Estudio del metabolismo de hierro en disfunciones asociadas a la eritropoyesis

Abstract

En este trabajo se estudiaron aspectos funcionales y disfuncionales del metabolismo del Fe centralizados principalmente en patologías que comprometen al Eritrón. Los estudios se realizaron en Modelos Animales de ratón desarrollados por inducción de alteraciones del metabolismo del Fe y de la eritropoyesis, como la alta demanda de Fe asociada a la anemia hemolítica severa, con sin inhibición de la eritropoyesis, y con y sin Sobrecarga de Fe. Otro de los modelos animales utilizados fue el de ratas Belgrade, mutantes para el Transportador de Metales Divalentes 1 (DMT1). En estos modelos experimentales, aplicando un diseño metodológico adecuado, se encararon estudios estructurales y funcionales mediante técnicas histológicas e inmunohistoquímicas. Con este objetivo, se utilizaron tejidos tradicionalmente asociados a la captación, depósito y liberación del Fe, como son el duodeno, bazo e hígado. Un aspecto innovador de nuestro trabajo fue la evaluación de la función renal en el metabolismo del Fe. La eritropoyesis y el estado del Fe se evaluaron en sangre periférica mediante técnicas hematológicas y bioquímicas convencionales. El análisis estadístico de los datos se aplicó en todos los casos que fue necesario por el tipo de estudio. En las condiciones experimentales descriptas, se abordaron estudios de identificación y caracterización de proteínas centrales del metabolismo del Fe como Prohepcidina y DMT1, así como también de Eritropoyetina, principal regulador de la eritropoyesis, estrechamente asociada al Fe, uno de sus nutrientes esenciales. En el modelo de Anemia identificamos y cuantificamos Islotes Eritroblásticos en bazo, hígado, y riñón, indicadores diagnósticos de la actividad eritropoyética, siendo importante destacar la contribución renal en la restauración de la volemia post-hemólisis. En las condiciones de alta demanda de Fe que caracteriza a la Anemia Hemolítica, el perfil de expresión de DMT1 mostró un mecanismo regulatorio tendiente a estimular la absorción de Fe en duodeno y a disminuir la captación de Fe en hígado; de esta forma DMT1 contribuyó a aumentar la disponibilidad de Fe para restaurar la eritropoyesis. La función de Prohepcidina como regulador negativo de la absorción de Fe, se reflejó por su moderada expresión en la Anemia Hemolítica. En las condiciones del modelo acoplado, que se caracteriza por intensa demanda de Fe, por la Anemia Hemolítica, y exceso de Fe; el aumento de expresión hepática de DMT1 constituyó un mecanismo regulatorio que estimuló la captación Fe en hígado. Este comportamiento fue similar al observado en Sobrecarga de Fe sin Anemia. En duodeno, en Anemia con Sobrecarga de Fe, la expresión intracelular de DMT1 reflejó un moderado estimulo de la absorción de Fe, como mecanismo para evitar la citotoxicidad causada por el exceso de Fe. Este perfil de expresión también fue coincidente con el observado en Sobrecarga de Fe sin Anemia. La activa participación de Prohepcidina como principal hormona reguladora del balance del Fe se puso en evidencia por su marcada expresión hepática tanto en Sobrecarga de Fe como en Anemia con Sobrecarga de Fe. El diseño del modelo de acople fue innovador porque creo condiciones fisiopatológicas adecuadas para inducir el aumento simultáneo de Prohepcidina y Epo definiendo la siguiente interrelación funcional y regulatoria: en respuesta a la señal exceso de Fe aumentó la expresión de Prohepcidina y en respuesta a la señal alta demanda de la anemia, aumentó la expresión de Epo. Otro aporte significativo de nuestros estudios surgió de identificar al riñón como un órgano metabólicamente activo en el balance del Fe, a partir de los cambios funcionales y regulatorios de Prohepcidina y DMT1 tendientes a favorecer la captación tubular de Fe en anemia severa con y sin exceso de Fe. Los estudios de Prohepcidina y Epo en el riñón en Ratas Belgrade constituyeron un aporte relevante para ampliar el conocimiento de las relaciones regulatorias entre eritropoyesis y Fe en respuesta a la anemia constitutiva derivada de la mutación del gen de DMT1. De nuestros resultados podemos concluir que en Ratas Belgrade, la respuesta adaptativa a la señal anemia (aumento de Epo y disminución de Prohepcidina renal) tendiente a estimular la captación de Fe, fue inefectiva por mutación del importador de Fe DMT1.

