1

METABOLISMO DEL HIERRO METABOLISMO DE LA VITAMINA B12 METABOLISMO DEL ACIDO FÓLICO HEMATOLOGIA I- AÑO 2014 CATEDRA DE HEMATOLOGIA

DRA. SUSANA MABEL PÉREZ

2

METABOLISMO DEL HIERRO- 1.-INTRODUCCIÓN El hierro (Fe) es el metal más abundante de nuestro planeta, después del aluminio, y uno de los predominantes en la corteza terrestre. No es sorprendente que se halle incorporado como elemento esencial a todas las formas de vida, desde las más elementales como bacterias y organismos unicelulares hasta las más complejas. Metal de transición, oscila con facilidad donando o captando electrones entre sus iones Fe2+ y Fe3+, por lo que se encuentra en el grupo prostético de numerosas proteínas que participan en el transporte de oxígeno y en los fenómenos de oxidorreducción, como citocromo, flavo proteínas, peroxidasas, catalasas, las enzimas que contienen complejos de azufre y Fe, como la aconitasa, y un heterogéneo grupo de proteínas que contienen Fe en una gran diversidad de configuraciones moleculares; el Fe es igualmente un componente esencial de enzimas que intervienen en el metabolismo de los nucleótidos, como la nucleótido-reductasa, y casi la mitad de las enzimas y cofactores del ciclo de Krebs contienen Fe. El Fe desempeña un papel fundamental en el transporte de oxigeno como componente metálico del grupo hemo de la hemoglobina (Hb) y mioglobina, y participa también de forma esencial en los fenómenos de fotosíntesis de las plantas como constituyente de la ferrodoxina. El Fe libre es fácilmente oxidado en medio acuoso, originando radicales de oxígeno muy reactivos potencialmente nocivos. Por este motivo, el Fe se encuentra en todos los organismos vivos estrechamente vinculado a proteínas u otros complejos orgánicos, y sólo existen cantidades mínimas de Fe tisular libre. El contenido en Fe de los tejidos de los mamíferos supera con mucho al de cualquier otro metal; en el hombre, por ejemplo, la cantidad de Fe total del organismo oscila entre 3 y 4 g. ABSORCIÓN INTESTINAL La absorción intestinal es la única vía de entrada de hierro en el organismo, lo que confiere a la dieta un papel importante en su homeostasis (Bothwell, 1989; Gavin, 1994). Aunque la absorción puede producirse en cualquier punto del intestino delgado, es máxima en duodeno. En general, en los sujetos sanos la absorción del hierro de los alimentos oscila entre el 5 y el 10% aproximadamente para compensar las pérdidas diarias. Esta absorción puede aumentar hasta el 20-30% en situaciones de deficiencia de hierro o de aumento de la actividad eritropoyética de la médula. Respecto a la dieta, la absorción del hierro varía con los diferentes alimentos. En general, en los tejidos animales se encuentra el hierro en forma hemo que se absorbe mejor que el hierro de origen vegetal o no hemo. Así, la absorción puede llegar a ser cercana al 20% en el caso de la carne roja. También se asimila bien, aunque en concentraciones algo inferiores, el hierro hemo de las aves de corral, pescado y leche. Por otra parte, la absorción de hierro no hemo oscila entre el 1,4% y el 7% dependiendo de los vegetales. En los alimentos el hierro se encuentra fundamentalmente en el estado de ión férrico. El ácido clorhídrico gástrico lo reduce a ión ferroso facilitando su óptima absorción (Skikne, 1981). Tras ser absorbido en la mucosa intestinal, el ión ferroso vuelve a oxidarse a ión férrico y se une a la transferrina.

3

También la composición de la comida puede influir en la cantidad de hierro que se retiene. Así, si una comida contiene ambos tipos de hierro, hemo y no hemo, el primero mejorará la absorción del segundo. Otros factores relacionados con la dieta pueden potenciar o inhibir su absorción. Entre los potenciadores, el ácido ascórbico es el más conocido (Siegenberg, 1991; Hunt, 1994a; Toth, 1995; Khumalo, 1998). Ácidos orgánicos como los ácidos cítrico, málico, tartárico y láctico son también efectivos potenciadores. Los inhibidores de la absorción de hierro más conocidos son los fitatos y polifenoles (Svanberg, 1993; Lynch,1997). Varias proteínas animales y vegetales también pueden disminuir la absorción de hierro (Gillooly, 1983; Hurrell, 1992; Lynch, 1994). Otras compuestos que disminuyen la absorción del ión ferroso son los iones fosfato, oxalato y calcio (Cook, 1991; Hallberg, 1991; Gleerup, 1995), ya que forman con él complejos insolubles. El té y el café son otros potentes inhibidores de la absorción de hierro (Disler, 1975; Morck, 1983). El consumo de estas sustancias varía según las culturas, pudiendo ser frecuente incluso en niños pequeños (Dewey, 1997a y b). Además de los componentes de la dieta, también el estado nutricional del sujeto puede tener un impacto significativo en la absorción del hierro. Con frecuencia junto a la deficiencia de hierro coexisten otras deficiencias nutricionales debidas tanto a una dieta insuficiente como a la interacción de nutrientes (Florentino, 1996; Allen, 2000). Se ha relacionado la deficiencia de hierro con la deficiencia de vitamina A (Mejia, 1988; Muhilal, 1988; Suharno, 1993; Thurnham, 1993; Wolde-Gebriel, 1993; De Pee, 1995; Northrop-Clewes, 1996; West, 1997), de vitamina D (Underwood, 1996; Wharton, 1999b), y con la deficiencia de zinc (Yip, 1985; Yardick, 1989; Ece, 1997; Lynch,1997). Es por ello que algunos estudios recomiendan en pacientes con ferropenia la suplementación simultánea con hierro y otros micronutrientes (Ekvall, 2000; Ahmed, 2001). Otros factores que reducen la absorción de hierro son: un tiempo de tránsito intestinal rápido, aquilia, algunos preparados antiácidos, síndromes de malabsorción (De Vizia, 1992) y la malabsorción hereditaria de hierro (Hartman, 1996). PROTEINAS INVOLUCRADAS EN EL METABOLISMO DEL HIERRO

