proteina di trasporto di Fe negli organismi superiori

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2 Transferrina (Tf)

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4 Transferrina (Tf) proteina di trasporto di Fe negli organismi superiori presente in tutti i fluidi biologici sierotransferrina (stf) lattoferrina (Lf) ovotransferrina (otf) melanotransferrina (mtf) monomerica (catena singola) ma con due lobi ca aa (MM kda) glicosilata

5 due lobi (N terminale e C terminale) con due siti di legame per il ferro ogni lobo è suddiviso in due dominii che racchiudono il sito di legame Tf lega due ioni Fe

6 Lobo N terminale di htf Fe legato come Fe(II) poi ossidato a Fe(III) coordinazione è ottaedrica Asp Tyr Tyr His e uno ione CO 3 2-

7 n.ri di Lf CO 3 2- completa la coordinazione scherma la carica positiva forma legami di idrogeno favorisce la formazione di legami di idrogeno tra i due domini Duplicazione genica

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9 ruotando di donatori hard 1 borderline

10 APO Forma aperta OLO Forma chiusa I due dominii si avvicinano ruotando di 54!

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12 Spettroscopia Tyr coordinandosi diventa tirosinato si genera una banda LMCT (O Fe) nel visibile a ca. 465 nm Abs 0.2 Titolazione spettrofotometrica!!! Wavelength[nm]

13 LMCT fluorescenza di Trp

14 ..ma anche nell UV

15 Binding

16 Funzioni della transferrina trasporto di Fe protettiva batteriostatica ca µm (Fe) 2 Tf ca 10 µm

17 Internalizzazione del ferro Divalent cation transporter Recettore della Tf (TfR) Proteina di membrana (dimero)

18 Internalizzazione del ferro TfR riconosce e lega solo (Fe) 2 Tf (K D ~1 nm) legami di H con zuccheri (glicosilata) Formazione di una vescicola (endosoma) assistita dalla clatrina

19 Internalizzazione del ferro Fe(II) viene espulso dalla vescicola da DCMT ( Divalent cation transporter) pompa protonica: ph diminuisce e protonazione e di distacco di CO 3 2- riduzione del ferro

20 Internalizzazione del ferro La vescicola viene espulsa sulla superficie della cellula l apo-tf (poco affine a TfR) si dissocia e ritorna in circolo e il ferro??

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22 Ferritina immagazzina e rilascia il ferro solubile 24 subunità assemblate a formare una sfera cava (forma apo, ca 470 kda) lega fino a 4500 ioni Fe

23 ca nm diametro esterno ca 8 nm diametro interno

24 Le subunità hanno una struttura cilindrica 4 α eliche con assi quasi paralleli + una quinta elica (E) più corta con asse perpendicolare a quello delle altre N E C

25 Le subunità sono di due tipi: L (light- ca kda) e H (heavy ca kda) La proporzione fra L ed H è specifica del tipo di organo: il cuore è più ricco di H mentre le ferritine del fegato e della milza di L. Le 24 subunità sono assemblate in modo tale da rispettare un alto livello di simmetria.

26 C 4 C 3 CANALI

27 Canali C 4 : idrofobici Sui canali si affacciano amminoacidi apolari (leucine)

28 Canali C 3 : idrofilici Sui canali ternari si affacciano amminoacidi polari (serine) o carichi negativamente (aspartato e glutammato). La polarità del canale permette un interazione lo ione Fe 2+ che per entrare deve perdere l acqua di idratazione interagendo con i carbossilati.

29 le subunità H che hanno attività ferrossidasica Fe(II) ossidato a Fe(III) migra dentro la cavità

30 Fe(III) si ancora a carbossilati, interazione con H 2 O e idrolisi si accumula come ferridrite [FeO(OH)] 8 [FeO(H 2 PO 4 )]

31 Rilascio del ferro Richiede riduzione di Fe riducenti ( e complessanti?) entrano attraverso i canali quaternari passaggio di e - attraverso le subunità unfolding per permettere il passaggio di riducenti Usando 59 Fe (radioattivo) si è dimostrato che il primo a uscire è l ultimo entrato

32 Rilascio del ferro destroy and dissolve compartimentalizzazione della ferritina nei lisosomi seguita da digestione della proteina e dissoluzione del minerale Usando 59 Fe (radioattivo) si è dimostrato che il primo a uscire è l ultimo entrato

