42527 MEDICINA GENETICA - C.I. (09/10) Canale B EMOCROMATOSI Vincenzo Stanghellini (016074) 051.636-4101 v.stanghellini@unibo.it

OMEOSTASI DEL Fe IN CONDIZIONI NORMALI Eritrociti circolanti 1500-2500 mg Emolisi (monociti/macrofagi): 20 mg/die Eritropoiesi (midollo osseo) 20 mg/die Pool plasmatico 4 mg Assorbimento (intestino) 1-2 mg/die Eliminazione (intestino) 1-2 mg/die Deposito corporeo totale macrofagi tessutali, epatociti : 4g (fegato: 300mg –1g)

OMEOSTASI DEL Fe IN CONDIZIONI NORMALI ASSORBIMENTO: assorbimento intestinale regolato da ipo- o ipersideremia ESCREZIONE: non correlato alla sideremia (desquamazione entereociti, emorragie, mestruazioni, gravidanza)

SITI CHIAVE DEL METABOLISMO DEL Fe ENTEROCITA DEL VILLO E DELLA CRIPTA DUODENALE DcytB: citocromo B duodenale (Fe-reduttasi: ferrico Fe3+  ferroso Fe2+) DMT1: trasportatore metallico divalente 1 Efestina: Fe-ossidasi (ossida il Fe2+ a Fe3+) Ferroportina: Fe-transporter

SITI CHIAVE DEL METABOLISMO DEL Fe ENTEROCITA DEL VILLO DUODENALE Versante luminale DcytB1 (ferric reductase) riduce Fe3+ (ferrico) a Fe2+ DMT1 trasporta il Fe2+ (ferroso) nell’enterocita Enterocita Fe2+ viene - immagazzinato nei depositi di ferritina - riversato dalla ferroportina nel plasma Versante plasmatico Ferroportina (basolateral transporter) trasporta Fe2+ dal citoplasma dell’enterocita ai vasi della sottomucosa Efestina ossida il Fe2+ a Fe3+ Fe3+ viene legato a proteine trasportatrici (transferrina, NTBI)

IPOTESI DELLA CRIPTA Regolazione maturazione enterocitaria: HFE / TfR1 basocellulare attivato da Tf-S   DMT1 (apicocellulare) Epcidina Citochine Eritropiesi

SITI CHIAVE DEL METABOLISMO DEL Fe ENTEROCITA DEL VILLO DUODENALE Versante luminale DcytB1 riduce Fe3+ (ferrico) a Fe2+ (ferroso) DMT1 trasporta il Fe2+ nell’enterocita HPC1 trasporta l’Eme (Hb e Mb) nell’enterocita Enterocita OH degrada l’eme e libera Fe2+ Fe2+ viene - immagazzinato nei depositi di ferritina - riversato dalla ferroportina nel plasma Versante plasmatico Efestina ossida il Fe2+ a Fe3+ Fe3+ viene legato a proteine trasportatrici (transferrina, NTBI) DcytB1: citocromo B duodenale (Fe-reduttasi) DMT1: trasportatore metallico divalente 1 HCP1: proteina trasportatrice di eme 1 OH: eme-ossigenasi FP: ferroportina Efestina: Fe-ossidasi CP: ceruloplasmina

SITI CHIAVE DEL METABOLISMO DEL Fe MACROFAGI RETICOLOENDOTELIALI I macrofagi fagocitano i globuli rossi senescenti ALL’INTERNO DEI MACROFAGI I fagolisosomi li lisano L’Hb viene degradata Il Fe2+ liberato dall’eme Fe2+ viene - immagazzinato nei depositi di ferritina - riversato da ferroportina o ceruloplasmina nel plasma NEL VERSANTE PLASMATICO Il Fe2+ viene ossidato a Fe3+ Fe3+ viene legato alla transferrina DMT1: trasportatore metallico divalente 1 FP: ferroportina OH: eme-reduttasi CP: ceruloplasmina

SITI CHIAVE DEL METABOLISMO DEL Fe: EPATOCITI ALL’INTERNO DELL’EPATOCITA Fe2+ è rilasciato dalla degradazione intraepatocitaria di ferritina, eme, Hb, Tf e NTBI Fe2+ viene - immagazzinato nei depositi di ferritina - riversato da FP nel plasma NEL VERSANTE PLASMATICO Fe2+ ossidato a Fe3+  legato a transferrina o NTBI (s)HJV: emo-juvelina (solubile) Tf: transferrina NTBI: non-transferrina legante Fe ES: emosiderina FP: ferroportina CP: ceruloplasmina TfR: recetore per assorbimento transferrina