Ferritina Debido a que el Fe libre es tóxico, es almacenado en forma de ferritina. Esta proteína esta compuesta por 24 subunidades simétricamente relacionadas, tiene un peso molecular de 480 Kd, forma una cavidad que tiene seis canales de entrada y puede acumular alrededor de 4500 átomos de Fe (Figura 1). Existen dos tipos de subunidades, las subunidades livianas (L) y las subunidades pesadas (H). La secuencia amino acídica de las subunidades L y H difiere en alrededor del 50%. La existencia de diferentes proporciones de las dos subunidades da origen a la heterogeneidad de la ferritina observada en diferentes tejidos. El estudio de la ferritina tisular por isoelectroenfoque revela múltiples bandas que corresponden a isoferritinas constituidas por diferentes proporciones de las dos subunidades H y L. Estas isoformas presentan una distribución tejido-especifica. En la ferritina el Fe existe como un agregado polinuclear de oxihidroxido fosfato. La actividad oxidasa de la apoferritina hace que sea capaz de convertir Fe2+ a Fe3+. Esta actividad ferroxidasa se encuentra solo en las subunidades H, mientras que las subunidades L poseen sitios de nucleación involucrados en la formación del core de Fe en la molécula de ferritina. La demanda de Fe estimula la entrada de flavoproteínas reducidas en la cavidad a través de uno de los canales, que se

4

oxidan reduciendo el Fe3+ a Fe2+ y retornando el Fe a su forma fisiológicamente útil. La ceruloplasmina puede llevar el Fe2+ a trabes del citosol hacia la membrana plasmática, donde el Fe es captado por la Transferrina. Muchos tejidos contienen ferritina, particularmente el hígado, músculo, y células reticuloendoteliales, y en pequeñas cantidades hay ferritina en todas las células de todos los tejidos. La ferritina que esta en tránsito desde el hígado hacia las células del sistema mononuclear fagocítico, refleja el estado de los depósitos corporales de hierro.

Fig 1- Ferritina Proteína globular con una caparazón proteica, apoferritina y un núcleo central que puede almacenar hasta 4500 átomos de hierro. Vida media: 60 horas. 1µg Ferritina sérica equivalen a 8 mg Fe de depósito corporal. Hemosiderina Representa otra forma de almacenamiento de Fe. Consiste en un agregado paracristalino, probablemente un producto de degradación de la ferritina que se hace visible con la coloración de azul de Prusia. A diferencia de lo que ocurre con la hemosiderina, la ferritina, debido a su naturaleza soluble, no da reacción positiva con la tinción de Perls. Es probable que en condiciones de exceso de Fe, la ferritina (presente en grandes cantidades) sea captada por lisosomas donde sufre una disolución parcial del core resultando en la formación de hemosiderina insoluble. Existen reportes de que la hemosiderina puede proteger contra el estrés oxidativo mediado por Fe. La hemosiderina puede hacerse visible al microscopio óptico, en preparados de médula ósea teñidos con la coloración de Perls, como gránulos color azul prusia.

5

Transferrina (Tf) La transferrina es la proteína transportadora de hierro por excelencia, lo cede a los eritroblastos para la síntesis del hem y también en otros sitios de utilización. Es una beta-globulina formada por una cadena polipeptídica única con dos dominios homólogos cada uno de los cuales posee un sitio de unión de alta afinidad para el Fe. Esta unión es un proceso pH dependiente. Normalmente el 70% de la transferrina plasmática no esta saturada con Fe por lo que actuaría como un amortiguador frente a un exceso de Fe que de otra manera seria tóxico para las células. El ligando natural de la Tf es el Fe trivalente al que se une con alta afinidad. Es denominada apotransferrina cuando no transporta al Fe. Normalmente el 70% de la proteína no está saturada con hierro, su capacidad latente de fijación es lo que le permite actuar como amortiguador frente a los estados en los que aumenta su absorción ó su liberación. El Hierro no unido a transferrina (NTBI)(non transferrin bound iron) resulta tóxico para el organismo. Fig .2

Fig. 2- transferrina diférrica RECEPTOR DE TRANSFERRINA Receptores de transferrina (RTf) Son proteínas de transmembrana que se expresan sobre la superficie de todas las células con excepción de los eritrocitos maduros, encontrándose la mayor expresión de receptores sobre las células que sintetizan Hb, placenta, tejidos neoplásicos y células normales en rápida división. Todas las células que proliferan expresan RTF en su superficie a niveles que varían entre 103 a 105 moléculas por célula. Los precursores eritroides, que muestran requerimientos extraordinarios de Fe para permitir la síntesis de Hb pueden tener más de 106 RTf por célula. El RTf es un dímero de dos subunidades idénticas de 85 k-Da unidas por puentes disulfuro. Cada subunidad presenta un pequeño dominio citoplasmático de carácter hidrofilito (extremo N-terminal), una región transmembrana y un dominio grande extracelular. El dominio citoplasmático del RTf es esencial para su internalización, ya que una secuencia tetrapeptídica dentro de la cola citoplasmática actúa como una señal para una endocitosis eficiente. En condiciones normales, el Fe requerido para el metabolismo celular es captado a través de estos receptores. El RTf une la Tf diférrica, y el complejo RTf-Tf se internaliza formando un endosoma, donde el Fe es transferido al citosol. Luego de reciclarse hacia la superficie celular la apotransferrina se disocia y el RTf queda libre para repetir el proceso. Fig 3 El RTf2, codificado por un gen diferente, se expresa primariamente en hígado y une el complejo Tf-Fe3+ con una afinidad mucho menor que el RTf1 y parece actuar como una molécula señal mas que como un Transportador de hierro. La función

