1
IMPORTANCIA DEL HIERRO
TRANSPORTE
DE OXIGENO
Hb, Mb
ALTA TOXICIDAD
+ H2O2  Fe3+ + OH° + OHFe3+ + NADH  Fe2+ + [NADH°+]
Fe2+
PROTEINA
ENZIMAS. Fe-S
TRANSFERENCIA
DE e*
Citocromos
Catalasa Peroxidasa
Hidrolasa
ALTA REACTIVIDAD
CAPACIDAD PARA CAPTAR e*
-OH-, -COOH, NH2, -SH
Esencialidad vs Toxicidad
Esencialidad: Anemia por deficiencia de hierro
Poblaciones susceptibles
Fe, Función cerebral y Envejecimiento: toxicidadad
 Inflammation alters the expression of DMT1, FPN1 and hepcidin, and it causes iron accumulation
in central nervous system cells. Urrutia P, Aguirre P, Esparza A, Tapia V, Mena NP, Arredondo M,
González-Billault C, Núñez MT. J Neurochem. 2013,126(4):541-9
 Sub-lethal levels of amyloid β-peptide oligomers decrease non-transferrin-bound iron uptake and
do not potentiate iron toxicity in primary hippocampal neurons. SanMartín CD, Paula-Lima AC,
Hidalgo C, Núñez MT. Biometals. 2012, 25(4):805-13.
 Iron toxicity in neurodegeneration. Núñez MT, Urrutia P, Mena N, Aguirre P, Tapia V, Salazar J.
Biometals. 2012, 25(4):761-76.
 Increased hippocampal expression of the divalent metal transporter 1 (DMT1) mRNA variants 1B
and +IRE and DMT1 protein after NMDA-receptor stimulation or spatial memory training. Haeger
P, Alvarez A, Leal N, Adasme T, Núñez MT, Hidalgo C. Neurotox Res. 2010, 17(3):238-47.
 Divalent metal transporter 1 (DMT1) contributes to neurodegeneration in animal models of
Parkinson's disease. Salazar J, Mena N, Hunot S, Prigent A, Alvarez-Fischer D, Arredondo M,
Duyckaerts C, Sazdovitch V, Zhao L, Garrick LM, Nuñez MT, Garrick MD, Raisman-Vozari R, Hirsch
EC. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008, 25;105(47):18578-83.
 Iron dyshomeostasis in Parkinson's disease. Salazar J, Mena N, Núñez MT. J Neural Transm Suppl.
2006;(71):205-13. Review.
4
IMPORTANCIA DEL HIERRO
TRANSPORTE
DE OXIGENO
Hb, Mb
ALTA TOXICIDAD
+ H2O2  Fe3+ + OH° + OHFe3+ + NADH  Fe2+ + [NADH°+]
Fe2+
PROTEINA
ENZIMAS. Fe-S
TRANSFERENCIA
DE e*
Citocromos
Catalasa Peroxidasa
Hidrolasa
ALTA REACTIVIDAD
CAPACIDAD PARA CAPTAR e*
-OH-, -COOH, NH2, -SH
[Fe]
[Fe]
Esencialidad vs Toxicidad
HOMEOSTASIA DEL HIERRO
Balance coordinado entre captación, utilización y almacenamiento intracelular
Lumen
F e(III)
Heme
F e(II)
DMT1
D cytB
Apical
HCP1
HO
LIP
F e(II)
Fn
IR E G 1
Hephaestin
HFE
SS
Basolateral
F e(II)
F e(III)
Circulation
F e(III)
Tf
6
Relación entre obesidad,
metabolismo de Fe y diabetes?
INFLAMACIÓN CRÓNICA
 AGEs
 Micro-ambientes de hipoxia
 Estrés Oxidativo
Resistencia Insulina
Perfil inflamatorio
Redistribución de Fe corporal
NFκB
activado
Citoquinas
inflamatorias
Posibles asociaciones entre Fe y DM2
Efecto de la Insulina sobre el metabolismo de hierro.
