Estudio del ciclo del hierro y sus interrelaciones funcionales en la disfunción del eritrón

Abstract

En este trabajo se abordaron estudios sobre el metabolismo del Fe y su desregulación, centralizados en la identificación y caracterización funcional de proteínas como Hepcidina, Ferroportina (FPN) y Eritropoyetina (Epo) en tejidos que forman parte del ciclo del Fe. Para el desarrollo de esta Tesis, se diseñaron y desarrollaron Modelos Animales de disfunción para reproducir situaciones fisiopatológicas específicas que comprometen el eritrón y la biodisponibilidad del Fe. Para el estudio de FPN y prohepcidina se utilizaron los siguientes modelos: anemia post-esplenectomía, anemia hemolítica aguda, hipoxia normobárica, sobrecarga de Fe, inflamación y un modelo acoplado, donde coexistieron dos situaciones disfuncionales específicas: exceso de Fe seguido hipoxia. En todos los casos, se aplicó un diseño experimental, metodoló-gico y estadístico adecuado. Los estudios realizados en alta demanda como en la anemia hemolítica, mostraron cambios adaptativos en FPN revelando su localización intracelular y su redistribución a la membrana para exportar Fe. En hipoxia, los cambios en la expresión de FPN y su localización en membrana respondieron a la demanda de Fe eritropoyética y su relación directa con Epo reflejó la ausencia de inhibición de hepcidina. En exceso de Fe, la regulación negativa de hepcidina sobre FPN se evidencia por la disminución en su expresión en el SRE y en duodeno. La coexistencia de estímulos antagónicos como exceso de Fe e hipoxia, permitieron analizar las interacciones específicas entre hepcidina-FPN-Epo y la coordinación de señales para la expresión simultánea de hepcidina y Epo: la señal Fe", predominó sobre hepcidina e indujo disminución de FPN en el SRE y en riñón; la señal hipoxia predominó sobre Epo y modificó la expresión de FPN duodenal. Los estudios de inflamación aguda (Turpentina) mostraron síntesis de prohepci-dina y degradación de FPN en el SRE reflejando que la señal regulatoria fue hepcidina. En duodeno FPN fue estimulada por la hipoferremia. En la inflamación inducida con Brucella abortus en ratones WT y KO para hepcidina, se observó que la respuesta de FPN duodenal a la inflamación aguda depende-ría del Fe, y en inflamación crónica, respondería a hepci-dina. En el SRE la regulación de FPN en inflamación aguda y crónica no dependería sólo de hepcidina. Los ensayos de inflamación en macrófagos medulares con ligandos de recep-tores tipo Toll-like (TLRs), mostraron regulación dual de FPN vía TLR-2, 4,5 y vía hepcidina de origen autocrino.

This work was based on different studies concerning iron metabolism and its deregulation which were focused on the identification and functional characterization of proteins such as Hepcidin, Ferroportin (FPN), and Erythropoietin (Epo) present in tissues involved in the iron cycle. For the deve-lopment of this Thesis, we designed and developed Dysfunctional Animal Models to reproduce specific physio-pathological situations that compromise the erythron and iron availability. To study FPN and prohepcidin we used the follo-wing models: Post-splenectomy anemia, acute hemolytic anemia, normobaric hypoxia, iron overload, inflammation, and a coupled model, where two specific and dysfunctional situations coexisted, i.e, iron overload followed by hypoxia. In all cases, a proper experimental, statistical and methodology design was applied. Studies in high demands such as hemolytic anemia showed adaptative changes in FPN, exhibiting its intracellular localization and redistribution to the membrane for iron exportation. In hypoxia, changes in FPN expression and its membrane localization responded to erythropoietic iron demand, and its direct relation with Epo showed the absence of hepcidin inhibition. In iron overload, the negative regulation of hepcidin on FPN can be seen by its decrease in the RES and duodenum. The coexistence of opposite stimuli such as iron overload and hypoxia allowed us to analyze the specific interactions between hepcidin-FPN-Epo and signal coordination for the simultaneous expression of hepcidin and Epo: Hepcidin depends on "iron" signal, causing a decrease in FPN in the RES and in kidney; Epo depends on "hypoxia" signal and changed the expression of duodenal FPN. Studies of acute inflammation (Turpentine) demons-trated prohepcidin synthesis and FPN degradation in the RES, showing that the regulatory signal was "hepcidin." Duodenal FPN was induced by "hypoferremia." In B. abortus induced inflammation in WT and KO mice it was observed that duodenal FPN response to acute inflammation would depend on "iron," and in chronic inflammation, it would respond to "hepcidin. FPN regulation in RES in acute and chronic inflammation would depend not only on hepcidin. Inflammation tests in bone marrow macrophages with ligands of Toll-like receptors (TLRs) showed dual FPN regulation by TLR-2, 4, 5, and by autocrine derived hepcidin.