• Es una Beta1globulina plasmática de 79,5 KDa, con dos fragmentos glucídicos con ácido siálico.

• Vida media: 8 días.

6

exacta del RTF 2 en el metabolismo del Fe es aun desconocida. Sin embargo, es evidente que es importante para el mantenimiento de la homeostasis del Fe, pues mutaciones en el gen de este receptor, son la causa de una variante de hemocromatosis humana denominada hemocromatosis hereditaria tipo 3. La concentración de los RTf esta cuidadosamente regulada por el nivel de su ARNm, que depende del contenido de Fe y los requerimientos individuales de Fe de la célula. El Fe intracelular regula la traducción del ARNm para ferritina y la estabilidad del ARNm para el RTf a traves de la interacción entre las IRPs y los IREs.

Fig. 3 Receptor de transferrina Transportador de metales divalentes (TMD): El DMT1 es una proteína de membrana de una sola cadena polipeptídica, cuya expresión es regulada por por las reservas corporales de hierro y el nivel de hierro de la dieta. Transporta no sólo hierro, sino también otros metales pesados como cobre, zinc, plomo, cadmio y manganeso. Esta proteína era conocida anteriormente por las siglas en ingles Nramp2 (natural resistance associated macrophage protein) o DCT1(divalent cation transporter). Es el primer transportador de Fe caracterizado a nivel molecular en mamíferos. Transfiere el Fe a través de la membrana apical del enterocito y hacia su interior a través de un proceso acoplado a protones, por lo que se plantea que actúa en 2 puntos diferentes: como transportador responsable de la absorción de Fe en el intestino y en la movilización del mineral a partir de los endosomas durante el ciclo de la transferrina, donde transporta el Fe liberado hacia el citoplasma de los precursores eritroides. Tiene la singularidad de no ser específico para el hierro, sino que además transporta desde la luz intestinal al interior celular otros metales pesados como manganeso, cobalto, cobre, zinc, cadmio y plomo. Sin embargo, no transporta calcio ni magnesio. La expresión de esta proteína es regulada por las reservas corporales de Fe, pero también responde al nivel de Fe de la dieta, y puede ser controlada por mecanismos pos-traduccionales, ya que contiene un IRE en su región 3', lo que es indicativo de que puede degradarse cuando existe un pool de Fe libre elevado, como ocurre con el mensajero del RTf 1.

7

Hemo-oxigenasa Es la enzima encargada de la degradación intracelular del grupo hemo. Cataliza la oxidación del mismo a biliverdina IXα, CO y hierro libre con consumo de oxigeno y NADPH. Hefaestina Es una proteína rica en cobre, similar a la ceruloplasmina plasmática, con la que tiene una significativa homologia estructural y probablemente funcional. Se plantea que actúa como una ferroxidasa necesaria para el egreso de Fe del enterocito a la circulación. Su expresión es elevada en el intestino, específicamente en las vellosidades intestinales, no así en las criptas celulares, lo que confirma su papel crucial en el eflujo de Fe del enterocito al plasma. En su porción C- Terminal tiene un dominio de anclaje a membrana que puede orientar la actividad ferroxidasa sobre la superficie celular o en el interior de las vesículas, para actuar conjuntamente con un exportador de Fe. Ferroportina Es la primera proteína transportadora de Fe para el egreso transmembrana del mineral identificada en vertebrados. Se expresa en tejidos involucrados en la homeostasis del Fe, incluido el sistema retículo endotelial, el hígado, el duodeno (especialmente en las células absortivas maduras de las vellosidades), en el útero de embarazadas y en los músculos y las células de sistema nervioso central de embriones. Es una proteína transmembrana multimérica regulada por Fe que se localiza en la membrana basolateral de las células del epitelio duodenal y en el compartimiento citoplasmático de células HEPCIDINA

Fig 4- Hepcidina

8

Es considerada actualmente la hormona reguladora del metabolismo del hierro. Se sintetizada exclusivamente en el hígado y es secretada a la circulación en respuesta a la inflamación o al aumento de las reservas de Fe como un pre-pro péptido de 84 AA. El péptidos maduro de 25 AA se secreta al plasma y es eliminado por orina. Dentro de la homeostasis del Fe, se plantea que la hepcidina es un regulador negativo de la absorción intestinal del mineral y de la liberación del Fe por los macrófagos. Fig. 4 IRP1 e IRP 2: Existen dos proteínas conocidas como proteína reguladora del hierro 1 o IRP1 (Iron Regulatory Protein 1) e IRP2 que actúan como sensores de Fe en las células de los mamíferos y regulan tanto la traducción como la estabilidad de los mRNAs que codifican las proteínas que participan en el metabolismo del Fe (captación y depósito). En su conformación nativa, las IRPs presentan una alta afinidad de unión por unas estructuras cortas en forma de horquillas denominadas Iron Responsive Element (IRE) que son secuencias de nucleótidos filogenéticamente conservados, presentes en las regiones no codificantes o no traducidas de los mRNAs de sus genes blanco Los IRE situados en la región no codificante 5’ actúan regulando la unión del mensajero al ribosoma controlando la iniciación de la traducción. Aquellos ubicados en la región no codificante 3’ modulan la estabilidad o degradación del ARNm por acción de endorribonucleasas. Fig 5.

