• Metabolismo dei metalli di transizione Cu, Fe, Zn
•sintesi e degradazione dell’eme
REGOLAZIONE SISTEMICA
Chi trasmette all’enterocita le informazioni sullo stato
(riserve di ferro, eritropoiesi) dell’organismo?
Nel 2000 isolato un peptide antimicrobico (due forme di 20 e 25 aa)
sintetizzato nel fegato a partire da un precursore di 84 aa
EPCIDINA
hepcidin (hepatic bactericidal protein)
“ormone del ferro”
 Attività antimicrobica
 Attività ormonale per il metabolismo del ferro
2001 Evidenze che l’epcidina è un regolatore negativo
dell’assorbimento del ferro alimentare e del rilascio del ferro dai macrofagi
Bersaglio cellulare: enterocita, macrofago
 ferroportina
Bersaglio molecolare: ferroportina
macrofago
FEGATO
epcidina
endocitosi e
proteolisi
 ferroportina
enterocita
• anemia
• sovraccarico
di Fe
• stati infiammatori (via citochine, IL-6)
(infezioni, artrite, cancro, …)

 EPCIDINA

assorbimento duodenale
 rilascio dai macrofagi
  Fe
• eritropoietina
• ipossia
• dieta povera di ferro
• alcol
 trascrizione
 EPCIDINA

 assorbimento duodenale
 rilascio dai macrofagi   Fe
Epcidina
I. l’epcidina lega la ferroportina, che viene (Tyr) fosforilata
II. la ferroportina-P viene internalizzata e degradata
III. viene pertanto bloccato l’esporto di ferro da enterocita e
macrofagi
IV. l’accumulo di Fe nell’enterocita blocca la sintesi dei trasportatori
e l’assorbimento del ferro
V. entrambi i meccanismi portano a diminuzione del ferro sierico
OMEOSTASI DEL FERRO
Una nuova concezione della regolazione del Fe dalla scoperta
1. Epcidina – ormone regolatore negativo
2. Emocromatosi ereditarie (accumulo di ferro - Morbo bronzino)
HJV
Tf R2
HFE
Regolano l’espressione dell’epcidina
Proteina HFE: forma un complesso con Tf-R e modula affinità per Tf
Variante Cys282Tyr 30% della popolazione europea
EMOCROMATOSI HFE (o di Tipo I)
64% causa di emocromatosi in Italia; 82-90% USA, Francia, Gran Bretagna
100% Australia
Aumenta l’ASSORBIMENTO INTESTINALE
verso i 40 anni accumulo in Fe tale da dare sintomi clinici (fibrosi, cirrosi)
per l’eterozigote non sembrerebbe fattore di rischio
per l’omozigote fattore necessario ma non sufficiente anche altre cause tra cui:
alimentari: alcol > 60g/die
alti livelli di assunzione di Fe
EMOCROMATOSI NON-HFE
Tipo 2
mutazione epcidina
Tipo 3
mutazione TfR2
Tipo 4
mutazione ferroportina
Emocromatosi Ereditarie (HH)
HH tipo1 – mutazioni del gene HFE
aumento del Fe (fegato, cuore, pancreas, pelle) sviluppo di cirrosi epatica
diabete e fibrosi.
gene codifica per una proteina della classe MHC di tipo I che forma
un complesso con il recettore della transferrina.
(meccanismo di regolazione dell’epcidina è sconosciuto).
HH tipo2 – mutazioni del gene HFE2
chiamata forma giovanile (Morte prima dei 30 anni) alterazioni cardiache
e a livello endocrino. Gene codifica per una proteina che regola
l’espressione dell’epcidina.
HH tipo3 – mutazioni del gene HFR2 – codifica per transferrina R2 proteina omologa a
transferrina ma con legame per il Fe meno affine e distribuzione più ristretta.
La sua funzione è sempre correlata alla sintesi di epcidina.
HH tipo4 – è correlata a mutazioni della ferroportina
La lattoferrina, conosciuta anche come lattotransferrina è una proteina globulare multifunzionale
con attività antimicrobica, sia battericida che fungicida.
Y = Tyr
H = His
D = Asp
Meccanismo di inserimento del Fe nella transferrina
Y = Tyr
H = His
D = Asp
FERRITINA
forma di riserva del ferro; ubiquitaria
apoproteina:
involucro costituito da 24 subunità di tipo L (leggera) ed H (pesante)
subunità H: enzima con attività ferrossidasica (Fe+2  Fe+3)
subunità L: facilita la nucleazione
4.500 atomi di Fe
sotto forma di complesso di ossido e fosfato ferrico
cuore, muscolo predomina tipo H
(rapido turnover, per il metabolismo cellulare)
fegato, milza predomina tipo L
(riserva a lungo termine)
precursore delle emosiderina, aggregato eterogeneo di ferro, componenti lisosomiali ed
altri prodotti di digestione cellulare
FERRITINA SIERICA (12-40 ug/L)
Sottoprodotto della ferritina tissutale
Subunità G: forma modificata e glicosilata di L ed entra nella via secretoria
- Scopo biologico?
- Usata come indicatore semiquanitativo delle riserve di ferro
direttamente proporzionale alle riserve corporee
1 ug/litro equivale a 8-10 mg di ferro di riserva corporea
oppure a 120 ug di ferro di riserva per kg di peso corporeo
Indice specifico con eccezioni essendo una proteina della fase acuta
livelli elevati in presenza di infiammazione, di processi patologici con
distruzione tissutale, di stati dismetabolici
Ferritina sierica
carenza

