997 resultados para Erythroid Cells
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RESUMO:O glicosilfosfatidilinositol (GPI) é um complexo glicolipídico utlizado por dezenas de proteínas, o qual medeia a sua ancoragem à superfície da célula. Proteínas de superfície celular ancoradas a GPI apresentam várias funções essenciais para a manutenção celular. A deficiência na síntese de GPI é o que caracteriza principalmente a deficiência hereditária em GPI, um grupo de doenças autossómicas raras que resultam de mutações nos genes PIGA, PIGL, PIGM, PIGV, PIGN, PIGO e PIGT, os quais sao indispensáveis para a biossíntese do GPI. Uma mutação pontual no motivo rico em GC -270 no promotor de PIGM impede a ligação do factor de transcrição (FT) Sp1 à sua sequência de reconhecimento, impondo a compactação da cromatina, associada à hipoacetilação de histonas, e consequentemente, impedindo a transcrição de PIGM. Desta forma, a adição da primeira manose ao GPI é comprometida, a síntese de GPI diminui assim como as proteínas ligadas a GPI à superficie das células. Pacientes com Deficiência Hereditária em GPI-associada a PIGM apresentam trombose e epilesia, e ausência de hemólise intravascular e anemia, sendo que estas duas últimas características definem a Hemoglobinúria Paroxística Nocturna (HPN), uma doença rara causada por mutações no gene PIGA. Embora a mutação que causa IGD seja constitutiva e esteja presente em todos os tecidos, o grau de deficiência em GPI varia entre células do mesmo tecido e entre células de tecidos diferentes. Por exemplo nos granulócitos e linfócitos B a deficiência em GPI é muito acentuada mas nos linfócitos T, fibroblastos, plaquetas e eritrócitos é aproximadamente normal, daí a ausência de hemólise intravascular. Os eventos transcricionais que estão na base da expressão diferencial da âncora GPI nas células hematopoiéticas são desconhecidos e constituem o objectivo geral desta tese. Em primeiro lugar, os resultados demonstraram que os níveis de PIGM mRNA variam entre células primárias hematopoiéticas normais. Adicionalmente, a configuração dos nucleossomas no promotor de PIGM é mais compacta em células B do que em células eritróides e tal está correlacionado com os níveis de expressão de PIGM, isto é, inferior nas células B. A presença de vários motivos de ligação para o FT específico da linhagem megacariocítica-eritróide GATA-1 no promotor de PIGM sugeriu que GATA-1 desempenha um papel regulador na sua transcrição. Os resultados mostraram que muito possivelmente GATA-1 desempenha um papel repressor em vez de activador da expressão de PIGM. Resultados preliminares sugerem que KLF1, um factor de transcrição restritamente eritróide, regula a transcrição de PIGM independentemente do motivo -270GC. Em segundo lugar, a investigação do papel dos FTs Sp demonstrou que Sp1 medeia directamente a transcrição de PIGM em ambas as células B e eritróide. Curiosamente, ao contrário do que acontece nas células B, em que a transcrição de PIGM requer a ligação do FT geral Sp1 ao motivo -270GC, nas células eritróides Sp1 regula a transcrição de PIGM ao ligar-se a montante e não ao motivo -270GC. Para além disso, demonstrou-se que Sp2 não é um regulador directo da transcrição de PIGM quer nas células B quer nas células eritróides. Estes resultados explicam a ausência de hemólise intravascular nos doentes com IGD associada a PIGM, uma das principais características que define a HPN. Por último, resultados preliminares mostraram que a repressão da transcrição de PIGM devida à mutação patogénica -270C>G está associada com a diminuição da frequência de interacções genómicas em cis entre PIGM e os seus genes “vizinhos”, sugerindo adicionalmente que a regulação de PIGM e desses genes é partilhada. No seu conjunto, os resultados apresentados nesta tese contribuem para o conhecimento do controlo transcricional de um gene housekeeping, específico-detecido, por meio de FTs genéricos e específicos de linhagem.-------------ABSTRACTC: Glycosylphosphatidylinositol (GPI) is a complex glycolipid used by dozens of proteins for cell surface anchoring. GPI-anchored proteins have various functions that are essential for the cellular maintenance. Defective GPI biosynthesis is the hallmark of inherited GPI deficiency (IGD), a group of rare autosomal diseases caused by mutations in PIGA, PIGL, PIGM, PIGV, PIGN, PIGO and PIGT, all genes indispensable for GPI biosynthesis. A point mutation in the -270GC-rich box in the core promoter of PIGM disrupts binding of the transcription factor (TF) Sp1 to it, imposing nucleosome compaction associated with histone hypoacetylation, thus abrogating transcription of PIGM. As a