Fig 5.- Regulación de la expresión de la Ferritina y del RTf por los IREs. La unión de las IRPs a los IRE presentes en la región 5' no traducida de los mRNAs de las cadenas H y L de la ferritina, así como en los mRNA de la ferroportina y de la ALAS2 (sintetasa del acido aminolevulinico), suprime la traducción de los ARNm de estas proteínas.

9

La unión de los IRPs a los múltiples IREs presentes en la región 3' del mRNA del receptor de transferrina (RTf1) estabiliza su mRNA. Así, a través de la interacción de las IRPs con los IREs, la incorporación de Fe vía transferrina aumenta por estabilización del ARNm del RTf, mientras el almacenamiento como ferritina disminuye por bloqueo de la traducción del ARNm de esta proteína. HOMEOSTASIS DEL HIERRO

Normalmente, el 60 a 70% del Fe corporal total esta presente en los eritrocitos circulantes formando parte de la Hb. La mioglobina, citocromos y otras enzimas que contienen Fe representan alrededor de un 10%, y el 20 a 30% restante se encuentra almacenado en forma de ferritina, fundamentalmente en los hepatocitos y macrófagos reticuloendoteliales, que sirven como lugar de almacenamiento. A pesar de que el Fe unido a la Tf representa menos del 0.1% del Fe corporal total, funcionalmente es el pool más importante y el que presenta la mayor tasa de recambio. Normalmente alrededor del 80% de este Fe es transportado hacia la MO para la síntesis de Hb en los precursores eritroides. La circulación del Fe entre el compartimiento de depósito y de utilización constituye un ciclo muy eficiente y prácticamente cerrado ya que la mayor parte del Fe se recicla a partir de los GR que van envejeciendo y son destruidos por los macrófagos. Por lo tanto, dado que sólo se excreta una pequeña porción del metal, las necesidades diarias de incorporación de Fe son muy bajas y solo se absorbe aproximadamente el 10% del Fe ingerido. El Fe ingresa al organismo formando parte de compuestos hemínicos y no hemínicos. El Fe no hemínico (FeNH), que consiste en sales de Fe y ligandos de bajo peso molecular, varia ampliamente según el tipo de alimentos consumidos. La absorción de FeNH depende fundamentalmente de su solubilidad durante el paso por la porción superior del intestino delgado y de la interacción con otros componentes de la dieta. El aporte de Fe hemínico (FeH) depende del consumo de carnes y generalmente es menor que el aporte de FeNH, no obstante su absorción es substancialmente mayor. Durante el trayecto gastrointestinal, la acidez gástrica no afecta su captación. Es absorbido por las células de la mucosa localizadas fundamentalmente en duodeno y yeyuno proximal. Se mantiene complejado con el anillo de porfirina, y no interacciona con otros compuestos de la dieta. Los péptidos liberados durante la hidrólisis digestiva de la globina ejercen un efecto potenciador de su absorción. Luego de la absorción el Fe es liberado del anillo porfirínico. Algunos ligandos de la dieta tales como carbonatos, oxalatos, fosfatos y tanatos (que se encuentran en el te y café), inhiben la absorción del FeNH al formar grandes polímeros con el Fe. Otros ligandos, como acido ascórbico, acido cítrico, ácidos tri carboxílicos, aminoácidos y azucares, estimulan la absorción del FeNH formando complejos monoméricos solubles. El acido ascórbico además mejora la absorción al reducir el ión férrico (Fe3+) a ferroso (Fe2+). En el intestino se absorbe dos veces más el Fe2+ que el Fe3+. El tracto gastrointestinal puede absorber solo el 5% del FeNH de la dieta, que esta presente en alimentos como granos y cereales. Por el contrario, se puede absorber el 34% del FeH ingerido presente en las proteínas animales. Debido a que la biodisponibilidad esta determinada por la cantidad de FeH presente y por los modificadores que afectan la absorción del FeNH, la deficiencia de Fe puede existir aún cuando la ingesta de Fe parezca adecuada.

10

Fig. 6 Mecanismo intestinal de absorción del hierro El resto del Fe necesario para la eritropoyesis proviene del Fe que es reciclado por los macrófagos luego de la hemofagocitosis y del catabolismo del hemo. Los macrófagos normalmente ingieren alrededor del 90% de los eritrocitos senescentes, catabolizan la Hb y cargan 2/3 del Fe liberado sobre la Tf para ser rehusado, mientras el tercio restante se incorpora al pool de almacenamiento en los

macrófagos en forma de ferritina y hemosiderina. Para mantener la homeostasis del Fe es necesario un balance coordinado entre captación, utilización y almacenamiento intracelular. Esto hace que la expresión de las proteínas involucradas en estos procesos este controlada post-

Durante su vida en circulación los eritrocitos acumulan cambios bioquímicos en su superficie, tales como per oxidación de las lipoproteínas unidas a membrana, perdida de residuos de acido sálico y formación de neoantígenos senescentes como moléculas de Banda 3 modificada. La eriptosis, muerte celular programada propia de los GR, esta caracterizada por contracción celular y externalización de fosfatidilserina, que contribuye a la remoción de los eritrocitos senescentes al ser reconocida por su receptor sobre los macrófagos (el CD36) .Estas modificaciones permiten que los macrófagos de MO, hígado y bazo identifiquen a los GR que van a ser eliminados. Luego de este reconocimiento inicial, los GR son internalizados por fagocitosis. El fagosoma sufre una serie de fusiones con vesículas intracelulares y con el retículo endoplásmico para adquirir la maquinaria necesaria para la degradación de los constituyentes del GR.

