La Transferrina (TF) è una glicoproteina del peso molecolare di 79.5 kDa che trasporta il ferro nella circolazione con una concentrazione di 180-260 mg/100 ml ed alta affinità di legame per il ferro ferrico. Può esistere come apo-TF e come TF mono o diferrica. La forma diferrica è il ligando del recettore della transferrina di tipo 1 (TFR1), con cui forma un complesso che entra quindi nel ciclo endosomico di quest’ultimo. Studi in modelli animali suggeriscono che anche le transferrine monoferriche hanno capacità di legame al recettore, anche se minore (Parrow NL et al, 2019).

La saturazione della TF si valuta come rapporto della sideremia sulla total iron binding capacity (TIBC) nel caso in cui quest’ultimo parametro sia fornito direttamente dal laboratorio. Nel caso in cui venga dosata la transferrina come proteina, quest’ultima deve essere trasformata in TIBC moltiplicando il valore in mg/dl per il fattore di correzione 1.42. La saturazione è considerata normale quando è inferiore al 45%. Una saturazione <15-20% è indicativa di sideropenia, mentre al di sopra del 45% si entra nel range compatibile con un sovraccarico di ferro.

La transferrina ha due importanti funzioni, di cessione del ferro alle cellule e di regolazione dell’omeostasi (Bartnikas TB et al, 2010) in relazione alla sua attività di legame con i due recettori, TFR1 e TFR2 rispettivamente.

 

Cessione regolata di ferro alle cellule

La transferrina diferrica è particolarmente affine al TFR1 a cui si lega iniziando il ciclo endosomico, che permette il rilascio di ferro a tutte le cellule, primariamente agli eritrobasti del midollo eritroide.

TFR1 è una proteina omodimerica transmembrana del peso molecolare di 94 kDa, ubiquitaria, ma espressa soprattutto dagli eritroblasti e dalle cellule della placenta. Quando TFR1 lega due molecole di TF diferrica inizia l’endocitosi cellulare. Nell’endosoma l’acidità ambientale libera il ferro, che passa al citosol o al mitocondrio mediante DMT1, dopo riduzione del metallo da ferrico (Fe³⁺) a ferroso (Fe²⁺) operata dalla reduttasi STEAP3, mentre l’apo-transferrina e il recettore vengono riciclati in superficie. IL TFR1 è regolato dal ferro tramite il sistema IRE-IRP. L’mRNA di TFR1 presenta cinque elementi IRE all’estremità 3’ non tradotta (UTR) e, in carenza di ferro, è stabilizzato dalle proteine regolatorie IRPs, mentre è degradato quando il ferro è presente (Rouault TA, 2006). In questo modo l’uptake di ferro è regolato a seconda della necessità cellulare. Al contrario l’acquisizione del ferro non legato alla transferrina (NTBI) è mediata dal trasportatore SLC39A14 o ZIP14, ed avviene in modo non regolato determinando sovraccarico degli epatociti, delle cellule del pancreas e delle ghiandole endocrine che esprimono questo recettore (Jenkitkasemwong S et al, 2015). Nelle cellule NTBI causa danno attraverso la formazione di radicali liberi dell’ossigeno.

Il recettore solubile di TFR (sTFR) è un prodotto di clivaggio di TFR1 rilasciato nella circolazione da proteasi di membrana quando il TFR1 non è legato alla TF diferrica, tipicamente in carenza di ferro. La misurazione di sTFR nel siero può essere pertanto utilizzata in clinica come misura della carenza di ferro o di espansione dell’eritropoiesi.

Il secondo recettore della transferrina (TFR2) è un omologo di TFR1 non implicato nel trasporto di ferro e non regolato dal ferro in quanto non possiede le sequenze regolatorie IRE nell’mRNA. TFR2 ha affinità per la transferrina 25 volte inferiore a quella di TFR1 ed è espresso solo nel fegato (Kawabata H et al, 1999), nei precursori eritroidi (Foretnikova H et al, 2010) e nell’osso (Rauner M et al, 2019).

Entrambi i recettori sono coinvolti in modo diverso nella regolazione della produzione di epcidina.

 

Regolazione di epcidina

La TF diferrica lega TFR1 in competizione con le stesse sequenze ove si lega la proteina HFE dell’emocromatosi ereditaria. HFE è una proteina atipica di istocompatibilità di classe I il cui ruolo nel metabolismo del ferro non è ancora del tutto chiarito. Nel modello corrente HFE può legarsi sia a TFR1 (quando TF diferrica si riduce in condizioni di carenza di ferro) che a TFR2 (all’opposto, cioè in condizioni di sovraccarico di ferro) (Goswami T and Andrews NC, 2006). Anche TFR2 può legare sia la TF diferrica che HFE, ed è considerato un sensore della concentrazione di ferro circolante. La funzione di HFE come shuttle tra i due recettori in presenza di TF diferrica determinerebbe tramite TFR1 l’entrata regolata di ferro nell’epatocita e tramite TFR2 la possibilità di incrementare la produzione di epcidina (Gao J et al, 2009), anche se il meccanismo di segnale resta oscuro.

