Régulation de l'hepcidine et le rôle de la lipocaline 2 dans l'homéostasie du fer / Novel insights into the regulation of hepcidin and the role of lipocalin 2 in iron homeostasis

Le fer, un métal de transition, est requis pour la survie de presque tout les organismes vivant à cause de son habilité à accepter ou donner un électron et donc à catalyser plusieurs réactions biochimique fondamentales. Cependant, la même propriété permet aussi au fer ionique d’accélérer la formation de radicaux libres et donc le fer peut potentiellement avoir des effets néfastes. Conséquemment, l’homéostasie du fer doit être étroitement régulé, tant au niveau cellulaire que systémique. Notre étude met l’emphase sur deux molécules importante pour régulation du métabolisme du fer : la lipocaline 2 (Lcn2) et l’hepcidine. Lcn2, une protéine de phase aiguë, est impliquée dans le transport du fer par les sidérophores. Lcn2 est un candidat potentiel comme transporteur du fer qui pourrait être responsable de l’accumulation excessive du fer non lié à la transferrine dans le foie des patients atteints d’hémochromatose héréditaire (HH). Nous avons généré des souris double-déficiente HfeLcn2 pour évaluer l’importance de Lcn2 dans la pathogenèse de surcharge en fer hépatique dans les souris knock-out Hfe (Hfe -/-). Notre étude révèle que la délétion de Lcn2 dans les souris Hfe-/- n’influence pas leur accumulation de fer hépatique ou leur réponse à une surcharge en fer. Le phénotype des souries HfeLcn2-/- demeure indiscernable de celui des souris Hfe-/-. Nos données impliquent que Lcn2 n’est pas essentiel pour la livraison du fer aux hépatocytes dans l’HH. L’hepcidine, un régulateur clé du métabolisme du fer, est un petit peptide antimicrobien produit par le foie et qui régule l’absorption intestinale du fer et son recyclage par les macrophages. L’expression de l’hepcidine est induite par la surcharge en fer et l’inflammation, tandis que, à l'inverse, elle est inhibée par l'anémie et l'hypoxie. Dans certaine situations pathologique, l’hepcidine est régulée dans des directions opposées par plus d’un régulateur. Nous avons, en outre, analysé comment les différents facteurs influencent l’expression de l’hepcidine in vivo en utilisant un modèle de souris avec un métabolisme du fer altéré. Nous avons examiné la régulation de l’hepcidine en présence de stimuli opposés, ainsi que la contribution des médiateurs et des voix de signalisation en aval de l’expression de l’hepcidine. Nous avons démontré que l'érythropoïèse, lorsque stimulé par l’érythropoïétine, mais pas par l’hypoxie, diminue l’expression de l’hepcidine d’une façon dépendante de la dose, même en présence de lipopolysaccharides ou de surcharge de fer alimentaire, qui peuvent agir de manière additive. De plus, l’entraînement érythropoïétique inhibe tant la voix inflammatoire que celle de détection du fer, du moins en partie, par la suppression du signal IL-6/STAT3 et BMP/SMAD4 in vivo. Au total, nos données suggèrent que le niveau d’expression de l’hepcidine en présence de signaux opposés est déterminé par la force du stimulus individuel plutôt que par une hiérarchie absolue. Ces découvertes sont pertinentes pour le traitement de l’anémie des maladies chronique et les désordres de surcharge en fer.

Étude de l’interaction Ikaros/voie de signalisation Notch au cours de l'érythropoïèse

