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7/23/2019 metabolismo del rame e del ferro
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Metabolismo del rame e del ferro
nell’uomo
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Patologie associate a dismetabolismo del rame o del ferro
Patologia Gene mutato
Sindrome di Menkes ATP7A Carenza di rame (difettosoassorbimento del rame)
Morbo di Wilson ATP7 Accumulo di rame nel fegato enel cer!ello
"mocromatosi di ti#o $%$& '" Tf*+ ',& '#c #n Accumulo di ferro in di!ersi
organiAtassia di riedreic- rata.ina /eurodegenerazione e
accumulo di ferro ins#ecific-e regioni delcer!ello
Acerulo#lasminemia Cerulo#lasmina
Sindrome di 'alle!orden%S#atz
PA/0%+
/euroferritino#atia 1%ferritina
Corea di 'untington
Morbo di Alz-eimer
Morbo di Parkinson
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Metabolismo cellulare del ferro
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Proteine del metabolismo cellulare del ferro
2 3MT4 5 un co%tras#ortatore di cationi bi!alenti e '6 es#resso in molti tessuti(enterociti cellule eritroidi rene #olmonecer!ello)8
2 'a un ruolo nell’assorbimento del ferro nelduodeno e nel meccanismo di rilascio del
ferro dalla transferrina82 1’es#ressione di 3MT4 5 indotta da carenzadi ferro e sono state identificate di!erseisoforme della #roteina8
2 1a erritina 5 la #rinci#ale #roteina dide#osito intracellulare del ferro8 "’ formatada +9 subunit: di ti#o ' e di ti#o 1 ed 5 ingrado di legare fino a 9;<< atomi di ferro8
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"s#orto del ferro dalle cellule= la ferro#ortina
2 1a erro#ortina 5 l’unico es#ortatore del ferro dalle cellule finoraidentificato8
2 > es#ressa sulla membrana basolaterale degli enterociti nei macrofaginegli astrociti e negli e#atociti8
2 Mutazioni della ferro#ortina causano accumulo di ferro nel fegato o neimacrofagi reticoloendoteliali8
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errossidasi= cerulo#lasmina ed efestina
2 1e ferrossidasi cerulo#lasmina ed efestina a##artengono alla famiglia delle MC? ecatalizzano l’ossidazione del e+6 a e@6 con riduzione dell’?+ ad '+?8
2 1a cerulo#lasmina collabora con la ferro#ortina ossidando il e+6 es#ortato dauest’ultima e facilitandone l’incor#orazione nella transferrina8
2 1’efestina 5 una #roteina di membrana intracellulare e il suo ruolo 5 meno c-iaro 5
es#ressa #rinci#almente negli enterociti8
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1’atti!it: ferrossidasica della cerulo#lasmina 5necessaria #er mantenere la ferro#ortina sulla su#erficie
della cellula
Bna isoforma della cerulo#lasmina 5 ancorata alla membrana medianteun’ancora GP$ ed 5 es#ressa #rinci#almente negli astrociti81a mancanza di cerulo#lasmina in ueste cellule causa la scom#arsadella ferro#ortina dalla su#erficie cellulare8
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Ciclo transferrina%Tf*
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$l sistema regolatorio $*"$*P
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iosintesidell’eme
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Meccanismo di biosintesi dei cluster e%S
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iogenesi dei cluster e%S8*uolo dei mitocondri nel metabolismo del ferro
3isfunzioni nella biosintesi deicluster e%S causano accumulo diferro nei mitocondri e stressossidati!o8
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?meostasi sistemica del ferro
$l ferro !iene assorbito dagli enterociti nel duodeno rilasciato nel sangue e tras#ortatoai di!ersi organi dalla transferrina8 $ macrofagi reticoloendoteliali costituiscono il sito #rinci#ale di riciclaggio del ferro dagli eritrociti senescenti8
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Tras#orto del ferro in enterociti cellule eritroidie mitocondri
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*egolazione del tras#orto del ferro mediatadall’e#cidina
2 1’e#cidina 5 un #e#tide di +; amminoacidi #rodotto dal fegato8 Si lega allaferro#ortina causandone l’internalizzazione e la degradazione in uestomodo diminuisce l’es#orto del ferro dagli enterociti e dai macrofagi nellacircolazione sanguigna8 1’es#ressione dell’e#cidina 5 indotta da eccesso diferro e infiammazione ($1%D) e re#ressa da anemia e i#ossia8
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*uolo dell’e#cidina nel metabolismo del ferro
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Metabolismo del rame
2 $ meccanismi alla base dell’omeostasi cellulare del rame sonoconser!ati in batteri (in #arte) in lie!ito e negli eucariotisu#eriori8
2 Gli studi in lie!ito si sono ri!elati #articolarmente utili #er
identificare eo caratterizzare #roteine umane strutturalmente ofunzionalmente omolog-e82 $l metabolismo del rame negli eucarioti 5 strettamente
connesso con il metabolismo del ferro attra!erso leferrossidasi Cu%di#endenti= difetti nell’incor#orazione del
rame nelle ferrossidasi #ro!ocano dismetabolismo del ferro8
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*esistenza al rame in Escherichia coli
2 E. coli non #ossiede cu#ro#roteine citosolic-e uindi nonnecessita di sistemi #er il tras#orto del rame nel citosol
