pmid: "33008142"
title: "Funções do Citocromo"
authors: "Watson SA, McStay GP"
journal: "International journal of molecular sciences"
pubdate: "2020 Sep 30"
doi: "10.3390/ijms21197254"
source: "PMC Full Text"

Funções do Citocromo

Autores

Watson SA, McStay GP

Periodico

International journal of molecular sciences (2020 Sep 30)

Conteudo

Funções dos Fatores de Montagem da Citocromo c Oxidase
A citocromo c oxidase é o complexo terminal da fosforilação oxidativa eucariótica nas mitocôndrias. Esse processo acopla a redução de transportadores de elétrons durante o metabolismo à redução do oxigênio molecular em água e à translocação de prótons da matriz mitocondrial interna para o espaço intermembranar. O gradiente eletroquímico formado é utilizado para gerar energia química na forma de trifosfato de adenosina para alimentar processos celulares vitais. A citocromo c oxidase e a maioria dos complexos de fosforilação oxidativa são o produto dos genomas nuclear e mitocondrial. Isso impõe uma série de etapas topológicas e temporais que devem ser concluídas para garantir a montagem eficiente da enzima funcional. Muitos fatores de montagem evoluíram para realizar essas etapas de inserção de proteínas na membrana mitocondrial interna, maturação do polipeptídeo, incorporação de cofatores e grupos prostéticos e para regular esse processo. Grande parte das informações sobre cada um desses fatores de montagem foi obtida pelo uso do eucarioto unicelular Saccharomyces cerevisiae e também por mutações responsáveis por doenças humanas. Esta revisão focará nos fatores de montagem da citocromo c oxidase para destacar algumas das questões pendentes na montagem desse complexo enzimático vital.

1. Introdução
   A geração de energia é um processo fundamental que sustenta todas as formas de vida na Terra. A moeda energética universal na vida é o trifosfato de adenosina (ATP), que captura energia de processos bioenergéticos e metabólicos impulsionados pela fosforilação em nível de substrato e pela fosforilação oxidativa. Em eucariotos, uma grande parte do ATP é gerada por meio das mitocôndrias, uma organela de membrana dupla derivada de uma relação simbiótica na origem da vida multicelular. As mitocôndrias abrigam uma série de complexos multi-subunidades que realizam a transferência de elétrons e a translocação de prótons do espaço da matriz mitocondrial interna para o espaço intermembranar (EIM) através da membrana mitocondrial interna (MMI). Isso gera um gradiente eletroquímico através da MMI, onde a concentração de prótons é maior no EIM do que na matriz. Os prótons acumulados podem reentrar na matriz através da ATP sintase — um transportador de prótons que acopla o gradiente de prótons à síntese de ATP. Os complexos de transporte de elétrons são uma série ordenada de complexos multi-subunidades que aceitam elétrons de carreadores como nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+/NADH) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD/FADH2) produzidos por vias metabólicas como glicólise, ciclo do ácido cítrico e β-oxidação. O NADH é oxidado por enzimas NADH desidrogenase, como o Complexo I multi-subunidade em muitos eucariotos ou a subunidade única Ndi1p em Saccharomyces cerevisiae. A primeira etapa no Complexo I vê os elétrons passando por uma série de cofatores e grupos prostéticos como clusters de ferro-enxofre (Fe-S) e flavina mononucleotídeo (FMN). Os elétrons são passados para o carreador redox lipídico solúvel na membrana, coenzima Q (ubiquinona/ubiquinol). Além disso, o FAD/FADH2 é reduzido pela succinato desidrogenase do ciclo do ácido cítrico, que também atua como complexo II da cadeia de transporte de elétrons (CTE). O Complexo II contém clusters de Fe-S e grupos prostéticos heme para novamente passar elétrons para a coenzima Q. A coenzima Q reduzida (ubiquinol) é oxidada pelo complexo III (coenzima Q:citocromo c oxidoredutase) usando grupos Fe-S e heme para reduzir o citocromo c, o próximo carreador móvel de elétrons na CTE. O citocromo c se localiza na face do EIM da MMI para transportar elétrons do complexo III ao complexo IV usando um grupo prostético heme. O complexo IV (citocromo c oxidase) é o complexo final da CTE, catalisando a redução do oxigênio molecular, o aceptor terminal de elétrons, para formar água por meio de grupos cobre e heme. O processo de transferência de elétrons é acoplado à translocação de prótons da matriz para o EIM e é mediado pelos complexos I, III e IV para gerar o gradiente eletroquímico.
   Os complexos da ETC são conjuntos de múltiplas subunidades, com subunidades proteicas derivadas tanto de produtos gênicos nucleares quanto mitocondriais. Para garantir a montagem eficiente dos complexos, são necessários processamento pós-traducional coordenado e interações proteína-proteína. Isso é realizado por uma via de biogênese gradual que requer a função de chaperonas específicas. Como a fosforilação oxidativa (OXPHOS) é um processo evolutivamente conservado em todos os eucariotos, grande parte do entendimento do processo de montagem pode ser obtida a partir do estudo de todos os organismos eucariotos onde as mitocôndrias existem. Isso é válido desde eucariotos unicelulares, como a levedura em brotamento Saccharomyces cerevisiae e a alga fotossintética Chlamydomonas reinhardtii, até eucariotos multicelulares superiores, como humanos e camundongos. A combinação da manipulação genética de organismos eucariotos modelo e de mutações que ocorrem naturalmente em doenças humanas forneceu grande parte das informações que temos atualmente sobre como ocorre a montagem da ETC. Os detalhes moleculares dos organismos mamíferos mais estudados e da levedura, em relação à estrutura e montagem do complexo OXPHOS, apresentam muitas semelhanças, mas também algumas diferenças. Essas diferenças estão no número de subunidades estruturais que formam os complexos, bem como no processamento pós-traducional necessário para a montagem correta. Além disso, eucariotos multicelulares expressam subunidades tecido-específicas que conferem funções únicas aos complexos. A levedura em brotamento tem sido um sistema modelo poderoso para entender a montagem dos complexos OXPHOS, pois são anaeróbios facultativos, ou seja, podem suprir as necessidades energéticas na ausência de OXPHOS funcional se cultivadas em uma fonte de carbono, como a glicose, que não requer as funções da OXPHOS. Quando cultivadas em fontes de carbono como etanol, glicerol e lactato, que requerem OXPHOS funcional, qualquer defeito na montagem ou função da ETC ou OXPHOS resulta em falta de crescimento. Isso permitiu a identificação de um grande número de genes responsáveis pela montagem e função da ETC e OXPHOS por meio de poderosa análise genética e fenotípica. Recentemente, mais homólogos foram identificados em eucariotos superiores, demonstrando a conservação da montagem do complexo, bem como da função enzimática.
2. Estrutura e Função da Citocromo c Oxidase
   Para compreender a via de montagem de complexos de múltiplas subunidades, é importante colocar isso no contexto do complexo totalmente montado e funcional. Cada subunidade possui uma organização tridimensional definida e interage com certas subunidades, ambas necessárias para a função completa. A citocromo c oxidase (COX) de mamíferos e leveduras é composta por 3 subunidades derivadas do DNA mitocondrial e entre 8 e 11 subunidades derivadas de genes nucleares. As subunidades codificadas mitocondrialmente Cox1p e Cox2p contêm grupos prostéticos e cofatores necessários para a transferência de elétrons, incluindo grupos heme em Cox1p e íons de cobre em Cox1p e Cox2p. Essas duas subunidades também são responsáveis pela translocação de prótons da matriz para o EIM através de canais hidrofílicos. As associações pós-traducionais de grupos prostéticos e cofatores, bem como o processamento proteolítico e a inserção na membrana, são realizados por um número de chaperonas, algumas específicas para COX e outras compartilhadas com outros complexos da OXPHOS. Todas essas chaperonas são codificadas pelo genoma nuclear e, na maioria das partes, homólogos funcionais são conservados desde a levedura de brotamento até mamíferos superiores, com algumas exceções. As funções de muitas dessas chaperonas foram determinadas e são conservadas; no entanto, ainda existem alguns genes sem funções atribuídas ou homólogos funcionais. A determinação da função gênica e dos homólogos funcionais permitirá uma compreensão mais completa do processo de biogênese da COX.

