Increased hepcidin expression in multibacillary leprosy

Iron is essential for all organisms and its availability can control the growth of microorganisms; therefore, we examined the role of iron metabolism in multibacillary (MB) leprosy, focusing on the involvement of hepcidin. Erythrograms, iron metabolism parameters, pro-inflammatory cytokines and urinary hepcidin levels were evaluated in patients with MB and matched control subjects. Hepcidin expression in MB lesions was evaluated by quantitative polymerase chain reaction. The expression of ferroportin and hepcidin was evaluated by immunofluorescence in paucibacillary and MB lesions. Analysis of hepcidin protein levels in urine and of hepcidin mRNA and protein levels in leprosy lesions and skin biopsies from healthy control subjects showed elevated hepcidin levels in MB patients. Decreases in haematologic parameters and total iron binding capacity were observed in patients with MB leprosy. Moreover, interleukin-1 beta, ferritin, soluble transferrin receptor and soluble transferrin receptor/log ferritin index values were increased in leprosy patients. Hepcidin was elevated in lepromatous lesions, whereas ferroportin was more abundant in tuberculoid lesions. In addition, hepcidin and ferroportin were not colocalised in the biopsies from leprosy lesions. Anaemia was not commonly observed in patients with MB; however, the observed changes in haematologic parameters indicating altered iron metabolism appeared to result from a mixture of anaemia of inflammation and iron deficiency. Thus, iron sequestration inside host cells might play a role in leprosy by providing an optimal environment for the bacillus.

Lack of hepcidin gene expression and severe tissue iron overload in upstream stimulatory factor 2 (USF2) knockout mice

We previously reported the disruption of the murine gene encoding the transcription factor USF2 and its consequences on glucose-dependent gene regulation in the liver. We report here a peculiar phenotype of Usf2−/− mice that progressively develop multivisceral iron overload; plasma iron overcomes transferrin binding capacity, and nontransferrin-bound iron accumulates in various tissues including pancreas and heart. In contrast, the splenic iron content is strikingly lower in knockout animals than in controls. To identify genes that may account for the abnormalities of iron homeostasis in Usf2−/− mice, we used suppressive subtractive hybridization between livers from Usf2−/− and wild-type mice. We isolated a cDNA encoding a peptide, hepcidin (also referred to as LEAP-1, for liver-expressed antimicrobial peptide), that was very recently purified from human blood ultrafiltrate and from urine as a disulfide-bonded peptide exhibiting antimicrobial activity. Accumulation of iron in the liver has been recently reported to up-regulate hepcidin expression, whereas our data clearly show that a complete defect in hepcidin expression is responsible for progressive tissue iron overload. The striking similarity of the alterations in iron metabolism between HFE knockout mice, a murine model of hereditary hemochromatosis, and the Usf2−/− hepcidin-deficient mice suggests that hepcidin may function in the same regulatory pathway as HFE. We propose that hepcidin acts as a signaling molecule that is required in conjunction with HFE to regulate both intestinal iron absorption and iron storage in macrophages.

Purification and partial characterisation of recombinant human hepcidin

Hepcidin is a liver-expressed antimicrobial and iron regulatory peptide. A number of studies have indicated that hepcidin is important for the correct regulation of body iron homeostasis. The aims of this study were to analyse the expression, trafficking and regulation of human hepcidin in an in vitro cell culture system. Human hepcidin was transfected into human embryonic kidney cells. Immunofluorescence and confocal microscopy analysis revealed that recombinant hepcidin localised to the Golgi complex. Recombinant hepcidin is secreted from the cell within 1 h of its synthesis. Recombinant hepcidin was purified from the cell culture medium using ion-exchange and metal-affinity chromatography and was active in antimicrobial assays. Amino-terminal sequence analysis of the secreted peptide revealed that it was the mature 25 amino acid form of hepcidin. Our results show that recombinant myc-His tagged human hepcidin was expressed, processed and secreted correctly and biologically active in antimicrobial assays. (C) 2005 Elsevier SAS. All rights reserved.

