Il ciclo endosomico del recettore della transferrina

La Transferrina (Tf) è la  proteina di trasporto del ferro nella circolazione (pM: 79.500; concentrazione: 180-260 mg/100 ml), ad alta affinità per il ferro ferrico. Può esistere come apo-Tf e come Tf mono o diferrica. La forma diferrica interagisce con il recettore della transferrina TfR1 ed entra nel ciclo endosomico del TfR1. La transferrina diferrica incrementa la saturazione della transferrina e la cessione di ferro ai tessuti. La saturazione 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/100 ml per un fattore di correzione (Bartnikas TB et al, 2010 PubMed; Ohgami, R.S et al, 2005 PubMed). La saturazione normale si aggira intorno a 30-33%. Una saturazione <16 % è indicativa di sideropenia e >45 % di sovraccarico di ferro.

La transferrina secondo nuove indicazione da modelli sperimentali avrebbe almeno due importanti funzioni (Bartnikas TB et al, 2010) PubMed:
1. Cessione regolata di ferro alle cellule

La transferrina diferrica è particolarmente affine al suo recettore TfR1 a cui si lega iniziando il ciclo endosomico di TfR1, che permette l’uptake di ferro a tutte le cellule, primariamente agli eritrobasti del midollo eritroide.

Il recettore della transferrina (TfR1) è una proteina omodimerica trans membrana (pM: 94 kDa), ubiquitaria, ma espressa soprattutto dagli eritroblasti e le cellule della placenta. Quando TfR1 lega due molecole di Tf diferrica inizia il ciclo dell’endocitosi cellulare. Nell’endosoma l’acidità ambientale libera il ferro, che passa al citosol o al mitocondrio mediante DMT1, dopo riduzione da parte di Steap3, mentre l’apo-transferrina e il recettore vengono riciclati in superficie. L’mRNA di TfR1 presenta numerosi elementi IRE al 3’ UTR e in carenza di ferro è stabilizzato da IRPs, mentre è degradato quando il ferro è presente in eccesso (Rouault TA, 2006) PubMed.

Il recettore solubile di TfR (sTfR) è un prodotto di clivaggio di TfR di  membrana, rilasciato nella circolazione da proteasi di membrana quando il TfR non è legato alla transferrina diferrica, tipicamente in carenza di ferro o quando il numero di recettori è molto elevato (R’zik S et al, 2001) PubMed. Il dosaggio serico di sTfR può essere utilizzato in clinica come misura della carenza di ferro o di espansione eritroide.
2. Regolazione di epcidina

La transferrina diferrica si lega a TfR1 in competizione con HFE, il gene della emocromatosi ereditaria, che può legare le stesse sequenze di TfR1. HFE è una proteina atipica di istocompatibilità di classe I con un ruolo non del tutto chiaro nel metabolismo del ferro. Nel  modello corrente HFE può legarsi sia a TfR1 (in condizioni di carenza di ferro) che a TfR2 (in condizioni di sovraccarico di ferro) (Goswami T and Andrews NC, 2006) PubMed[. La funzione shuttle di HFE in presenza di transferrina diferrica determinerebbe da un lato l’entrata di ferro nella cellula e dall’altro la possibilità per HFE di legarsi a TFR2 per segnalare la necessità di incrementare la produzione di epcidina (Gao J et al, 2009) PubMed, anche se il meccanismo di segnale resta oscuro.

Il recettore 2 della transferrina (TfR2) è un membro della famiglia dei TfR omologo al TfR1, ma non regolato dal ferro in quanto non possiede  elementi IRE nell’mRNA. Inoltre TfR2 ha affinità per la transferrina molto inferiore (25 volte meno) a quella di TfR1 ed è espresso solo nel fegato e nelle cellule eritroidi immature. Mutazioni inattivanti TfR2 causano l’emocromatosi di tipo 3 (Camaschella C et al, 2000) PubMed. può legare allo stesso tempo la transferrina diferrica e HFE, ed il complesso è considerato un sensore della concentrazione di ferro circolante.