Defeitos na OXPHOS são responsáveis por uma série de distúrbios genéticos que afetam tecidos e órgãos com altas demandas metabólicas ou dependência de vias metabólicas mitocondriais. Especificamente para a COX, há uma série de mutações em fatores de montagem e genes estruturais que causam formas da Síndrome de Leigh, deficiência do Complexo IV mitocondrial e síndromes raras que resultam em distúrbios neurológicos juntamente com impactos no coração, fígado, rins e sistema digestivo. Os distúrbios neurológicos diferem em sua gravidade de início dependendo da natureza da mutação. Por exemplo, as encefalopatias apresentam características clínicas devido a mutações específicas em todos os complexos da OXPHOS, bem como outros genes mitocondriais envolvidos na manutenção do DNA mitocondrial, por exemplo, a DNA polimerase γ. Variação na gravidade também é observada por certas combinações de características clínicas, por exemplo, encefalopatias que se apresentam com tubulopatia e hepatopatia, causadas por mutações no gene BCS1L do Complexo III. Mutações específicas associadas a essas doenças são individualmente raras, mas quando combinadas com outras doenças que causam defeitos na OXPHOS, ocorrem em aproximadamente 1 em cada 5.000 nascimentos, representando uma das maiores incidências de doenças metabólicas hereditárias que afetam os humanos. Através de avanços recentes no diagnóstico de doenças mitocondriais e na investigação da base molecular da doença, a compreensão das funções dos fatores de montagem está melhorando.
Em humanos e outros mamíferos superiores, a maioria dos fatores de montagem e subunidades estruturais possui um ortólogo em levedura em brotamento. A enzima COX humana é composta por 14 subunidades, ou seja, 3 a mais que a levedura em brotamento. Como a maioria das subunidades estruturais codificadas pelo núcleo, estas são polipeptídeos com uma única hélice transmembrana que circundam as subunidades catalíticas centrais e não interferem nas interfaces e interações conservadas. Recentemente, outras subunidades foram identificadas como associadas à COX purificada, incluindo o gene induzível por hipóxia Rcf1p/HIGD2A, que atua como um elo entre o Complexo III para apoiar a formação de supercomplexos, especialmente em condições anaeróbicas quando Cox5bp é expresso. A estrutura da COX de mamíferos é conhecida desde a década de 1980 e, recentemente, a 14ª subunidade foi identificada. O NDUFA4 foi originalmente atribuído ao Complexo I, mas estudos bioquímicos e genéticos revelaram deficiências na atividade da COX e uma estequiometria igual à de outras subunidades estruturais da COX, sem impacto na atividade do Complexo I. O NDUFA4 foi identificado em estruturas de supercomplexos contendo COX purificada, determinadas por cristalografia de raios X na interface dos dímeros da COX. Isso é ainda mais apoiado pela presença de um homólogo em levedura em brotamento, MIN8/YPR010C-A, identificado por proteômica. S. cerevisiae não expressa uma NADH desidrogenase do Complexo I com múltiplas subunidades, apoiando totalmente outro papel para este gene. Ele é anotado como um gene mitocondrial de função desconhecida. Mais estudos são necessários para entender a função desse gene, pois ele não foi identificado como um gene necessário para deficiência respiratória em estudos anteriores.

A função dessas subunidades extras é objeto de especulação. A COX de S. cerevisiae pode manter a função na ausência das subunidades Cox8p e Cox13p, indicando que nem todas as subunidades estruturais são necessárias para a atividade. A COX8A é o homólogo humano da Cox8p de levedura e é a menor subunidade da COX humana. Em contraste com S. cerevisiae, uma mutação nesta subunidade é responsável por um distúrbio neurológico devido à perda da função da COX. A COX13 de S. cerevisiae possui dois homólogos em humanos — COX6A1 e COX6A2 — isoformas tecido-específicas no fígado e no músculo estriado, respectivamente. Mutações na isoforma COX6A1 foram identificadas como a causa da doença de Charcot-Marie-Tooth, um distúrbio neuropatológico. Mutações na segunda isoforma, COX6A2, podem levar a uma deficiência específica do Complexo IV muscular. Essas discrepâncias indicam diferenças na natureza essencial dessas subunidades periféricas. As 3 subunidades específicas humanas na COX humana são COX6C, COX7C e NDUFA4. Mutações no NDUFA4 estão associadas à Doença de Leigh, enquanto mutações nas outras duas subunidades, COX6C e COX7C, não foram associadas a doenças. Embora existam diferenças entre os fenótipos de leveduras e humanos, isso deve ser considerado com certa cautela, pois algumas subunidades homólogas não compartilham a mesma origem comum.

