铁硫簇组装酶； ISCU

铁硫簇支架，大肠杆菌，同系物

HGNC 批准的基因符号：ISCU

细胞遗传学位置：12q23.3 基因组坐标（GRCh38）：12:108,561,463-108,569,384（来自 NCBI）

▼ 描述

铁硫（Fe-S）簇是在呼吸链复合物以及众多线粒体和胞质酶中发现的辅基。Fe-S 簇的组装需要支架蛋白，例如 ISCU，以及半胱氨酸脱硫酶、铁供体和分子伴侣（Li et al., 2006）。

▼ 克隆与表达

通过在 EST 数据库中搜索酵母 Isu 蛋白的同源物，然后搜索心脏和肝脏 RNA 的 5-prime RACE，Tong 和 Rouault（2000）克隆了 2 个 ISCU 剪接变体：ISCU1 和 ISCU2。两种变体共享相同的转录起始位点，但它们的不同之处在于外显子 1B 的存在（ISCU1）或缺失（ISCU2）。ISCU1 编码推导的 142 个氨基酸的蛋白质，具有 13 个独特的 N 端残基，ISCU2 编码推导的 167 个氨基酸的蛋白质，具有 38 个独特的 N 端残基，包括线粒体靶向信号。他们预测分子质量分别为 15.4 和 17.9 kD。使用特异性探针进行 Northern 印迹分析，在心脏和 RD4 横纹肌肉瘤细胞中检测到内源性 ISCU1 和 ISCU2 转录物分别为 1.4 和 1.3 kb。使用通用探针对人体组织板进行 Northern 印迹分析检测到 1。35-kb 转录物主要在心脏和骨骼肌中表达。转染的 COS 细胞的免疫荧光显微镜显示 ISCU1 定位于细胞质和细胞核，而 ISCU2 与线粒体标记共定位。对分级分离的 RD4 细胞进行免疫沉淀和蛋白质印迹分析，检测到 15 kD 的内源性 ISCU1 蛋白。ISCU2 似乎经历了快速的两步加工，在 glu27 处进行蛋白水解切割，然后在 tyr35 处进行蛋白水解，产生约 14 kD 的成熟蛋白质。还检测到 19-kD 形式的胞质 ISCU。对分级分离的 RD4 细胞进行免疫沉淀和蛋白质印迹分析，检测到 15 kD 的内源性 ISCU1 蛋白。ISCU2 似乎经历了快速的两步加工，在 glu27 处进行蛋白水解切割，然后在 tyr35 处进行蛋白水解，产生约 14 kD 的成熟蛋白质。还检测到 19-kD 形式的胞质 ISCU。对分级分离的 RD4 细胞进行免疫沉淀和蛋白质印迹分析，检测到 15 kD 的内源性 ISCU1 蛋白。ISCU2 似乎经历了快速的两步加工，在 glu27 处进行蛋白水解切割，然后在 tyr35 处进行蛋白水解，产生约 14 kD 的成熟蛋白质。还检测到 19-kD 形式的胞质 ISCU。

▼ 基因结构

Olsson 等人（2008）指出 ISCU 基因包含 6 个外显子。

▼ 测绘

在一项针对遗传性肌病和乳酸性酸中毒患者的研究中（255125），Mochel 等人（2008）发现 ISCU 基因位于染色体 12q24.11 上该疾病的纯合性区域。

通过基因组序列分析，Gross（2019）根据 ISCU 序列（GenBank BC011906）与基因组序列（GRCh38）的比对，将 ISCU 基因对应到染色体 12q23.3。

▼ 基因功能

ISCS（NFS1; 603485）是一种半胱氨酸脱硫酶，被认为可以隔离无机硫以用于 Fe-S 簇组装。通过对分级分离的 RD4 细胞进行免疫共沉淀和蛋白质印迹分析，Tong 和 Rouault（2000）发现线粒体和胞质 ISCU 亚型与各自分级中的线粒体和胞质 ISCS 亚型相关，表明在胞质和线粒体区室中存在单独的 Fe-S 簇组装复合物。