consequence of PIGM transcriptional repression, addition of the first mannose residue onto the GPI core and thus GPI production are impaired; and expression of GPI-anchored proteins on the surface of cells is severely impaired. Patients with PIGM-associated IGD suffer from life-threatening thrombosis and epilepsy but not intravascular haemolysis and anaemia, two defining features of paroxysmal nocturnal haemoglobinuria (PNH), a rare disease caused by somatic mutations in PIGA. Although the disease-causing mutation in IGD is constitutional and present in all tissues, the degree of GPI deficiency is variable and differs between cells of the same and of different tissues. Accordingly, GPI deficiency is severe in granulocytes and B cells but mild in T cells, fibroblasts, platelets and erythrocytes, hence the lack of intravascular haemolysis.The transcriptional events underlying differential expression of GPI in the haematopoietic cells of PIG-M-associated IGD are not known and constitute the general aim of this thesis. Firstly, I found that PIGM mRNA levels are variable amongst normal primary haematopoietic cells. In addition, the nucleosome configuration in the promoter of PIGM is more compacted in B cells than in erythroid cells and this correlated with the levels of PIGM mRNA expression, i.e., lower in B cells. The presence of several binding sites for GATA-1, a mega-erythroid lineage-specific transcription factor (TF), at the PIGM promoter suggested that GATA-1 has a role on PIGM transcription. My results showed that GATA-1 in erythroid cells is most likely a repressor rather than an activator of PIGM expression. Preliminary data suggested that KLF1, an erythroid-specific TF, regulates PIGM transcription but independently of the -270GC motif. Secondly, investigation of the role of the Sp TFs showed that Sp1 directly mediates PIGM transcriptional regulation in both B and erythroid cells. However, unlike in B cells in which active PIGM transcription requires binding of the generic TF Sp1 to the -270GC-rich box, in erythroid cells, Sp1 regulates PIGM transcription by binding upstream of but not to the -270GC-rich motif. Additionally, I showed that Sp2 is not a direct regulator of PIGM transcription in B and erythroid cells. These findings explain lack of intravascular haemolysis in PIGM-associated IGD, a defining feature of PNH. Lastly, preliminary work shows that transcriptional repression of PIG-M by the pathogenic -270C>G mutation is associated with reduced frequency of in cis genomic interactions between PIGM and its neighbouring genes, suggesting a shared regulatory link between these genes and PIGM. Altogether, the results presented in this thesis provide novel insights into tissuespecific transcriptional control of a housekeeping gene by lineage-specific and generic TFs.
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Tese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015
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Background A high level of red blood cell distribution width (RDW) is a novel prognostic marker that may reflect an underlying inflammatory state. It has recently shown that when increased, it is related to cardiovascular disease, mortality, and metabolic syndrome (MetS) in the general population. Objectives To analyse the potential relation between high levels of RDW and cardiovascular risk (CVR) and MetS in HIVpatients. Patients and methods Observational, cross-sectional study of a series of HIVoutpatients attended in our Hospital. Demographic, anthropometric, clinical, and fasting lab data were recorded in all cases. CVR at 10 years was evaluated by Framingham equation, and MetS diagnosed according to the National Cholesterol Education Program criteria. Statistic program: SPSS 17.0. Results 666 patients were included, 79.3% were men, and mean age was 44.7 years. Mean CD4 count was 506 cells/ mm3 , 87.5% of the patients were on antiretroviral therapy, and 85.3% had undetectable HIV viral load. Mean RDW was 13.07% (range: 7.7-33.6%; 75th percentile 14,1%), with a prevalence of MetS of 15.7, 9.3, 18.8 and 16.6% first through fourth RDW quartile, and of patients with CVR >20% of 8.4, 4.0, 4.4 and 6.4%, respectively (p>0,05). The highest quartile of RDW (>14.1%) was associated with AIDS (OR 1.6, 95%CI 1.0-2.4; p 0.02), detectable HIV viral load (OR 1.5, 95%CI 1.01-2.4; p 0.04), and hypertension (OR 2.3, 95%CI 1.4-4.0; p 0.001). Conclusions In HIV-infected outpatients, higher RDW is related with detectable HIV viral load and with AIDS. Although it was associated with a traditional CVR factor as hypertension, we found no relation with MetS nor with higher CVR.