3. Fatores de Montagem da Citocromo c Oxidase
   A biogênese de complexos multi-subunidades requer etapas específicas de maturação para as subunidades, a fim de garantir localização e topologia corretas, modificações pós-traducionais e interações com outras subunidades. Essas vias de biogênese também requerem pontos de controle de qualidade para verificar se cada etapa foi realizada corretamente, mas também para determinar se as etapas subsequentes podem ocorrer. Os fatores de montagem para a COX podem ser amplamente agrupados por função, incluindo regulação da transcrição e tradução, inserção na membrana, proteólise, associação de cofatores e grupos prostéticos, ou uma função ainda não definida. O processo de montagem da COX assegura a associação apropriada de subunidades corretamente maturadas com cofatores e grupos prostéticos incorporados, quando em abundância adequada. Isso impede o acúmulo de intermediários de montagem parcial que podem causar efeitos potencialmente prejudiciais devido ao excesso de espécies reativas de oxigênio (ERO) ou sobrecarga dos sistemas de controle de qualidade proteica. Devido ao número de subunidades que precisam se associar na MIM (membrana interna mitocondrial) e ao número de etapas de maturação necessárias, há muitos fatores de montagem para garantir que cada uma dessas etapas seja realizada corretamente. A via de montagem ainda precisa de maior elucidação para atribuir funções a fatores de montagem específicos e como certos intermediários de montagem interagem, mas funções gerais estão começando a ser compreendidas (Tabela 1).
   Uma via de montagem passo a passo dos módulos de montagem Cox1p, Cox2p e Cox3p em levedura em brotamento foi determinada. Vários intermediários de montagem e a relação cinética de Cox1, Cox2 e Cox3 foram identificados usando marcação metabólica para acompanhar produtos gênicos mitocondriais recém-sintetizados.
   Cox1p é uma proteína integral de membrana com 12 domínios transmembrana localizada na MMI. O mRNA da COX1 é traduzido por ribossomos que estão associados à insertase de membrana Oxa1p com a assistência de Mba1p. A Oxa1p é a insertase responsável pela inserção de Cox2p e Cox3p na MMI também, assim como de subunidades de outros complexos da OXPHOS. Os terminais amino e carboxi da Cox1p estão ambos localizados no EIM, indicando um processo de inserção co-traducional. O controle da inserção de Cox1p na MMI não foi estudado especificamente, mas os domínios transmembrana são tipicamente compostos por aminoácidos alifáticos e aromáticos. A Cox1p pode ser inserida na MMI em um mutante OXA1 sensível à temperatura, indicando que pode existir um processo de inserção alternativo ou menos eficiente. A Cox3p também é inserida por meio de um mecanismo dependente de Oxa1p e, assim como a Cox1p, também pode ser inserida quando a função de OXA1 é perdida. A inserção da Cox2p é inteiramente dependente de Oxa1p, bem como das proteínas associadas Pnt1p, Mss2p e Cox18p. A Cox2p também requer processamento por meio de um mecanismo dependente da chaperona Cox20p envolvendo o complexo peptidase da membrana interna (composto por Imp1/2p e Som1p), que remove os 15 aminoácidos do terminal amino após a inserção do terminal amino. Uma vez inseridas na membrana, essas subunidades principais devem se associar a fatores de montagem e subunidades estruturais para formar módulos de montagem, incorporar cofatores e grupos prostéticos, que então se associam para formar a enzima COX montada e funcional. Esse processo está longe de ser compreendido, mas em levedura de brotamento ele foi investigado usando marcação por pulso e caça e ensaios de pull-down desses fatores de montagem e subunidades estruturais. Isso forneceu uma via cinética de formação de intermediários de montagem, onde fatores de montagem específicos e subunidades estruturais se associam a cada uma das subunidades mitocondriais principais.

3.1. Montagem da Subunidade 1 da Citocromo c Oxidase
Uma via de montagem passo a passo dos módulos de montagem de Cox1p, Cox2p e Cox3p em levedura de brotamento, onde a ordem de associação das chaperonas e subunidades estruturais com os produtos gênicos mitocondriais foi determinada. Vários intermediários de montagem e a relação cinética de Cox1, Cox2 e Cox3 foram identificados usando marcação metabólica e purificação por afinidade para acompanhar os produtos gênicos mitocondriais recém-sintetizados.
Cox1p é uma proteína integral de membrana com 12 domínios transmembrana localizada na MIM. O mRNA de COX1 é traduzido por ribossomos associados à insertase de membrana Oxa1p, que também é responsável pela inserção de Cox2p e Cox3p e outros complexos da OXPHOS na MIM. As extremidades amino e carboxi de Cox1p estão ambas localizadas no EIM, indicando um processo de inserção co-traducional. O controle da inserção de Cox1p na MIM não foi estudado especificamente, mas os domínios transmembrana são tipicamente compostos por aminoácidos hidrofóbicos alifáticos e aromáticos. Cox1p pode ser inserida na MIM em um mutante OXA1 sensível à temperatura, indicando que um processo de inserção alternativo ou menos eficiente pode existir. Cox3p também é inserida por um mecanismo dependente de Oxa1p e, assim como Cox1p, pode ser inserida quando a função de OXA1 é perdida. A inserção de Cox2p é totalmente dependente de Oxa1p, bem como das proteínas associadas Pnt1p, Mba1p, Mss2p e Cox18p. Cox2p também requer processamento por um mecanismo dependente da chaperona Cox20p, envolvendo o complexo de peptidase da membrana interna (composto por Imp1/2p e Som1p), que remove os 15 aminoácidos amino-terminais após a inserção do amino-terminal. Uma vez inseridas na membrana, essas subunidades centrais devem se associar a fatores de montagem e subunidades estruturais para formar módulos de montagem, incorporar cofatores e grupos prostéticos, que então se associam para formar a enzima COX montada e funcional.