11

transcripcionalmente por los niveles intracelulares de Fe. Este mecanismo de regulación esta mediado por interacciones especificas entre las secuencias IRE localizadas en los ARNm de las proteínas involucradas en la homeostasis del Fe y las proteínas citoplasmáticas denominadas IRP. Los niveles elevados de Fe intracelular llevan a la formación de un complejo hierro-azufre [4Fe-4S] en el sitio activo de la IRP1 que previene la unión al 3’-IRE en el ARN del RTf1, haciendo que disminuya su estabilidad y traducción. Por el contrario, la incapacidad de las IRPs de unirse al 5’-IRE del ARN de la ferritina permite su traducción en la proteína necesaria para el almacenamiento del Fe. Esto provoca el aumento del Fe depositado y la disminución de su ingreso a la célula. Inversamente ante un estado de deficiencia de Fe, no se forma el complejo [4Fe-4S] en la IRP1 y la apoIRP 1 puede unirse con alta afinidad a las secuencias IRE, reprimiendo la síntesis de ferritina y estabilizando el ARNm del receptor de transferrina. La IRP2 posee 62% de homologia con la IRP1 pero a diferencia de esta última carece del complejo [4Fe-4S]. En su región N-terminal contiene una secuencia rica en cisteína que es responsable de la degradación de la proteína cuando los niveles intracelulares de Fe son altos. Por le contrario, cuando el aporte del metal disminuye se produce la síntesis de novo de la IRP2. Estas interacciones disminuyen el Fe depositado y aumentan el ingreso de Fe a la célula. De este modo, la coordinación regulada a nivel postranscripcional de los genes específicos de la ferritina y del RTf permite a la célula responder rápidamente a variaciones en la disponibilidad del Fe. Los enterocitos duodenales absorben el Fe de la dieta bajo la forma de Fe3+ o como grupo hemo. El Fe3+ es reducido en la superficie apical de la célula por el citocromo b duodenal (Dcytb) y posteriormente entra a la célula por acción del DMT1/Nramp2. El grupo hemo se absorbe por medio de una proteína transportadora de Fe (HCP-1, heme-carrier protein 1) y una vez dentro de la célula el Fe es liberado del grupo hemo por acción de la hemoxigenasa- 1. Los iones férricos (Fe3+) unidos a la mucina pueden ser absorbidos por una proteína de membrana, miembro de la familia de las integrinas, la β3-integrina. Luego, son transferidos a la proteína chaperona mobilferrina (calreticulina) (Conrad y cols., 1993) formando un gran complejo proteico citoplasmático llamado paraferritina (Conrad y Umbreit, 2002) que contiene hierro, β3integrina, mobilferrina, β2 microglobulina (β2M) y la enzima Flavinmonooxigenasa (FMO). Este complejo macromolecular tiene actividad ferrireductasa y lleva a cabo la reducción del hierro (Páez y cols., 2005) Dentro del enterocito, el Fe tiene dos posibles destinos: puede ser almacenado como ferritina, o transferido a través de la membrana basolateral hacia el plasma. Cuando el enterocito completa su ciclo de vida, el Fe que permanece en forma de ferritina, es eliminado con la célula senescente y deja el organismo a través del tracto gastrointestinal. Fig. 6 El transportador que hace que el Fe pase a través de la membrana basolateral del enterocito hacia el plasma es la ferroportina que actúa como un exportador celular de Fe. Luego es nuevamente oxidado por la hefaestina -ferroxidasa (en las células intestinales) o por la ceruloplasmina (en las células no intestinales) para unirse a la apotransferrina circulante. Fig 7 El Fe es transportado en el plasma por la Tf que funciona como un transportador de Fe entre los sitios de absorción, almacenamiento y utilización, siendo las células eritroides inmaduras las principales consumidoras del Fe transferrínico. La Tf diférrica muestra una marcada afinidad por la membrana plasmática de estas células a la que se une a través de su receptor específico.