Characterization of hepcidin response to holotransferrin in novel recombinant TfR1 HepG2 cells

Hepcidin is the key regulator of systemic iron homeostasis. The iron-sensing mechanisms and the role of intracellular iron in modulating hepatic hepcidin secretion are unclear. Therefore, we created a novel cell line, recombinant-TfR1 HepG2,expressing iron-response-element-independent TFRC mRNA to promote cellular iron overload and examined the effect of excess holotransferrin (5 g/L) on cell-surface TfR1, iron content, hepcidin secretion and mRNA expressions of TFRC, HAMP, SLC40A1,HFE and TFR2. Results showed that the recombinant cells exceeded levels of cell surface TfR1 in wild-type cells under basal (2.8-fold; p<0.03) and holotransferrin supplemented conditions for 24 h and 48 h (4.4- and 7.5-fold, respectively; p<0.01). Also, these cells showed higher intracellular iron content than wild-type cells under basal (3-fold; p<0.03) and holotransferrin-supplemented conditions (6.6-fold at 4 h; p<0.01). However, hepcidin secretion was not higher than wild-type cells. Moreover, holotransferrin treatment to recombinant cells did not elevate HAMP responses compared to untreated or wild-type cells. In conclusion, increased intracellular iron content in recombinant cells did not increase hepcidin responses compared to wild-type cells, resembling hemochromatosis. Furthermore, TFR2 expression altered within 4 h of treatment, while HFE expression altered later at 24 h and 48 h, suggesting that TFR2 may function prior to HFE in HAMP regulation.

Hepcidin and Ferritin Levels in Fever of Unknown Origin: Is There a New Biomarker?

Background and objectives: Significantly elevated serum ferritin levels are associated with both iron overload and some inflammatory conditions. Hepcidin is a protein that interferes with iron absorption in inflammatory states and acts as an acute-phase reactant. Materials and methods: Here we report the case a 33-year-old patient who presented with high fever, skin lesions and arthralgia lasting for 2 weeks. His ferritin level was 13,800 µg/l and his hepcidin level was 61 ng/dl. Results: The final diagnosis was adult onset Still's disease. The condition evolved satisfactorily with steroid treatment, but after several weeks the patient presented with an unexpected recurrence. Conclusions: Hepcidin is a good inflammatory marker that could be useful in the differential diagnosis of hyperferritinaemia.

Association between ferritin, high sensitivity c-reactive protein (hsCRP) and relative abundance of Hepcidin mRNA with the risk of type 2 diabetes in obese subjects

Obesity and Type 2 diabetes mellitus share a strong pro-inflammatory profile. It has been observed that iron is a risk factor in the development of type 2 diabetes. The aim of this study was to evaluate the relationship between iron nutritional status and inflammation with the risk of type 2 diabetes development in obese subjects. We studied 30 obese men with type 2 diabetes (OBDM); 30 obese subjects without diabetes (OB) and 30 healthy subjects (Cn). We isolated peripheral mononuclear cells (PMCs) and challenged them with high Fe concentrations. Total mRNA was isolated and relative abundance of TNF-αIL-6 and hepcidin were determined by qPCR. Iron status, biochemical, inflammatory and oxidative stress parameters were also characterized. OBDM and OB patients showed increased hsCRP levels compared to the Cn group. OBDM subjects showed higher levels of ferritin than the Cn group. TNF-α and IL-6 mRNA relative abundances were increased in OBDM PMCs treated with high/Fe. Hepcidin mRNA was increased with basal and high iron concentration. We found that the highest quartile of ferritin was associated with an increased risk of type 2 diabetes when it was adjusted to BMI and HOMA-IR; this association was independent of the inflammatory status. The highest level of hepcidin gene expression also showed a trend of increased risk of diabetes, however it was not significant. Levels of hsCRP over 2 mg/L showed a significant trend of increasing the risk of diabetes. In conclusion, iron may stimulate the expression of pro-inflammatory genes (TNF-α and IL-6), and both hepcidin and ferritin gene expression levels could be a risk factor for the development of type 2 diabetes. Subjects that have an increased cardiovascular risk also have a major risk to develop type 2 diabetes, which is independent of the BMI and insulin resistance state.

Iron homeostasis in immune mononuclear cells : a potential role in a atherogenesis

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia-Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

La régulation de l’hepcidine à travers les récepteurs Toll-like dans les macrophages