SITI CHIAVE DEL METABOLISMO DEL Fe: EPATOCITI EPCIDINA Gli epatociti producono epcidina (attraverso la fase di pre-proepcidina e pro-epcdina); l’epcidina   immissione di Fe nel plasma L’espressione di epcidina è modulata da HFE, TfR2 e HJV che fungono da sensori del Fe (s)HJV: emo-juvelina (solubile) Tf: transferrina NTBI: non-transferrina legante Fe ES: emosiderina FP: ferroportina CP: ceruloplasmina TfR: recetore per assorbimento transferrina

OMEOSTASI DEL Fe IN CONDIZIONI NORMALI  Fe plasmatico   espressione di HFE, transferrin receptor 2 (TfR2) e hemojuvelin (HJV)   espressione di hepcidin antimicrobial peptide (HAMP) codificante per Epcidina  legame Epcidina + Ferroportina (Fpn) Internalizzazione  degradazione della Fpn   immissione di Fe nel plasma ad opera di enterociti e macrofagi.

EMOCROMATOSI Disordine del metabolismo del Fe con progressivo accumulo intra-parenchimale e potenziale danno multiorgano Emocromatosi secondaria: sovraccarico di ferro secondario ad una patologia organica, sistemica, metabolica o iatrogena Emocromatosi ereditaria: mutazione ereditaria di uno o più geni coinvolto nel metabolismo del Fe

CLASSIFICAZIONE EZIOLOGICA DELLE PATOLOGIE DA ACCUMULO DI Fe EMOCROMATOSI SECONDARIA Anemie da carico di Fe Eritropoiesi inefficace S. talassemiche, anemia sideroblastica, mielodisplasia, diseritropoiesi congenita Aumentata eritropoiesi Anemia emolitica cronica Terapia marziale o emotrasfusioni multiple S. Metaboliche Obesità / insulino-resistenza, ipertensione Epatopatie croniche Epatiti, alcol, NASH, porfiria cutanea tarda Accumulo di Fe delle popolazioni africane EMOCROMATOSI EREDITARIA HFE C282Y omozigosi (95%) C282Y/H63D eterozigosi (4%) H63D omozigosi (1%) NON HFE Emocromatosi variante HJV Emocromatosi variante epcidina Emocromatosi variante TfR2 Emocromatosi variante ferroportina ALTRE FORME S. da iperferritinemia – catarratta congenita Deficit di eme-ossigenasi (OH) Accumulo neonatale di Fe Aceruloplasminemia congenita A-(ipo)transferrinemia congenita Variante DMT1

CLASSIFICAZIONE EZIOLOGICA DELLE PATOLOGIE DA ACCUMULO DI Fe EMOCROMATOSI SECONDARIA Anemie da carico di Fe Eritropoiesi inefficace S. talassemiche, anemia sideroblastica, mielodisplasia, diseritropoiesi congenita Aumentata eritropoiesi Anemia emolitica cronica Terapia marziale o emotrasfusioni multiple S. Metaboliche Obesità / insulino-resistenza, ipertensione Epatopatie croniche Epatiti, alcol, NASH, porfiria cutanea tarda Accumulo di Fe delle popolazioni africane EMOCROMATOSI EREDITARIA HFE C282Y omozigosi (95%) C282Y/H63D eterozigosi (4%) H63D omozigosi (1%) NON HFE Emocromatosi variante HJV Emocromatosi variante epcidina Emocromatosi variante TfR2 Emocromatosi variante ferroportina ALTRE FORME S. da iperferritinemia – catarratta congenita Deficit di eme-ossigenasi (OH) Accumulo neonatale di Fe Aceruloplasminemia congenita A-(ipo)transferrinemia congenita Variante DMT1

STORIA NATURALE DELL’OMOZIGOSI C282Y Predisposizione genetica Sovraccarico biochimico Sintomi Danno d’organo Tempo Fattori ambientali Fattori genetici

EMOCROMATOSI – MANIFESTAZIONI CLINICHE Adenoipofisi Ipogonadismo ipogonadotropo Infertilità, impotenza Fegato Epatomegalia Fibrosi (reversibile) Cirrosi - HCC (x200) Cuore Cardiomiopatia Scompenso Aritmie Pancreas Diabete mellito Articolazioni Artropatie Altro Astenia Cute Iperpigmentazione

