Oxygen toxicity causes cyclic damage by destabilizing specific Fe-S cluster-containing protein complexes

高氧 生物 毒性 氧毒性 氧气 线粒体 活性氧 细胞生物学 生物化学 化学 有机化学
作者
Alan H. Baik,Augustinus G. Haribowo,Xuewen Chen,Bruno B. Queliconi,Alec M. Barrios,Ankur Garg,Mazharul Maishan,Randal J. Kaufman,Michael A. Matthay,Isha H. Jain
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier]
卷期号:83 (6): 942-960.e9 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2023.02.013
摘要

Oxygen is toxic across all three domains of life. Yet, the underlying molecular mechanisms remain largely unknown. Here, we systematically investigate the major cellular pathways affected by excess molecular oxygen. We find that hyperoxia destabilizes a specific subset of Fe-S cluster (ISC)-containing proteins, resulting in impaired diphthamide synthesis, purine metabolism, nucleotide excision repair, and electron transport chain (ETC) function. Our findings translate to primary human lung cells and a mouse model of pulmonary oxygen toxicity. We demonstrate that the ETC is the most vulnerable to damage, resulting in decreased mitochondrial oxygen consumption. This leads to further tissue hyperoxia and cyclic damage of the additional ISC-containing pathways. In support of this model, primary ETC dysfunction in the Ndufs4 KO mouse model causes lung tissue hyperoxia and dramatically increases sensitivity to hyperoxia-mediated ISC damage. This work has important implications for hyperoxia pathologies, including bronchopulmonary dysplasia, ischemia-reperfusion injury, aging, and mitochondrial disorders.
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