«LipA каннибализирует себя, чтобы обеспечить атомы серы, необходимые для производства липоевой кислоты», — сказал Сквайр Букер, профессор химии, биохимии и молекулярной биологии Университета Пенсильвании, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и автор статьи. исследовательская работа. «Когда мы продемонстрировали это в 2011 году, это вызвало недоумение, потому что, если LipA разрушается, как клетка может производить достаточно липоевой кислоты?»LipA является членом радикального семейства ферментов SAM (S-аденозилметионин). Как и большинство радикальных ферментов SAM, он содержит кластер из четырех атомов железа и четырех атомов серы, которые он использует для преобразования SAM в высокоэнергетический радикал.
В свою очередь, этот радикал может удалять атомы водорода из других молекул, что необходимо для активации многих важных клеточных метаболических реакций. Атомы водорода заменяются серой для завершения процесса.Откуда берутся атомы серы, которые LipA использует для производства липоевой кислоты, и как они присоединяются — это основные вопросы в этой области. Как другие ферменты присоединяют атомы кислорода к инертным углеродным центрам, достаточно хорошо понятно.
В этих случаях кислород, который повсеместно доступен в атмосфере, используется для создания высокоэнергетических радикалов, а также является источником присоединенного атома кислорода. С другой стороны, сера недоступна аналогичным образом, но в отличие от большинства других радикальных ферментов SAM, LipA имеет дополнительный железо-серный кластер.«Из более ранних работ мы знали, что LipA использовала свой второй железо-серный кластер в качестве источника атомов серы для создания липоевой кислоты», — сказала Эрин Л. Маккарти, аспирант лаборатории Букера и первый автор статьи. «Но это создало проблему. Если LipA украдет атомы серы из своего железо-серного кластера, фермент будет разрушен и, следовательно, больше не сможет создавать липоевую кислоту.
Когда мы узнали, что люди с дефектными генами NFU1, человеческий эквивалент Бактериальный ген NfuA, использованный в наших экспериментах, имел дефицит липоевой кислоты, мы думали, что этот носитель железо-сера может заменить израсходованный кластер железо-сера в LipA, позволяя ему продолжать производить липоевую кислоту ».Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи провели два ключевых эксперимента. Во-первых, они проверили, связываются ли LipA и NfuA друг с другом, оценив, насколько быстро молекулы мигрируют через гель, с помощью метода, называемого гель-фильтрационной хроматографией. В этом методе большие молекулы мигрируют быстрее, чем молекулы меньшего размера.
Когда LipA и NfuA были объединены, а затем проанализированы с помощью этого метода, они мигрировали быстрее, чем любая молекула сама по себе, что позволяет предположить, что две молекулы были связаны вместе, чтобы сформировать более крупную и более быструю мигрирующую молекулу. Затем исследователи создали версию NfuA, которая содержала несколько иную форму атомов серы (34S, а не 32S), форму, которую они могли бы отследить, если бы она была включена в LipA, а затем в липоевую кислоту. В этом втором эксперименте исследователи показали, что после того, как 32S, изначально присутствовавший в LipA, был израсходован в химической реакции для производства липоевой кислоты, была произведена липоевая кислота, содержащая 34S, которая могла быть получена только из их модифицированного NfuA.
«В течение некоторого времени нас интересовали как процесс добавления серы к инертному углеродному соединению для получения липоевой кислоты, так и источник добавленной серы», — сказал Букер. «Липоевая кислота является жизненно важным компонентом основных метаболических процессов, которые поддерживают наши клетки. Понимание реакции, которая ее вызывает, не только позволяет нам лучше понять этот процесс, но и дает нам представление о человеческих заболеваниях, таких как болезнь, вызванная мутациями в NFU1. что приводит к дефициту липоевой кислоты и смерти ".