33 Emosiderina rapporto Fe/proteina maggiore insolubile (siderosomi) aumenta in caso di eccesso di Fe la struttura del minerale cambia in presenza di diverse patologie goetite o ossido di ferro (talassemia, emocromatosi genetica)

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35 Iron Economy 2400 mg 3-4mg 1000 mg With permission from Pietrangelo A. N Engl J Med. 2004;350:

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37 J Clin Invest. 2007;117(7): doi: /jci32701

38 Ferroportin 12 (or 10) transmembrane segment protein The only cellular iron exporter in vertebrates Present in the macrophages, duodenum, hepatocytes, and the placenta N C Donovan A, et al. Nature. 2000;403: McKie AT, et al. Mol Cell. 2000;5: Abboud S, et al. J Biol Chem. 2000;275: Graphic courtesy of Tomas Ganz, PhD, MD.

39 preprohormone 84 prohormone 60 hormone 25

40 How Hepcidin Regulates Iron Spleen Liver Hepcidin Hepcidin Fpn Hepcidin Fpn Fpn Plasma Fe-Tf Duodenum Bone marrow and other sites of iron usage Nemeth E, et al. Science. 2004;306: Courtesy of Tomas Ganz, PhD, MD, and Elizabeta Nemeth, MD.

41 Low Hepcidin Iron uptake High Hepcidin Iron uptake ferritin Iron-exporting cells (duodenal enterocytes, macrophages, hepatocytes) ferritin Fpn Fe Iron release into plasma Fpn X Fe hepcidin Nemeth E, et al. Science. 2004;306: Courtesy of Tomas Ganz, PhD, MD, and Elizabeta Nemeth, MD.

42 Hereditary Haemochromatosis (Common) HFE TfR2 HJV Hepcidin deficiency, absolute or relative Liver Hepcidin Hepcidin Hepcidin Spleen Plasma Fe-Tf RBC Duodenum Bone marrow Piperno A, et al. Blood. 2007;110: Papanikolaou G, et al. Blood. 2005;105: Nemeth E, et al. Blood.2005;105: Courtesy of Tomas Ganz, PhD, MD, and Elizabeta Nemeth, MD.

43 Anaemia of Inflammation Inflammation Liver Spleen Hepcidin Hepcidin Hepcidin Plasma Fe-Tf RBC Duodenum Nemeth E, et al. Blood. 2003;101: Nemeth E, et al. J Clin Invest. 2004;113: Courtesy of Tomas Ganz, PhD, MD, and Elizabeta Nemeth, MD. Bone marrow

44 Regolazione dell omeostasi di Fe DNA (trascrizione) mrna (traslazione ) proteina RNAP Ribosoma = RNA polimerasi

45 Batteri Ferric Uptake Regulator controlla la trascizione

46 Uomo: controllo a livello di traslazione mrna di Ferritina mrna di recettori di Tf

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49 Biosintesi dell eme

50 Espressione di questa proteina è regolata via IRE

51 Degradazione dell eme

52 Curr Drug Metab Jul;11(6):

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56 (A) Increased hepcidin expression by the liver results from inflammatory stimuli. High levels of hepcidin in the bloodstream result in the internalization and degradation of the iron exporter ferroportin. Loss of cell surface ferroportin results in macrophage iron loading, low plasma iron levels, and decreased erythropoiesis due to decreased transferrin-bound iron. The decreased erythropoiesis gives rise to the anemia of chronic disease. (B) Normal hepcidin levels, in response to iron demand, regulate the level of iron import into plasma, normal transferrin saturation, and normal levels of erythropoiesis. (C) Hemochromatosis, or iron overload, results from insufficient hepcidin levels, causing increased iron import into plasma, high transferrin saturation, and excess iron deposition in the liver.

57 Diseases of Hepcidin Dysregulation Iron Hepcidin Normal homeostasis Hereditary haemochromatosis Iron-loading Anaemias Anaemia of Inflammation Iron-refractory iron-deficiency anaemia Hepcidin-secreting tumors Ganz T. J Am Soc Nephol. 2007;18: Ganz T, Nemeth E. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2006;290:G199-G203. Courtesy of Tomas Ganz, PhD, MD.

58 Iron Concentration in Plasma Is Regulated Range 2.5% 97.5% (µm/l) Men Women µm/l µm/l Too much iron = tissue and organ damage Too little iron = cellular dysfunction, anaemia Lentner C (ed). Geigy Scientific Tables, Vol 3. Basel: Ciba-Geigy,1984.