Humans possess two mitochondrial ferredoxins, Fdx1 and Fdx2, with distinct roles in steroidogenesis, heme, and Fe/S cluster biosynthesis

肾上腺毒素 铁氧还蛋白 生物化学 铁硫簇 血红素 生物 生物合成 胆固醇侧链裂解酶 细胞色素P450 线粒体 生物发生 血红素A 基因
作者
Alex D. Sheftel,Oliver Stehling,Antonio J. Pierik,Hans‐Peter Elsässer,Ulrich Mühlenhoff,Holger Webert,Anna Hobler,Frank Hannemann,Rita Bernhardt,Roland Lill
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:107 (26): 11775-11780 被引量:346
标识
DOI:10.1073/pnas.1004250107
摘要

Mammalian adrenodoxin (ferredoxin 1; Fdx1) is essential for the synthesis of various steroid hormones in adrenal glands. As a member of the [2Fe-2S] cluster-containing ferredoxin family, Fdx1 reduces mitochondrial cytochrome P450 enzymes, which then catalyze; e.g., the conversion of cholesterol to pregnenolone, aldosterone, and cortisol. The high protein sequence similarity between Fdx1 and its yeast adrenodoxin homologue (Yah1) suggested that Fdx1, like Yah1, may be involved in the biosynthesis of heme A and Fe/S clusters, two versatile and essential protein cofactors. Our study, employing RNAi technology to deplete human Fdx1, did not confirm this expectation. Instead, we identified a Fdx1-related mitochondrial protein, designated ferredoxin 2 (Fdx2) and found it to be essential for heme A and Fe/S protein biosynthesis. Unlike Fdx1, Fdx2 was unable to efficiently reduce mitochondrial cytochromes P450 and convert steroids, indicating that the two ferredoxin isoforms are highly specific for their substrates in distinct biochemical pathways. Moreover, Fdx2 deficiency had a severe impact, via impaired Fe/S protein biogenesis, on cellular iron homeostasis, leading to increased cellular iron uptake and iron accumulation in mitochondria. We conclude that mammals depend on two distinct mitochondrial ferredoxins for the specific production of either steroid hormones or heme A and Fe/S proteins.

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