Regolazione dell’Espressione Genica Puo’ essere regolata in una delle seguenti sei fasi: NUCLEUS CYTOSOL inactive mRNA degradazione DNA RNA transcript mRNA mRNA trascrizione Maturazione trasporto traduzione protein controllo dell’attivita’ inactive protein

Ferro Fe Peso Molecolare 56 Puo’ essere 2+ o 3+ Ferroso (2+) “ridotto” - ha acquistato un elettrone Ferrico (3+) “ossidato” - ha perso un elettrone Fe+++ + e-  Fe++ I due stati redox gli permettono di passare elettroni I cambi redox sono necessari per il suo metabolismo

Funzioni del ferro Trasportatore di ossigeno Immagazzina l’ossigeno emoglobina Immagazzina l’ossigeno Mioglobina Produzione di energia citocromi Enzimi del ciclo di Krebs altri detossificazione (cytochrome p450) An essential element

Tossicita’ del ferro Puo’ danneggiare i tessuti Catalizza la conversione di acqua ossigenata a radicali liberi radicali liberi possono attaccare: membrane Proteine DNA Iron excess possibly related to cancers, cardiac toxicity and other factors

Distribuzione del ferro 35 – 45 mg / kg di ferro nel maschio adulto Total approx 4 g emoglobina - 50% mioglobina – 7% ferritina - 30% Bone marrow (7%) Reticulo-endothelial cells (7%) Liver (25%) Altre proteine con eme - 5% Cytochromes, myoglobin, others siero - 0.1%

Trasporto del ferro nel sangue Globuli rossi Come emoglobina Non puo’ essere scambiato Plasma Legato alla Transferrina Lo trasporta in vari organi eg between gut, liver, bone marrow, macrophages Captato dalle cellule dai recettori della transferrina

Transferrina Protein MW 77,000 Sintetizzata nel fegato. E’ un dimero Ogni molecola lega 2 Fe3+ (ossidato) Contiene il 95% del ferro sierico. il 30% e’ saturata con il ferro. La sua produzione diminuisce con tanto ferro. La sua produzione aumenta con poco ferro. Measured in blood as a marker of iron status.

Recettori della transferrina Prendono il ferro dalla transferrina e lo inviano dentro la cellula Riconoscono e legano la transferrina Il complesso transferrina-recettore e’ in globato (endocitosi) Ferro rilasciato nella cellula attraverso un trasportatore (DMT1) Il complesso transferrina-recettore ritorna in superfice La transferrina e’ rilasciata

Stoccaggio del ferro - Ferritina Conserva il ferro in tutte la cellule. MW 460,000. Involucro superficiale: apoferritina, consiste di 22 subunita’ All’interno c’e’ il ferro. 20% iron by weight, binding up 4,500 atoms of iron per molecule. Small fraction found in circulation (contains less than 1% of serum iron). Conserva il ferro e lo rilascia in modo controllato

Perdita del ferro Non e’ regolata Non ci sono meccanismi per rallentarla o accellerarla Troppo ingerimento di ferro non puo’ essere compensato da una maggiore perdita Troppo poco ferro nella dieta non puo’ essere compensato da una minore perdita Percio’ l’omeostasi del ferro e’ regolata a livello del suo assorbimento

Sbilanciamenti anche lievi possono creare forti eccessi o carenze Nell’omeostasi - l’assorbimento di ogni elemento deve eguagliare la sua perdita nitrogen, water, salt, iron Sbilanciamenti anche lievi possono creare forti eccessi o carenze 1% di eccesso al giorno porta al raddoppio in 70 giorni

Assorbimento del ferro 1 – 2 mg di ferro assorbiti al giorno (quindi 1 – 2 mg di ferro lasciano il corpo ogni giorno) Occorre nel duodeno Assorbito come ferro ionico o emico Solo il 10% del ferro degli alimenti e’ assorbito

Assorbimento del ferro emico L’eme e’ staccato dalla globina nell’intestino Assorbito dagli enterociti come eme Liberato dall’eme negli enterociti Rappresenta la meta’ del ferro presente nella dieta (in occidente) Not well understood

Assorbimento del ferro DcytB Riduzione Fe+++ a Fe++ DMT1 Trasporto nella cellula Ferritina Immagazzinamento nella cellula Hephaestin ossida Fe++ a Fe+++ Ferroportin Lo trasporta fuori

Controllo del livello di ferro nella cellula Il ferro e’ un nutriente essenziale La cellula lo usa per : citocromi, emoglobina e molti enzimi. Il ferro in eccesso e’ causa di formazione di radicali liberi Quindi il livello di ferro deve essere controllato accuratamente. ~Iron levels must be carefully controlled and this is in part due to regulating the levels of key proteins in the transport and storage of iron at the level of translation. Transferrin, transports the iron in the plasma and is carried across the plasma membrane by transferrin receptor. Ferritin an enormous protein containing 24 polypeptides for a spherical shell which encloses up to 2,400 iron atom 3+ (Ferric) iron ions as iron oxide hydroxide in the cells. Each ferritin molecule can hold 4,500 Fe3+ ferric ions.