In this work we studied functional and dysfunctional points of iron metabolism, focusing mainly in pathologies that compromise the Eryhtron. These studies were made in animal models of mouse, developed for induction of iron metabolism and erythropoiesis alterations, as high iron demands associated with severe hemolytic anemia, with and without erythropoiesis inhibition, and with and without iron overload. Another animal model used was Belgrade rats, where Divalent Metal Transporter 1 (DMT1) is mutated. In these experimental models, applying an adequate methodological design, we focused on structural and functional studies using histological and immunohistochemistry methods. With this objective, we used tissues commonly associated with iron uptake, iron deposit and iron release, as are the duodenum, the spleen and the liver. An innovative point of our work was the evaluation of renal function in iron metabolism. Erythropoiesis and iron state were evaluated in peripheral blood using conventional hematological tests. Statistical analysis of the data was applied in all cases that it was necessary for the type of study. In the experimental conditions described, we have done research on the identification and characterization of key proteins of iron metabolism as Prohepcidin and DMT1, as well as also, Erythropoietin, primary regulator of erythropoiesis, and tightly associated with iron, one of the essential nutrients. In anemia model we identified and quantified Erythroblastic Islands in spleen, liver and kidney, diagnostic indicators of erythropoietic activity, highlighting the renal contribution in restoration of blood volume post-hemolysis. Under conditions of high iron demands, that characterizes hemolytic anemia, the expression pattern of DMT1 showed a regulatory mechanism aimed to stimulate iron absorption on duodenum and to decrease iron uptake in liver; thus, DMT1 contributed to increase iron availability to restore erythropoiesis. The role of Prohepcidin as negative regulator of iron absorption was reflected by its moderate expression under hemolytic anemia. In the conditions of our coupled model, characterized by high iron demands, by hemolytic anemia, and iron excess; the increased hepatic expression of DMT1 was a regulatory mechanism that stimulated iron uptake in liver. This behavior was similar to that observed in iron overload without anemia. On duodenum, under anemia with iron overload, intracellular expression of DMT1 showed to be a moderate stimulus for iron absorption, as a mechanism to avoid iron toxicity causes by iron excess. This expression pattern was also coincident with that observed in iron overload without anemia. The active involvement of Prohepcidin as the primary regulating hormone of iron balance was evident for its increased hepatic expression both under iron overload and under hemolytic anemia with iron overload. The design of the coupled model was innovator because set up adequate physiopatological conditions to induce the concomitant increase of Prohepcidin and Epo, defining the following functional and regulatory relation: in response to the signal iron excess Prohepcidin expression increased and in response to the signal high iron demands of anemia, Epo expression increased. Another significant contribution of our studies emerged to identify the kidney as a tissue metabolically active in iron balance, from functional and regulatory changes of Prohepcidin and DMT1 that allow the tubular iron uptake in severe anemia with and without iron excess. Prohepcidin and Epo studies in kidney of Belgrade rats were a relevant contribution to extend our knowledge of regulatory relations between erythropoiesis and iron in response to constitutive anemia from mutations of DMT1 gene. From our results, we conclude that in Belgrade rats, the adaptative response to the signal anemia (Epo increased and renal Prohepcidin decreased) aimed to stimulate iron uptake, was ineffective for the mutation of the iron importer DMT1.