Frataksin je protein koji je kod ljudi kodiran genom FXN.
Nalazi se u mitohondrijama, a iRNK frataksina se uglavnom eksprimira u tkivima s visokom brzinom metabolizma. Funkcija frataksina nije jasna, ali je uključen u sastavljanje klastera gvožđa i sumpora. Predloženo je da djeluje ili kao gvožđev šaperon ili kao protein za skladištenje gvožđa. Smanjena ekspresija frataksina je uzrok Friedreichove ataksije. Aminokiselinska sekvenca Dužina polipeptidnog lanca je 210 aminokiselina, а molekulska težina 23.135 Da.
1020304050 MWTLGRRAVAGLLASPSPAQAQTLTRVPRPAELAPLCGRRGLRTDIDATC TPRRASSNQRGLNQIWNVKKQSVYLMNLRKSGTLGHPGSLDETTYERLAE ETLDSLAEFFEDLADKPYTFEDYDVSFGSGVLTVKLGGDLGTYVINKQTP NKQIWLSSPSSGPKRYDWTGKNWVYSHDGVSLHELLAAELTKALKTKLDL SSLAYSGKDA
Struktura
Rendgenska kristalografija pokazala je da se ljudski frataksin sastoji od β-listova koje podržava par paralelnih α-heliksa, tvoreći kompaktni αβ sendvič. Frataksinski homolozi u drugih vrsta su slični, sa istom strukturom jezgra. Međutim, repne sekvence frataksina, koje se protežu od kraja jedne spirale, razlikuju se u sekvenci i razlikuju se po dužini. Ljudski frataksin ima dužu repnu sekvencu od frataksina koji se nalazi u bakterijama ili kvascima. Pretpostavlja se da je svrha repa stabilizacija proteina.
Kao i većina mitohondrijskih proteina, frataksin se sintetizira u citoplazmatskim ribosomima, kao velike prekursorske molekule sa mitohondrijskim ciljanim sekvencama. Nakon ulaska u mitohondrije, molekule se proteolitskom reakcijom razgrađuju kako bi se dobio zreli frataksin.
Funkcija
Frataksin je lokaliziran u mitohondrijama. Funkcija frataksina nije potpuno jasna, ali izgleda da je uključen u sastavljanje grupa gvožđe-sumporna grupa. Predloženo je da djeluje ili kao gvožđev šaperon ili kao protein za skladištenje gvožđa.
Frataksinska iRNK pretežno je eksprimirana u tkivima sa visokom stopom metabolizma, uključujući jetru, bubrege, smeđe masti i srce. Mišji i kvaščevi frataksin homolozi sadrže potencijalnu N-terminalnu sekvencu ciljanja mitohondrija, a uočeno je da se ljudski frataksin lokalizira s proteinom mitohondrija. Nadalje, pokazalo se da poremećaj gena kvasaca dovodi do disfunkcije mitohondrija. Stoga se vjeruje da je Friedreichova ataksija mitohondrijska bolest uzrokovana mutacijom u jedarnom genomu (konkretno, ekspanzija intronskog ponavljanja tripleta GAA u genu FXN, koji kodira protein frataksin).
Klinički značaj Smanjena ekspresija frataksina je uzrok Friedreichove ataksije (FRDA), neurodegenerativne bolesti. Smanjenje ekspresije gena frataksina može se pripisati bilo utišavanju transkripcije gena za frataksin zbog epigenetičkih modifikacija u hromosomskom entitetu ili od nesposobnosti prerade produženog ponavljanja GAA u prvom intronu pre-iRNK kao u bakterijama i ljudskim ćelijama ili oboma. Ekspanzija introna ponavljajućeg trinukleotida GAA rezultira Friedreichovom ataksijom. Ovo prošireno ponavljanje uzrokuje stvaranje R-petlje, a upotreba oligonukleotida usmjerena na ponavljanje da poremeti R-petlju može reaktivirati ekspresiju frataksina.
