The molecular function of AFG2A (SPATA5) in rare genetic neurodevelopmental disorder and path towards therapy

Abstract

The ATPase family gene 2 protein homolog A (AFG2A) is a gene located on the long arm of chromosome 4, which codes for a protein of the same name belonging to the adenosine triphosphatases associated with diverse cellular activities (AAA+ ATPase) family. It plays a role in maintaining mitochondrial integrity, recycling replisome proteins, ensuring the smooth progression of the replication fork, and in the late maturation steps of the pre-60S ribosomal subunit. Furthermore, variants in the AFG2A gene are associated with a rare neurodegenerative disease with autosomal recessive inheritance known as Neurodevelopmental disorder with hearing loss, seizures and brain abnormalities (NEDHSB) with no efficient causative therapy currently available. Here, we present a human embryonic kidney (HEK) 293 cell AFG2A knockdown model (hereafter referred to as HEK 293 AFG2A KD), which we subjected to a series of functional analyses to better understand the protein's biological activity. First, we observed that AFG2A deficiency results in a quantitative depletion of mitochondria with intact membrane potential, as well as a significant decrease in their volume and surface area. Furthermore, we noticed attenuated basal and ATP-dependent oxygen consumption rates (OCRs) accompanied by an apparent but non-significant...

Proteinový homolog A genu 2 z rodiny ATPáz (AFG2A) je gen nacházející se na dlouhém raménku chromozomu 4, který kóduje protein stejného jména patřící do rodiny adenosin trifosfatáz spojených s různorodými buněčnými aktivitami (AAA+ ATPases). Hraje roli v udržování integrity mitochondrií, recyklaci proteinů replisomu a zajištění hladké progrese replikační vidličky a také v pozdních fázích zrání pre-60S ribozomální podjednotky. Varianty v genu AFG2A jsou navíc spojeny se vzácným neurodegenerativním onemocněním s autozomálně recesivní dědičností známým jako Neurovývojová porucha se ztrátou sluchu, záchvaty a mozkovými abnormalitami (NEDHSB), pro které v současné době neexistuje účinná léčba. Zde představujeme lidský embryonální ledvinný (HEK) 293 buněčný model s utlumenou expresí AFG2A (dále označovaný jako HEK 293 AFG2A KD), který byl podroben sérii funkčních analýz, abychom lépe porozuměli biologické aktivitě tohoto proteinu. Nejprve jsme zpozorovali, že nedostatek AFG2A vede ke kvantitativnímu úbytku počtu mitochondrií s neporušeným membránovým potenciálem a také k významnému snížení jejich objemu a povrchu. Patrné bylo navíc snížení bazální a ATP-dependentní rychlosti spotřeby kyslíku (OCR) spojené se zdánlivým, avšak nesignifikantním poklesem produkce mitochondriálního ATP. Dále jsme detekovali...