EMOCROMATOSI - BIOPSIA EPATICA Cirrosi epatica pressochè assente con Ferritina <1.000 g/L Enholm et al. Am J pathol 2003;163:827-32 Follow up senza salasso in omozigoti C282Y diagnosticati da adulti con ferritina normale o scarsamente elevata ? Gurrin et al. Gastroenterology 2008;135:1954-52

CLASSIFICAZIONE EZIOLOGICA DELLE PATOLOGIE DA ACCUMULO DI Fe EMOCROMATOSI SECONDARIA Anemie da carico di Fe Eritropoiesi inefficace S. talassemiche, anemia sideroblastica, mielodispia, diseritropoiesi congenita Aumentata eritropoiesi Anemia emolitica cronica Terapia marziale o emotrasfusioni multiple S. Metaboliche Obesità, ipertensione, insulino-resistenza Epatopatie croniche Epatiti, alcol, NASH, porfiria cutanea tarda Accumulo di Fe delle popolazioni africane EMOCROMATOSI EREDITARIA HFE C282Y omozigosi (95%) C282Y/H63D eterozigosi (5%) H63D omozigosi (1%) NON HFE Emocromatosi variante HJV Emocromatosi variante epcidina Emocromatosi variante TfR2 Emocromatosi variante ferroportina ALTRE FORME S. da iperferritinemia – catarratta congenita Deficit di eme-ossigenasi (OH) Accumulo neonatale di Fe Aceruloplasminemia congenita A-(ipo)transferrinemia congenita Variante DMT1

DEFINIZIONE DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA Disordine ereditario del metabolismo del Fe con progressivo accumulo intra-parenchimale e potenziale danno multiorgano Caratteristiche fondamentali Natura ereditaria (generalmente trasmissione autosomica recessiva)  Fe nel distretto plasmatico ( sideremia e saturazione transferrina)  Fe nelle cellule parenchimali ( ferritina, danno d’organo) Eritropoiesi generalmente non alterata, buona risposta al salasso

EPIDEMIOLOGIA EMOCROMATOSI EREDITARIA Irlanda: 1 / 83 Nord Europa: 1 / 200-350 Italia: 1 / 1500-2000 + Rara tra i non caucasici

CLASSIFICAZIONE GENETICA (OMIM) DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA Tipo 1 HFE emocromatosi Tipo 2A Emocromatosi giovanile “ 2B Emocromatosi da epcidina Tipo 3 Emocromatosi da alterazione del recettore 2 della transferrina Tipo 4 Emocromatosi da alterazione della ferroportina

CLASSIFICAZIONE GENETICA DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA TIPO EREDITA’ GENE / LOCUS PROTEINA / FUNZIONE 1 (tipico) AR HFE / 6p21 HFE/ 95% Interazione con TfR1; Cofattore trascrizionei di epcidina 2A AR HJV / 1q21 Emojuvelina / Corecettore trascrizione di epcidina 2B AR HAMP / 19q13 Epcidina / Ritenzione di Fe in macrofagi, enterociti e placenta 3 AR TfR2 / 7q22 Transferrina-R2 / Captazione di transferrina coniugata con Fe Corecettore trascrizione di epcidina 4 AD SCL40A1 / 2q32 Ferroportina / Fuoriuscita di Fe da macrofagi, enterociti, epatociti, placenta

CLASSIFICAZIONE GENETICA DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA TIPO EREDITA’ GENE / LOCUS PROTEINA / FUNZIONE 1 (tipico) AR HFE / 6p21 HFE/ Interazione con TfR1; Cofattore trascrizione di epcidina 2A AR HJV / 1q21 Emojuvelina / Corecettore trascrizione di epcidina 2B AR HAMP / 19q13 Epcidina / Ritenzione di Fe in macrofagi, enterociti e placenta 3 AR TfR2 / 7q22 Transferrina-R2 / Captazione di transferrina coniugata con Fe Corecettore trascrizione di epcidina 4 AD SCL40A1 / 2q32 Ferroportina / Fuoriuscita di Fe da macrofagi, enterociti, epatociti, placenta

GENE HFE Braccio corto cromosoma 6 (6p21) Sito adiacente al Major Histocompatibility Complex (MHC) – Classe 1 Come le molecole MHC – Classe 1 necessita legame con -microglobulina x esprimersi sulla superficie cellulare Duplice ruolo: HFE epatico: lega TfR1  HAMP / epcidina   ferroportina HFE enterocitario: lega TfR1 (basocellulare)  DMT1 (DcytB1)   assorbimento di Fe (apicale)

PRINCIPALI MUTAZIONI DEL GENE HFE C282Y Omozigozi per mutazioni di questo gene  90-95% emocromatosi / HFE H63D Eterozigosi per mutazioni di questo gene + C282Y  4-5% emocromatosi / HFE

