Controle Hormonal de l Erythropoïèse

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1 Controle Hormonal de l Erythropoïèse Erythropoïetine (EPO) libérée par le rein en cas de: Hypoxie due à une baisse d érythrocytes Diminution de disponibilité en oxygène Augmentation de la demande en oxygène des tissus Une augmentation de l erythropoïèse augmente: Le nombre d érythrocytes dans le sang La capacité de transport de O 2 dans le sang

2 Erythropoiétine Glykosylierungsmuster von natürlichem Und rekombinanten EPO ist verschieden -> Nachweis von Zufuhr high-mannose N-linked oligosaccharides (Man_9 GlcNAc_2 ) = EPO MW 34kDa 4 helices alpha en faisceaux (bundle) Cytokine de classe AA (193 AA=Präproprotein) Produziert in Niere zu 90% (Kapillare endothelzellen) employé à faible doses pour traitement chimothérapique du cancer pas efficace à doses élevées induit à haute altitude, & lors d hypoxie a été employé contre le SIDA glycosylated variants (glycoforms) and glycosylation is known to modulate its biological function alpha-galnac O-linked glycan Glykosyliertes menschl. Erythropoietin

3 Erythropoiétine Recepteur de l Erythropoiétine hétero-dimère formé feuillets beta active la voie JAK-Stat stimulate NF-kB protège contre l apoptose RTK type

4 Im Knochenmark z.b. Differenzierungsgene -> Erythrocyten

5 Erythropoiétine Hormone glycoprotéique: codée par chr 7, 165 aa, 34kDa, contenant 15% acide sialique Production: -cellules endothéliales péri-tubulaires du rein, à 90% -foie à 10% Concentration sanguine: 10 à 20 mu/ml (1U = 12,5 ng) Contrôle de la sécrétion: diminution de la PaO 2 PaO 2 Hypoxie tissulaire Reins Epo Moelle osseuse Effets médullaires: -prolifération et différenciation CFU-E -stimulation synthèse Hb -accélération sortie médullaire des réticulocytes

6 Erythropoiétine Erythropoietin Mechanism Increases O 2 -carrying ability of blood Normal blood oxygen levels Start Stimulus: Hypoxia due to decreased RBC count, decreased availability of O 2 to blood, or increased tissue demands for O 2 Reduces O 2 levels in blood Enhanced erythropoiesis increases RBC count Erythropoietin stimulates red bone marrow Kidney (and liver to a smaller extent) releases erythropoietin Figure 17.6

7 Hypoxia induziert HIF (Transkriptionsfaktor) HIF-1α HIF-1β

8 HIF induziert genexpression (z. B. EPO, VEGF) z.b. EPO, VEGF

9 Erythropoiétine Cellules produisant l EPO O2 arterial pressure endothelial cells in peritubular Capillaries (90%) Hepatocytes (10%) ARNm EPO Seric EPO

10 Erythropoiétine Regulation de la production de GR par EPO Tissu - Hypoxie Synthèse de EPO - Rein EPO dans sang périphérique EPO dans moelle osseuse EPO se lie sur recepteurs spécifiques Production de Hb et GR

11 Schnittstellen der Wirkung von EPO während der Hämatopoese rote Pfeile: Erythropoese; TGF = Transforming Growth Factor; MIP = Macrophage Inflammatory Protein; IL = Interleukin; G-CSF = Granulocyte-Colony Stimulating Factor; SCF = Stem Cell Factor; IGF = Insulin-like Growth Factor; FLT-3/FLK-2 = Rezeptor-Tyrosinkinase; BFU-E = Erythroid Burst Forming Unit; CFU-E = Erythroid Colony Forming Unit

12 augmentation du taux d Epo: -hémorragie ou hyper-hémolyse -anomalie affinité Hb -élévations des besoins tissulaires en O 2 -hypoxie d altitude -hyper-production tumorale Epo recombinante : médicament pour traitement de -anémie de l insuffisance rénale chronique -certaines anémies chroniques d origine inflammatoire, liées à des hémoglobinopathies, ou après traitement anticancéreux -transfusions autologues Epo recombinante: dopage sportif Erythropoïetine EPO Autres facteurs de régulation de l érythropoïèse -Androgènes: augmentent la production Epo par rein, et la prolifération des cellules souches -Hormones thyroïdiennes: stimulent hypoxie tissulaire infectieuse, EPO receptor