Fe+3
Fe+3
P-Tyrosine
Fe+2
PI3-K
Fe+2
GLUT4
Fe+2
+2
Fe
GLUT4
Glucose
Glucose
Glucose
8
 Hiperglicemia
GLICOLISIS
Glicación de SOD y Catalasa (↑ H2O2)
Formación de AGEs
Glicación de Transferrina
Glucosa
Fructosa-6P
Gliceraldehido 3-P
1,3 Difodfoglicerato
Piruvato
Glicación de
Proteínas
 Activación de NADPH
oxidasa (↑ O2.- )
 Activación de Nf-κB (↑
NOS, NO, ONOO - )
AGEs
RAGE
 Cadena Transportadora de electrones en
la Mitocondria.
Características Generales
Cn
OB
DM
OBDM
43
48
40
42
Edad (Años)
41.3 ± 10.5
44.1 ± 9.8
61.7 ± 8.9***
58.2 ± 9.9***
Peso (Kg)
68.4 ± 7.1
95.9 ± 12.9***
72.1 ± 5.9
87.9 ± 9.4***
Talla (mt)
1.70 ± 0.06
1.70 ± 0.07
1.69 ± 0.06
1.67 ± 0.06
IMC (kg/mt2)
23.5 ± 1.6
33.1 ± 3.0***
25.2 ± 1.3
31.3 ± 2.2***
Circ. Cint (cms)
87.1 ± 5.5
108.0 ± 8.6***
97.5 ± 6.6***
107.9 ± 9.3***
PSS1 (mm3 Hg)
129.7 ± 11.3
138.4 ± 17.3
132.3 ± 16.4
135.0 ± 20.4
PSD2 (mm3 Hg)
78.3 ± 9.9
85.2 ± 13.8*
75.6 ± 10.9
82.2 ± 11.2
n
1PSS:
Presión sanguínea sistólica; 2PSD: Presión sanguínea diastólica.
One way ANOVA and Dunnett's post hoc test
(*:p<0.05; **:p<0.01 and ***:p<0.001).
Parámetros Bioquímicos
Cn
OB
DM
OBDM
Glicemia B (mg/dl)
91 ± 8
107 ± 33
150 ± 66***
169 ± 60***
Glicemia PP (mg/dl)
77.1 ± 22.6
98.7 ± 41.6*
-----
-----
Insulina B (µUi/ml)1
5.2 (2.8–9.6)
5.8 (3.1-10.7)***
7.5 (3.7-15.4)
14.0 (6.6-30)***
Insulina PP (µUi/ml)1
14.,4 (4.4-47)
17.5 (5.,0-61)**
-----
-----
Col Total (mg/dl)
181.0 ± 34.5
181.6 ± 34.3
171.7 ± 47.9
186.2 ± 61.1
Col HDL (mg/dl)
45.8 ± 11.6
34.8 ±8,7***
40.1 ± 10.0
38.9 ± 11.8*
Col LDL (mg/dl)
108.6 ± 30.3
103.9 ± 25.7
106.1 ± 38.3
97.7 ± 28.0
TGC (mg/dl)1
120 (76-190)
187 (107-329)**
124 (74-207)
177 (94-332)**
One way ANOVA and Dunnett's post hoc test
(*:p<0.05; **:p<0.01 and ***:p<0.001).
11
Parámetros Hematológicos: niveles de hierro
Cn
OB
DM
OBDM
Hb (g/dl)
16.2 ± 1.1
16.6 ± 1.3
15.9 ± 1.7
16.3 ± 1.4
Zppa
58.3 ± 16.0
58.9 ± 11.9
67.7 ± 18.6*
67.6 ± 14.4**
Fe (g/dl)
93.4 ± 21.9
85.3 ± 22.4
96.8 ± 30.3
99.4 ± 32.5
TIBC (g/dl)
343.1 ± 42.1
308.1 ± 47.2***
339.2 ± 53.0
303.9 ± 73.0**
% Sat
27.4 ±6.5
28.2 ± 7.9
29.0 ± 9.3
32.5 ± 9.7*
FS1 (g/l)
71 (46-109)
90 (61-131)**
78 (49-126)
92 (58-154)**
TfR (µg/ml)
5.36 ±0.93
4.97±0.79
4.31±.076***
4.86±0.69*
TBI (mg Fe/kg)
7.16±1.32
9.11±1.50***
9.21±1.19***
9.36±1.19***
hsCRP (mg/dl)
0.7 (0.3-2.0)
3.4 (1.5-7.7)***
1.3 (0.5-3.5)
2,9 (0,9-8,8)***
HO1b
3.0 (1.6-5.7)
3.5 (1.7-7.5)
8.6 (3.8-19.4)*** 7.8 (2.8-21.2)***
average (range ± 1 DE). a:g/dL red blood cells). Hb: hemoglobin; Zpp: Zinc-protoporphyrin; Fe: Serum iron; TIBC: Total iron
binding capacity; % Sat: % Transferrin saturation; FS: serum ferritin; hsCRP: High-sensitive C-reactive protein and HO: Enzymatic heme
oxygenase activity. bnmole bilirubin/mg protein/hr
1Geometric
One way ANOVA and Dunnett's post hoc test
(*:p<0.05; **:p<0.01 and ***:p<0.001).