Tout au long de la vie d’un individu, il existe un nombre optimal de cellules à produire et de progéniteurs à conserver en réserve. On parle de maintien de l’homéostasie tissulaire. De façon générale, l’organisme a cinq possibilités pour réguler l’homéostasie : l’autorenouvellement et la quiescence, souvent utilisés pour maintenir un ‘pool’ fonctionnel de progéniteurs, la différenciation qui permet de produire des cellules effectrices, l’apoptose et la sénescence, qui permettent de limiter la production de cellules ou encore d’en faire diminuer le nombre quand elles sont en excès. La régulation de ces quatre mécanismes peut se faire de façon extrinsèque en passant par différentes voies de signalisation combinées à l’action intrinsèque de facteurs de transcription comme Ikaros et GATA1. Le facteur de transcription Ikaros joue un rôle critique dans le devenir des cellules progénitrices et la différenciation des lignages hématopoïétiques. Cependant, il demeure surtout connu pour son influence sur la voie Notch dans les cellules lymphoïdes, notamment les lymphocytes T. Les cellules érythroïdes sont hautement sensibles à l’environnement et donc, particulièrement adaptées à l’étude des régulations de l’homéostasie. Les résultats de différentes études ont permis de démontrer qu’Ikaros et la voie Notch influencent l’érythropoïèse. Cependant le détail de leurs actions demeure en grande partie inconnu à ce jour. Au cours de notre étude nous avons voulu déterminer l’action d’Ikaros dans le maintien de l’homéostasie des cellules érythroïdes et si son rôle passe par un dialogue avec la voie Notch. Nous avons voulu décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle utilisés par Ikaros et par Notch au cours de l’érythropoïèse et leurs effets. Notre étude montre qu’Ikaros réprime à l’aide de GATA1 le gène Hes1, une cible importante de la voie Notch, en recrutant un complexe de la famille Polycomb, le PRC2 ii (Polycomb Repressive Complex 2). Cette répression permet la promotion de la différenciation des cellules érythroïdes. Au niveau du maintien de l’homéostasie par régulation de l’apoptose, Ikaros est connu pour cibler l’anti-apoptotique Bcl2l1 dans les lymphocytes. Puisque Gata-1, partenaire préférentiel d’Ikaros cible Bcl2l1 dans les cellules érythroïdes, nous avons caractérisé leur effet sur l’expression de Bcl2l1. Nous avons découvert qu’Ikaros active de façon directe Bcl2l1 et qu’il recrute sur le gène deux complexes partenaires d’élongation : un de la famille SET1/MLL, et le complexe P-TEFb-NuRD. En l’absence d’Ikaros, le fragment intracellulaire de Notch (NICD) et son cofacteur RBP-J remplacent Ikaros et favorisent l’hyper-activation de l’expression de Bcl2l1. Ceci est associé à la modification du complexe d’élongation recruté, ainsi qu’à la mise en place de modifications épigénétiques distinctes de celles observées avec Ikaros ce qui modifie l’élongation transcriptionnelle du gène. Ikaros et Notch sont fréquemment mutés ou présentent des fonctions altérées dans les leucémies. Notre étude montre un dialogue Ikaros/Notch influençant aussi bien la différenciation que l’apoptose et met en évidence l’existence d’un circuit génétique dont le dérèglement pourrait favoriser l’apparition d’une hématopoïèse maligne.

Sur un modèle d'érythropoïèse comportant un taux de mortalité dynamique

Ce mémoire concerne la modélisation mathématique de l’érythropoïèse, à savoir le processus de production des érythrocytes (ou globules rouges) et sa régulation par l’érythropoïétine, une hormone de contrôle. Nous proposons une extension d’un modèle d’érythropoïèse tenant compte du vieillissement des cellules matures. D’abord, nous considérons un modèle structuré en maturité avec condition limite mouvante, dont la dynamique est capturée par des équations d’advection. Biologiquement, la condition limite mouvante signifie que la durée de vie maximale varie afin qu’il y ait toujours un flux constant de cellules éliminées. Par la suite, des hypothèses sur la biologie sont introduites pour simplifier ce modèle et le ramener à un système de trois équations différentielles à retard pour la population totale, la concentration d’hormones ainsi que la durée de vie maximale. Un système alternatif composé de deux équations avec deux retards constants est obtenu en supposant que la durée de vie maximale soit fixe. Enfin, un nouveau modèle est introduit, lequel comporte un taux de mortalité augmentant exponentiellement en fonction du niveau de maturité des érythrocytes. Une analyse de stabilité linéaire permet de détecter des bifurcations de Hopf simple et double émergeant des variations du gain dans la boucle de feedback et de paramètres associés à la fonction de survie. Des simulations numériques suggèrent aussi une perte de stabilité causée par des interactions entre deux modes linéaires et l’existence d’un tore de dimension deux dans l’espace de phase autour de la solution stationnaire.