2 $l rame !iene es#ortato nel #eri#lasma e all’esterno dellacellula dai sistemi cue e cus (cromosomiali) e pco
(#lasmidico)82 Gli o#eroni cue (CopA, CueO), cus (CusCFBA) e pco
(PcoABCDE) sono indotti a di!erse concentrazioni di rame daifattori di trascrizione Cue* Cus* e Pco*8
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3etossificazione del rame nel #eri#lasma in Escherichia coli
Meccanismo
di omeostasi
Regolato da Funzione
Co#A Cue* (sensore Cu6 nel cito#lasma)
3etossificazioneCu nel cito#lasma
CusCA Cus*S (sensoreCu6 nel
#eri#lasma)
3etossificazioneCu nel #eri#lasma
Cue? Cue* (sensore Cu6 nel cito#lasma)
Protezione #roteine del #eri#lasma
PcoAC3 Pco*S (sensoreCu6 nel #eri#lasma)
Protezione del #eri#lasma daele!ato stress daCu
Pco" Cus*S e Pco*S C-a#erone del Cunel #eri#lasma
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Tras#orto del rame in Enterococcus hirae
2 ?#erone di resistenza al rame
co# E F co# F co# A F co#
2 co# E regola la trascrizione dell’o#erone agisce come re#ressore
in assenza di rame legandosi al #romotore2 co# tras#ortatore intracellulare di rame cede il metallo a co# E2 co# A #roteina di 7+7 aa con atti!it: ATPasica res#onsabile
dell’entrata del rame nella cellula2 co# #roteina di 79; aa con atti!it: ATPasica res#onsabile
dell’estrusione del rame dalla cellula
2 3eterminazione del ruolo di co# A e co# mediante studi con ce##i #resentanti i corris#ondenti geni inatti!ati
2 Caratterizzazione delle #roteine mediante com#etizione con altri metalli(Ag Cd) uso di inibitori (!anadato) e uso di metalli radioatti!i
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Tras#orto del rame in Enterococcus hirae
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Tras#orto del rame in cellule eucariotic-e8$l tras#ortatore di membrana Ctr4
2 Ctr4 5 il #rinci#ale tras#ortatore di Cu6 nella cellula (0m 4%; µM)8
2 Ctr4 #ossiede tre domini transmembrana e una serie di seuenze HMet’ (MI4%@M) necessarie #er il legame del Cu68
2 1a com#lementazione funzionale in ce##i di lie!ito ctr1ctr3∆ -a #ermesso di isolare Ctr4umano8 1’im#ortanza di Ctr4 5 dimostrata dal fatto c-e to#i knock%out #er Ctr4 muoiono allo
stadio embrionale82 1’es#ressione di Ctr4 5 regolata a li!ello trascrizionale in lie!ito dal fattore Mac4 e a li!ello
#ost%traduzionale attra!erso endocitosi e degradazione mediata dal rame (in lie!ito e neimammiferi)8
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Modello strutturale del tras#ortatore Ctr48
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Tras#orto intracellulare del rame in lie!ito8 C-a#eroni e #om#e #er lo smistamento del metallo
Cu#ro#roteine2 CunS?3 e MT citosol2 Citocromo ossidasi mitocondrio2 et@ membrana #lasmatica
C-a#eroni del rame2 CCS citosol2 Co.47 mitocondrio2 At.4 Golgi
1’ATPasi Ccc+ tras#orta il rameall’interno del Golgi #erl’incor#orazione in et@
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Tras#orto intracellulare del rame in e#atociti e neuroni8C-a#eroni e #om#e #er lo smistamento del metallo
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C-a#eroni del rame
Gli c-a#eroni del rame sono #roteinedi #iccole dimensioni (circa 7<%J<amminoacidi) conser!ate dai batteriall’uomo8 $l rame !iene legato comeCu6 da due residui di cisteina con una
coordinazione ati#ica8
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ATPasi di tras#orto del rame
2 1e #om#e #er il tras#orto del rame a##artengono alla famiglia delleATPasi di ti#o P o CP. e si tro!ano in batteri lie!ito ed eucarioti su#eriori8Acco##iano il tras#orto del metallo all’idrolisi dell’ATP con formazione diun intermedio acil%fosfato su un residuo di as#artato8
2 Presentano J regioni transmembrana e una regione /%terminale di legamedel rame in domini c-e contengono seuenze conser!ate MICIIC8
2 /el dominio P e nel dominio / a!!engono la fosforilazione dell’as#artatoe il legame del nucleotide8 /el dominio A a!!iene la defosforilazionedell’as#artato
atteri Co#A co#
1ie!ito Ccc+
Mammiferi ATP7A ATP7
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Meccanismo delle ATPasi di tras#orto del rame
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"fflusso del rame dalle cellule=Proteine di Menkes (ATP7A) e Wilson (ATP7)
2 ATP7A #ossiede sei domini dilegame del rame
2 > localizzata nel trans%Golgi ed 5es#ressa in enterociti nell’endoteliodella barriera emato%encefalica e
numerosi altri tessuti8
2 ATP7 #ossiede sei domini dilegame del rame
2 > localizzata nel trans%Golgi ed 5es#ressa nel fegato e a bassi li!elli nelrene #lacenta cer!ello e cuore8
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1a localizzazione subcellulare di ATP7A e ATP7cambia in funzione della concentrazione di rame
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Gli c-a#eroni e le #om#e del rame8Meccanismo di trasferimento del metallo
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C-a#eroni e #om#e -anno strutture simili
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Struttura di At.4 e dei dominic-e legano il rame delle ATPasi
di lie!ito (Ccc+) e umane(Menkes e Wilson)8 $lriconoscimento s#ecifico 5mediato da interazioni di ti#oelettrostatico8
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Com#lementariet: di carica tra c-a#eroni e #om#e