Σύγχρονες απόψεις για το μεταβολισμό του σιδήρου και τη σχέση του με την ερυθροποίηση

Transcript

1 Σύγχρονες απόψεις για το μεταβολισμό του σιδήρου και τη σχέση του με την ερυθροποίηση Γ. Ν. Παπανικολάου Λέκτορας Παθοφυσιολογίας-Γενετικής του Ανθρώπου Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής, Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο

2 Erythrocytes 2500mg Bone marrow Intestinal absorption 1-2mg/day Muscle and other tissues 300mg Macrophages 25-30mg -Fe(III)2 600mg 1-2mg/day 1000 mg Spleen Recycling Liver Daily losses G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

3 Intestinal lumen Blood DMT1 Ferroportin Dcytb Hephaestin Non-heme iron Fe2++ apo- Fe2+ Fe3+ Heme Heme iron HO-1 Fe2+ Fe3+ Differic transferrin Unknown heme transporter G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

4 LPI Οξειδωτικά ενεργός Πρόσληψη από χηλικούς παράγοντες Fe+3 Συνδεδεμένος με τρανσφερρίνη Συνολικός σίδηρος στο πλάσμα ΝΤΒΙ Σίδηρος και τρανσφερρίνη πλάσματος Fe+3 Fe+3 Συνδεμένος με τρανσφερρίνη σίδηρος Fe+3 Φυσιολογικός κορεσμός τρανσφερρίνης ~ 30%

5 Συνδεδεμένος με τρανσφερρίνη Ηπατοκύτταρα Slc39a14 (Zip14) LPI ΝΤΒΙ Κλάσματα NTBI μεταφέρονται από τις μεμβράνες χωρίς ρύθμιση προκαλώντας υπερσυσσώρευση σιδήρου στο κύτταρο LIP Οξειδωτικά ενεργός σίδηρος ΦΤ. 3-5% Λυσοσωματική αστάθεια Καταστροφή μιτοχνδρίων Καταστροφή DNA Κυτταρόπλασμα Πυρήνας Η πρόσληψη -Fe ελέγχεται από την ενδοκυττάρια συγκέντρωση Fe φιλί και τρέξιμο Μιτοχόνδριο σιδηροφόρα

6 Low iron a) Iron deficiency b) Chronic infalmmation or malignancy Iron Heme Protoporphyrin IX X-Sideroblastic anemia Low iron,low heme Inhibition of globin synthesis by HRI mediated phosphorylation of elf2α Protoporphyrin IX Holo- Hemoglobin R1 + FC P HRI P R1 mediated iron aquisition - elf2α Thalassaemia α or β ALAS2 + + elf2α + Hemoglobin dimers Hemoglobin tetramers G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

7 mrna translation Fe H and L Ferritin (iron storage) Translational arrest Translation Fpn (iron efflux) IRP 5 Fe AAA 3 mrna UTR ALAS2 (heme synthesis ) HIF2α (hypoxia ) 5 AAA 3 mrna UTR IRP Fe Degradation Stabilization mrna stability IRP IRP IRP 5 mrna UTR R1 (iron uptake) AAA 3 DMT1 (iron transport) 5 mrna UTR AAA 3 G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

8 Εψιδίνη Συντίθεται στο ήπαρ Προ-προεψιδίνη 84α Βιολογικά δραστική πεπτίδιο 25α Συντηρημένο δραστικό αμινοτελικό άκρο Οκτώ κυστείνες στα 25 α του δραστικού πεπτιδίου Δύσκολια ανάδειξης αντιγονικών επίτοπων R. Clark et al. Chem. Biol, 2011

9 Low Fe Erythropoiesis a High Fe Inflammation b Fe Fe Fpn Fpn -Fe(III)2 Liver Hepcidin Hepcidin Fe Liver G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

10 Εψιδίνη στην αιμοχρωμάτωση HFE αιμοχρωμάτωση Χαμηλή ή απρόσφορα χαμηλή εψιδίνη R2 Αιμοχρωμάτωση Φυσιολογική εψιδίνη Νεανική αιμοχρωμάτωση Μειωμένη HJV HAMP Αναιμία χρονίας νόσου Αιμοχρωμάτωση (κάποιες μεταλλάξεις της φερροπορτίνης) Αυξημένη Εψιδίνη

11 Μέτρηση εψιδίνης στην σιδηροπενική αναιμία Πολύ χαμηλές μετρήσεις (συχνά κάτω από το διακριτικό όριο της μεθόδου) Διάκριση έλλειψης σιδήρου σε καταστάσεις που περιπλέκονται με φλεγμονή Πρόβλεψη της ανταπόκρισης σε χορήγηση per os σιδήρου D. Bregman et al Am. J. Hem. 2012