O processo de maturação das subunidades centrais da COX em mamíferos tende a seguir um processo semelhante ao da levedura - mas com algumas diferenças sutis. O Oxa1l de mamíferos demonstrou ter uma atividade ligeiramente diferente em relação às subunidades centrais da COX codificadas mitocondrialmente. Experimentos iniciais usando interferência de RNA de Oxa1l em células HEK293T reduziram a expressão de subunidades da ATP sintase e do Complexo I, com impacto mínimo na expressão ou atividade das subunidades da COX. Mais recentemente, um paciente com uma única mutação pontual em OXA1L apresentou defeitos na expressão e função da ATP sintase e da COX, que também foram observados em Drosophila melanogaster e células de osteossarcoma humano U2OS, talvez indicando diferenças específicas de tecido para a inserção de proteínas na MIM. OXA1L também foi encontrado associado a Cox1, Cox2 e Cox3 usando análise proteômica de imunoprecipitados de OXA1L. O Oxa1l humano foi originalmente identificado por complementar funcionalmente a deficiência de uma linhagem de levedura em brotamento nula para OXA1, indicando uma conservação de função. No entanto, essa função pode depender da sequência de aminoácidos ou do processo de montagem das subunidades de levedura que podem diferir das contrapartes humanas.
Uma vez inserido na IMM humana, o Cox1 segue uma via de montagem semelhante à descrita acima em S. cerevisiae. O Cox1 se monta no complexo MITRAC, um intermediário de montagem composto por homólogos dos fatores de montagem de S. cerevisiae. Este complexo foi inicialmente caracterizado pelo isolamento de MITRAC12 (COA3) para identificar proteínas associadas, que incluíam Cox1, outras subunidades de COX, Cox14, Cox15, Cox16, SURF1, MITRAC15 (Coa1), CMC1 e TIM21. TIM21 é um componente do complexo translocase TIM23 da IMM e pode fornecer um elo de controle entre a biogênese de COX e os polipeptídeos importados do citosol. A caracterização adicional do complexo MITRAC identificou um fator de montagem específico de metazoários, o MITRAC7, que se associava após as subunidades estruturais COX4i e COX6C. A abundância de MITRAC7 forneceu um ponto de controle para a incorporação de Cox1 na COX completamente montada. Níveis reduzidos de MITRAC7 levaram à degradação de Cox1, enquanto quantidades aumentadas resultaram no sequestro de Cox1 e na inibição da formação de COX. A complexidade desses processos de montagem é demonstrada pela intercomunicação dos fatores de montagem em mais de uma via de montagem; por exemplo, foi demonstrado que MITRAC15 regula a tradução da subunidade ND2 do Complexo I.
Como a maior subunidade da COX, a Cox1p passa pelo maior número de etapas de maturação e também está sujeita a várias verificações de controle de qualidade à medida que o mRNA é traduzido no polipeptídeo que é inserido na IMM. O polipeptídeo Cox1p contém sequências de aminoácidos que variam em hidrofobicidade, com as mais hidrofóbicas residindo na IMM e conectadas entre si por trechos hidrofílicos de aminoácidos. Como em todas as proteínas integrais de membrana com múltiplas passagens, alguns dos trechos hidrofílicos precisam ser translocados da matriz para o IMS através da bicamada fosfolipídica hidrofóbica da IMM, que utiliza complexos de translocação localizados na membrana. Os primeiros fatores de montagem com os quais Cox1p inicialmente se associa são Cox14p, Coa3p e Coa1p. São proteínas pequenas com uma única região transmembrana, com uma de duas topologias de membrana. O fracionamento bioquímico e a resistência a proteases determinaram que as extremidades amino de Cox14p e Coa1p estão localizadas na matriz e a extremidade carboxi está no IMS, enquanto a extremidade amino de Coa3p está localizada no IMS e a extremidade carboxi está localizada na matriz. Todas essas proteínas possuem sequências canônicas de direcionamento mitocondrial na extremidade amino com um ponto isoelétrico básico. Coa3p tem uma topologia inesperada onde a extremidade amino básica está exposta ao IMS - talvez indicando um processo de inserção mais complexo, utilizando a inserção na membrana da matriz para o IMS encontrada em genes codificados pela mitocôndria mediada por Oxa1p. As três regiões dessas proteínas na matriz, na IMM e no IMS têm diferentes pontos isoelétricos, talvez indicando diferentes funções (Tabela 2). Cox1p também tem diferentes regiões que possuem diferentes pontos isoelétricos, talvez permitindo interações governadas pela carga do domínio (Figura 1). Cargas complementares podem auxiliar a inserção de domínios com uma carga que pode impactar a eficiência da inserção na membrana. Coa3p tem um domínio transmembrana altamente básico que poderia neutralizar regiões ácidas de Cox1p nos domínios transmembrana 3, 4 ou 9 ou na alça 5 do IMS. Coa1p e Cox14p têm regiões ácidas que poderiam auxiliar na translocação através da IMM, como a extremidade amino ou as alças 2, 3 ou 4 ou a extremidade carboxi (Figura 1).
A interação entre esses três fatores de montagem e a Cox1p ainda não foi elucidada para entender se os três se associam simultaneamente ou se há uma associação ordenada. Pode-se especular que esses fatores de montagem estão envolvidos na inserção dos domínios transmembrana da Cox1p na MIM ou atuam como chaperonas desses domínios à medida que são liberados da Oxa1p para a MIM por meio de interações complementares de cadeias laterais de aminoácidos. Na ausência de COX14, COA1 ou COA3, a Cox1p tende a formar agregados na MIM com Cox2p, Var1p ou Cob1p que não são incorporados ao COX funcional. A investigação adicional dessas interações no nível de aminoácidos por mutagênese levará à compreensão das interações entre Cox1p e fatores de montagem. Inicialmente, sugeriu-se que COX14 fosse um regulador negativo da tradução da Cox1p, pois sua deleção permitia a expressão/estabilização da Cox1p quando outros fatores de montagem ou subunidades estruturais estão ausentes. A Cox14p faz parte de um intermediário de montagem composto por Coa3p, Mss51p e Ssc1p que atua como um regulador da tradução da Cox1p. A Mss51p atua como um ativador traduzional do mRNA de COX1. A Mss51p permanece associada a esse complexo se o processo de montagem a jusante for interrompido por mutação ou deleção gênica, ou ausência de cofator/grupo prostético. Isso garante que a montagem seja interrompida antes da associação com outras subunidades estruturais que poderiam resultar em intermediários defeituosos e potencialmente prejudiciais. Como uma camada adicional de regulação, a Mss51p também requer ligação direta ao heme para ativar a tradução da Cox1p. Esse mecanismo regulatório complexo garante abundância suficiente de grupos prostéticos, fatores de montagem e subunidades estruturais para a montagem completa do COX.
