The production of methane by methanogens is dependent on numerous iron-sulfur (Fe-S) cluster proteins; yet, the machinery involved in Fe-S cluster biogenesis in methanogens remains largely unknown. Methanogen genomes encode uncharacterized homologs of the core components of the ISC (IscS and IscU) and SUF (SufBC) Fe-S cluster biogenesis systems found in bacteria and eukaryotes. Methanosarcina acetivorans contains three iscSU and two sufCB gene clusters. Here, we report genetic and biochemical characterization of M. acetivorans iscSU2. Purified IscS2 exhibited pyridoxal 5′- phosphate-dependent release of sulfur from L-cysteine. Incubation of purified IscU2 with IscS2, cysteine, and iron (Fe2+) resulted in the formation of [4Fe-4S] clusters in IscU2. IscU2 transferred a [4Fe-4S] cluster to purified M. acetivorans apo-aconitase. IscU2 also restored the aconitase activity in air-exposed M. acetivorans cell lysate. These biochemical results demonstrate that IscS2 is a cysteine desulfurase and that IscU2 is a Fe-S cluster scaffold. M. acetivorans strain DJL60 deleted of iscSU2 was generated to ascertain the in vivo importance of IscSU2. Strain DJL60 had Fe-S cluster content and growth similar to the parent strain but lower cysteine desulfurase activity. Strain DJL60 also had lower intracellular persulfide content compared to the parent strain when cysteine was an exogenous sulfur source, linking IscSU2 to sulfur metabolism. This study establishes that M. acetivorans contains functional IscS and IscU, the core components of the ISC Fe-S cluster biogenesis system and provides the first evidence that ISC operates in methanogens.

中文翻译：

---

Methanosarcina acetivorans 包含用于铁硫簇生物发生的功能性 ISC 系统

产甲烷菌产生的甲烷依赖于大量的铁硫 (Fe-S) 簇蛋白；然而，产甲烷菌中参与 Fe-S 簇生物发生的机制在很大程度上仍然未知。产甲烷菌基因组编码在细菌和真核生物中发现的 ISC（IscS 和 IscU）和 SUF（SufBC）Fe-S 簇生物发生系统的核心成分的未表征同源物。Methanosarcina acetivorans 包含三个 iscSU 和两个 sufCB 基因簇。在这里，我们报告了 M. acetivorans iscSU2 的遗传和生化特征。纯化的 IscS2 表现出吡哆醛 5'-磷酸依赖性硫从 L-半胱氨酸释放。将纯化的 IscU2 与 IscS2、半胱氨酸和铁 (Fe2+) 一起孵育，导致在 IscU2 中形成 [4Fe-4S] 簇。IscU2 将 [4Fe-4S] 簇转移到纯化的 M. acetivorans apo-aconitase。IscU2 还恢复了暴露于空气的 M. acetivorans 细胞裂解物中的乌头酸酶活性。这些生化结果表明 IscS2 是一种半胱氨酸脱硫酶，而 IscU2 是一种 Fe-S 簇支架。产生了缺失 iscSU2 的 M. acetivorans 菌株 DJL60 以确定 IscSU2 的体内重要性。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。嗜乙酰细胞裂解物。这些生化结果表明 IscS2 是一种半胱氨酸脱硫酶，而 IscU2 是一种 Fe-S 簇支架。产生了缺失 iscSU2 的 M. acetivorans 菌株 DJL60 以确定 IscSU2 的体内重要性。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。嗜乙酰细胞裂解物。这些生化结果表明 IscS2 是一种半胱氨酸脱硫酶，而 IscU2 是一种 Fe-S 簇支架。产生了缺失 iscSU2 的 M. acetivorans 菌株 DJL60 以确定 IscSU2 的体内重要性。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。这些生化结果表明 IscS2 是一种半胱氨酸脱硫酶，而 IscU2 是一种 Fe-S 簇支架。产生了缺失 iscSU2 的 M. acetivorans 菌株 DJL60 以确定 IscSU2 的体内重要性。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。这些生化结果表明 IscS2 是一种半胱氨酸脱硫酶，而 IscU2 是一种 Fe-S 簇支架。产生了缺失 iscSU2 的 M. acetivorans 菌株 DJL60 以确定 IscSU2 的体内重要性。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。菌株 DJL60 具有与亲本菌株相似的 Fe-S 簇含量和生长，但半胱氨酸脱硫酶活性较低。当半胱氨酸是外源硫源时，菌株 DJL60 的细胞内过硫化物含量也低于亲本菌株，将 IscSU2 与硫代谢联系起来。该研究确定 M. acetivorans 含有功能性 IscS 和 IscU，它们是 ISC Fe-S 簇生物发生系统的核心成分，并提供了 ISC 在产甲烷菌中起作用的第一个证据。