Il ruolo principale del recettore della transferrina epatico: non solo “iron uptake”, bensì regolazione di epcidina tramite il legame con la proteina HFE. Potenziali applicazioni terapeutiche

 

Il principale recettore della transferrina (TfR1 o CD71) trasporta il ferro dalla transferrina circolante all’interno della cellula. Solo la transferrina carica di ferro su entrambi i lobi (transferrina diferrica) ha alta affinità di legame al recettore, mentre l’apotransferrina non si lega e le forme monoferriche hanno bassa affinità. Il sistema importa ferro tramite il ciclo endosomico che funziona al massimo negli eritroblasti per l’alto utilizzo di ferro richiesto per la sintesi di emoglobina.

Tutte le cellule esprimono TfR1 in maniera finemente regolata dalle proteine regolatorie del ferro (iron regulatory proteins, IRPs) tramite il legame IRP-IRE (iron regulatory element). Tale regolazione è molto rapida in quanto avviene a livello dell’RNA messaggero di TfR1, che contiene nella regione 3’ non tradotta diversi elementi IRE. In questo modo la sintesi del recettore aumenta quando la concentrazione del ferro nella cellula è scarsa, mentre diminuisce (per degradazione del suo mRNA) quando il ferro intracellulare è elevato e di conseguenza non è necessario un ulteriore uptake (per una review si veda Hentze MW et al, 2010).

Un recente lavoro del gruppo di Jodie Babitt, una nefrologa del Massachusetts General Hospital, ha chiarito la funzione di TfR1 a livello epatico (Xiao X et al, 2023). In realtà, poco dopo la scoperta di HFE (proteina in grado di controllare l’assorbimento del ferro modulando l’espressione di epcidina) quale gene principale dell’emocromatosi ereditaria (Feder JN et al, 1996), uno studio cristallografico aveva già dimostrato che TfR1 era in grado di legarsi alla proteina HFE (Bennet MJ et al, 2000). I primi studi avevano evidenziato che il legame HFE:TfR1 avveniva in competizione con la transferrina diferrica. HFE appariva infatti legarsi solo quando il ferro nell’organismo era scarso e la transferrina era in forma di apoproteina o monoferrica. Al contrario, in condizioni di ferro circolante elevato, TfR1 legava la transferrina diferrica, liberando HFE. Bisogna ricordare che a quel tempo l’epcidina, l’ormone del ferro, non era ancora stata scoperta.  Negli anni 2000 è stato dimostrato che epcidina controlla l’omeostasi sistemica del ferro in modo inibitorio attraverso la degradazione dell’esportatore cellulare ferroportina negli enterociti e nei macrofagi che riciclano il ferro dei globuli rossi senescenti (Nemeth E et al, 2004). A quel punto si è chiarito il ruolo di HFE  quale regolatore positivo di epcidina, e si è proposta l’ipotesi, basata su studi in modelli murini, che TfR1 lo sequestrasse in condizioni di sideropenia, mentre quando il ferro era elevato HFE faceva una sorta di shuttle sul secondo recettore TFR2 per attivare epcidina (Schmidt PJ et al, 2008).

Il recente lavoro di Blood ha chiarito che la funzione principale di TfR1 nel fegato non consiste tanto nell’uptake del ferro, quanto piuttosto proprio nella regolazione di HFE (e quindi di epcidina e dell’omeostasi sistemica del ferro). Per questa dimostrazione gli Autori hanno utilizzato 3 modelli murini: il primo modello è un topo normale in cui TfR1 epatico è stato eliminato. Questo topo aveva una modesta sideropenia con lieve anemia microcitica e scarso ferro epatico. L’epcidina era apparentemente normale, ma gli Autori hanno correttamente osservato che rispetto al ferro epatico era inappropriatamente elevata. Inoltre, l’epcidina era maggiormente indotta da un incremento anche transitorio del ferro circolante. Per verificare se ciò poteva dipendere da HFE hanno utilizzato un secondo modello: un topo privo di HFE, che è un modello di emocromatosi. Anche in questo topo, hanno eliminato TfR1 epatico e osservato che non si verifica l’effetto di sideropenia e anemia microcitica con epcidina inappropriatamente elevata, neppure quando con una dieta appropriata si normalizzava il sovraccarico di ferro. Ciò dimostra che la funzione di TfR1 epatico è HFE-dipendente. In assenza di sequestro da parte di TfR1, HFE funziona anche quando non dovrebbe e attiva epcidina in modo sregolato causando sideropenia.