12
Depósitos de Fe: Fe vs Fn
Controles
DM2
250
Fn, µg/L
200
150
100
50
100
200
300
Fe, µg/dl
100
200
300
3`
5`
120
Nº Individuals
HO
GTn
C
MS
OB
DM
DMOB
Total
175
210
189
172
109
855
Micro-polimorfismo
S = < 27 (GT)n
M = 27-32 (GT)n
L = >32 (GT)n
100
80
60
40
20
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
GT Repetitions
GENOTIPO (%)
Frecuencia alélica(%)
C
MS
OB
DM
DMOB
S
6.2
8.0
7.9
7.6
8.3
M
9.6
10.9
8.9
8.7
8.0
L
4.2
1.1
3.1
3.7
3.7
Hardy-Weinberg Equilibrium
C
MS
OB
DM
DMOB
SM
7.8
13.7
12.3
10.8
7.5
SL
2.3
0.4
1.1
2.1
1.8
ML
0.8
1.2
1.9
1.6
1.3
MM
5.5
6.0
2.8
2.6
0.7
SS
1.3
2.8
2.1
1.2
0.7
LL
2.7
0.6
2.0
1.9
0.8
nmoles Bilirrubina/mg proteína/hora
Actividad de HO,
Relación entre niveles de Fe y
Actividad de la enzima hemoxigenasa
Controels
DM2
80
60
40
20
50
100
150
200
Fe, ug/dL
50
100
150
200
Hechos (hasta ahora)…
En DM2 y Obesidad
 Altos niveles de Ferritina
 Altos niveles de PCRuS: inflamación
 Altos niveles de Hierro Corporal Total
 Altos niveles de actividad de hem oxigenase
 Genotipo CM es un factor de riesgo para DM2
16
Abundancia relativa del RNAm de
genes de citoquinas inflamatorias
TNFα
***
mRNA
Fold of change
3.0
2.5
IL6
1.5
*
*
1.0
2.0
1.5
0.5
1.0
0.5
Cn
OB
DM
OBDM
Cn
OB
DM
OBDM
One way ANOVA and Dunnett's post hoc test
(*:p<0.05; **:p<0.01 and ***:p<0.001).
17
Abundancia Relativa de los RNAm de
los genes de los receptores tipo Toll
Asociado a respuesta inflamatoria
mRNA
Fold of change
3.0
TLR2
Asociado a respuesta inmune
TLR4
***
***
2.5
2.0
2.0
1.5
1.5
1.0
1.0
**
**
DM
OBDM
0.5
0.5
Cn
OB
DM
OBDM
Cn
OB
One way ANOVA and Dunnett's post hoc test
(*:p<0.05; **:p<0.01 and ***:p<0.001).
18
Abundancia relativa del
RNAm del gen de NF-kB
1.5
NFkB
Hepcidin
***
3.5
**
mRNA
Fold of change
Abundancia relativa del
RNAm del gen de Hepcidina
*
3.0
2.5
1.0
2.0
1.5
0.5
1.0
0.5
Cn
OB
DM
OBDM
Cn
OB
DM
OBDM
One way ANOVA and Dunnett's post hoc test
(*:p<0.05; **:p<0.01 and ***:p<0.001).
19
Riesgo relativo* de desarrollo de diabetes
tipo 2 en relación a los niveles (Q) de
ferritina y Hepcidina.