 

Modelli animali

Quanto il ciclo endosomico di TFR1 sia essenziale per l’eritropoiesi è dimostrato sia dalla letalità del topo knock out per TFR1 che dall’anemia grave del topo “hpx”, un modello animale spontaneo di ipotransferrinemia.

Il topo “hpx” riassume le caratteristiche della atransferrinemia umana. Il topo ha un difetto di splicing del gene della transferrina, per cui produce una minima quantità di proteina normale. L’anemia consegue alla difettosa cessione di ferro a livello midollare, mentre l’eccesso di ferro sotto forma di NTBI nella circolazione determina sovraccarico di ferro epatico e di altri organi.

L’altra causa di sovraccarico di questo modello è l’impossibilità di attivare TFR2 e quindi epcidina in presenza di un’elevata saturazione della transferrina (Bartnikas  TB et al, 2010).

L’inattivazione di TfR1 nel topo è letale nel periodo embrionario per anemia grave e mancato sviluppo del SNC. Nonostante la presenza di altri trasportatori di ferro, la funzione di TfR1 è essenziale a livello di diversi organi. Delezioni tissutali specifiche di TfR1 nel topo dimostrano che la sua funzione è indispensabile a livello cardiaco (Xu W et al, 2015), per l’attività del muscolo scheletrico (Barrientos T et al, 2015) e delle cellule intestinali  (Chen AC et al, 2015).  In assenza di TfR1 il cuore va incontro a cardiomiopatia dilatativa letale per alterazioni gravi dei mitocondri. La delezione di TfR1 nelle cellule epiteliali intestinali comporta l’alterazione della barriera intestinale e morte precoce. E’ interessante notare come il deficit di ferro nel muscolo porti ad alterazioni non solo muscolari ma anche del tessuto adiposo e del fegato, sottolineando le interazioni metaboliche tra questi organi.

Il topo con inattivazione germinale di Tfr2 sviluppa sovraccarico di ferro simile all’emocromatosi non-HFE (TFR2-correlata). Il quadro è anche più severo nel topo con inattivazione selettiva di Tfr2 nel fegato (Wallace DF et al, 2007, Roetto A et al, 2010).

 

Mutazioni dei recettori

Mutazioni di TF nell’uomo sono molto rare e causano una malattia recessiva denominata atransferrinemia o, più precisamente, ipotransferrinemia.

Mutazioni di TfR1 sono eccezionali. L’unico esempio di mutazioni in omozigosi descritto colpisce il segnale di internalizzazione della proteina e ne impedisce il ciclo endosomico. Sorprendentemente tale mutazione non causa anemia come sintomo principale, ma una forma di immunodeficienza primaria (Jabara HH et al, 2016).  Nei linfociti B l’internalizzazione di TfR1 non può avvenire e le cellule in assenza di ferro non proliferano. Nella serie eritroide il segnale di internalizzazione è fornito dalla reduttasi Steap 3 che interagisce con TfR1. L’osservazione di mutanti di TfR1 in associazione a immunodeficienza sottolinea l’importanza del recettore (e del ferro) per le cellule linfoidi.

Mutazioni inattivanti TfR2 causano una forma di emocromatosi non-HFE, precedentemente definita emocromatosi di tipo 3 (Camaschella C et al, 2000).

 

Altre funzioni dei recettori della transferrina

Il TFR1 (CD71) è il recettore usato sia dagli Arenavirus e dal Plasmodium vivax per entrare nella cellula indipendentemente dal legame della transferrina.

Lo stesso dominio del CD71 usato dai microrganismi interagisce con il dominio extracellulare della ferritina H umana che viene in questo modo interiorizzata (Gruszczyk J et al, 2018), come dimostrato recentemente con tecnica di crio-elettron-microscopia (Montemiglio LC et al, 2019). C’è molto interesse a capire come e perché il recettore della TF possa fungere anche da recettore per la ferritina. Si pensa che questa funzione serva localmente per captare la ferritina rilasciata da cellule (ad es. macrofagi con eccesso di ferro) quando le altre cellule possono essere invece in carenza di ferro (ad es. nei processi infiammatori) ma ciò non è ancora chiaramente dimostrato.

TFR2 è espresso nell’eritropoiesi, dove è partner del recettore dell’eritropoietina (Foretnikova H et al, 2010), e ne regola il segnale in quanto la sua delezione a livello del midollo osseo induce eritrocitosi (Nai A et al, 2015); è proposto come target terapeutico nella talassemia (Artuso I et al, 2018). La sua funzione di regolazione della struttura ossea come recettore di BMP2 è un’osservazione recente (Rauner M et al, 2019).

 

Bibliografia

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