12

Fig 7. Proteínas que regulan la absorción intestinal de hierro, el transporte y su almacenamiento en hepatocitos y macrófagos. Fleming E. N Engl J Med 2005. El hepatocito capta el Fe de la circulación ya sea en su forma libre o unida a la Tf a través de los RTf1 y RTf2. Este último actúa como un sensor del Fe unido a la Tf circulante, controlando la expresión de la hepcidina. Altos niveles de expresión del RTf1 en los precursores eritroides asegura la captación del Fe en este compartimiento. En los macrófagos la eritrofagocitosis induce cambios en la expresión de ciertos genes. El grupo hemo es un potente activador transcripcional de genes como el de la hemoxigenasa 1 y la ferroportina, mientras el Fe liberado de su catabolismo regula la traducción del mRNA de ferroportina y ferritina a través del sistema de IRE/IRP. La salida del Fe desde los macrófagos se da principalmente por la ferroportina, la misma proteína exportadora de Fe que se expresa en los entericitos duodenales. Los hepatocitos sirven como reservorio de Fe, tomando el Fe dietario desde la sangre portal y en momentos de alta demanda, liberando el Fe a circulación vía la ferroportina. Existen otras proteínas como la hemojuvelina (HJV) que también influyen en la expresión de la hepcidina. La HJV estaría involucrada en el desarrollo de la hemocromatosis. El Fe transportado en el suero unido a la Tf, se une al receptor de transferrina 1 (RTf1). Este receptor une 2 moléculas del complejo Tf-Fe, resultando en una endocitosis mediada por receptor del complejo Tf-RTf1. Cuando disminuye el pH dentro de la vacuola, el Fe es liberado mientras el receptor es reinsertado en la superficie celular, y la apotransferrina vuelve al plasma. La Tf que no contiene Fe retorna a la superficie celular donde nuevamente se encuentra con un pH de 7.4 y es liberada para cumplir otro ciclo de transporte de Fe. Una vez que se saturan los RTf, el Fe puede ser captado por la célula desde la Tf por medio de una pinocitosis absortiva de baja afinidad. El Fe es luego transportado a los sitios intracelulares de utilización y/o almacenamiento en forma de ferritina. En las células eritroides, la mayor parte del Fe que sale del endosoma, se dirige hacia la

13

mitocondria para participar en la síntesis del grupo hemo y en el ensamblaje de los complejos hierro-azufre. Recientemente la hepcidina ha sido propuesta como la principal proteína reguladora de los mecanismos regulatorios del metabolismo del Fe. Esta proteína reduce la cantidad de Fe circulante evitando su salida desde las células, especialmente de los enterocitos y macrófagos pero también en el hepatocito. Para esto, la hepcidina se une a la ferroportina induciendo su internalización y degradación, por lo tanto disminuye la exportación de Fe y la unión a la Tf plasmática. En ausencia de hepcidina, aumenta la absorción intestinal de Fe que asociada con la disminución del eflujo del mismo desde los macrófagos conduce a la sobrecarga parenquimatosa de Fe. Por lo tanto, las funciones principales de la hepcidina que resultan de la regulación que ejerce sobre la expresión del DMT1 y de la ferroportina son: · Aumentar la retención del hierro en el sistema mononuclear-fagocítico · Disminuir la absorción intestinal de hierro al regular la expresión del DMT1 La síntesis de hepcidina esta controlada por distintos mecanismos regulatorios, entre ellos se mencionan: 1. los depósitos de Fe: la ingesta de Fe aumenta la producción de hepcidina 2. La actividad eritropoyética: la anemia y la hipoxia condicionan una menor producción hepática de hepcidina. 3. La inflamación: Durante un proceso inflamatorio, la IL6 y IL-1b estimulan la expresión de hepcidina a trabes de una vía dependiente de Stat3. La hepcidina actúa como una proteína de fase aguda observándose un pico a las 6 hs luego de un estimulo inflamatorio o infeccioso 4. La producción hepática de hepcidina estaría regulada por el grado de saturación de la Tf y el nivel de RTf1 y RTf2 a nivel hepático, de manera que cuando la relación Tf diférrica/RTf aumenta, se induce la secreción de hepcidina. Incorporación intracelular de hierro. Via dependiente de la transferrina El Fe penetra en el interior del citoplasma celular previa unión de la TF al RTF presente prácticamente, en todas las células del organismo. Los RTF están en la superficie de todas las células de mamíferos pero estos RTF en expresan en mayor número en las células hepáticas, de placenta y en progenitores eritroides . El número de receptores e constante en células en reposo, pero aumenta marcadamente durante la proliferación celular. Las células con mayor número de RTF son las que requieren un mayor consumo de Fe como los eritroblastos y reticulocitos ( la membrana de un reticulocito puede unir de 2500 a 50000 moléculas diférricas de TF por minuto), o las que intervienen activamente en su mecanismo de reutilización como los hepatocitos. La penetración del Fe en el interior de las células (eritroblasto por ejemplo) o internalización se realiza en distintas etapas, caracterizadas por un proceso de endocitosis reversible con el complejo ligando-receptor al interior celular. Una vez que la clatrina es removida, la vesícula resultante se fusiona con un endosoma. La endocitosis de la Tf por los eritroblastos presenta una actividad inversamente relacionada con la síntesis del hemo, de manera que cuando disminuye (ferropenia), aumenta la entrada de Fe en los eritroblastos, y viceversa, cundo aumenta, ésta disminuye. Posteriormente se produce la liberación del Fe de la TF por acidificación del siderosoma (pH 5,3) y transporte del mismo hacia el citoplasma por acción de la proteína DMT1.El pH ácido se debe a una bomba de protones dependiente de ATP

14

presente en la membrana del endosoma, la cual bombea protones desde el citosol al interior del endosoma. Esto provoca la liberación de un átomo de Fe3+ del complejo TF-RTF. El Fe3+ es reducido a F2+ por una reductasa endosomal y sale del endosoma al citoplasma ayudado por el DMT1. El Fe liberado formará parte del compartimento lábil intracelular que se usará en los diferentes procesos metabólicos (formación de Heme, grupos Fe-S en la mitocondria, almacenamiento en la ferritina, y otros).Fig 8

