Regolazione dellEspressione Genica Puo essere regolata in una

Regolazione dell’Espressione Genica Puo’ essere regolata in una delle seguenti sei fasi: NUCLEUS CYTOSOL inactive m. RNA degradazione DNA RNA transcript trascrizione m. RNA Maturazione m. RNA trasporto traduzione protein controllo dell’attivita’ inactive protein

Ferro • Fe • Peso Molecolare 56 • Puo’ essere 2+ o 3+ – Ferroso (2+) “ridotto” - ha acquistato un elettrone – Ferrico (3+) “ossidato” - ha perso un elettrone – Fe+++ + e- Fe++ • I due stati redox gli permettono di passare elettroni • I cambi redox sono necessari per il suo metabolismo

Funzioni del ferro • Trasportatore di ossigeno – emoglobina • Immagazzina l’ossigeno – Mioglobina • Produzione di energia – citocromi – Enzimi del ciclo di Krebs • altri – detossificazione (cytochrome p 450) • An essential element

Tossicita’ del ferro • Puo’ danneggiare i tessuti • Catalizza la conversione di acqua ossigenata a radicali liberi • radicali liberi possono attaccare: – membrane – Proteine – DNA • Iron excess possibly related to cancers, cardiac toxicity and other factors

Distribuzione del ferro • 35 – 45 mg / kg di ferro nel maschio adulto • Total approx 4 g – emoglobina - 50% – mioglobina – 7% – ferritina - 30% • Bone marrow (7%) • Reticulo-endothelial cells (7%) • Liver (25%) – Altre proteine con eme - 5% • Cytochromes, myoglobin, others – siero - 0. 1%

Trasporto del ferro nel sangue • Globuli rossi – Come emoglobina – Non puo’ essere scambiato • Plasma – – Legato alla Transferrina Lo trasporta in vari organi eg between gut, liver, bone marrow, macrophages Captato dalle cellule dai recettori della transferrina

Transferrina • • Protein MW 77, 000 Sintetizzata nel fegato. E’ un dimero Ogni molecola lega 2 Fe 3+ (ossidato) Contiene il 95% del ferro sierico. il 30% e’ saturata con il ferro. La sua produzione diminuisce con tanto ferro. La sua produzione aumenta con poco ferro. Measured in blood as a marker of iron status.

Recettori della transferrina • Prendono il ferro dalla transferrina e lo inviano dentro la cellula – Riconoscono e legano la transferrina – Il complesso transferrina-recettore e’ in globato (endocitosi) – Ferro rilasciato nella cellula attraverso un trasportatore (DMT 1) – Il complesso transferrina-recettore ritorna in superfice – La transferrina e’ rilasciata

Stoccaggio del ferro - Ferritina • Conserva il ferro in tutte la cellule. • MW 460, 000. • Involucro superficiale: apoferritina, consiste di 22 subunita’ • All’interno c’e’ il ferro. • 20% iron by weight, binding up 4, 500 atoms of iron per molecule. • Small fraction found in circulation (contains less than 1% of serum iron). • Conserva il ferro e lo rilascia in modo controllato

Perdita del ferro • Non e’ regolata • Non ci sono meccanismi per rallentarla o accellerarla • Troppo ingerimento di ferro non puo’ essere compensato da una maggiore perdita • Troppo poco ferro nella dieta non puo’ essere compensato da una minore perdita • Percio’ l’omeostasi del ferro e’ regolata a livello del suo assorbimento

• Nell’omeostasi - l’assorbimento di ogni elemento deve eguagliare la sua perdita – nitrogen, water, salt, iron • Sbilanciamenti anche lievi possono creare forti eccessi o carenze • 1% di eccesso al giorno porta al raddoppio in 70 giorni

Assorbimento del ferro • 1 – 2 mg di ferro assorbiti al giorno • (quindi 1 – 2 mg di ferro lasciano il corpo ogni giorno) • Occorre nel duodeno • Assorbito come ferro ionico o emico • Solo il 10% del ferro degli alimenti e’ assorbito

Assorbimento del ferro emico • L’eme e’ staccato dalla globina nell’intestino • Assorbito dagli enterociti come eme • Liberato dall’eme negli enterociti • Rappresenta la meta’ del ferro presente nella dieta (in occidente) • Not well understood

Assorbimento del ferro • Dcyt. B – Riduzione Fe+++ a Fe++ • DMT 1 – Trasporto nella cellula • Ferritina – Immagazzinamento nella cellula • Hephaestin – ossida Fe+++ • Ferroportin – Lo trasporta fuori

Controllo del livello di ferro nella cellula • Il ferro e’ un nutriente essenziale • La cellula lo usa per : citocromi, emoglobina e molti enzimi. • Il ferro in eccesso e’ causa di formazione di radicali liberi • Quindi il livello di ferro deve essere controllato accuratamente.