Quando a Mss51p se associa ao intermediário inicial da montagem de Cox1p, a primeira subunidade estrutural se associa - neste caso, Cox5ap ou Cox5bp. As isoformas COX5A e COX5B são expressas reciprocamente em condições aeróbicas e anaeróbicas. Os ortólogos humanos de COX5A/B são COX4i/ii, que são expressos de maneira similar. A razão proposta para essas isoformas é permitir uma transferência eficiente sob diferentes concentrações de oxigênio. Em condições de baixo oxigênio nas células humanas, há um aumento de ROS e as diferentes isoformas permitem uma transferência eficiente sob essas condições. Em uma transição de condições aeróbicas para anaeróbicas, os mecanismos de transição de uma isoforma para outra diferem entre levedura em brotamento e humanos. Em humanos, a protease mitocondrial conservada Lon é responsável pela degradação da subunidade a ser removida, enquanto a expressão da outra subunidade é aumentada por transcrição intensificada. As vias aéreas humanas e a placenta expressam COX4ii preferencialmente em relação a COX4i, indicando uma exigência especializada nesses tecidos para a atividade da COX. A expressão nesses tecidos se deve aos fatores de transcrição CHCHD2, CXXC5 e RBPJ. CHCHD2 e CXXC5 são proteínas não bem caracterizadas, mas RBPJ é um mediador transcricional crucial na via de sinalização Notch. Em levedura em brotamento, COX5A/B são expressas reciprocamente pela concentração de oxigênio. A síntese de heme ocorre apenas em condições aeróbicas, o que ativa o complexo transcricional Hap2/3/4/5p para expressar COX5A. O heme também ativa Hap1p, que ativa o repressor transcricional Rox1p - isso resulta na repressão de COX5B. A via cinética que ocorre para trocar subunidades provavelmente depende da biogênese de nova COX, em vez da troca de subunidades; no entanto, isso não foi demonstrado experimentalmente. Com as isoformas de Cox5 sendo as primeiras subunidades estruturais a se associarem à Cox1p em montagem, propõe-se a noção de que esse complexo poderia permitir a troca de isoformas de subunidades ou a degradação da subunidade seguida pela associação da outra subunidade (Figura 2). A regulação da atividade da COX em humanos e levedura em brotamento também envolve os genes regulados por hipoxia RCF e os homólogos humanos HIGD1A/HIGD2A, que regulam a montagem da COX e a incorporação de subunidades sensíveis à hipoxia, juntamente com a formação de supercomplexos de levedura em brotamento e humanos.
O fator de montagem restante que se associa à Cox1p é a Shy1p. Este é um gene altamente conservado encontrado em procariotos e organismos multicelulares eucarióticos superiores, demonstrando um processo fundamental no processo de montagem. Evidências apoiam o envolvimento de Shy1 na incorporação do heme no módulo de montagem da Cox1p, juntamente com Coa2p. Shy1p interage com a heme A sintase Cox15p, corroborando seu papel na incorporação do heme A. Shy1p está presente em um intermediário da Cox1p que contém as subunidades estruturais Cox6p e Cox8p. Um grupo específico de proteínas de manuseio do heme específicas da COX é necessário para a síntese e modificação do heme para incorporação na Cox1p. Cox10p farnesila o heme B para formar heme, e Cox15p modifica o heme O para formar heme A. Pet117p é responsável por estabilizar a Cox15p em uma forma oligomérica funcional. A via de montagem também envolve a chaperona mitocondrial geral Ssc1p e a co-chaperona Mdj1p, que podem integrar a via de montagem específica da Cox1p ao ambiente geral de dobramento de proteínas da mitocôndria.
A incorporação de cobre na Cox1p requer a função de uma série de chaperonas. O cobre é entregue pela Cox11p, uma proteína localizada na MEM (membrana mitocondrial interna) que se associa ao ribossomo mitocondrial. O cobre celular livre é eventualmente ligado pela Cox17p, envolvendo os homólogos Cox19p e Cox23p na MEM e no EIM (espaço intermembranar), que transferem o cobre ligado para a Cox11p, que então se acredita adicionar cobre à Cox1p para formar o centro de cobre B. Quando COX11 ou COX17 estão ausentes, a COX não consegue se montar, pois a ação do complexo Mss51p-Cox1p interrompe a tradução de COX1, causando uma diminuição na abundância de Cox1p. Semelhante ao que ocorre quando outros genes são deletados, se COX14 também for deletado, a tradução de Cox1p é restaurada; no entanto, isso não restaura a montagem completa da COX. Isso destaca a etapa importante do controle da biogênese da COX no ponto da tradução de Cox1p. O homólogo da Cox17p, Cox19p, é proposto para proteger a Cox11p da oxidação e manter a capacidade de ligação do cobre em resíduos de cisteína sensíveis ao redox. Com relação ao outro homólogo da Cox17p, a ausência de Cox23p pode ser suprimida por uma mutação específica I101F em Cox1p. Esse resíduo está localizado no terceiro domínio transmembrana; no entanto, a função da proteína é desconhecida. Outras chaperonas de cobre estão envolvidas na biogênese de Cox1, como Cmc1p e Cmc2p. Essas duas proteínas são necessárias para a montagem da COX e funcionam juntas para incorporar cobre à COX; no entanto, o papel exato não é compreendido. Cmc1p e Cmc2p são conservadas em mamíferos superiores e resultam em deficiência, e também estão envolvidas na incorporação correta de cobre na enzima dependente de cobre superóxido dismutase-1. A CMC1 humana é observada como parte de intermediários precoces de Cox1 contendo Cox14 e Coa3. Um fator de montagem específico de metazoários, MITRAC7, associa-se ao complexo MITRAC, composto por ortólogos humanos de Coa1/MITRAC12, Coa3/MITRAC5 e Cox14, juntamente com as subunidades estruturais COX4i (ortólogo de Cox5ap de levedura) e COX6C (ortólogo de Cox9p de levedura), indicando função como um fator de montagem de Cox1 em estágio tardio.