Fig 8. Incorporación celular del hierro

15

METABOLISMO DEL ACIDO FÓLICO Y VITAMINA B12 Rol del ácido fólico y la cobalamina en la síntesis de ADN: La forma activa del acido fólico (AF) es el tetrahidrofolato (THF). Su derivado, el 5,10-metilen-THF tiene un rol clave en la síntesis de novo del ADN. Es una coenzima de la timidilato sintetasa, enzima que convierte deoxiuridina monofosfato (dUMP) en deoxitimidina monofosfato (dTMP). La dihidrofolato reductasa convierte la mayor parte del DHF de la dieta a THF a partir del cual el 5,10-metilen-THF puede ser regenerado. El 5,10-metilen-THF pasa luego a dihidrofolato (DHF) que debe ser reducido a THF por la DHF reductasa antes de ser fisiológicamente activo (figura 6). La deficiencia de timidina secundaria a la deficiencia de folato produce un marcado incremento de dUMP y de dUTP que origina una incorporación de residuos de uridina en el ADN. La ADN-uracilglucosidasa reconoce estos errores y escinde el dUTP, pero debido al inadecuado aporte de dTTP se produce una incorrecta reparación de las roturas del ADN. El resultado es la fragmentación del ADN seguida de muerte celular. Dentro de la célula la cobalamina actúa como coenzima en 2 reacciones: La síntesis de metionina a partir de homocisteina a través de la reacción de demetilación catalizada por la metionina sintetasa, que depende de la metil-cobalamina. La conversión de metilmalonil CoA a succinil CoA. que es dependiente de la coenzima adenosil-cobalamina y de la enzima metilmalonil CoA mutasa. La metilcobalamina es la coenzima de la metionina sintetasa, que funciona como una metiltransferasa en la reacción que convierte 5-metil THF a THF. La deficiencia de cobalamina causa así una deficiencia funcional de la forma fisiológicamente útil del folato. Entre las teorías propuestas para explicar el efecto de la deficiencia de cobalamina sobre la síntesis de ADN, la más aceptada es la de la trampa de metilfolato donde este cofactor queda “atrapado” imposibilitando su transformación a otras formas de folato, ya que no puede desmetilarse en la reacción de formación de metionina. Aunque la trampa de metilfolato puede explicar la acumulación hística y plasmática de metil-THF en la deficiencia de cobalamina existe una explicación alternativa. La acumulación de metil-THF en plasma puede resultar en la disminución de la captación celular ya que es un pobre sustrato para la poliglutamación, por lo tanto la deficiencia de cobalamina frecuentemente se acompaña de evidencias biológicas de déficit de folato. Al mismo tiempo se produce un aumento de la homocisteina y un descenso de S-adenosil metionina (SAM). La disminución de SAM que acompaña el bloqueo de esta reacción puede contribuir a las alteraciones neurológicas que provoca el defecto de cobalamina, ya que la SAM es un metabolito necesario para la conservación de la mielina. En el caso de un inadecuado aporte de AF, se afecta la producción de THF y se enlentece la síntesis de ADN. El efecto sobre la hematopoyesis es la reducción en la tasa de producción celular que resulta en pancitopenia, y en las células que son producidas, el efecto es un arresto en la maduración nuclear comparado con la maduración del citoplasma. Fig. 9

16

Fig. 9- Síntesis de timidilato Metabolismo de la cobalamina: La cobalamina es ingerida en alimentos como carne, huevos y pescado. Dado que los vegetales carecen totalmente de cobalamina una dieta vegetariana estricta puede ser causa de anemia megaloblástica. Un adulto sano absorbe alrededor de 3 a 5 ug de cobalamina diariamente, que equilibra las pérdidas diarias en orina, heces y a través de la descamación celular. Cuando la cantidad absorbida es menor a la cantidad perdida, el individuo estará en un estado de balance negativo de cobalamina, que resulta en un progresivo vaciamiento de los depósitos fundamentalmente hepáticos. Debido a que los depósitos de cobalamina son de 1 a 3 mg, un individuo que cesa de absorber cobalamina repentinamente, como ocurre después de una gastrectomía total, toma 3-4 años o más vaciar los depósitos y desarrollar las manifestaciones clínicas de la deficiencia de cobalamina. La cobalamina es liberada de las proteínas a las que viene unida en los alimentos en el estómago por la acción de pepsinas ácidas. La cobalamina libre se une luego a una proteína ligadora de cobalamina resistente a la pepsina (proteína R), producida por los granulocitos y otras células, que se encuentra en la saliva y en el jugo gástrico. En el intestino delgado, las proteasas pancreáticas degradan la proteína R, liberando la cobalamina para que se una al FI, secretado por las células parietales de la mucosa gástrica, que es resistente a las enzimas proteolíticas del intestino. La secreción del FI es estimulada por los mismos efectores que los del ácido clorhídrico (acción vagal, histamina, gastrina, insulina) e inhibida por la somatostatina y los bloqueadores de receptores H2 (cimetidina). El efecto de la cimetidina explica por qué una ingestión prolongada de este fármaco puede causar anemia megaloblástica. El complejo cobalamina-FI, se une específicamente a sitios en las microvellosidades de las células mucosas en la porción terminal del ileon, donde tiene lugar la absorción. Dentro de la célula, el FI es degradado y la cobalamina es liberada,