GENE HFE EPATICO ED ENTEROCITARIO Trapianto di fegato e intestino tenue da donatore omozigote C282Y  EMOCROMATOSI Trapianto di fegato isolato da donatore omozigote C282Y  NO EMOCROMATOSI

STORIA NATURALE DELL’OMOZIGOSI C282Y Crescita, mestruazioni, gravidanza, dieta, perdite ematiche Geni codificanti per epcidina, TfR2, aptoglobina, emopessina, ceruloplasmina, eme-ossigenasi 1 Abuso etilico, malattie con sovraccarico di Fe: talassemia, porfiria, infezioni, HCV, NASH Fattori ambientali Fattori non correlati al gene HFE Geni implicati in antiossidanti, fibrogenesi, riparazione tissutale Fattori genetici  Fe plasmatico  Saturazione transferrina  Fe tessutale  Ferritina Danno d’organo Ferritina > 1000 ng/ml Alterazione test epatici, endocrini e glicemici Mutazione HFE Step patogenetici e alterazioni biochimiche

CLASSIFICAZIONE GENETICA DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA TIPO EREDITA’ GENE / LOCUS PROTEINA / FUNZIONE 1 (tipico) AR HFE / 6p21 HFE/ Interazione con TfR1; Cofattore trascrizione di epcidina 2A AR HJV / 1q21 Emojuvelina / Corecettore trascrizione di epcidina 2B AR HAMP / 19q13 Epcidina / Ritenzione di Fe in macrofagi, enterociti e placenta 3 AR TfR2 / 7q22 Transferrina-R2 / Captazione di transferrina coniugata con Fe Corecettore trascrizione di epcidina 4 AD SCL40A1 / 2q32 Ferroportina / Fuoriuscita di Fe da macrofagi, enterociti, epatociti, placenta

GENE HJV / HAMP 2A Mutazioni HJV – cromosoma 1 (1q21) – omozigosi G320V (50% dei casi) Emogiuvelina – proteina di superficie con funzioni di co-recettore Forma clinicamente severa ad insorgenza precoce (>30 aa); M=F Interessamento epatico simile a HH-1, ma  ipogonadismo e cardiomiopatia 2B Mutazioni HAMP – cromosoma 19 (19q13) Pro- Pre- Epcidina – proteina sintetizzata nel fegato in risposta a sovraccarico sideremico (sovraespressione  anemia o previene emocromatosi in caso di mutazioni C282Y) Forma clinicamente severa =2A

CARATTERISTICHE CLINICHE DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA: TIPO 2a e 2b Localizzazione  cuore, apparato endocrino, fegato Sintomi e segni clinici  esordio dopo i 10 anni; dolore addominale, ipogonadismo ipogonadotropo, aritmie e insufficianza cardiaca intrattabile, ridotta tolleranza glucidica;  transferrina e ferritina. Manifestazione clinica principale  cardiopatia, ipogonadismo, diabete Accumulo di Fe  epatociti, cuore, ghiandole endocrine, muscolo scheletrico Decorso clinico  estremamente severo Risposta a salassoterapia aggressiva  buona

CLASSIFICAZIONE GENETICA DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA TIPO EREDITA’ GENE / LOCUS PROTEINA / FUNZIONE 1 (tipico) AR HFE / 6p21 HFE/ Interazione con TfR1; Cofattore trascrizione di epcidina 2A AR HJV / 1q21 Emojuvelina / Corecettore trascrizione di epcidina 2B AR HAMP / 19q13 Epcidina / Ritenzione di Fe in macrofagi, enterociti e placenta 3 AR TfR2 / 7q22 Transferrina-R2 / Captazione di transferrina coniugata con Fe Corecettore trascrizione di epcidina 4 AD SCL40A1 / 2q32 Ferroportina / Fuoriuscita di Fe da macrofagi, enterociti, epatociti, placenta

GENE TfR2 3 Mutazioni TfR2 – cromosoma 7 (7q22) Proteina TfR2 espressa soprattutto dal fegato con affinità per Fe < rispetto al comune recettore TfR (a livello delle cripte intestinali si ritiene interferisca con HFE nel segnalare i livelli di Fe circolante) Fenotipicamente simile a HH-1, ma generalmente + severa e ad insorgenza + precoce ; popolazioni mediterranee