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La dérégulation de l'expression génétique est une base pathophysiologique de plusieurs maladies. On a utilisé le locus du gène β-globine humain comme modèle pour élucider le mécanisme de régulation de la transcription génétique et évaluer son expression génétique durant l'érythropoïèse. La famille des protéines 'E' est composée de facteurs de transcription qui possèdent plusieurs sites de liaison au sein de locus du gène β-globine, suggérant leur rôle potentiel dans la régulation de l’expression de ces gènes. Nous avons montré que les facteurs HEB, E2A et ETO2 interagissent d’une manière significative avec la région contrôle du Locus (LCR) et avec les promoteurs des gènes de la famille β-globine. Le recrutement de ces facteurs au locus est modifié lors de l'érythropoïèse dans les cellules souches hematopoitiques et les cellules erythroides de souris transgéniques pour le locus de la β-globine humain, ainsi que dans les cellules progénitrices hématopoïétiques humaines. De plus par cette étude, nous démontrons pour la première fois que le gène β-globine humain est dans une chromatine active et qu’il interagit avec des facteurs de transcriptions de type suppresseurs dans les cellules progénitrices lymphoïdes (voie de différentiation alternative). Cette étude a aussi été faite dans des souris ayant une génétique mutante caractérisée par l'absence des facteurs de transcription E2A ou HEB.
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La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques.
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Le facteur de transcription BP1 humain est exprimé dans les cellules érythroïdes pendant le développement fœtal mais son niveau d’expression est réduit au stade adulte. Les études antérieures in vitro ont montré que BP1 est un répresseur du gène adulte de β-globine mais sa fonction dans la régulation des gènes ε et γ n’a pas été abordée à ce jour. Dans notre étude, nos analyses de BP1 humain ont été menées in vivo au stade embryonnaire en utilisant une lignée de souris transgénique surexprimant BP1 dans les cellules érythroïdes définitives murines. Au niveau protéique, BP1 humain est exprimé aux âges E12.5 et E13.5 dans les cellules érythroïdes fœtales des embryons transgéniques. Toutefois, les niveaux de BP1 humain ne perturbent pas l’érythropoïèse définitive fœtale: les embryons transgéniques ne sont pas anémiques et ne meurent pas in utero. La surexpression de BP1 humain altère tout de même le niveau endogène des facteurs de transcription Ikaros et SOX6 impliqués dans la régulation des gènes de β-globine durant l’érythropoïèse définitive fœtale murine. Chez les embryons doubles transgéniques exprimant BP1 et les gènes humains de β-globine à E12.5, l’expression du gène adulte β est réduite alors que celle des gènes ε et γ est non réprimée. Les mesures d’expression des gènes humains de β-globine effectuées en absence d’Ikaros à E12.5 précisent le rôle de BP1 humain dans l’activation du gène embryonnaire ε. Dans les cellules érythroïdes fœtales murines dépourvues d’Ikaros à E12.5, BP1 humain augmente grandement l’expression des facteurs de transcription EKLF et BCL11A et semble déréprimer l’expression de SOX6, ce qui conduit à une répression des gènes fœtaux et une activation du gène adulte β au jour embryonnaire murin suivant. Puisque BP1 atténue l’altération de l’expression des gènes fœtaux et adultes causée par l’absence d’Ikaros, nous proposons que BP1 et Ikaros soient liés dans les mécanismes de transcription des gènes humains de β-globine.
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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.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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[EN] Iron is essential for oxygen transport because it is incorporated in the heme of the oxygen-binding proteins hemoglobin and myoglobin. An interaction between iron homeostasis and oxygen regulation is further suggested during hypoxia, in which hemoglobin and myoglobin syntheses have been reported to increase. This study gives new insights into the changes in iron content and iron-oxygen interactions during enhanced erythropoiesis by simultaneously analyzing blood and muscle samples in humans exposed to 7 to 9 days of high altitude hypoxia (HA). HA up-regulates iron acquisition by erythroid cells, mobilizes body iron, and increases hemoglobin concentration. However, contrary to our hypothesis that muscle iron proteins and myoglobin would also be up-regulated during HA, this study shows that HA lowers myoglobin expression by 35% and down-regulates iron-related proteins in skeletal muscle, as evidenced by decreases in L-ferritin (43%), transferrin receptor (TfR; 50%), and total iron content (37%). This parallel decrease in L-ferritin and TfR in HA occurs independently of increased hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) mRNA levels and unchanged binding activity of iron regulatory proteins, but concurrently with increased ferroportin mRNA levels, suggesting enhanced iron export. Thus, in HA, the elevated iron requirement associated with enhanced erythropoiesis presumably elicits iron mobilization and myoglobin down-modulation, suggesting an altered muscle oxygen homeostasis.