13 augmentation du taux d Epo: - hémorragie ou hyper-hémolyse - anomalie affinité Hb - élévations des besoins tissulaires en O 2 - hypoxie d altitude - hyper-production tumorale Epo recombinante = médicament pour traitement de: - anémie de l insuffisance rénale chronique - certaines anémies chroniques d origine inflammatoire, infectieuse, - anémies liées à des hémoglobinopathies ou après traitement anticancéreux - transfusions autologues Epo recombinante: dopage sportif Erythropoïetine Autres facteurs de régulation de l érythropoïèse - Androgènes: augmentent la production Epo par rein, et la prolifération des cellules souches - Hormones thyroïdiennes: stimulent hypoxie tissulaire

14 Erythropoietin mediated neuroprotection through NF-kB Intervall training -> hypoxia -> EPO up -> more Oxygen delivery

15 Fer Compartiments - adulte de 75 kg réserves 1000mg Tissus 500 mg 3 mg Absorption < 1 mg/day Excretion < 1 mg/day erythrocytes 2300 mg

16 - Le fer dans l organisme 4-5g - Absorption 1-2 mg/j Pertes 1-2 mg/j Utilisation Circulation Utilisation 300 mg 3 mg Stockage 300mg ferritine 1-1,6 g mg/j 2,5 g

17 Regulation de metabolisme du Fe

18 Facteurs exogènes Le Fer Fer Total: H 50mg/kg, F 35 mg/kg Adulte 3 à 4g fer total 1 L sang = 500 mg fer % du Fer Total Fer Fonctionnel Hémoglobine 66% Myoglobine 3% Cyt.C, Peroxydases, Catalase, Flavoprotéines 0,2% Fer de Transport Transferrine 0,1% Fer de Réserve Ferritine, Hémosidérine 30% Fer de réserve H 1200 mg, F 600 mg

19 Eisenresorption im Darm

20 DMT1 / NRamp2 Divalent Metal Transporter-1 / Natural Resistance Associated Macrophage Protein - Transporteur membranaire de cations métalliques divalents Fe 2+, Zn 2+, Mg 2+, Cu 2+ - Conservation au cours de l évolution : protéines similaires chez les vertébrés, µorganismes, insectes, plantes - 2 isoformes DMT1- IRE duodénum DMT1 non IRE endosome - Expression fortement inductible par la carence en fer

21 DAP (DMT1 associated protein) - Expression majoritaire dans l intestin et le colon - Co-localisée avec DMT1- IRE dans le duodénum - DAP interagit avec DMT1- IRE - Régulation post-transcriptionnelle par le fer intracellulaire

22 Zelluläre Eisenaufnahme über den Transferrin Rezeptor

23 Funktion des Hepcidins bei der Eisenresorption Hepcidin bremst Eisenresorption

24 Regulation vom Hepticidin Gen (HAMP)

25 HCP1 (Heme Carrier Transporter 1) Chez le rat identification d une protéine localisée au niveau de la bordure en brosse du duodénum effectue le transfert du fer héminique HCP1 est régulée par le statut en fer : déficit en fer: protéine localisée au pôle apical entérocytes surcharge en fer: protéine migre vers le cytoplasme HCP1 mrna fortement exprimé dans le duodénum régulé par l hypoxie mais pas par le fer HCP1 est le transporteur du fer héminique

26 L ABSORPTION INTESTINALE DU FER Hème Fe 3+ DCYTB Fe 2+ Entérocytes Différenciés ABSORPTION HCP1 Hème HMOX1 Fe 2+ Biliverdine DMT1 DAP Ferritine? Ferroportine Héphaestine + apotf holotf

27 Täglicher Eisenumsatz

28 La Ferritine Hétéropolymère de 24 sous-unités, assemblées en sphère creuse pouvant contenir 4500 atomes de fer sous forme Fe 3+ - Deux types de chaînes polypeptidiques: H (heart ou heavy) et L (liver ou light) Synthèse dans toutes les cellules Variation du rapport H/L selon les tissus - Propriétés physico-chimiques différentes Chaîne H activité ferroxydase (Fe 2+ => Fe 3+ ) Chaîne L catalyse la formation du noyau Fe 3+

29 Ferritine Forme spherique 24 peptides sous-unités de 480kd séquestre jusqu à 4500 Fe sous forme de Fe(III) dans la sphere

30 La Ferroportine Transporteur membranaire (9 ou 10 domaines transmemranaires) Sortie du fer au pôle basolatéral de l entérocyte Sortie du fer des macrophages La ferroportine serait la seule protéine d export du fer Expression majoritaire dans les entérocytes, les macrophages du foie et de la rate, le placenta Expression contrôlée par l hepcidine

31 Modèle de l hepcidine, regulateur de homeostase du Fe Prediction: l augmentation de Hepcidine induit un état deficient en Fe

32 L Héphaestine (Hfe) Oxydation Fe2+ => Fe3+ Famille des oxydases Cu-dépendantes 50% homologue à céruloplasmine

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34 La Transferrine Synthétisée et sécrétée par le foie Deux sites de fixation pour Fe 3+ Conditions N : Saturation 30% Capacité de fixation saturée apparition de fer libre diffusion passive ou? surcharge tissulaire et/ou dommages cellulaires

35 Captation du fer par les cellules utilisatrices IREG-1 Transferrine Tf Fe 3 + R Recyclage Endosome Acidification Fe3+ Apo-Tf Circulation sanguine Fe 2 + Fe 2 + Ferritine Cellule DMT1 Mitochondrie Synthèse de l hème & protéines FeS

36 Récepteurs de la Transferrine TfR1 - Glycoprotéine homodimérique transmembranaire - Présente à la surface de tous les types cellulaires - Fixe 2 molécules de transferrine TfR2-66% de similitude avec TfR1 - Exprimé principalement dans le foie - Affinité de la transferrine 30 fois plus faible

37 RECEPTEUR de TRANSFERRINE

38 Régulation de la synthèse de protéines clés du métabolisme du fer

39 Iron Responsive Protein 1 IRE Si [Fe] basse G A-U C-G C A-U A-U C-G U-G U-A C C G-C C-G U G-C A-U G-C G-C Si [Fe] élevée 4Fe-4S Aconitase

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41 Régulation du Fe Régulation de la synthèse de l hème L hème: - active la synthèse des molécules de globine - diminue le relargage cellulaire du fer - inhibe l action de la Ferrochélatase 1 Régulation de l ALA synthase En présence de fer, IRP1 pas lié à mrna => la synthèse d ALA synthase s effectue IRP1 4Fe - 4S 5 ALAS-3 5 ALAS-3 Inhibition Traduction

42 Régulation du Fe 2 Régulation du récepteur à la transferrine En présence de fer, IRP1 se détache de mrna => dégradation la synthèse du récepteur ne s effectue plus. La cellule a déjà suffisamment de fer IRP1 4Fe - 4S 5 AUG -TFR 3 L ARNm est stabilisé, la synthèse a lieu 5 AUG -TFR 3 L ARNm est dégradé car non stabilisé par IRP1

43 IRE AUG-ALAS-AAAA 3 [Fe] 4Fe-4S [Fe] AUG-ALAS-AAAA 3 AUG-ALAS-AAAA 3 ALAS

44 5 AUG-TFR AAAA3 [Fe] [Fe] 4Fe-4S 5 AUG-TFR 5 AUG-TFR Stabilisation Dégradation Récepteur à la transférrine

45 Intrazelluläre Eisenhomöostase

46 Les Surcharges en Fer Hémochromatoses, accumulation sanguine et organiques du fer, conduisant à insuffisances fonctionnelles (foie, cœur, rein, pancréas ) -primaires: Hémochromatose génétique : dérégulation de l absorption intestinale du Fer -secondaires: transfusions chroniques, alcoolisme ou autre cytolyse hépatique, mauvaise utilisation du fer (thalassémies, anémies réfractaires sidéroblastiques)

47 Hemochromatoses formes adultes Autosomiques récessives Autosomique dominante Type I HFE Reguliert die Interaktion von transferrin Rezeptor mit transferrin Type 3 TfR2 formes juvéniles Type 4 SLC40A1 (ferroportine) Type 2A HJV (Hämojuvelin-> Für hepcidin Synthese notwendig) Type 2B HAMP Hepcidin Gen