CARATTERISTICHE CLINICHE DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA: TIPO 1 E 3 Localizzazione  fegato, apparato endocrino, cuore Sintomi e segni clinici  esordio dopo i 40 anni; astenia, artralgie, impotenza, inferitilità, epatomegalia, diabete mellito, pigmentazione cutanea, cirrosi, scompenso cadiaco, aritmie; transferrina e ferritina. Manifestazione clinica principale  epatopatia Accumulo di Fe  epatociti Decorso clinico  moderato per il tipo 1, severo per il tipo 3 Risposta a salassoterapia  buona

CLASSIFICAZIONE GENETICA DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA TIPO EREDITA’ GENE / LOCUS PROTEINA / FUNZIONE 1 (tipico) AR HFE / 6p21 HFE/ Interazione con TfR1; Cofattore trascrizione di epcidina 2A AR HJV / 1q21 Emojuvelina / Corecettore trascrizione di epcidina 2B AR HAMP / 19q13 Epcidina / Ritenzione di Fe in macrofagi, enterociti e placenta 3 AR TfR2 / 7q22 Transferrina-R2 / Captazione di transferrina coniugata con Fe Corecettore trascrizione di epcidina 4 AD SCL40A1 / 2q32 Ferroportina / Fuoriuscita di Fe da macrofagi, enterociti, epatociti, placenta

GENE FERROPORTINA 4 Mutazioni Ferroportina (FPN1) (iron exporter) – cromosoma 2 (2q32) Proteina FPN1 espressa da epatociti e macrofagi – se mutata “sigilla” Fe all’interno dei macrofagi  Fe circolante  assorbimento intestinale Fenotipicamente caratterizzata da  ferritina (accumulo di Fe nei macrofagi con relativo risparmio degli epatociti) e  o normali livelli di transferrina – 4/1: saturazione di transferrina e deposito epatocitario – 4/2: (+ frequente) saturazione di trasferrina e minimo interessamento epatocitario con andamento clinico benigno Caucasici, Asiatici, Africani

EMOCROMATOSI NON-HFE – 4 Mutazione del gene per la ferroportina (FPN1)   efflusso di Fe dai macrofagi  Fe intratissutale ( Ferritina)  Fe circolante ( sat transferrina) L’assorbimento intestinale di Fe è normale

CARATTERISTICHE CLINICHE DELL’EMOCROMATOSI EREDITARIA: TIPO 4 Localizzazione  (fegato) milza Sintomi e segni clinici  esordio dopo i 40 anni; sintomi simili al tipo 1 + anemia lieve;  ferritina >> transferrina. Manifestazione clinica principale  epatopatia Accumulo di Fe  cellule reticolo-endoteliali Decorso clinico  lieve Risposta al salasso  scarsa

OMEOSTASI DEL Fe IN CONDIZIONI NORMALI Eritrociti circolanti 2500 mg Emolisi (monociti/macrofagi): 20 mg/die Eritropoiesi (midollo osseo) 20 mg/die Pool plasmatico 4 mg Assorbimento (intestino) 1-2 mg/die Eliminazione (intestino) 1-2 mg/die Deposito corporeo totale macrofagi tessutali, epatociti : 4g (fegato: 300mg –1g)

METABOLISMO DEL Fe NELL’EMOCROMATOSI Eritrociti circolanti Fe: 2500 mg Monociti/macrofagi Fe: 20 mg/die Midollo osseo Eritropoiesi Fe: 20 mg/dì  Pool plasmatico Intestino   Assorbimento Fe: 3-5 mg/die Intestino  Eliminazione Fe: 2-3 mg/die  Deposito corporeo totale Fe: 25 –30 g

ALGORITMO DIAGNOSTICO NEL SOSPETTO DI EMOCROMATOSI EREDITARIA (EE)  Sat. Transferrina (>45%)  Ferritina Escludere malattie epatiche o ematologiche ed altre cause (flogosi cronica, infezioni) Test genetici: mutazione C282Y e H63D Omozigosi C282Y C282Y / H63D C282Y eterozigosi H63D eterozigosi/omozigosi No mutazioni HFE Ferritina < 500g/L Follow-up EE tipo 1 Ferritina >500 g/L RM (Fe epatico) Nella norma Ferritina >1000 g/L e/o  GOT-GPT NO- HFE-EE  Fe NO- EE epcidina / ferritina ratio Biopsia epatica:  Fe CEF>4000 g/g di peso secco IEF>1.9 (CEF/età)     Salasso ( ferritina = 50g/L) Valutazione genetica Studi sulla famiglia Follow-up EE tipo 2-4 Test tipo 4 Test tipo 3 Test tipo 2a/2b NO-EE tipo 2-4