Regolazione di proteine trasportatrici/immagazzinamento del ferro Sangue Fe 3+ Transferrin (trasporto) receptor (ingresso) Ferritin (Stoccaggio) Quando il ferro e’ in eccesso la cellula deve diminuire il livello del recettore e aumentare quello della ferritina. La cellula ottiene questo mediante regolazione della traduzione, Cosi la risposta e’ piu’ rapida

Controllo della Traduzione 1. Repressione - es. Iron Response Element della ferritina 2. Stabilizzazione- es. IRE del recettore della transferrina Ferritina - Lega il Ferro e lo conserva Recettore della Transferrina (TFR)- trasporta il ferro nella cellula Se il Ferro e’ nella cellula - Si Ferritina, No TFR Se non c’e’ Ferro - Si TFR, No Ferritina Come viene regolato tutto questo?

1. Repressione :-Ferro, ferritina NO IRE-BP (cytosolic aconitase) Ferritin mRNA M M AUG m7G Coding region Iron Response Element 2. Attivazione:+ Ferro, ferritina SI Fe Fe Fe M Coding region AUG

1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI IRE-BP (cytosolic aconitase) M TFR mRNA AUG m7G Coding region Iron Response Element 2. Degradazione:+ Ferro, TFR NO Fe Fe Coding region AUG

1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI IRE-BP (cytosolic aconitase) TFR mRNA AUG m7G Coding region Iron Response Element 2. Degradazione:+ Ferro, TFR NO Fe Coding region AUG RNAse

Recettore della Transferrina. Il ferro previene il legame di una proteina di 90 kDa ad uno o piu’ Iron Response Elements. Recettore della Transferrina. Stem loop al 3’. La presenza dello stem loop causa la degradazione dell’mRNA Ferritina Stem loop al 5’. La presenza della proteina sullo stem loop causa il blocco della traduzione. The 90 kDa protein that binds to the iron response element is related to mitochondrial aconitase which caatalyses the conversion of citrate to isocitrate of the TCA cycle. The 90 kDa protein is called cytoplasmic aconitase, which had been known for a long time, but which did not have a known function. In fact both mitochondrial and cytoplasmic aconitases are iron binding proteins, and it had been known for a long time that the Fe component of the mitochondrial enzyme was unstable. This property is used to good effect as an iron receptor protein in the closely related cytoplasmic protein.

Purificazione degli Intermedi della traduzione

CICLOEXIMMIDE: interferisce con La reazione della peptidil transferasi (arresto dei ribosomi 80S sull’AUG) GMP-PNP (Analogo del GTP pero’ Non-idrolizzabile): GTP richiesto per L’unione della subunita’ 60S al complesso 40S/mRNA CAP analogo:inibisce il legame della 40S all’mRNA

CENTRIFUGAZIONE IN GRADIENTE DI DENSITA’

WT-IRE: IRE come e’ nella Ferritina DC-IRE: IRE con una delezione

Componenti del Complesso Che lega il CAP NOTA BENE: all’inizio della traduzione il legame della 40S all’mRNA richiede Il legame del “CAP binding Complex” al cappuccio dell’mRNA

NOTA: Il legame della 40S al CAP dell’mRNA richiede l’interazione di elF3 (che e’ legato Alla 40S) con elF4 (legato al CAP)

Il Ferro regola l’associazione dei poliribosomi sull’mRNA della ALA sintetasi

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + OH°

La presenza di acqua ossigenata o ossido nitrico rende attiva IRP-1 (che e’ la IRE binding Protein piu’ abbondante) che quindi causa un aumento del recettore della transferrina Il ferro viene rimosso dal sangue e non genera radicali liberi!

Divalent Metal Transporter DMT2 Quindi DMT1 e’ l’unico regolabile dal Ferro DMT1

Se non e’ presente abbastanza Fe nella cellula del Duodeno viene indotta la sintesi di DMT1 DMT2 DMT1

Concentrazioni elevate di Ferro nella cellula sono richieste da cellule proliferanti