Functional spectrum and specificity of mitochondrial ferredoxins FDX1 and FDX2

铁氧还蛋白 肾上腺毒素 生物化学 基因亚型 生物发生 生物 线粒体 计算生物学 化学 细胞色素 基因
作者
Vinzent Schulz,Somsuvro Basu,Sven‐A. Freibert,Holger Webert,Linda Boß,Ulrich Mühlenhoff,Fabien Pierrel,Lars‐Oliver Essen,Douglas M. Warui,Squire J. Booker,Oliver Stehling,Roland Lill
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:19 (2): 206-217 被引量:120
标识
DOI:10.1038/s41589-022-01159-4
摘要

Ferredoxins comprise a large family of iron–sulfur (Fe–S) proteins that shuttle electrons in diverse biological processes. Human mitochondria contain two isoforms of [2Fe-2S] ferredoxins, FDX1 (aka adrenodoxin) and FDX2, with known functions in cytochrome P450-dependent steroid transformations and Fe–S protein biogenesis. Here, we show that only FDX2, but not FDX1, is involved in Fe–S protein maturation. Vice versa, FDX1 is specific not only for steroidogenesis, but also for heme a and lipoyl cofactor biosyntheses. In the latter pathway, FDX1 provides electrons to kickstart the radical chain reaction catalyzed by lipoyl synthase. We also identified lipoylation as a target of the toxic antitumor copper ionophore elesclomol. Finally, the striking target specificity of each ferredoxin was assigned to small conserved sequence motifs. Swapping these motifs changed the target specificity of these electron donors. Together, our findings identify new biochemical tasks of mitochondrial ferredoxins and provide structural insights into their functional specificity. Mitochondrial ferredoxins FDX1 and FDX2 are assigned to specifically donate electrons to steroidogenesis, Fe–S protein biogenesis, heme a formation or lipoylation. The proteins’ functions can be swapped by mutually exchanging short peptide segments.
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