Hypoxia Rescues Frataxin Loss by Restoring Iron Sulfur Cluster Biogenesis

弗拉塔辛 生物 生物发生 共济失调 细胞生物学 缺氧(环境) 线粒体 乌头酸酶 铁硫簇 铁结合蛋白 遗传学 生物化学 基因 氧气 神经科学 化学 有机化学
作者
Tslil Ast,Joshua D. Meisel,Shachin Patra,Hong Wang,Robert M. H. Grange,Sharon Kim,Sarah E. Calvo,Lauren L. Orefice,Fumiaki Nagashima,Fumito Ichinose,Warren M. Zapol,Gary Ruvkun,D.P. Barondeau,Vamsi K. Mootha
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:177 (6): 1507-1521.e16 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.cell.2019.03.045
摘要

Friedreich's ataxia (FRDA) is a devastating, multisystemic disorder caused by recessive mutations in the mitochondrial protein frataxin (FXN). FXN participates in the biosynthesis of Fe-S clusters and is considered to be essential for viability. Here we report that when grown in 1% ambient O2, FXN null yeast, human cells, and nematodes are fully viable. In human cells, hypoxia restores steady-state levels of Fe-S clusters and normalizes ATF4, NRF2, and IRP2 signaling events associated with FRDA. Cellular studies and in vitro reconstitution indicate that hypoxia acts through HIF-independent mechanisms that increase bioavailable iron as well as directly activate Fe-S synthesis. In a mouse model of FRDA, breathing 11% O2 attenuates the progression of ataxia, whereas breathing 55% O2 hastens it. Our work identifies oxygen as a key environmental variable in the pathogenesis associated with FXN depletion, with important mechanistic and therapeutic implications.

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