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DMT1 (divalent metal-ion transporter 1) is a widely expressed metal-ion transporter that is vital for intestinal iron absorption and iron utilization by most cell types throughout the body, including erythroid precursors. Mutations in DMT1 cause severe microcytic anaemia in animal models. Four DMT1 isoforms that differ in their N- and C-termini arise from mRNA transcripts that vary both at their 5'-ends (starting in exon 1A or exon 1B) and at their 3'-ends giving rise to mRNAs containing (+) or lacking (-) the 3'-IRE (iron-responsive element) and resulting in altered C-terminal coding sequences. To determine whether these variations result in functional differences between isoforms, we explored the functional properties of each isoform using the voltage clamp and radiotracer assays in cRNA-injected Xenopus oocytes. 1A/IRE+-DMT1 mediated Fe2+-evoked currents that were saturable (K(0.5)(Fe) approximately 1-2 microM), temperature-dependent (Q10 approximately 2), H+-dependent (K(0.5)(H) approximately 1 muM) and voltage-dependent. 1A/IRE+-DMT1 exhibited the provisional substrate profile (ranked on currents) Cd2+, Co2+, Fe2+, Mn2+>Ni2+, V3+>>Pb2+. Zn2+ also evoked large currents; however, the zinc-evoked current was accounted for by H+ and Cl- conductances and was not associated with significant Zn2+ transport. 1B/IRE+-DMT1 exhibited the same substrate profile, Fe2+ affinity and dependence on the H+ electrochemical gradient. Each isoform mediated 55Fe2+ uptake and Fe2+-evoked currents at low extracellular pH. Whereas iron transport activity varied markedly between the four isoforms, the activity for each correlated with the density of anti-DMT1 immunostaining in the plasma membrane, and the turnover rate of the Fe2+ transport cycle did not differ between isoforms. Therefore all four isoforms of human DMT1 function as metal-ion transporters of equivalent efficiency. Our results reveal that the N- and C-terminal sequence variations among the DMT1 isoforms do not alter DMT1 functional properties. We therefore propose that these variations serve as tissue-specific signals or cues to direct DMT1 to the appropriate subcellular compartments (e.g. in erythroid cells) or the plasma membrane (e.g. in intestine).
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This review is focused on the mammalian SLC11 and SLC40 families and their roles in iron homeostasis. The SLC11 family is composed of two members, SLC11A1 and SLC11A2. SLC11A1 is expressed in the lysosomal compartment of macrophages and in the tertiary granules of neutrophils, playing a key role in innate resistance against infection by intracellular microbes. SLC11A2 is a key player in iron metabolism and is ubiquitously expressed, most notably in the proximal duodenum, immature erythroid cells, brain, placenta and kidney. Intestinal iron absorption is mediated by SLC11A2 at the apical membrane of enterocytes, followed by basolateral exit via SLC40A1. To meet the daily requirement for iron, approximately 80% of the iron comes from the breakdown of hemoglobin following macrophage phagocytosis of senescent erythrocytes (iron recycling). Both SLC11A1 and SLC11A2 play an important role in macrophage iron recycling. SLC11A2 also transports iron into the cytosol across the membrane of endocytotic vesicles of the transferrin receptor-cycle. SLC40A1 is the sole member of the SLC40 family and is involved in the only cellular iron efflux mechanism described. SLC40A1 is highly expressed in several tissues and cells that play a critical role in body iron homeostasis. The signaling pathways that regulate SLC11A2 and SLC40A1 expression at transcriptional, post-transcriptional and post-translational levels are discussed. The roles of SLC11A2 and/or SLC40A1 in iron-associated disorders such as hemochromatosis, neurodegenerative diseases, and breast cancer are also summarized.
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Divalent metal transporter-1 (SLC11A2/DMT1) uses the H+ electrochemical gradient as the driving force to transport divalent metal ions such as Fe2+, Mn2+ and others metals into mammalian cells. DMT1 is ubiquitously expressed, most notably in proximal duodenum, immature erythroid cells, brain and kidney. This transporter mediates H+-coupled transport of ferrous iron across the apical membrane of enterocytes. In addition, in cells such as to erythroid precursors, following transferrin receptor (TfR) mediated endocytosis; it mediates H+-coupled exit of ferrous iron from endocytic vesicles into the cytosol. Dysfunction of human DMT1 is associated with several pathologies such as iron deficiency anemia hemochromatosis, Parkinson's disease and Alzheimer's disease, as well as colorectal cancer and esophageal adenocarcinoma, making DMT1 an attractive target for drug discovery. In the present study, we performed a ligand-based virtual screening of the Princeton database (700,000 commercially available compounds) to search for pharmacophore shape analogs of recently reported DMT1 inhibitors. We discovered a new compound, named pyrimidinone 8, which mediates a reversible linear non-competitive inhibition of human DMT1 (hDMT1) transport activity with a Ki of ∼20 μM. This compound does not affect hDMT1 cell surface expression and shows no dependence on extracellular pH. To our knowledge, this is the first experimental evidence that hDMT1 can be allosterically modulated by pharmacological agents. Pyrimidinone 8 represents a novel versatile tool compound and it may serve as a lead structure for the development of therapeutic compounds for pre-clinical assessment.