Atualmente, os intermediários exatos que incorporam heme ou cobre no centro binuclear da Cox1p não são conhecidos. Isso não foi observado diretamente em intermediários purificados, que são de baixa abundância. Ainda há também uma falta de resolução de todo o processo de montagem da Cox1p e se as proteínas se associam simultaneamente ou se existem etapas discretas que não foram resolvidas pelas técnicas experimentais atuais.

3.2. Montagem da Subunidade 2 da Citocromo c Oxidase
Cox2p é uma subunidade central da COX codificada pelo DNA mitocondrial, com dois domínios transmembrana e um sítio de cobre A necessário para a transferência de elétrons. Cox2p requer várias proteínas acessórias de inserção na membrana para a topologia correta na MIM descrita acima, onde tanto as extremidades amino quanto carboxi estão localizadas no EIM. Em humanos, Cox20, a chaperona de inserção na membrana de Cox2p, associa-se à TMEM177, uma proteína da MIM com homólogos em vertebrados. Após a inserção na MIM, o cofator de cobre é incorporado. Existem várias chaperonas de cobre envolvidas nesse processo, inclusive aquelas envolvidas na associação do cobre em Cox1p. O cobre é direcionado para chaperonas de cobre específicas de Cox2p usando Cox17p, uma proteína compartilhada de transporte de cobre com Cox1p. Cox17p entrega cobre para Sco1p, uma chaperona de cobre específica de Cox2p. Sco1p é uma proteína localizada na MIM que interage diretamente com Cox17p e Cox2p, presumivelmente entregando cobre de Cox17p para Cox2p. Sco1p possui um parente próximo, Sco2p, que também contém o domínio de ligação ao cobre altamente conservado encontrado em muitos organismos que expressam COX. Recentemente, esse processo de incorporação de cobre em Cox2p foi melhor caracterizado em modelos de cultura de células humanas. Todos os componentes desse processo específico são conservados e funcionam em etapas semelhantes. Mais recentemente, investigações sobre COX16 apontam para uma função na entrega de cobre para Cox2, mas também é identificada em complexos contendo Cox1 em leveduras e humanos, demonstrando potencialmente um papel na associação entre os módulos de montagem de Cox1 e Cox2. COA6 foi recentemente identificado como uma tiol-redutase para metalochaperonas de cobre, especialmente para Sco1 e Sco2, para reduzir pontes dissulfeto, permitindo que resíduos de cisteína necessários permaneçam reduzidos e interajam com o cobre. Os fatores de montagem Pet100, Pet117 e MR-1S são considerados como se associando após o módulo de Cox1 e Cox2 formar um intermediário de montagem. MR-1S é uma proteína específica de vertebrados. MR-1S é uma isoforma curta do regulador de miofibrilogênese (MR-1) que possui papéis na proliferação celular.
3.3. Montagem da Subunidade 3 da Citocromo c Oxidase
Cox3 é uma subunidade conservada codificada mitocondrialmente com sete domínios transmembrana, mas não contém cofator ou grupo prostético. Em leveduras em brotamento, nenhum fator de montagem foi identificado na biogênese do módulo de montagem Cox3, apenas subunidades estruturais que interagem na estrutura final montada, Cox4p, Cox7p e Cox13p, juntamente com Rcf1, que estabiliza associações com o complexo III para formação de supercomplexo e regula a atividade durante diferentes estados metabólicos. Isso talvez indique que há uma coordenação na montagem dos complexos III e IV para garantir uma produção estequiométrica dos complexos da ETC, assegurando eficiência da transferência de elétrons e minimizando o vazamento de elétrons. Rcf1p e seu homólogo Rcf2p demonstraram regular a atividade da COX e se associar a supercomplexos de COX sob condições de crescimento respiratório. A ausência de fatores de montagem específicos observada em S. cerevisiae potencialmente significa que as subunidades estruturais atuam como chaperonas para a inserção de Cox3 na membrana e permanecem como parte da enzima COX ativa montada. Em humanos, foi proposto o papel de HIGD2A como fator de montagem do módulo Cox3. HIGD2A associa-se com Cox3 e outras subunidades estruturais em intermediários de montagem e também é encontrada em supercomplexos contendo COX. Além disso, a depleção de HIGD2A resulta em diminuição da estabilização de Cox3 e depleção dos supercomplexos mitocondriais compostos pelos Complexos I, III e IV. HIGD1A, um parálogo de HIGD2A, parece ter um papel maior na montagem da COX e dos supercomplexos do Complexo III, mas foi encontrada associada a COX4i e COX5A
4. Mutações em Fatores de Montagem da Citocromo c Oxidase como Causa de Doença Humana
A compreensão da montagem da COX também foi obtida a partir do estudo de pacientes que sofrem de doenças causadas por mutações nesses genes. Mutações em genes podem resultar na ausência de COX montada, mas também em mutações em resíduos críticos para a atividade da enzima. O padrão de herança dessas doenças também contribui para a gravidade da doença. É por isso que as doenças mitocondriais se apresentam como um espectro heterogêneo de distúrbios difíceis de diagnosticar e tratar. Várias mutações em fatores de montagem são a causa dessas doenças. A causa mais comum de deficiência do complexo IV é a mutação do SURF1. Existem pelo menos 36 mutações diferentes nesse gene que resultam em doença, localizadas ao longo de todo o gene e resultando em mutações de sentido trocado e sem sentido. Algumas delas foram introduzidas no SHY1 de levedura em brotamento em sítios conservados e resultam no acúmulo de intermediários em diferentes estágios da montagem do módulo Cox1p. Isso indica que a função de Shy1p pode ser detectada pelo ponto de verificação Mss51p, mas tem funções posteriores no processo de montagem. A grande variedade de mutações causadoras de doença no SURF1, juntamente com a evidência de um defeito respiratório fraco e espontaneamente suprimível em levedura em brotamento, indica que defeitos no SURF1 podem ser superados por alterações em uma variedade de outros genes na via de montagem da Cox1. Uma explicação semelhante pode estar por trás do número de mutações identificadas nas chaperonas de cobre, COX10 e COX15. Existem vários homólogos nessa via que, se alterados na expressão, poderiam explicar a doença. Além disso, como o cobre elevado pode suprimir mutações em levedura, alterações no manuseio celular do cobre poderiam explicar como uma mutação é superada para permitir a viabilidade. Mutações em outros genes são muito menos frequentes, e isso é mais provavelmente explicado por um defeito que não pode ser superado por alterações na expressão gênica. Isso também indica que, durante o desenvolvimento embrionário, há uma função essencial faltando quando uma mutação em outros genes está presente que não pode ser superada e o embrião não é viável. Existem vários exemplos em que genes que abrigam mutações levam à deficiência de COX, mas o papel não foi totalmente caracterizado. O CEP89 foi identificado como o gene mutado em um paciente com deficiência de COX. Essa mutação causou perda de atividade e função da COX. O papel exato do CEP89 nesse processo ainda precisa ser determinado. Em contraste com S.