L'interaction entre le système immunitaire et le métabolisme du fer est bien illustrée par l'anémie des maladies chroniques (ACD), qui est fréquemment rencontrée dans les infections chroniques, l'inflammation et le cancer. La majorité des modifications dans les paramètres du fer observées dans l’ACD tient compte des modifications de l’homéostasie du fer, avec la délocalisation du métal de la circulation et les sites de l'érythropoïèse au compartiment de stockage dans les macrophages. Les mécanismes de la réponse hyposidérémique impliquent des cytokines, notamment TNF-alpha et IL-6, qui régulent les niveaux de plusieurs gènes du métabolisme du fer, y compris les transporteurs de fer et de l'hepcidine, un régulateur négatif de l’absorption du fer, ce qui entraîne l'inhibition de l'exportation du fer à travers la ferroportine 1 (FPN1) au niveau de l'intestin et les macrophages. Des études antérieures ont montré que l'IL-6 induit l’expression d’hepcidine dans les hépatocytes, mais il y a très peu de données concernant la façon par laquelle l'hepcidine et la FPN1 sont régulées dans les macrophages. Récemment, nous avons constaté que l'induction de l'hepcidine dans le foie par le lipopolysaccharide (LPS) dépend de la voie de signalisation médiée par le récepteur Toll-like 4 (TLR4). Le but de ce travail est d’identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages et de déterminer l’exigence des TLRs dans l’induction de l’hepcidine et le développement d’hyposidérémie. En plus, nous voulons étudier l’effet de l’inflammation causée par les ligands des TLRs sur le taux de fer sérique, la production des cytokines et l'expression de l’hepcidine et de la ferroportine. D’autre part nous voulons étudier l’effet du taux du fer sur la production d’IL-6 macrophagique en réponse à la stimulation par le TLR4. D'abord, pour identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages, nous avons traité les macrophages RAW 264.7 et les macrophages péritonéaux de souris (MPMs) avec différents ligands TLRs et on a mesuré l’expression de l'hepcidine par qRT-PCR. Nous avons observé que Pam3CSK4 (Pam), un ligand de TLR2/1; LPS, un ligand de TLR-4 et FSL1 un ligand de TLR2/6 induisent l’expression de l'hepcidine dans les cellules RAW 264.7 et les MPMs, contrairement au polyinosinic: polycytidylic acid (Poly I: C), un ligand de TLR3. De plus, LPS était capable de réprimer l’expression de la ferroportine dans les cellules RAW 264.7. Afin de mieux définir la nécessité des TLRs pour assurer cette expression, nous avons utilisé les souris TLR-2 knock-out et on a établi que l'expression de l'hepcidine dans les macrophages par LPS, Pam ou FSL1 est dépendante du TLR2. En accord avec les expériences in vitro, les études effectuées in vivo ont montré que LPS réprime l’expression de la ferroportine, ainsi que PolyI:C n’est pas capable de stimuler l'expression d'hepcidine hépatique, par contre il était efficace pour déclencher une hyposidérémie. Ensuite, on voulait déterminer la voie de signalisation utilisée dans l’induction de l’hepcidine dans les macrophages. Comme il y deux voies majeures connues pour la signalisation des TLRs : une dépendante et l’autre indépendante de la protéine MyD88, on a étudié l’expression de l’hepcidine dans les MPMs isolés des souris MyD88-/- et nous avons constaté que l'absence de signalisation MyD88 abolit l'induction de l'hepcidine déclenchée par Pam, LPS et FSL1. D’autre part, la stimulation avec du LPS induisait in vivo la production d’IL-6 et de TNF-alpha, et la stimulation d’IL-6 était renforcée in vitro par la présence du fer. Ces observations indiquent que l’expression de HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) dans les macrophages peut être régulée par différents TLRs, ce qui suggère que la production d'hepcidine macrophagique fait partie d'une réponse immunitaire activées par les TLRs.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.

Structure and Mode of Action of Microplusin, a Copper II-chelating Antimicrobial Peptide from the Cattle Tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus

Microplusin, a Rhipicephalus (Boophilus) microplus antimicrobial peptide (AMP) is the first fully characterized member of a new family of cysteine-rich AMPs with histidine-rich regions at the N and C termini. In the tick, microplusin belongs to the arsenal of innate defense molecules active against bacteria and fungi. Here we describe the NMR solution structure of microplusin and demonstrate that the protein binds copper II and iron II. Structured as a single alpha-helical globular domain, microplusin consists of five alpha-helices: alpha 1 (residues Gly-9 to Arg-21), alpha 2 (residues Glu-27 to Asn-40), alpha 3 (residues Arg-44 to Thr-54), alpha 4 (residues Leu-57 to Tyr-64), and alpha 5 (residues Asn-67 to Cys-80). The N and C termini are disordered. This structure is unlike any other AMP structures described to date. We also used NMR spectroscopy to map the copper binding region on microplusin. Finally, using the Gram-positive bacteria Micrococcus luteus as a model, we studied of mode of action of microplusin. Microplusin has a bacteriostatic effect and does not permeabilize the bacterial membrane. Because microplusin binds metals, we tested whether this was related to its antimicrobial activity. We found that the bacteriostatic effect of microplusin was fully reversed by supplementation of culture media with copper II but not iron II. We also demonstrated that microplusin affects M. luteus respiration, a copper-dependent process. Thus, we conclude that the antibacterial effect of microplusin is due to its ability to bind and sequester copper II.

Sequenciamento do RNAm codificante da hepcidina e análise de sua expressão gênica em diferentes tecidos de ovinos saudáveis

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)