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A multiple protein–DNA complex formed at a human α-globin locus-specific regulatory element, HS-40, confers appropriate developmental expression pattern on human embryonic ζ-globin promoter activity in humans and transgenic mice. We show here that introduction of a 1-bp mutation in an NF-E2/AP1 sequence motif converts HS-40 into an erythroid-specific locus-control region. Cis-linkage with this locus-control region, in contrast to the wild-type HS-40, allows erythroid lineage-specific derepression of the silenced human ζ-globin promoter in fetal and adult transgenic mice. Furthermore, ζ-globin promoter activities in adult mice increase in proportion to the number of integrated DNA fragments even at 19 copies/genome. The mutant HS-40 in conjunction with human ζ-globin promoter thus can be used to direct position-independent and copy number-dependent expression of transgenes in adult erythroid cells. The data also supports a model in which competitive DNA binding of different members of the NF-E2/AP1 transcription factor family modulates the developmental stage specificity of an erythroid enhancer. Feasibility to reswitch on embryonic/fetal globin genes through the manipulation of nuclear factor binding at a single regulatory DNA motif is discussed.
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Despite considerable concerns with pharmacological stimulation of fetal hemoglobin (Hb F) as a therapeutic option for the β-globin disorders, the molecular basis of action of Hb F-inducing agents remains unclear. Here we show that an intracellular pathway including soluble guanylate cyclase (sGC) and cGMP-dependent protein kinase (PKG) plays a role in induced expression of the γ-globin gene. sGC, an obligate heterodimer of α- and β-subunits, participates in a variety of physiological processes by converting GTP to cGMP. Northern blot analyses with erythroid cell lines expressing different β-like globin genes showed that, whereas the β-subunit is expressed at similar levels, high-level expression of the α-subunit is preferentially observed in erythroid cells expressing γ-globin but not those expressing β-globin. Also, the levels of expression of the γ-globin gene correlate to those of the α-subunit. sGC activators or cGMP analogs increased expression of the γ-globin gene in erythroleukemic cells as well as in primary erythroblasts from normal subjects and patients with β-thalassemia. Nuclear run-off assays showed that the sGC activator protoporphyrin IX stimulates transcription of the γ-globin gene. Furthermore, increased expression of the γ-globin gene by well known Hb F-inducers such as hemin and butyrate was abolished by inhibiting sGC or PKG activity. Taken together, these results strongly suggest that the sGC–PKG pathway constitutes a mechanism that regulates expression of the γ-globin gene. Further characterization of this pathway should permit us to develop new therapeutics for the β-globin disorders.
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The X chromosome-linked transcription factor GATA-1 is expressed specifically in erythroid, mast, megakaryocyte, and eosinophil lineages, as well as in hematopoietic progenitors. Prior studies revealed that gene-disrupted GATA-1- embryonic stem cells give rise to adult (or definitive) erythroid precursors arrested at the proerythroblast stage in vitro and fail to contribute to adult red blood cells in chimeric mice but did not clarify a role in embryonic (or yolk sac derived) erythroid cells. To examine the consequences of GATA-1 loss on embryonic erythropoiesis in vivo, we inactivated the GATA-1 locus in embryonic stem cells by gene targeting and transmitted the mutated allele through the mouse germ line. Male GATA-1- embryos die between embryonic day 10.5 and 11.5 (E10.5-E11.5) of gestation. At E9.5, GATA-1- embryos exhibit extreme pallor yet contain embryonic erythroid cells arrested at an early proerythroblast-like stage of their development. Embryos stain weakly with benzidine reagent, and yolk sac cells express globin RNAs, indicating globin gene activation in the absence of GATA-1. Female heterozygotes (GATA-1+/-) are born pale due to random inactivation of the X chromosome bearing the normal allele. However, these mice recover during the neonatal period, presumably as a result of in vivo selection for progenitors able to express GATA-1. Our findings conclusively establish the essential role for GATA-1 in erythropoiesis within the context of the intact developing mouse and further demonstrate that the block to cellular maturation is similar in GATA-1- embryonic and definitive erythroid precursors. Moreover, the recovery of GATA-1+/- mice from anemia seen at birth provides evidence indicating a role for GATA-1 at the hematopoietic progenitor cell level.