cerevisiae, uma mutação pontual no COX14 resulta na diminuição da síntese de COX1 com uma perda esperada da expressão e atividade da COX, potencialmente evidenciando uma divergência no processo de montagem. Mutações no COA3, que funciona em um ponto semelhante ao COX14, também resultam em uma doença mitocondrial devido à perda específica da expressão da COX. Mutações no COA5, o homólogo humano do Pet191p, resultam em cardioencefalomiopatia infantil, causada pela deficiência de COX. A análise de complexos nativos demonstrou um intermediário de montagem contendo Cox1 que pode representar o MITRAC. Mutantes de COA7 resultam em deficiência de COX causando leucoencefalopatias e neuropatias periféricas, e essa deficiência pode ser restaurada ao inibir a degradação citosólica de COA7, indicando que essas mutações atrasam a importação de COA7 para as mitocôndrias, que ainda são capazes de contribuir para a montagem da COX. Mutações no PET100 também causam deficiência de COX através de uma truncagem e um defeito de importação. Mutações no PET117 causam deficiência de COX, muito provavelmente através do seu papel em auxiliar o acoplamento da síntese de heme à associação no Cox1. Em pacientes com mutações no COX10, a expressão da COX é diminuída e o Cox1 existe em uma submontagem que migra de forma semelhante ao MITRAC. Mutações no COX15 também mostram deficiências semelhantes da COX; no entanto, os intermediários de montagem nesses pacientes não foram investigados. Mutações nas proteínas de manuseio de cobre, SCO1 e SCO2, também foram identificadas resultando em deficiência de COX. COA8, uma proteína menos caracterizada identificada como tendo um papel na morte celular programada, quando mutada também pode causar deficiência de COX.
5. Resumo
Em resumo, a montagem da COX é um processo conservado que requer a função essencial de muitos fatores de montagem, de certa forma inesperadamente mais do que o número de genes estruturais. Isso indica a complexidade e a importância do processo. Sem uma enzima COX funcional, as mitocôndrias não conseguem produzir ATP, o que tem consequências devastadoras no contexto de doenças gravemente debilitantes que frequentemente levam à morte precoce. Através de uma melhor compreensão de como ocorre a montagem da COX, serão desenvolvidos melhores pontos de intervenção diagnóstica e terapêutica para melhorar a qualidade de vida dos pacientes que sofrem dessas doenças e das famílias que enfrentam escolhas que causam ansiedade e angústia.
Contribuições dos Autores
G.P.M. escreveu e conceituou 80% do manuscrito com 20% de contribuição na escrita e conceituação de S.A.W. Todos os autores leram e concordaram com a versão publicada do manuscrito.
Financiamento
Esta pesquisa não recebeu financiamento externo.
Conflitos de Interesse
Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Referências
Evolução mitocondrial
Genes PET de Saccharomyces cerevisiae
Biogênese modular dos complexos respiratórios mitocondriais
Controle de inventário: A montagem da citocromo c oxidase regula a tradução mitocondrial
Doença mitocondrial e o coração
Hepatopatias mitocondriais: Avanços em genética, abordagens terapêuticas e desfechos
Manifestações renais da doença mitocondrial genética
Manifestações gastrointestinais das doenças mitocondriais: Uma revisão sistemática
Uma perspectiva neurológica sobre a doença mitocondrial
Síndrome GRACILE, um distúrbio metabólico letal com sobrecarga de ferro, é causada por uma mutação pontual no BCS1L
Doenças mitocondriais
Citocromo c oxidase de levedura: Um sistema modelo para estudar formas mitocondriais da superfamília de oxidases heme-cobre
Rcf2 revelado em estruturas de crio-ME de isoformas hipóxicas de supercomplexos mitocondriais III-IV maduros
Papéis distintos de HIGD1A e HIGD2A mitocondriais na biogênese de complexos e supercomplexos respiratórios
NDUFA4 é uma subunidade do complexo IV da cadeia de transporte de elétrons de mamíferos
NDUFA4 (Renomeado COXFA4) É uma Subunidade da Citocromo-c Oxidase
Regulação da Citocromo c Oxidase de 13 Subunidades de Mamíferos e Ligação de outras Proteínas: Papel da NDUFA4
Estrutura da citocromo c oxidase humana intacta de 14 subunidades
Definição de um Proteoma Mitocondrial de Alta Confiança em Escala Quantitativa
Caracterização de intermediários de montagem contendo a subunidade 1 da citocromo oxidase de levedura
A perda da menor subunidade da citocromo c oxidase, COX8A, causa síndrome semelhante a Leigh e epilepsia
Uma mutação no COX6A1 causa uma forma recessiva axonal ou mista da doença de Charcot-Marie-Tooth
A mutação COX6A1 causa neuropatia hereditária motora e sensorial axonal — A confirmação do relato primário
Variantes do COX6A2 causam uma deficiência de citocromo c oxidase específica do músculo
As mutações do NDUFA4 do Consórcio UK10K estão na base da disfunção de uma subunidade da citocromo c oxidase ligada a doença neurológica humana
Citocromo c oxidase: Evolução do controle por adição de subunidade nuclear
O módulo de montagem Cox3p da citocromo oxidase de levedura
Montagem modular da citocromo oxidase de levedura
Cox2p da citocromo oxidase de levedura se monta como uma subunidade independente com os módulos Cox1p e Cox3p
A proteína Cox16 está fisicamente associada a intermediários de montagem de Cox1p e à citocromo oxidase
Oxa1 interage diretamente com Atp9 e medeia sua montagem no complexo mitocondrial F1Fo-ATP sintase
O knockdown de Oxa1l humano prejudica a biogênese da F1Fo-ATP sintase e da NADH: Ubiquinona oxidoredutase
Oxa1p atua como uma maquinaria geral de inserção na membrana para proteínas codificadas pelo DNA mitocondrial
Inserção co-traducional na membrana de proteínas codificadas por mitocôndrias
Translocação de domínios de Cox2 sintetizados por mitocôndrias da matriz para o espaço intermembrana
Cox18p é necessário para a exportação da cauda C de Cox2p de Saccharomyces cerevisiae codificada por mitocôndria e interage com Pnt1p e Mss2p na membrana interna
O Mba1 associado ao ribossomo escolta Cox2 da maquinaria de inserção para intermediários de montagem em maturação
Uma mutação nuclear impede o processamento de uma proteína de membrana codificada por mitocôndria em Saccharomyces cerevisiae
Mutações no OXA1L causam encefalopatia mitocondrial e um defeito combinado de fosforilação oxidativa
O gene OXA1L que controla a montagem da citocromo oxidase mapeia para a região 14q11.2 do genoma humano
MITRAC liga a translocação de proteínas mitocondriais à montagem da cadeia respiratória e à regulação traducional
MITRAC7 atua como uma chaperona específica para COX1 e revela um ponto de verificação durante a montagem da Citocromo c Oxidase
Cox25 se associa a Mss51, Ssc1 e Cox14 para regular a expressão e montagem da subunidade 1 da citocromo c oxidase mitocondrial em Saccharomyces cerevisiae
Mss51p e Cox14p regulam conjuntamente a expressão de Cox1p mitocondrial em Saccharomyces cerevisiae
Shy1 acopla a regulação traducional de Cox1 à montagem da citocromo c oxidase
Coa1 liga a função pós-traducional de Mss51 à inserção do cofator de Cox1 na montagem da citocromo c oxidase
Estabilização de intermediários de Cox1p pelo complexo Cox14p-Coa3p
Um mecanismo de detecção de heme na regulação traducional da biogênese da citocromo c oxidase mitocondrial
HIF-1 regula subunidades da citocromo oxidase para otimizar a eficiência da respiração em células hipóxicas
A expressão dependente de oxigênio do gene da subunidade 4-2 da citocromo c oxidase é mediada pelos fatores de transcrição RBPJ, CXXC5 e CHCHD2
Dois papéis opostos de RBP-J na sinalização Notch
Estrutura/função de isoformas reguladas por oxigênio na citocromo c oxidase
O papel de Coa2 na hemilação de Cox1 de levedura revelado por sua interação genética com Cox10