17

uniéndose a la transcobalamina II (TC-II) la cual la transporta a la circulación portal. Aunque la TC-II constituye un pool metabólicamente importante de cobalamina en el plasma por ser el transportador de la vitamina a los tejidos extrahepáticos metabólicamente activos (MO y cerebro principalmente), representa sólo el 20% del total circulante. Los receptores para el complejo TC-II-cobalamina están presentes sobre las membranas de varios tipos celulares. En la deficiencia congénita de TC-II, que resulta en una anemia megaloblástica severa, están alterados tanto el transporte como la absorción de la cobalamina. Es de señalar que si bien en los pacientes con deficiencia hereditaria de TCII existe una gran cantidad de cobalamina unida a otras cobalofilinas (TC I y TC III) ninguna de ellas facilita su utilización por las células. En el plasma, el 80-90% de la cobalamina está unida a la Transcobalamina I y III. La TC-I, sin importancia fisiológica, es sintetizada parcialmente en los precursores granulocíticos y puede servir como un pool de depósito de cobalamina dada su larga vida media (7 a 10 días). La TC-III, tampoco presenta importancia fisiológica en el metabolismo de la cobalamina ya que es rápidamente aclarada por el hígado con una vida media de 5 minutos, y parece estar involucrada en un mecanismo para transportar la vitamina B12 y sus metabolitos de los tejidos al hígado, que es el órgano fundamental de almacenamiento. Fig 10 Metabolismo del ácido fólico La mayoría de los folatos en los alimentos están presentes principalmente como poliglutamatos, que presentan menor absorción que los monoglutamatos. El monoglutamato se produce por hidrólisis del poliglutamato de la dieta por la folato hidrolasa que se encuentra en la superficie del borde ciliado de las células de la mucosa yeyunal. Dentro del enterocito el monoglutamato es poliglutamado, con lo cual se retienen dentro de la célula y está disponible en las reacciones dependientes de folato. Luego, para ser liberado en la circulación es convertido nuevamente a monoglutamato, se metila y reduce dando metiltetrahidrofolato (metil-THF). El etanol parece interferir directamente con el metabolismo del folato y bloquear la liberación de folato desde los tejidos al suero. Durante el embarazo, los requerimientos de folato se incrementan de 5 a 10 veces. La placenta tiene un número elevado de receptores para el folato, lo que facilita el transporte al feto en detrimento del metabolismo de la madre. Debido al tratamiento rutinario con AF en el embarazo para prevenir posibles defectos del cierre del tubo neural, la incidencia de anemia megaloblástica ha disminuido considerablemente. En cuadros donde existe un rápido recambio celular como en las anemias hemolíticas o dermatitis exfoliativas crónicas puede existir déficit de folato, sobre todo si se asocia a una ingesta inadecuada. La deficiencia de folato se puede desarrollar mucho más rápidamente que la deficiencia de B12 debido a que los depósitos hepáticos son sólo suficientes para cubrir las necesidades de 4 meses. La mayor parte del AF de la dieta está en forma de poliglutamato y para ser absorbido en la mucosa intestinal debe ser transformado a monoglutamato. Existe una circulación enterohepática de folato por la cual el folato almacenado en el hígado en forma reducida y conjugada o como metil-THF, pasa a la bilis y es reabsorbido en el intestino delgado, estando disponible para los tejidos

18

extrahepáticos. Estos, acumulan folato a concentraciones superiores a las del plasma por desmetilación y formación de poliglutamatos. Fig. 11

Dra. PDra. Péérez Susana Mabelrez Susana Mabel 4242

ABSORCIÓN DE VIT B12

ESTÓMAGO

DUODENO

Cbl

FI

R

R.Cbl

FI.Cblcélulas parietales

R.Cbl

enzimaspancreáticas

R

FI.Cbl

FI.Cbl

TC ll

FI

TC ll.Cbl

TC ll.CblCbl

TC ll

ÍLEON TERMINAL

SANGRE

CÉLULA TISULAR

(circulación portal)

Absorción:

con FI 70%

sin FI 2%Cbl: cobalamina= Vitamina B12

FI: Factor intrínseco

Met. Vit. B12

Fig. 10 Metabolismo de la vitamina B12

Dra. PDra. Péérez Susana Mabelrez Susana Mabel 5050

Lumen intestinal Célula epitelial Circulación mesentérica

(Yeyuno)

Pte Glu1 PteGlu1 PteGlu1

CH3H4PteGlu1 CH3H4PteGlu1

PteGlu7

Met. Ac. fólico

Fig. 11- Metabolismo del Acido fólico.

19

BIBLIOGRAFÍA. 1.- J Sans-sabrafen; C. Besses; JL Vives Corrons. Hematología Clínica. Quinta edición. 2007- Cap. 6. 2.- Mariela Forrellat Barrios; Norma Fernandez Delgado. Nuevos conocimientos en el metabolismo del hierro- Rev. Cubana de Hematología, Inmunología y Transfusión- 2005. vol 21. Nª 3. 3.- Roy CN, Enns CA. Iron homeostasis: new tales from de cript Blood 2000; 93: 4020-7 4.- Beaumont C. Molecular mechanisms of iron homeostasis- Med Sci 2004: 20:68-72 5- Cazzola M. Novel genes, proteins and inherited disorders of iron overload: iron metabolism is less boring than thought. Haematologica 2002; 87: 115-6. 6.- Adagio Ida Margarita- Homeostasis del hierro. Nuevas proteínas implicadas en su metabolismo y en el balance Salud- Enfermedad. Trabajo final. Carrera de especialización en Bioquímica Clínica: Hematología. Disponible en biblioteca de Fac. de Ccias Bioquímicas y Farmacéuticas. UNR. 7.- Antony AC. Megaloblastic anemias .En Hoffman R Bensz. Hematogy. Basic Principles and Practice, 4ª ed. Philadelpia. 2005; 519-556. 8.- Guyton and Hall- Fisiología Médica. 11ª Edición. Eritrocitosis, anemia y policitemia. Maduración del eritrocito, necesidades de vitamina B12 y ácido fólico. 2007. Cap 32. 419-427