Eficacia y seguridad de los agentes estimulantes de la eritropoyesis para los síndromes mielodisplásicos: Revisión sistemática de la literatura

Los síndromes mielodisplásicos son un grupo heterogéneo de desórdenes clonales de las células madre hematopoyéticas caracterizadas por displasia y producción inefectiva de células sanguíneas. Los agentes estimulantes de la eritropoyesis (AEE) constituyen una alternativa terapéutica para un grupo de pacientes con síndromes mielodisplásicos. Se realizó una revisión sistemática de la literatura de estudios aleatorizados controlados, que evaluaron la eficacia y seguridad de los AEE en adultos con diagnóstico de síndrome mielodisplásico hasta febrero de 2014. A partir de la búsqueda se encontraron 1071 referencias, se obtuvieron 12 referencias, correspondiente a 9 estudios que cumplieron criterios de selección. Todos evaluaron algún AEE pero el grupo comparador difirió entre ellos; De los estudios seleccionados, ninguno evaluó el desenlace de supervivencia según brazos de tratamiento. 3 de los estudios evaluaron el desenlace de calidad de vida en grupos comparativos diferentes, reportando mejorías no estadísticamente significativas. 7 de los estudios evaluaron la respuesta hematológica reportando resultados divergentes según diversas definiciones de la variable de interés. Los desenlaces de seguridad fueron reportaron en 3 de los estudios, ocurriendo en baja proporción y con incidencia similar entre los grupos comparadores y el tratamiento con AEE. Las evaluaciones de riesgo de sesgo consideraron un estudio con bajo riesgo de sesgo, 4 estudios con riesgo incierto y 4 estudios con riesgo alto de sesgo. Los estudios evaluados fueron considerados en su mayoría con riesgo de sesgo incierto o alto. Se sugiere evaluar dichos desenlaces de interés de manera estandarizada en investigaciones futuras en el tema.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

Labile Plasma Iron Generation After Intravenous Iron is Time-dependent and Transitory in Patients Undergoing Chronic Hemodialysis

Iron supplementation in hemodialysis patients is fundamental to erythropoiesis, but may cause harmful effects. We measured oxidative stress using labile plasma iron (LPI) after parenteral iron replacement in chronic hemodialysis patients. Intravenous iron saccharate (100 mg) was administered in patients undergoing chronic hemodialysis (N = 20). LPI was measured by an oxidant-sensitive fluorescent probe at the beginning of dialysis session (T0), at 10 min (T1), 20 min (T2), and 30 min (T3) after the infusion of iron and at the subsequent session; P < 0.05 was significant. The LPI values were significantly raised according to the time of administration and were transitory: -0.02 +/- 0.20 mu mol/L at the beginning of the first session, 0.01 +/- 0.26 mu mol/L at T0, 0.03 +/- 0.23 mu mol/L at T1, 0.09 +/- 0.28 mmol/L at T2, 0.18 +/- 0.52 mmol/L at T3, and -0.02 +/- 0.16 mmol/L (P = 0.001 to 0.041) at the beginning of the second session. The LPI level in patients without iron supplementation was -0.06 +/- 0.16 mmol/L. Correlations of LPI according to time were T1, T2, and T3 vs. serum iron (P = 0.01, P = 0.007, and P = 0.0025, respectively), and T2 and T3 vs. transferrin saturation (P = 0.001 and P = 0.0003, respectively). LPI generation after intravenous saccharate administration is time-dependent and transitorily detected during hemodialysis. The LPI increment had a positive correlation to iron and transferrin saturation.

The role of jak2a in zebrafish hematopoiesis

Janus kinase 2 (Jak2) transduces signals from hematopoietic cytokines, and a gain-of-function mutation (Jak2617V>F) is associated with myeloproliferative diseases, particularly polycythemia vera. In this study, we examined the role of jak2a in zebrafish embryos in knock-down and overexpression studies using morpholinos (MOs) targeting the 5' untranslated region (UTR) (jak2aUTR-MO) and splice-site junction (jak2aSS-MO) of jak2a, a Jak inhibitor AG490 and a constitutive-active form of jak2a (jak2aca). At 18 and 24 hours after fertilization (hpf), jak2a is expressed predominantly in the intermediate cell mass (ICM; site of primitive hematopoiesis) of wild-type and chordin morphant embryos (characterized by expansion of ICM). Both jak2a MOs and AG490 reduced gata1+ (erythroid) cells in Tg(gata1:GFP) embryos, signal transducer and activation of transcription 5 (stat5) phosphorylation, and gene expression associated with early progenitors (scl and lmo2) and erythroid (gata1, he1 and ßhe1) and myeloid (spi1 [early] and mpo [late]) lineages. The chordin morphant is associated with increased stat5 phosphorylation, and both jak2a MOs and treatment with AG490 significantly ameliorated ICM expansion and hematopoietic gene up-regulation in these embryos. Injection of plasmid encoding jak2aca significantly increased erythropoiesis and expression of gata1, he1 and ßhe1, spi1, mpo, and l-plastin. In conclusion, zebrafish jak2a is involved in primitive hematopoiesis under normal and deregulated conditions.