A heme a sintase Cox15 se associa a intermediários de montagem da citocromo c oxidase durante a maturação de Cox1
Isolamento de um cDNA humano para heme A: Farnesiltransferase por complementação funcional de um mutante cox10 de levedura
Mutações no COX15 produzem um defeito na via biossintética mitocondrial do heme, causando cardiomiopatia hipertrófica fatal de início precoce
O fator de montagem pet117 acopla a atividade da heme a sintase à montagem da citocromo oxidase
Evidência para a associação de ribossomos mitocondriais de levedura com Cox11p, uma proteína necessária para a formação do sítio Cu(B) da citocromo c oxidase
Transferência específica de cobre do metalochaperone Cox17 para Sco1 e Cox11 na montagem da citocromo c oxidase de levedura
COX23, um homólogo de COX17, é necessário para a montagem da citocromo oxidase
Interação dinâmica regulada por redox entre Cox19 e a proteína de ligação ao cobre Cox11 no espaço intermembranar das mitocôndrias facilita a biogênese da citocromo c oxidase
Cmc1p é uma proteína conservada mitocondrial dupla CX9C envolvida na biogênese da citocromo c oxidase
A proteína conservada mitocondrial dupla Cx9C Cmc2 é um homólogo de Cmc1 essencial para a biogênese da citocromo c oxidase
A TMEM177 mitocondrial associa-se com COX20 durante a biogênese de COX2
Mapeamento da interação funcional de Sco1 e Cox2 na biogênese da citocromo oxidase
SCO1 e SCO2 atuam como supressores de alto número de cópias de um defeito de recrutamento de cobre mitocondrial em Saccharomyces cerevisiae
COX16 é necessário para a montagem da citocromo c oxidase em células humanas e está envolvido na entrega de cobre ao COX2
COX16 promove a metalação e montagem de COX2 durante a biogênese do complexo respiratório IV
COA6 facilita a biogênese da citocromo c oxidase como tiol-redutase para metalochaperones de cobre nas mitocôndrias
MR-1S interage com PET100 e PET117 na montagem baseada em módulos da citocromo c oxidase humana
Regulador da miofibrilogênese 1 (MR-1): Um alvo terapêutico potencial para câncer e PNKD
Rcf1 modula a atividade da citocromo c oxidase especialmente sob condições de alta demanda energética
HIGD2A é necessário para a montagem do módulo COX3 do complexo IV mitocondrial humano
A imitação de um alelo SURF1 revela o desacoplamento da montagem da citocromo c oxidase da regulação traducional em levedura
Uma mutação no gene humano da heme A: farnesiltransferase (COX10) causa deficiência de citocromo c oxidase
Isoformas tecido- e condição-específicas das subunidades da citocromo c oxidase de mamíferos: Da função à doença humana
Variabilidade fenotípica e ponto crítico de mutação na síndrome de Leigh relacionada ao COX15
CEP89 é necessário para o metabolismo mitocondrial e função neuronal em humanos e moscas
Mutações em C12orf62, um fator que acopla a síntese de COX I com a montagem da citocromo c oxidase, causam acidose láctica neonatal fatal
Mutações em COA3 causam deficiência isolada do complexo IV associada a neuropatia, intolerância ao exercício, obesidade e baixa estatura
Uma mutação em C2orf64 causa montagem prejudicada da citocromo c oxidase e cardiomiopatia mitocondrial
Mutações em COA7 (C1orf163/RESA1) associadas a leucoencefalopatia mitocondrial e deficiência de citocromo c oxidase
Mutações em COA7 causam ataxia espinocerebelar com neuropatia axonal
Inibição do proteassoma resgata uma variante patogênica do fator de montagem da cadeia respiratória COA7
O Alelo Libanês no Gene PET100: Relato de Duas Novas Famílias com Deficiência de Citocromo c Oxidase
Uma variante truncada do PET100 causando acidose láctica infantil fatal e deficiência isolada de citocromo c oxidase
Uma mutação fundadora no PET100 causa deficiência isolada do complexo IV em indivíduos libaneses com síndrome de Leigh
PET117 mutado causa deficiência do complexo IV e está associado a regressão neurodesenvolvimental e lesões na medula oblonga
Mutações no COX10 resultam em um defeito na biossíntese mitocondrial do heme A e são responsáveis por múltiplos fenótipos clínicos de início precoce associados à deficiência isolada de COX
Biogênese da citocromo c oxidase em um paciente com mutação no gene COX10
Estudos funcionais e genéticos demonstram que a mutação no gene COX15 pode causar síndrome de Leigh
Cardioencefalopatia infantil devido a um defeito no gene COX15: Relato e revisão
Novas mutações no COX15 em um paciente com síndrome de Leigh de longa sobrevivência e deficiência de citocromo c oxidase
Cardioencefalomiopatia infantil fatal com deficiência de COX e mutações no SCO2, um gene de montagem da COX
Mutações no SCO2 estão associadas a uma forma distinta de cardiomiopatia hipertrófica e deficiência de citocromo c oxidase
Mutações no SCO2 causam doença de Charcot-Marie-Tooth axonal de início precoce associada à deficiência celular de cobre
Homozigose (E140K) no SCO2 causa início tardio na infância de cardiomiopatia e neuropatia
Mutações do gene SCO1 na deficiência mitocondrial de citocromo c oxidase com insuficiência hepática de início neonatal e encefalopatia
Estudos funcionais do Sco1 humano e implicações patológicas do mutante P174L
Mutações no APOPT1, que codifica uma proteína mitocondrial, causam leucoencefalopatia cavitante com deficiência de citocromo c oxidase
Representação das topologias e ponto isoelétrico de Cox1p, Cox14p, Coa1p e Coa3p. Os domínios coloridos em vermelho e azul são >1 unidade de pH inferior ou superior ao pI de toda a proteína. IMS: espaço intermembranar; COX: citocromo c oxidase COA: Fator de Montagem da Citocromo c Oxidase.
Mecanismos hipotéticos para a incorporação de Cox5a/bp na COX durante a transição de condições de crescimento aeróbico para anaeróbico. (A) Montagem de Cox1p sob condições aeróbicas. (B) Troca da subunidade Cox5a/bp usando um mecanismo hipotético de troca de isoforma da subunidade. (C) Mecanismo hipotético de degradação da subunidade onde Cox5ap é degradada para reformar o intermediário de montagem anterior, que pode então aceitar Cox5bp recém-expressa. D1, D2, D3, D4 e D5 representam intermediários de montagem discretos contendo Cox1p. Os asteriscos (*) representam intermediários de montagem hipotéticos com subunidades alteradas do intermediário de montagem anterior não marcado com o asterisco.
Fatores de montagem necessários para a maturação da COX de Saccharomyces cerevisiae e humana. O nome do gene representa se ele é conservado em ambos os organismos, encontrado apenas em levedura de brotamento (nome do gene/) ou encontrado apenas em humanos (/nome do gene).
Subunidade Mitocondrial Transcrição/Processamento de mRNA Tradução Processamento Proteolítico/Protease Inserção na Membrana Associação com Cobre Associação com Heme Chaperona Desconhecido COX1 Cox24 Mss51p//TACO1 Oma1 Oxa1Mba1/ Cox11Cox17Cox19Cox23Cmc1Cmc2 Coa2Cox10Cox15Shy1/SURF1 Coa1/MITRAC15Coa3/MITRAC12Cox14Mdj1Ssc1/MITRAC7 COX2 – Pet111 Cox20Imp1Imp2Som1 Oxa1Cox18Pnt1Mss2 Cox16Cox17Cox19Cox23Coa6Cmc1Cmc2Sco1Sco2_/TMEM177 – Cox20 COX3 – Pet54Pet122Pet494 – – – Rcf1p/HIGD2A 2 ou mais genes LRPPRC – – – – – Desconhecido /CEP89/COA7_/COA8Pet191/Coa5
Pontos isoelétricos teóricos calculados dos domínios localizados na matriz e no IMS de Cox14p, Coa1p e Coa3p usando a ferramenta “ExPASy compute pI/MW”. Vermelho e azul claro indicam pI do domínio em > 1 unidade de pH menor ou maior que o pI total da proteína.
Proteína Matriz IMS Transmembrana Total Cox14p 9.69 N 4.58 C 5.52 7.51 Coa1p 10.94 N 5.66 C 5.52 10.12 Coa3p 5.48 C 11.07 N 8.43 9.83