Tong 和 Rouault（2006）在 HeLa 细胞中使用亚型特异性小干扰 RNA，表明 ISCU 的线粒体和胞质亚型分别是线粒体乌头酸酶（ACO2; 100850）和胞质乌头酸酶（ACO1; 100880）活性所必需的。此外，ISCU 亚型的敲低不当激活了 ACO1 和 IREB2（147582）的铁调节元件结合活性和铁调节功能，并破坏了细胞内铁稳态。缺铁会降低内源性 ISCU 水平。Tong 和 Rouault（2006）得出结论，ISCU 参与对缺铁的协调反应，包括铁吸收的激活、细胞内铁的重新分配以及 Fe-S 蛋白中铁的利用减少。

李等人（2006）发现人 ISCS 和 ISCU 的胞质亚型在体外形成复合物。当与 IRP1（ACO1）、半胱氨酸和铁一起孵育时，ISCS 和 ISCU 的胞质形式促进了 IRP1 上 4Fe-4S 簇的形成。

▼ 分子遗传学

患有严重运动不耐受和肌红蛋白尿的肌病（255125）被描述为瑞典北部患者的常染色体隐性遗传特征，与骨骼肌中琥珀酸脱氢酶和乌头酸酶缺乏相关。莫切尔等人（2008）在来自 3 个患有这种疾病的家庭的 3 名患者中，将 ISCU 基因鉴定为染色体 12q 上共享纯合性区域内的候选基因。他们在所有 3 名受影响个体的 ISCU 基因中发现了纯合内含子 G-to-C 颠换（7044G-C，或 IVS5+382G-C；611911.0001）。该突变增强了内含子 5 内的弱剪接受体位点，导致 100 bp 内含子序列保留，并产生 15 个氨基酸和提前终止密码子。患者肌肉中 ISCU mRNA 和线粒体 ISCU 蛋白的显着减少与铁调节蛋白 IRP1（100880）的减少和骨骼肌中细胞内铁超载有关，这与该疾病中铁稳态的肌肉特异性改变一致。ISCU 在铁硫簇生物合成中与 Friedreich 共济失调（FRDA; 229300）基因产物共济蛋白（FXN; 606829）相互作用。

Olsson 等人在来自 9 个患有遗传性肌病和乳酸性酸中毒的家庭的 15 名受影响成员中（2008）将基因座孤立对应到染色体 12q23.2-q24.11（D12S84 的最大 lod 得分为 5.26）。他们在所有受影响的个体中鉴定出 ISCU 基因内含子 G 到 C 颠换的纯合性。

▼ 动物模型

Nordin 等人（2011）发现 Iscu -/- 小鼠胚胎致死。在胚胎日（E） 7.5 至 10.5 没有鉴定出纯合无效胚胎，但在 E3.5，9 个胚胎中的 2 个胚胎为无效等位基因纯合，表明 Iscu 对于胚胎的植入或早期发育很重要。相比之下，Iscu +/- 小鼠没有表现出明显的身体损伤，并且与野生型小鼠相似。杂合小鼠的组织显示 Iscu 蛋白水平降低，但降低幅度小于 50%，表明功能等位基因上调。

▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：.

0001 乳酸性酸中毒肌病，遗传性
ISCU，IVS5，GC，+382
Mochel 等人对来自瑞典北部的 3 名患有运动不耐受的肌病患者（HML; 255125）进行了研究（2008）发现ISCU基因中内含子G到C颠换（7044G-C，或IVS5+382G-C）的纯合性。在瑞典的 568 条染色体中，有 3 个杂合突变携带者，导致该人群中的频率约为 1:188。对患者肌肉的蛋白质印迹分析显示，与对照组相比，正常线粒体亚型（ISCU2）显着减少。该突变被认为增强了弱剪接受体位点，从而保留了已知末端外显子上游的 100 bp 内含子序列，引入了终止密码子，并降低了 ISCU mRNA 和蛋白质的水平。肌肉中线粒体 ISCU 的消耗将解释生化和临床表型，

奥尔森等人孤立地（2008）在来自 9 个遗传性肌病和乳酸性酸中毒家族的 15 名受影响成员中，鉴定了 ISCU 基因内含子 5 中 G 到 C 颠换的纯合性。RT-PCR 研究表明，与对照组相比，患者肌肉活检中的 ISCU mRNA 剪接异常，线粒体 ISCU2 亚型水平显着降低。然而，患者的 mRNA 与胞质 ISCU1 亚型并不对应；相反，患者的 mRNA 包含来自内含子 5 的 100 bp 序列，插入外显子 4 和 5 之间。这是由于隐藏的受体和供体剪接位点的激活所致。添加的内含子序列产生了替代的 C 端 15 个氨基酸，后跟终止密码子。