Regolazione di proteine trasportatrici/immagazzinamento del ferro Ferritin (Stoccaggio) Sangue Fe 2+ Transferrin receptor (ingresso) Fe 3+ Transferrin (trasporto) • Quando il ferro e’ in eccesso la cellula deve diminuire il livello del recettore e aumentare quello della ferritina. • • La cellula ottiene questo mediante regolazione della traduzione, Cosi la risposta e’ piu’ rapida

Controllo della Traduzione 1. Repressione - es. Iron Response Element della ferritina 2. Stabilizzazione- es. IRE del recettore della transferrina Ferritina - Lega il Ferro e lo conserva Recettore della Transferrina (TFR)- trasporta il ferro nella cellula Se il Ferro e’ nella cellula - Si Ferritina, No TFR Se non c’e’ Ferro - Si TFR, No Ferritina Come viene regolato tutto questo?

1. Repressione : -Ferro, ferritina NO IRE-BP�cytosolic ( aconitase) M Ferritin m. RNA M AUG m 7 G Coding region Iron Response Element 2. Attivazione: + Ferro, ferritina SI Fe Fe Fe M AUG Coding region

1. Stabilizzazione: - Ferro, TFR SI IRE-BP�cytosolic ( aconitase) M m 7 G AUG Iron Response Element TFR m. RNA Coding region 2. Degradazione: + Ferro, TFR NO Fe Fe AUG Coding region

1. Stabilizzazione: - Ferro, TFR SI IRE-BP�cytosolic ( aconitase) m 7 G AUG Iron Response Element TFR m. RNA Coding region 2. Degradazione: + Ferro, TFR NO Fe RNAse AUG Coding region

Il ferro previene il legame di una proteina di 90 k. Da ad uno o piu’ Iron Response Elements. • Recettore della Transferrina. Stem loop al 3’. La presenza dello stem loop causa la degradazione dell’m. RNA Ferritina Stem loop al 5’. La presenza della proteina sullo stem loop causa il blocco della traduzione.

Purificazione degli Intermedi della traduzione

CICLOEXIMMIDE: interferisce con La reazione della peptidil transferasi (arresto dei ribosomi 80 S sull’AUG) GMP-PNP (Analogo del GTP pero’ Non-idrolizzabile): GTP richiesto per L’unione della subunita’ 60 S al complesso 40 S/m. RNA CAP analogo: inibisce il legame della 40 S all’m. RNA

CENTRIFUGAZIONE IN GRADIENTE DI DENSITA’

WT-IRE: IRE come e’ nella Ferritina DC-IRE: IRE con una delezione

Componenti del Complesso Che lega il CAP NOTA BENE: all’inizio della traduzione il legame della 40 S all’m. RNA richiede Il legame del “CAP binding Complex” al cappuccio dell’m. RNA

NOTA: Il legame della 40 S al CAP dell’m. RNA richiede l’interazione di el. F 3 (che e’ legato Alla 40 S) con el. F 4 (legato al CAP)

Il Ferro regola l’associazione dei poliribosomi sull’m. RNA della ALA sintetasi

Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH- + OH°

La presenza di acqua ossigenata o ossido nitrico rende attiva IRP-1 (che e’ la IRE binding Protein piu’ abbondante) che quindi causa un aumento del recettore della transferrina Il ferro viene rimosso dal sangue e non genera radicali liberi!

Divalent Metal Transporter DMT 2 Quindi DMT 1 e’ l’unico regolabile dal Ferro DMT 1

Se non e’ presente abbastanza Fe nella cellula del Duodeno viene indotta la sintesi di DMT 1 DMT 2 DMT 1

Concentrazioni elevate di Ferro nella cellula sono richieste da cellule proliferanti