12 Tmprss6 -/- ποντίκια και IRIDA (Iron Refractory Iron Deficiency Anemia) IRIDA Υπόχρωμη μικροκυτταρική αναιμία χαμηλός TS, φερριτίνη Απρόσφορα υψηλή εψιδίνη Ανθεκτική στην από του στόματος χορήγηση σιδήρου Folgueras et al. Blood 2009

13 ERYTHROPOIETIC SIGNALING GDF15 IRON SIGNALING HJV Holo- ERFE BMP6 IL-6 IL-6 receptor TMPRSS6 HFE? INFLAMMATORY SIGNALING JAK1 R1 R2 STAT3? Nucleus + SMAD1/5/8 BMPer STAT3 Promoter SMAD4 STAT3 HAMP Hepcidin expression

14 Σιδηροπενία Αύξηση CFU-E Αναστολή της τελικής διαφοροποίησης Mature red blood cells BFU-E/CFU-E Reticulocytes Proerythroblasts Polychromatophilic Basophilic Orthochromatic Υποκυτταρικός μυελός (Μεσογειακή αναιμία και άλλες καταστάσεις με ανεπιτυχή ερυθροποίηση: αύξηση)

15 Ρύθμιση της παραγωγής EPO στον νεφρό Fe Υποξία Σίδηρος Ακονιτάση Κιτρικό Ισοκιτρικό IRP1 EPO HIF2α Τα Irp1 -/- ποντίκια εμφανίζουν πολυκυταραιμία, εξωμυελική ερυθροποίηση και χαμηλή εψιδίνη κάτω από συνθήκες έλληψης σιδήρου

16 Τα Irp1 -/- ποντίκια εμφανίζουν πολυκυταραιμία, εξωμυελική ερυθροποίηση και χαμηλή εψιδίνη κάτω από συνθήκες έλλειψης σιδήρου Nicole Wilkinson and Kostas Pantopoulos, Blood 2017

17 Η σιδηροπενία οδηγεί σε υπερέκφραση του PU.1 G. Bullock et al, Blood 2010

18 Η χορήγηση ισοκιτρικού βελτίωσε την αναιμία σε πειραματικό μοντέλο αναιμίας χρονίας νόσου Richardson et al, J Clin Invest. 2013

19 Ο ρόλος του R2 στην αιμοποίηση Ποντίκια με εκλεκτική απαλοιφή του R2 στον μυελό των οστών εμφανίζουν κάτω από σιδηροπενικές συνθήκες εξωμυελική ερυθροποίηση

20 Fe IRP1 EPO a HIF2α R2 c Proliferation and differentiation Differentiation blockage Mature red blood cells BFU-E/CFU-E Reticulocytes Proerythroblasts Polychromatophilic Basophilic Orthochromatic Impaired maturation b Aconitase PKC PU.1 G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

21 Απορρύθμιση της ομοιοστασίας στη Μεσογειακή αναιμία Αυξημένες ανάγκες ερυθροποίησης Ερυθροποιητικός ρυθμιστής Αυξημένες αποθήκες Σιδήρου (Ήπαρ, ΜΟ) - + Μειωμένη εψιδίνη σε σχέση με τις αποθήκες σιδήρου Ρυθμιστής αποθηκών

22 Tissue iron overload Anemia absorption Hypoxia Fe NTBI Hepcidin Erythropoietin Fpn Insufficient iron supply ERFE Bone marrow hyperplasia (5-6Χ) Ineffective erythropoiesis Hepcidin GDF15 G. Papanikolaou and K. Pantopoulos IUBMB, 2017 (in press)

23 Ερυθροφερρόνη και ερυθροποιητίνη μετά από αφαίμαξη Kautz L, Nat Genet. 2014

24 Ερυθροφερρόνη και εψιδίνη και αιμοσφαιρίνη μετά από αφαίμαξη Εψιδίνη Ερυθροφερρόνη Αιμοσφαιρίνη Kautz L, Nat Genet. 2014

25 Αιμοσφαιρίνη σε φυσιολογικά και Erfe -/- ποντίκια Kautz L, Nat Genet. 2014

26 Δράση της ερυθροφερρόνης αναστολή Η ερυθροφερρόνη είναι υψηλή στα ζωϊκά μοντέλλα μεσογειακής αναιμίας και τα Erfe -/- ποντίκια με ενδιάμεση μεσογειακή αναιμία αποκαθιστούν την εψιδίνη τους και βελτιώνουν την αιμοσφαιρίνη Kautz L, Nat Genet. 2014

