacijenata sa ranim abnormalnostima na snimku magnetne rezonance (MRI) malog mozga, dubokim poremećajima cerebralne bijele tvari i corpus callosum. U ovom malom uzorku, zabilježeno je da su kasnija slikovna ispitivanja pokazala poboljšanja corpus callosum i moždane bijele supstance, dok se abnormalnosti malog mozga pogoršavaju i nastaju abnormalnosti zahvataju moždano stablo. Korištenjem sekvenciranja cjelokupnog egzoma]], kod četiri pacijenta utvrđen je nedostatak mitohondrijskog kompleksa І, pomoću drugih laboratorijskih metoda. Sva četiri pacijenta imala su složene patogene varijante u genu NUBPL.[20]
Interakcije uredi
NUBPL ima interakcije protein-protein sa DNAJB11, MTUS2, RNF2 i UFD1L.[6]
Reference uredi
- ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000151413 - Ensembl, maj 2017
- ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000035142 - Ensembl, maj 2017
- ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ a b c "Entrez Gene: NUBPL nucleotide binding protein like [ Homo sapiens (human) ]". Pristupljeno 27. 7. 2018.
- ^ a b c d e "NUBPL - Iron-sulfur protein NUBPL - Homo sapiens (Human) - NUBPL gene & protein". www.uniprot.org (jezik: engleski). Pristupljeno 27. 7. 2018.
- ^ Calvo, S. E., Tucker, E. J., Compton, A. G., Kirby, D. M., Crawford, G., Burtt, N. P., Rivas, M., Guiducci, C., Bruno, D. L., Goldberger, O. A., Redman, M. C., Wiltshire, E., Wilson, C. J., Altshuler, D., Gabriel, S. B., Daly, M. J., Thorburn, D. R., Mootha, V. K. High-throughput, pooled sequencing identifies mutations in NUBPL and FOXRED1 in human complex I deficiency. Nature Genet. 42: 851-858, 2010. PubMed: 20818383
- ^ Hartz, P. A. Personal Communication. Baltimore, Md. 11/1/2010
- ^ "UniProt, Q8TB37". Pristupljeno 28. 7. 2021.
- ^ Zong NC, Li H, Li H, Lam MP, Jimenez RC, Kim CS, et al. (oktobar 2013). "Integration of cardiac proteome biology and medicine by a specialized knowledgebase". Circulation Research. 113 (9): 1043–53. doi:10.1161/CIRCRESAHA.113.301151. PMC 4076475. PMID 23965338.
- ^ Yao, Daniel. "Cardiac Organellar Protein Atlas Knowledgebase (COPaKB) —— Protein Information". amino.heartproteome.org. Arhivirano s originala, 28. 7. 2018. Pristupljeno 27. 7. 2018.
- ^ a b c d e Sheftel AD, Stehling O, Pierik AJ, Netz DJ, Kerscher S, Elsässer HP, Wittig I, Balk J, Brandt U, Lill R (novembar 2009). "Human ind1, an iron-sulfur cluster assembly factor for respiratory complex I". Molecular and Cellular Biology. 29 (22): 6059–73. doi:10.1128/mcb.00817-09. PMC 2772561. PMID 19752196.
- ^ Rhein VF, Carroll J, Ding S, Fearnley IM, Walker JE (juli 2016). "NDUFAF5 Hydroxylates NDUFS7 at an Early Stage in the Assembly of Human Complex I". The Journal of Biological Chemistry. 291 (28): 14851–60. doi:10.1074/jbc.M116.734970. PMC 4938201. PMID 27226634.
- ^ a b c d Calvo SE, Tucker EJ, Compton AG, Kirby DM, Crawford G, Burtt NP, et al. (oktobar 2010). "High-throughput, pooled sequencing identifies mutations in NUBPL and FOXRED1 in human complex I deficiency". Nature Genetics. 42 (10): 851–8. doi:10.1038/ng.659. PMC 2977978. PMID 20818383.
- ^ Sheftel, A. D., Stehling, O., Pierik, A. J., Netz, D. J. A., Kerscher, S., Elsasser, H.-P., Wittig, I., Balk, J., Brandt, U., Lill, R. Human Ind1, an iron-sulfur cluster assembly factor for respiratory complex I. Molec. Cell. Biol. 29: 6059-6073, 2009. PubMed: 19752196
- ^ Kevelam, S. H., Rodenburg, R. J., Wolf, N. I., Ferreira, P., Lunsing, R. J., Nijtmans, L. G., Mitchell, A., Arroyo, H. A., Rating, D., Vanderver, A., van Berkel, C. G. M., Abbink, T. E. M., Heutink, P., van der Knaap, M. S. NUBPL mutations in patients with complex I deficiency and a distinct MRI pattern. Neurology 80: 1577-1583, 2013. PubMed: 23553477
- ^ Friederich, M. W., Perez, F. A., Knight, K. M., Van Hove, R. A., Yang, S. P., Saneto, R. P., Van Hove, J. L. K. Pathogenic variants in NUBPL result in failure to assemble the matrix arm of complex I and cause a complex leukoencephalopathy with thalamic involvement. Molec. Genet. Metab. 129: 236-242, 2020. PubMed: 31917109
- ^ Kimonis, V., al Dubaisi, R., Maclean, A. E., Hall, K., Weiss, L., Stover, A. E., Schwartz, P. H., Berg, B., Chang, C., Parikh, S., Conner, B. R., Wu, S., and 10 others. NUBPL mitochondrial disease: new patients and review of the genetic and clinical spectrum. J. Med. Genet. 58: 314-325, 2021. PubMed: 32518176
- ^ Dickinson, M. E., Flenniken, A. M., Ji, X., Teboul, L., Wong, M. D., White, J. K., Meehan, T. F., Weninger, W. J., Westerberg, H., Adissu, H., Baker, C. N., Bower, L., and 73 others. High-throughput discovery of novel developmental phenotypes.Nature 537: 508-514, 2016. Note: Erratum: Nature 551: 398 only, 2017. PubMed: 27626380
- ^ Kevelam SH, Rodenburg RJ, Wolf NI, Ferreira P, Lunsing RJ, Nijtmans LG, et al. (april 2013). "NUBPL mutations in patients with complex I deficiency and a distinct MRI pattern". Neurology. 80 (17): 1577–83. doi:10.1212/wnl.0b013e31828f1914. PMC 3662327. PMID 23553477.