Molecular basis of Diamond Blackfan anemia: structure and function analysis of RPS19

Abstract

Diamond–Blackfan anemia (DBA) is a rare congenital disease linked to mutations in the ribosomal protein genes rps19, rps24 and rps17. It belongs to the emerging class of ribosomal disorders. To understand the impact of DBA mutations on RPS19 function, we have solved the crystal structure of RPS19 from Pyrococcus abyssi. The protein forms a five α-helix bundle organized around a central amphipathic α-helix, which corresponds to the DBA mutation hot spot. From the structure, we classify DBA mutations relative to their respective impact on protein folding (class I) or on surface properties (class II). Class II mutations cluster into two conserved basic patches. In vivo analysis in yeast demonstrates an essential role for class II residues in the incorporation into pre-40S ribosomal particles. This data indicate that missense mutations in DBA primarily affect the capacity of the protein to be incorporated into pre-ribosomes, thus blocking maturation of the pre-40S particles.

RPS19 mutations in patients with Diamond-Blackfan anemia

“…This problem has now been solved thanks to Pyrococcus abissi, an hyperthermophylic archaeon whose RPS19 shares 36% identity and 57% similarity with human RPS19. The structure of RPS19 is a bundle of five a-helixes bearing amino acids that are the targets of missense mutations [Gregory et al, 2007].…”

“…Recent definition of the three-dimensional (3D) structure has helped to illustrate the effect of missense mutations [Gregory et al, 2007]. According to their location on this structure, Gregory et al [2007] distinguished two classes of missense mutations (Fig.…”

“…The hotspot between codons 52 FIGURE 1. a: Ribbon model for RPS19 from P. abyssi. Missense mutations encountered in DBA patients have been labeled and colored according to their belonging to Class I (green and structural) or Class II (red and solvent exposed) as described in Gregory et al [2007]. Deletions are colored in orange.…”

Anémie de Diamond-Blackfan

“…Si certaines de ces mutations aboutissent clairement à un allèle nul, l'impact des nombreuses mutations ponctuelles faux-sens est plus difficile à évaluer a priori. Pour répondre à cette question, nous avons récemment résolu la structure cristalline de la protéine S19e de l'archéon hyperthermophile Pyrococcus abyssi [29]. Cette protéine présente plus de 50 % de similitude avec son homologue humain et s'est avérée être un bien meilleur candidat à la cristallisation.…”

“…De fait, la mutation de ces acides aminés affecte la stabilité de RPS19 et provoque la dégradation de la protéine par le protéasome dans des cellules en culture [30][31][32]. Une deuxième classe de mutations touche des acides aminés localisés à la surface de la protéine qui définissent des domaines basiques essentiels pour l'incorporation de RPS19 dans la particule pré-40S, comme l'ont confirmé des expériences chez la levure S. cerevisiae [29] et dans des cellules humaines en culture [30]. Ainsi, qu'elles diminuent la synthèse de RPS19, provoquent sa dégradation ou affectent ses surfaces d'interaction, les mutations pathogéniques de RPS19 entraînent toutes un déficit d'incorporation de RPS19 dans les pré-ribosomes, et par conséquent affectent la production des sous-unités 40S.…”