27 Νέες προσεγγίσεις στη θεραπεία της μεσογειακής αναιμίας Παθολογικές μορφές σιδήρου (NTBI) Διαταραχή στην κατανομή του σιδήρου (παρεγχυματικά κύτταρα >> κύτταρα ΔΕΣ) Αυξημένη απορρόφηση Χορήγηση εψιδίνης Χαμηλή εψιδίνη Βελτίωση Hb, μείωση της σπληνομεγαλίας και εξωμυελικής ερυθροποίησης, ανακατανομή σιδήρου, μείωση Fe Χορήγηση αποτρανσφερρίνης Ανεπιτυχής ερυθροποίηση κορεσμένη τρανσφερρίνη Κορεσμένη τρανσφερρίνη, NTBI Αύξηση Hb, μείωση MCV, μείωση του σπλήνα, αύξηση εψιδίνης, μείωση EPO

28 Αγωνιστές εψιδίνης Τρόπος δράσης Θεραπευτικοί παράγοντες Κλινικές δοκιμές Μιμητικά της εψιδίνης Minihepcidins Δεδομένα σε ποντίκια TMPRSS6 sirna ή ASO Δεδομένα σε ποντίκια BMP6 Δεδομένα σε ποντίκια Μικρά μόρια που ενεργοποιούν την οδό Stat/Smad (genistein) Zebrafish / διαλογή Προαγωγή της σύνθεσης εψιδίνης Eileen Fung and Elizabeta Nemeth, Haematologica 2013 (τροποποιημένο)

29 Αγωνιστές της εψιδίνης minihepcidins Διατήρηση των 9 αμινοτελικών αμινοξέων Σύνδεση μη φυσικών αμινοξέων (αντίσταση στην πρωτεόλυση) Λιπαρά οξέα (αύξηση χρόνου ημίσειας ζωής)

30 Ανταγωνιστές της εψιδίνης Τρόπος δράσης Θεραπευτικοί παράγοντες Κλινικές δοκιμές Αναστολείς της παραγωγής εψιδίνης Πρόσδεση στις BMP (shjv.fc, ηπαρίνη) Ποντίκια /LMW 5 ασθενείς Μικρά μόρια αναστολείς των BMPR (LDN ) Δοκιμή σε ποντίκια Αντινοηματικά ολιγονουκλεοτίδια έναντι της HJV R2 sirna Αντινοηματικά ολιγονουκλεοτίδια έναντι εψιδίνης ή sirna Αντι φλεγμονώδης δράση (anti IL6/IL6R AG490) Δοκιμή σε ποντίκια Δοκιμή σε ποντίκια Δοκιμή σε ποντίκια / AG490 δοκιμή σε ποντίκια ESAs Αδρανοποίηση του πεπτιδίου της εψιδίνης Παρεμπόδιση της πρόσδεσης της εψιδίνης στην φερροπορτίνη Μονοκλωνικά αντισώματα έναντι εψιδίνης LY φάση Ι Αντικαλίνες PRS-080 πίθηκοι προγραμματιζόμενη Φ1 Spiegelmers NOX H94 Πίθηκοι / φάση Ι Μονοκλωνικά έναντι φερροπορτίνης Φάση Ι Fursultiamine Προαγωγή της παραγωγής φερροπορτίνης Δοκιμή σε ποντίκια Υπο ανάπτυξη Eileen Fung and Elizabeta Nemeth, Haematologica 2013 (τροποποιημένο)

31 Τροποποίηση της παραγωγής εψιδίνης Anticalin h Μείωση εψιδίνης IL6 Αύξηση εψιδίνης HJV.Fc h TMPRSS6 Mini hepcidins Διάσπαση HJV PEG-anti-hepcidin LNP-siRNA SMAD1 SMAD1 P SMAD4 + SMAD1 P SMAD4 5 BMPer IL-6R LDN GPI BMPRI BMPRII Anti-hepcidin STAT3 Πυρήνας STAT3 STAT3 Εψιδίνη 3 P

32 Προοπτικές Μελέτη της αξίας της επίδρασης στον άξονα εψιδίνης φερροπορτίνης σε διάφορα νοσήματα με φαρμακευτικούς παράγοντες Διερεύνηση της οδού μεταγωγής σήματος του ERFE και ανεύρεση πιθανών θεραπευτικών στόχων