anemia

sovraccarico

Aspetti strutturali della FERRITINA
A. Monomero con struttura a 4 eliche (bundle) a fascio
B. Struttura quaternaria della ferritina umana formata da 24 subunità
C. Struttura della ferritina dei batteri 12 subunità
Ferroxidase activity
aa
Per incorporare il Fe la ferritina necessita di un centro
ferrossidasico – costituito da residui AA che legano 2
atomi di Fe
Il sito può usare O2 oppure H2O2
Il sito è presente solo sulle catene H
Rilascio del Fe dalla Ferritina
La degradazione della ferritina avviene nei lisosomi o per degradazione mediata dal proteasoma
In seguito a “iron chelation” o infezione batterica la ferritina viene degradata nei lisosomi.
In seguito ad aumento della ferroportina viene degradata dal proteasoma.
Non è chiaro come il Fe(III) viene ridotto a Fe(II) per essere poi riutilizzato.
CONTROLLO DEL METABOLISMO A LIVELLO CELLULARE
a livello della trascrizione
Ipossia
 trascrizione di Tfr e Tfr-R per aumentata eritropoiesi
a livello della traduzione
ferritina (H e L)
Tf-R
 -aminolevulinato sintetasi
DMT-1
ferroportina
5’___IRE___mRNAcodificante___3’
IRE in posizione 5’:
legame con IRP impedisce traduzione
5’ ___ mRNA codificante ___ IRE ___ 3’
IRE in posizione 3’:
legame con IRP stabilizza l’mRNA ed aumenta la traduzione
Struttura cristallografica di IRP1
eccesso di Fe
carenza di Fe
Modalità di controllo di fattori implicati nell’omeostasi del ferro da parte delle IRP
Regolazione di IRP1
Regolazione di IRP2
sintesi coordinata e reciprocamente controllata
BASSI LIVELLI DI FERRO
mRNA ferritina
IRP si legano ad IRE
5’_IRE_mRNAcodificante_3’
 traduzione e sintesi della ferritina
contemporanemente
mRNA RTf
5’_ mRNA codificante_IRE_3’
 sintesi del recettore per la Tf
RISULTATO GLOBALE:  ferro disponibile
ALTI LIVELLI DI FERRO IRP NON si legano ad IRE
sintesi ferritina  sintesi recettore TfR
RISULTATO GLOBALE:  ferro disponibile
 Il metabolismo del Fe citosolico
sembra essere regolato dalla
richiesta di Fe da parte dei
mitocondri per la sintesi
dell’eme e dei centri Fe-S
 Conferma da quello che si
osserva in carenza di fratassina
Atassia di Friedreich
 La sintomatologia è molto variabile da persona a persona:
 dipende essenzialmente dal livello di anomalia genetica ed è
correlata all'età di insorgenza.
 In generale la malattia inizia a dare disturbi dell'equilibrio, per cui il
soggetto affetto ha difficoltà a correre, a mantenere la postura in
luoghi bui ed affollati;
 il paziente perde progressivamente i riflessi osteotendinei agli arti
inferiori
 la deambulazione si fa progressivamente impacciata
 iniziano a comparire disturbi della coordinazione che comportano
difficoltà ad allacciarsi i bottoni, a scrivere, a parlare (parola
scandita), a deglutire.
 Nelle forme più acute si associa una grave cardiopatia e il diabete.