Oko 96% pacijenata sa FRDA ima ponavljajuću ekspanziju trinukleotida GAA u intronu 1 oba alela FXN gena. Sve u svemu, to dovodi do smanjenja sinteze frataksinske iRNK i smanjenja (ali ne i obustavlja) sintezu proteina frataksina kod ljudi sa FRDA. (Podgrupa pacijenata sa FRDA ima ekspanziju GAA u jednom hromosomu i tačkastu mutaciju u FXN egzonu u drugom hromosomu.) U tipskom slučaju, dužina alela sa kraćom ekspanzijom GAA obrnuto korelira sa nivoima frataksina . Periferno tkivo pacijenata sa FRDA obično ima manje od 10% nivoa frataksina koje pokazuju nepogođene osobe. Niži nivoi frataksina rezultiraju ranijim početkom i bržim napredovanjem bolesti.
FRDA karakteriziraju ataksija, gubitak osjetila i kardiomiopatija. Nije sasvim jasan razlog zašto nedostatak frataksina uzrokuje ove simptome. Na ćelijskoj razini, povezan je s nakupljanjem gvožga u mitohondrijama i povećanom osjetljivošću na oksidanse. Iz razloga koji nisu dobro razumljivi, ovo prvenstveno utiče na tkivo korijene dorzalnih ganglija, mali mozak i srčani mišić.
Studije na životinjama
Kod miševa je potpuna inaktivacija gena FXN smrtonosna u ranoj embrioskoj fazi. Iako gotovo svi organizmi eksprimiraju homologe frataksina, ponavljanje GAA u intronu 1 postoji samo kod ljudi i drugih primata, pa se mutacija koja uzrokuje FDRA ne može prirodno pojaviti u drugim životinjama. Naučnici su razvili nekoliko opcija za modeliranje ove bolesti kod miševa. Jedan pristup je utišavanje ekspresije frataksina u samo jednom specifičnom tipu tkiva od interesa: srce (miševi modificirani na ovaj način nazivaju se MCK), svi neuroni (NSE) ili samo kičmena moždina i mali mozak (PRP). Drugi pristup uključuje inserciju ekspanzije GAA u prvi intron mišjeg gena FXN, koji bi trebao inhibirati proizvodnju frataksina, baš kao i kod ljudi. Miševi koji su homozigotni za ovaj modificirani gen nazivaju se KIKI (skr. od eng. knock-in knock-in), a složeni heterozigoti nastali križanjem KIKI miševa s frataksinom – KIKO (skr. eng. knockout in knock-out). Međutim, čak i miševi KIKO i dalje eksprimiraju 25-36% normalne razine frataksina i pokazuju vrlo blage simptome. Konačni pristup uključuje stvaranje transgenih miševa sa GAA proširenom verzijom gena ljudskog frataksina. Ovi miševi se zovu YG22R (jedna GAA sekvenca od 190 ponavljanja) i YG22R (dvije GAA sekvence od 90 i 190 ponavljanja). Ovi miševi pokazuju simptome slične ljudskim pacijentima.
Prekomjerna ekspresija frataksina u Drosophila pokazala je povećanje antioksidativnih sposobnosti, otpornost na povrede oksidativnog stresa i dugovječnost, podupirući teoriju da je uloga frataksina zaštititi mitohondrije od oksidativnog stresa i nastalog ćelijskog oštećenja.
Fibroblasti iz miševskog modela fibroblasta pacijenata sa FRDA i FRDA pokazuju povećane razine dvolančanih prekida DNK. Sistem isporuke gena za lentivirus je korišten za isporuku gena frataksina u FRDA model miša i ćelije ljudskih pacijenata, što je rezultiralo dugoročno obnovljenom ekspresijom frataksinske iRNK i proteina frataksina. Ova obnovljena ekspresija gena frataksina bila je praćena značajnim smanjenjem broja prekida dvostruke DNK. Čini se da oštećeni frataksin u ćelijama FRDA uzrokuje smanjeni kapacitet za popravak oštećene DNK i to može doprinijeti neurodegeneraciji.
Interakcije
Pokazano je da frataksin biološki stupa u interakciju s enzimom PMPCB.
Reference
Dopunska literatura
Vanjski linkovi GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Friedreich Ataxia
Kategorija:Geni na hromosomu 9 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika