metabolismo del rame e del ferro

7/23/2019 metabolismo del rame e del ferro

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Metabolismo del rame e del ferro

nell’uomo



Patologie associate a dismetabolismo del rame o del ferro

Patologia Gene mutato

Sindrome di Menkes ATP7A Carenza di rame (difettosoassorbimento del rame)

Morbo di Wilson ATP7 Accumulo di rame nel fegato enel cer!ello

"mocromatosi di ti#o $%$& '" Tf*+ ',& '#c #n Accumulo di ferro in di!ersi

organiAtassia di riedreic- rata.ina /eurodegenerazione e

accumulo di ferro ins#ecific-e regioni delcer!ello

Acerulo#lasminemia Cerulo#lasmina

Sindrome di 'alle!orden%S#atz

PA/0%+

/euroferritino#atia 1%ferritina

Corea di 'untington

Morbo di Alz-eimer

Morbo di Parkinson





Metabolismo cellulare del ferro





Proteine del metabolismo cellulare del ferro

2 3MT4 5 un co%tras#ortatore di cationi bi!alenti e '6 es#resso in molti tessuti(enterociti cellule eritroidi rene #olmonecer!ello)8

2 'a un ruolo nell’assorbimento del ferro nelduodeno e nel meccanismo di rilascio del

ferro dalla transferrina82 1’es#ressione di 3MT4 5 indotta da carenzadi ferro e sono state identificate di!erseisoforme della #roteina8

2 1a erritina 5 la #rinci#ale #roteina dide#osito intracellulare del ferro8 "’ formatada +9 subunit: di ti#o ' e di ti#o 1 ed 5 ingrado di legare fino a 9;<< atomi di ferro8



"s#orto del ferro dalle cellule= la ferro#ortina

2 1a erro#ortina 5 l’unico es#ortatore del ferro dalle cellule finoraidentificato8

2 > es#ressa sulla membrana basolaterale degli enterociti nei macrofaginegli astrociti e negli e#atociti8

2 Mutazioni della ferro#ortina causano accumulo di ferro nel fegato o neimacrofagi reticoloendoteliali8



errossidasi= cerulo#lasmina ed efestina

2 1e ferrossidasi cerulo#lasmina ed efestina a##artengono alla famiglia delle MC? ecatalizzano l’ossidazione del e+6 a e@6 con riduzione dell’?+ ad '+?8

2 1a cerulo#lasmina collabora con la ferro#ortina ossidando il e+6 es#ortato dauest’ultima e facilitandone l’incor#orazione nella transferrina8

2 1’efestina 5 una #roteina di membrana intracellulare e il suo ruolo 5 meno c-iaro 5

es#ressa #rinci#almente negli enterociti8



1’atti!it: ferrossidasica della cerulo#lasmina 5necessaria #er mantenere la ferro#ortina sulla su#erficie

della cellula

Bna isoforma della cerulo#lasmina 5 ancorata alla membrana medianteun’ancora GP$ ed 5 es#ressa #rinci#almente negli astrociti81a mancanza di cerulo#lasmina in ueste cellule causa la scom#arsadella ferro#ortina dalla su#erficie cellulare8



Ciclo transferrina%Tf*



$l sistema regolatorio $*"$*P



iosintesidell’eme



Meccanismo di biosintesi dei cluster e%S



iogenesi dei cluster e%S8*uolo dei mitocondri nel metabolismo del ferro

3isfunzioni nella biosintesi deicluster e%S causano accumulo diferro nei mitocondri e stressossidati!o8



?meostasi sistemica del ferro

$l ferro !iene assorbito dagli enterociti nel duodeno rilasciato nel sangue e tras#ortatoai di!ersi organi dalla transferrina8 $ macrofagi reticoloendoteliali costituiscono il sito #rinci#ale di riciclaggio del ferro dagli eritrociti senescenti8



Tras#orto del ferro in enterociti cellule eritroidie mitocondri



*egolazione del tras#orto del ferro mediatadall’e#cidina

2 1’e#cidina 5 un #e#tide di +; amminoacidi #rodotto dal fegato8 Si lega allaferro#ortina causandone l’internalizzazione e la degradazione in uestomodo diminuisce l’es#orto del ferro dagli enterociti e dai macrofagi nellacircolazione sanguigna8 1’es#ressione dell’e#cidina 5 indotta da eccesso diferro e infiammazione ($1%D) e re#ressa da anemia e i#ossia8



*uolo dell’e#cidina nel metabolismo del ferro



Metabolismo del rame

2 $ meccanismi alla base dell’omeostasi cellulare del rame sonoconser!ati in batteri (in #arte) in lie!ito e negli eucariotisu#eriori8

2 Gli studi in lie!ito si sono ri!elati #articolarmente utili #er

identificare eo caratterizzare #roteine umane strutturalmente ofunzionalmente omolog-e82 $l metabolismo del rame negli eucarioti 5 strettamente

connesso con il metabolismo del ferro attra!erso leferrossidasi Cu%di#endenti= difetti nell’incor#orazione del

rame nelle ferrossidasi #ro!ocano dismetabolismo del ferro8



*esistenza al rame in Escherichia coli

2 E. coli non #ossiede cu#ro#roteine citosolic-e uindi nonnecessita di sistemi #er il tras#orto del rame nel citosol

2 $l rame !iene es#ortato nel #eri#lasma e all’esterno dellacellula dai sistemi cue e cus (cromosomiali) e pco

(#lasmidico)82 Gli o#eroni cue (CopA, CueO), cus (CusCFBA) e pco

(PcoABCDE) sono indotti a di!erse concentrazioni di rame daifattori di trascrizione Cue* Cus* e Pco*8



3etossificazione del rame nel #eri#lasma in Escherichia coli

Meccanismo

di omeostasi

Regolato da Funzione

Co#A Cue* (sensore Cu6 nel cito#lasma)

3etossificazioneCu nel cito#lasma

CusCA Cus*S (sensoreCu6 nel

#eri#lasma)

3etossificazioneCu nel #eri#lasma

Cue? Cue* (sensore Cu6 nel cito#lasma)

Protezione #roteine del #eri#lasma

PcoAC3 Pco*S (sensoreCu6 nel #eri#lasma)

Protezione del #eri#lasma daele!ato stress daCu

Pco" Cus*S e Pco*S C-a#erone del Cunel #eri#lasma



Tras#orto del rame in Enterococcus hirae

2 ?#erone di resistenza al rame

co# E F co# F co# A F co#

2 co# E regola la trascrizione dell’o#erone agisce come re#ressore

in assenza di rame legandosi al #romotore2 co# tras#ortatore intracellulare di rame cede il metallo a co# E2 co# A #roteina di 7+7 aa con atti!it: ATPasica res#onsabile

dell’entrata del rame nella cellula2 co# #roteina di 79; aa con atti!it: ATPasica res#onsabile

dell’estrusione del rame dalla cellula

2 3eterminazione del ruolo di co# A e co# mediante studi con ce##i #resentanti i corris#ondenti geni inatti!ati

2 Caratterizzazione delle #roteine mediante com#etizione con altri metalli(Ag Cd) uso di inibitori (!anadato) e uso di metalli radioatti!i



Tras#orto del rame in Enterococcus hirae



Tras#orto del rame in cellule eucariotic-e8$l tras#ortatore di membrana Ctr4

2 Ctr4 5 il #rinci#ale tras#ortatore di Cu6 nella cellula (0m 4%; µM)8

2 Ctr4 #ossiede tre domini transmembrana e una serie di seuenze HMet’ (MI4%@M) necessarie #er il legame del Cu68

2 1a com#lementazione funzionale in ce##i di lie!ito ctr1ctr3∆ -a #ermesso di isolare Ctr4umano8 1’im#ortanza di Ctr4 5 dimostrata dal fatto c-e to#i knock%out #er Ctr4 muoiono allo

stadio embrionale82 1’es#ressione di Ctr4 5 regolata a li!ello trascrizionale in lie!ito dal fattore Mac4 e a li!ello

#ost%traduzionale attra!erso endocitosi e degradazione mediata dal rame (in lie!ito e neimammiferi)8



Modello strutturale del tras#ortatore Ctr48



Tras#orto intracellulare del rame in lie!ito8 C-a#eroni e #om#e #er lo smistamento del metallo

Cu#ro#roteine2 CunS?3 e MT citosol2 Citocromo ossidasi mitocondrio2 et@ membrana #lasmatica

C-a#eroni del rame2 CCS citosol2 Co.47 mitocondrio2 At.4 Golgi

1’ATPasi Ccc+ tras#orta il rameall’interno del Golgi #erl’incor#orazione in et@



Tras#orto intracellulare del rame in e#atociti e neuroni8C-a#eroni e #om#e #er lo smistamento del metallo



C-a#eroni del rame

Gli c-a#eroni del rame sono #roteinedi #iccole dimensioni (circa 7<%J<amminoacidi) conser!ate dai batteriall’uomo8 $l rame !iene legato comeCu6 da due residui di cisteina con una

coordinazione ati#ica8



ATPasi di tras#orto del rame

2 1e #om#e #er il tras#orto del rame a##artengono alla famiglia delleATPasi di ti#o P o CP. e si tro!ano in batteri lie!ito ed eucarioti su#eriori8Acco##iano il tras#orto del metallo all’idrolisi dell’ATP con formazione diun intermedio acil%fosfato su un residuo di as#artato8

2 Presentano J regioni transmembrana e una regione /%terminale di legamedel rame in domini c-e contengono seuenze conser!ate MICIIC8

2 /el dominio P e nel dominio / a!!engono la fosforilazione dell’as#artatoe il legame del nucleotide8 /el dominio A a!!iene la defosforilazionedell’as#artato

atteri Co#A co#

1ie!ito Ccc+

Mammiferi ATP7A ATP7



Meccanismo delle ATPasi di tras#orto del rame



"fflusso del rame dalle cellule=Proteine di Menkes (ATP7A) e Wilson (ATP7)

2 ATP7A #ossiede sei domini dilegame del rame

2 > localizzata nel trans%Golgi ed 5es#ressa in enterociti nell’endoteliodella barriera emato%encefalica e

numerosi altri tessuti8

2 ATP7 #ossiede sei domini dilegame del rame

2 > localizzata nel trans%Golgi ed 5es#ressa nel fegato e a bassi li!elli nelrene #lacenta cer!ello e cuore8



1a localizzazione subcellulare di ATP7A e ATP7cambia in funzione della concentrazione di rame





Gli c-a#eroni e le #om#e del rame8Meccanismo di trasferimento del metallo



C-a#eroni e #om#e -anno strutture simili



Struttura di At.4 e dei dominic-e legano il rame delle ATPasi

di lie!ito (Ccc+) e umane(Menkes e Wilson)8 $lriconoscimento s#ecifico 5mediato da interazioni di ti#oelettrostatico8



Com#lementariet: di carica tra c-a#eroni e #om#e

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