Kollberg 和 Holme（2009）证明，专门针对由 7044G-C 突变诱导的 ISCU 基因中激活的隐性剪接位点的反义寡核苷酸能够在源自纯合突变患者的培养成纤维细胞中恢复正确的阅读框。细胞的恢复是稳定的，21 天后，正确剪接的 mRNA 仍然是主要的 RNA 种类。

萨纳克等人（2010）报道了一位患有这种疾病的挪威女性，她的 7044G-C 突变是纯合的。骨骼肌样本中线粒体复合物 I、II 和 III 的活性降低，而培养的成肌细胞和成纤维细胞的活性几乎正常。蛋白质印迹分析显示肌肉、成肌细胞和成纤维细胞中 ISCU I 型减少。患者成肌细胞中 ISCU mRNA 的稳态水平显着降低（对照组为 20%），肌肉中度适度降低（对照组为 54%），成纤维细胞中则正常。含有外显子 5、5A 和 6 的突变转录物是患者肌肉中的主要（90%）种类，尽管也发现了低水平（10%）的外显子 5 和 6 正常转录物。对照样品的突变转录物水平也较低，表明该突变增强了先前存在的弱剪接位点。患者血液、成肌细胞和成纤维细胞含有等量的两种转录物。与对照组相比，患者肌肉还特别显示线粒体含量增加，这可能代表一种补偿机制。这些发现表明正常剪接和异常剪接转录物之间的比率对于确定缺陷的组织特异性很重要。

诺丁等人（2011）证明了突变剪接 ISCU 蛋白的组织特异性表达。对 IVS5 突变患者死后组织样本的 RT-PCR 分析显示，肌肉中突变 mRNA 的相对量最高（80%），其中包含 100 bp 插入片段的转录本最为常见。在心脏和肝脏中，野生型 mRNA 占主导地位，占心脏中总 mRNA 的 70%，在肝脏中占 54%。该发现通过组织的蛋白质印迹分析得到证实。结果表明，组织特异性差异剪接是具有这种 ISCU 突变的患者肌肉特异性表型的基础。

诺丁等人（2012）发现 RNA 结合因子 IGF2BP1（608288）对突变型 ISCU 的亲和力比野生型 ISCU 更高。PTBP1（600693）参与抑制错误剪接，与野生型和突变型 ISCU 均强烈结合。使用 ISCU 小基因的体外研究表明，当与突变体小基因共表达时，PTBP1 显着抑制不正确的剪接，导致突变体：正常转录本比率发生 0.13 倍的变化。相比之下，IGF2B1 和 RBM39（604739）导致突变体：正常转录本比率增加，并且能够抵消 PTBP1 的影响。诺丁等人（2012）表明 IGF2BP1 特别可能是通过干扰 PTBP1 结合和抑制突变型 ISCU 来促进假外显子包含在突变型 ISCU 中的因素。

.0002 乳酸性酸中毒肌病，遗传性
ISCU，GLY50GLU
Kollberg 等人对来自瑞典北部的 2 名患有遗传性肌病伴乳酸性酸中毒的兄弟（HML; 255125）进行了研究（2009）鉴定了常见内含子 G 到 C 突变（611911.0001）的复合杂合性和 ISCU 基因外显子 3 中的 149G-A 转变，导致 gly50 到 glu（G50E）取代。G50E 突变遗传自未受影响的芬兰母亲，并且在 100 名芬兰对照组中未发现。骨骼肌线粒体的蛋白质印迹分析显示，两兄弟的 ISCU 蛋白水平仅略有降低，表明错义突变产生了无功能的蛋白。这些男孩的表型比内含子 7044G-C 突变纯合子的患者更严重。兄弟俩从 2 岁时开始出现进行性严重的肌肉无力和肌肉萎缩。他们还显示出心脏受累的证据，包括心电图改变和轻度心脏肥大，但没有扩张。科尔伯格等人（2009）指出，男孩们并没有抱怨运动不耐受，并表示他们太虚弱了，甚至无法引起心动过速、心悸或呼吸短促等症状。