A novel zebrafish jak2a V581F model shared features of human JAK2 V617F polycythemia vera

Objective : The Janus kinase 2 (JAK2) is important for embryonic primitive hematopoiesis. A gain-of-function JAK2 (JAK2^V617F) mutation in human is pathogenetically linked to polycythemia vera (PV). In this study, we generated a zebrafish ortholog of human JAK2^V617F (referred herewith jak2a^V581F) by site-directed mutagenesis and examined its relevance as a model of human PV.

Materials and Methods : Zebrafish embryos at one-cell stage were injected with jak2a^V581F mRNA (200pg/embryo). In some experiments, the embryos were treated with a specific JAK2 inhibitor, TG101209. The effects of jak2a stimulation on hematopoiesis, jak/stat signaling, and erythropoietin signaling were evaluated at 18-somites.

Results : Injection with jak2a^V581F mRNA significantly increased erythropoiesis, as enumerated by flow cytometry based on gfp+ population in dissociated Tg(gata1:gfp) embryos. The response was reduced by stat5.1 morpholino coinjection (control: 4.37% ± 0.08%; jak2a^V581F injected: 5.71% ± 0.07%, coinjecting jak2a^V581F mRNA and stat5.1 morpholino: 4.66% ± 0.13%; p < 0.01). jak2a^V581F mRNA also upregulated gata1 (1.83 ± 0.08 fold; p = 0.005), embryonic α-hemoglobin (1.61 ± 0.12 fold; p = 0.049), and β-hemoglobin gene expression (1.65 ± 0.13–fold; p = 0.026) and increased stat5 phosphorylation. These responses were also ameliorated by stat5.1 morpholino coinjection or treatment with a specific JAK2 inhibitor, TG101209. jak2a^V581F mRNA significantly reduced erythropoietin gene (0.24 ± 0.03 fold; p = 0.006) and protein expression (control: 0.633 ± 0.11; jak2a^V581F mRNA: 0.222 ± 0.07 mIU/mL; p = 0.019).

Conclusion : The zebrafish jak2a^V581F model shared many features with human PV and might provide us with mechanistic insights of this disease.

Resposta hemática de tilápias-do-nilo alimentadas com dietas suplementadas com colina e submetidas a estímulo por baixa temperatura

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de avaliar a resposta hemática de tilápias-do-nilo (Oreochromis niloticus) arraçoadas com dietas suplementadas com colina e submetidas a estímulo por baixa temperatura. O período experimental foi realizado em duas etapas: a primeira, de 109 dias, e a segunda, de 7 dias. Durante a primeira etapa, foram utilizados 192 alevinos com peso médio inicial de 4 g, distribuídos em 32 tanques-rede de 200 L instalados em aquários de mil litros. As rações foram formuladas de modo a apresentar 28,0% de proteína digestível e 3.100,0 kcal ED/kg e mesma concentração de aminoácidos. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com oito tratamentos e quatro repetições. As rações foram suplementadas com colina (cloreto de colina 60,0%), de modo a apresentar 100,0; 200,0; 400,0; 600,0; 800,0; 1.000,0 e 1.200,0 mg/kg de ração, e avaliadas em comparação a uma ração sem suplementação. Após o período de 109 dias, foram efetuadas as análises hematológicas dos peixes. Após as análises, os peixes foram transferidos para a sala de desafio e distribuídos em 24 aquários, onde foram mantidos a 17ºC durante sete dias. Após esse período, foram feitas as mesmas análises do período anterior ao desafio. A suplementação de colina não influenciou a eritropoiese ao estímulo pelo frio. A suplementação dietética de colina não interfere na síntese de eritrócitos e leucócitos e a temperatura de 17,0ºC determina linfopenia e neutrofilia.