A questo punto gli Autori si sono chiesti se il fenomeno poteva essere sfruttato in terapia in condizioni di sovraccarico di ferro diverso da quello indotto dalla perdita di HFE. Hanno quindi eliminato TfR1 epatico nel terzo modello, topo talassemico (Hbb^th3/+), un modello molto studiato di talassemia non-trasfusione-dipendente.  E’ noto che nella talassemia il sovraccarico di ferro non trasfusionale dipende dai bassi livelli di epcidina, che è inibita dall’espansione eritropoietica, in quanto gli eritroblasti stimolati dall’eritropoietina producono e rilasciano eritroferrone (Kautz L et al, 2015) un ormone inibitorio del pathway sintetico di epcidina, con la finalità di procurare ferro all’eritropoiesi. Questo processo fisiologico si traduce, in presenza di eritropoiesi inefficace, in un eccesso di assorbimento di ferro e sovraccarico prevalentemente epatico. Il modello di topo talassemico senza TfR1 epatico, ma in cui HFE è normalmente presente, mostra una netta riduzione del ferro epatico perché l’epcidina è più elevata di quanto si osserva nel controllo talassemico che ha un normale TfR1.

In conclusione, lo studio dimostra che la funzione principale di TfR1 nel fegato è la regolazione dell’omeostasi sistemica del ferro tramite HFE-epcidina in modo dipendente dal ferro circolante. Diversi studi preclinici per ridurre il sovraccarico marziale nel topo talassemico si basano sulla possibilità di incrementare l’epcidina. La soppressione di TfR1 epatico potrebbe quindi diventare una opzione terapeutica aggiuntiva nei sovraccarichi di ferro dovuti a bassi livelli di epcidina. Eliminare la funzione di TfR1 nel fegato non è impensabile dato che composti atti a down-regolare l’espressione di TfR1 (per es. oligonucleotidi antisenso allele-specifici, ASO) possono essere specificamente indirizzati al fegato tramite coniugazione con N acetil-galattosamina, il cui recettore è espresso esclusivamente dagli epatociti.

Tuttavia, a differenza di altri approcci preclinici, ad esempio la somministrazione di transferrina, la delezione dell’inibitore di epcidina TMPRSS6, e la down-regolazione di TfR2 o di eritroferrone (Camaschella C et al, 2020), la delezione di TfR1 epatico non migliora l’anemia e l’eritropoiesi inefficace, forse perché l’effetto sideropenia nel caso di TfR1 è modesto in paragone ad altri trattamenti. In ogni caso, oltre alla rilevanza fisiologica delle funzioni multiple della proteina, cosa peraltro non nuova, TfR1 va ad aggiungersi alla lunga serie di possibili target terapeutici teoricamente testabili nei pazienti con forme diverse di sovraccarico di ferro.

 

Fonte:

Xiao X, Moschetta GA, Xu Y, et al. Regulation of iron homeostasis by hepatocyte TfR1 requires HFE and contributes to hepcidin suppression in β-thalassemia. Blood 2023;141:422-432.

 

 

Bibliografia

• Bennett MJ, Lebrón JA, Bjorkman PJ. Crystal structure of the hereditary haemochromatosis protein HFE complexed with transferrin receptor. Nature. 2000; 403:46-53.
• Camaschella C, Nai A, Silvestri L. Iron metabolism and iron disorders revisited in the hepcidin era. Haematologica. 2020;105:260-272.
• Feder JN, Gnirke A, Thomas W, et al. A novel MHC class I-like gene is mutated in patients with hereditary haemochromatosis. Nat Genet. 1996;13:399-408.
• Hentze MW, Muckenthaler MU, Galy B, Camaschella C.  Two to tango: regulation of mammalian iron metabolism. Cell. 2010;142:24-38.
• Kautz L, Jung G, Du X, et al. Erythroferrone contributes to hepcidin suppression and iron overload in a mouse model of β-thalassemia. Blood. 2015;126:2031–2037.
• Nemeth E, Tuttle MS, Powelson J, et al. Hepcidin regulates cellular iron efflux by binding to ferroportin and inducing its internalization Science. 2004;306: 2090-2093.
• Schmidt PJ, Toran PT, Giannetti AM, et al. The transferrin receptor modulates Hfe-dependent regulation of hepcidin expression. Cell Metab. 2008;7:205-214.
• Xiao X, Moschetta GA, Xu Y, et al. Regulation of iron homeostasis by hepatocyte TfR1 requires HFE and contributes to hepcidin suppression in β-thalassemia. Blood. 2023;141:422-432.