Ferritina
OR Adj
IC 95%
p
Q1
1.00
-
Hepcidina
OR Adj
IC 95%
p
1.00
-
Q2
1.10
0.87-1.57
0.66
Q3
1.78
0.66-1.83
0.08
Q4
2.25
1.61-1.92
<0.01
1.30
0.95-1.11
0.47
2.12
0.89-5.03
0.08
4.37
1.67-11.4
<0.003
• Ajustado por edad, IMC y PCRus
OR fue calculado por regresión logística
20
 OBDM and OB
individuals presented a
chronic inflammatory
state that predisposes
and perpetuates
insulin resistance.
NF-ĸB
IL-6
TLR2,
TNFα
Hepcidina
Iron
Redistribution
NF-ĸB
TNFα
TLR2,
 In obesity, increased
Hepcidin could be
explained by the
action of IL-6.
Función Mitocodrial:
Pacientes con IR y DM tienen alteraciones
en la actividad mitocondrial
Mfn-1
Mfn-2
Mitocondria, Mitofusina-2, HO-1, Bax, Bcl-2
P
P
Akt
Bad
Bad
P
Akt
?
HO1
A
*
Relaciones de Bcl2/Bax
RNAm para diferentes
concentraciones de Fe
y/o glucosa.
(A) En CMPs de individuos controles.
Anova de una vía, F: 12,68; p= 0,000.
(B) En CMPs de pacientes DM2.
Anova de una vía, F: 14,70; p= 0,000.
* indican diferencias significativas.
B
*
Sangre
PMNc
Cultivo
Control
Fe (50 M)
mRNA
Glucosa (14 mM)
Fe/Glucosa (50 M/14 mM)
Real Time
PCR
Relación Bcl2/Bax en PMN
Fe/Glucosa
Basal
Relación Bcl2/Bax
1.4
1.2
1.0
0.8
* *
*
0.6
*
*
0.4
0.2
PC
P DM2
HC
H DM2
PC
P DM2
HC
H DM2
Relación Bcl2/Bax en Diabéticos: Disminuida = > Apoptosis
PC: padres controles; PDM2: padres con DM2
HC: hijos controles; HDM2: hijos de padres DM2
Blood
PMNc
Control
Fe (50 M)
Glucose (14 mM)
Fe/Glucose (50 M/14 mM)
Culture
mRNA
QRT-PCR
Abundancia relativa del RNAm de Mitofusina 2 en
CMPs de sujetos DM2 y sus hijos
mfn2/actin ratio, AU
Parents
1.1
Basal
Offspring
Fe/Glucose
Basal
Fe/Glucose
1.0
0.9
a
0.8
a
0.7
c
0.6
b
Control
T2D
Control
T2D
Control
T2D
Control
T2D
Parents
bcl2/bax ratio, AU
1.2
Basal
Offspring
Fe/Glucose
Basal
Fe/Glucose
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
a
0.6
a
b
0.5
c
Control
T2D
Control
Razón Bcl2/Bax en Diabeticos
Disminuída = > Apoptosis
T2D
Control
T2D
Control
T2D
Ferritina
Saturación Transferrina
Hierro Sérico
Sobrecarga de hierro en macrófagos
Anemia de las enfermedades crónicas
HEPCIDINA
(inflamación)
Mobilización de hierro
alterada
Disminución de la
captación de hierro
Estado proinflamatorio medio
Nemeth et al, 2006. Annu Rev Nutr. 26:323-342
Ganz et al, 2009 Semin Hematol. 46(4):387-393
¿Conversan con la inflamación?
Fe
(+)
(-)
Estrés oxidativo
glucosa
Insulina
Hepcidina
(hígado)
Resistencia
Insulina
(+)
IL6
(+)
Inflamación
Diabetes
Obesidad
¿conversan o no?
Fe
Estrés Oxidativo
glucosa
Insulina
Mitofusina 2
Apoptosis
Resistencia
a la Insulina
Oxidación
Glucosa
Diabetes
Muchas gracias por su atención
Mónica Andrews, PhD (INTA)
Valeria Candia, MSc (INTA)
Dr. Manuel Olivares (INTA)
Dr. Néstor Soto (Hospital Arriarán)
Solange Le Blanc , PhDc (Suiza)
Alejandra Espinoza, PhDc
Marcela Fuentes, PhD (PUC)
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Hierro, estrés oxidativo y diabetes mellitus tipo 2