Haematological response and growth performance of Nile tilapia (Oreochromis niloticus L.) fed diets containing folic acid

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Lipídeo e vitamina C em dietas preparatórias de inverno para tilápias-do-nilo

Foram avaliados o desempenho produtivo e os parâmetros fisiológicos de tilápias-do-nilo alimentadas, durante 112 dias, com dietas preparatórias para o inverno, formuladas com diferentes níveis de lipídeo e vitamina C. Utilizaram-se 192 alevinos (5,57 ± 0,50 g) distribuídos em 32 tanques-rede. O experimento foi conduzido em esquema fatorial 2 ´ 3, composto de dois níveis (8,0 e 12,0%) de lipídeo e três níveis (300,0; 600,0 e 1.200,0 mg/kg de ração) de vitamina C, em comparação a duas dietas (uma isenta dos nutrientes-teste e outra com 6,0% de lipídeo e 125,0 mg de vitamina C), totalizando oito dietas isoprotéicas (32,0% de proteína digestível). A energia adicional proveniente do lipídeo é depositada na cavidade abdominal em forma de gordura visceral; a deposição desta gordura como reserva de energia foi obtida nos níveis de suplementação de lipídeo testados; a concentração hepática de vitamina C é proporcional à sua concentração na dieta; a ausência desta vitamina na dieta prejudica a eritropoiese e a síntese de colágeno.

Aspects of gene regulation in the diploid and tetraploid Odontophrynus americanus (Amphibia, Anura, Leptodactylidae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Reduction of erythroid progenitors in protein-energy malnutrition

Protein-energy malnutrition is a syndrome in which anaemia together with multivitamin and mineral deficiency may be present. The pathophysiological mechanisms involved have not, however, yet been completely elucidated. The aim of the present study was to evaluate the pathophysiological processes that occur in this anaemia in animals that were submitted to protein-energy malnutrition, in particular with respect to Fe concentration and the proliferative activity of haemopoietic cells. For this, histological, histochemical, cell culture and immunophenotyping techniques were used. Two-month-old male Swiss mice were submitted to protein-energy malnutrition with a low-protein diet (20g/kg) compared with control diet (400 g/kg). When the experimental group had attained a 20% loss of their original body weight, the animals from both groups received, intravenously, 20IU erythropoietin every other day for 14 d. Malnourished animals showed a decrease in red blood cells, Hb concentration and reticulocytopenia, as well as severe bone marrow and splenic atrophy. The results for serum Fe, total Fe-binding capacity, transferrin and erythropoietin in malnourished animals were no different from those of the control animals. Fe reserves in the spleen, liver and bone marrow were found to be greater in the malnourished animals. The mixed colony-forming unit assays revealed a smaller production of granulocyte-macrophage colony-forming units, erythroid burst-forming units, erythroid colony-forming units and CD45, CD117, CD119 and CD71 expression in the bone marrow and spleen cells of malnourished animals. These findings suggest that, in this protein-energy malnutrition model, anaemia is not caused by Fe deficiency or erythropoietin deficiency, but is a result of ineffective erythropoiesis.

A complexa fisiopatologia dos episódios vasooclusivos na anemia falciforme

Hemolytic anemia and vasoocclusion are the cardinal clinical features of sickle cell anemia. Vasoocclusion is a complex process involving not only the polymerization of deoxygenated sickle hemoglobin tetramers, but also interactions between sickle erythrocytes, vascular endothelium, platelets, leukocytes, and plasma proteins. The increased adherence of sickle erythrocytes to endothelium has been implicated as an early step in vasoocclusion. Other researchers have focused on leukocytes and platelets which might also contribute to disturbed blood flow. Microvascular occlusion results in acute painful crises, whereas macrovascular occlusion seems to be the cause of organ failure. The anemia results from the markedly shortened circulatory survival of sickle erythrocytes, together with a limited erythropoietic response. The erythropoiesis increases intensively, but it is not enough to balance the increased rate of erythrocytes destruction to maintain normal levels of total erythrocytes and hemoglobin concentrations; mainly by the low oxygen affinity of hemoglobin S and increased 2,3-Diphosphoglycerate. It is very difficult to separate processes leading to anemia or to vasoocclusion. Understanding the involvement of multiple blood componentes in vasoocclusion may elucidate the clinical manifestations and complications of sickle cell anemia, and may give new insights into the preventive and curative therapy.

Lipídeo e vitamina C em dietas práticas para a Tilápia no Nilo (Oreochromis niloticus)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)