L’inattivazione di TfR nel topo è letale nel periodo embrionario per anemia grave e mancato sviluppo del SNC. Altri tessuti sembrano risentire meno della carenza di TfR1. Che tale ciclo sia essenziale per l’eritropoiesi è dimostrato dalla letalità del topo knock out per Tfr1, e dall’anemia grave del topo atransferrinemico (Trenor CC 3rd et al, 2000) PubMed.

Il topo “hpx” rappresenta un modello animale spontaneo di ipotransferrinemia che riassume le stesse caratteristiche della malattia umana (Trenor CC 3rd et al, 2000) PubMed. Il topo ha una difetto di splicing del gene della transferrina, per cui produce una minima quantità di proteina. L’anemia consegue al difettoso uptake di ferro a livello midollare, ma l’eccesso di ferro non legato alla transferrina (non-transferrin-bound-iron, NTBI) nella circolazione determina un incremento del ferro epatico. NTBI è un tipo di ferro  non legato alla transferrina, il cui uptake non è regolato a seconda delle necessità della cellula e come tale molto più tossico. Si incrementa nel siero quando la saturazione della transferrina è > 60-70% ed è legato a citrato ed albumina. La tossicità dipende dal fatto che NTBI è facilmente assunto dalle cellule parenchimali quali il fegato, il pancreas e le ghiandole endocrine, attraverso un meccanismo non ancora chiarito. Nelle cellule NTB1 causa danno attraverso la formazione di radicali liberi dell’ossigeno. Il LIP (labile plasma iron) è una specie redox active di NTBI dosabile in circolo (Le Lan C et al, 2005) PubMed.

Bibliografia

• Bartnikas TB, Andrews NC, Fleming MD. Transferrin is a major determinant of hepcidin expression in hypotransferrinemic mice. Blood. 2010 Oct 18.
• Camaschella C, Roetto A, Calì A, De Gobbi M, Garozzo G, Carella M, Majorano N, Totaro A, Gasparini P. The gene TFR2 is mutated in a new type of haemochromatosis mapping to 7q22. Nat Genet. 2000;25(1):14-5.
• Gao J, Chen J, Kramer M, Tsukamoto H, Zhang AS and Enns CA. Interaction of the hereditary hemochromatosis protein HFE with transferrin receptor 2 is required for transferrin-induced hepcidin expression. Cell Metab. 2009;9,217-27.
• Goswami T and Andrews NC. Hereditary hemochromatosisprotein, HFE, interaction with transferrin receptor 2 suggests a molecular mechanism for mammalian iron sensing. J. Biol. Chem. 2006;281:28494-8.
• Le Lan C, Loréal O, Cohen T, Ropert M, Glickstein H, Lainé F, Pouchard M, Deugnier Y, Le Treut A, Breuer W, Cabantchik ZI, Brissot P. Redox active plasma iron in C282Y/C282Y hemochromatosis. Blood. 2005;105(11):4527-31.
• Ohgami, R.S., Campagna, D.R., Greer, E.L., Antiochos, B., McDonald, A., Chen, J., Sharp, J.J., Fujiwara, Y., Barker, J.E., and Fleming, M.D. Identification of a ferrireductase required for efficient transferrin-dependent iron uptake in erythroid cells. Nat. Genet. 2005;37:1264-9.
• R’zik S, Beguin Y Serum soluble transferrin receptor concentration is an accurate estimate of the mass of tissue receptors. Exp Hematol. 2001;29(6):677-85.
• Rouault TA. The role of iron regulatory proteins in mammalian iron homeostasis and disease. Nat Chem Biol. 2006;2(8):406-14.
• Trenor CC 3rd, Campagna DR, Sellers VM, Andrews NC, Fleming MD. The molecular defect in hypotransferrinemic mice. Blood. 2000;96(3):1113-8.