Efecto del hierro hemínico en la expresión de los genes involucrados en la absorción intestinal de HEM en células CACO-2

Abstract

El hierro (Fe) es un elemento traza esencial para la gran mayoría de los organismos debido a que participa en múltiples procesos metabólicos. Su absorción a partir de la dieta es llevada a cabo principalmente por las células absortivas del duodeno, las cuales pueden captarlo como Fe hemínico o Fe inorgánico a través de vías diferentes, las cuales deben presentar una eficiente regulación que permita mantener la homeostasis de Fe corporal. La absorción de Fe inorgánico ha sido mucha más estudiada que la de Fe hemínico, a pesar de que este último es la fuente con mayor biodisponibilidad. El Fe(II) ingresa a la célula a través del transportador DMT1, presente en la membrana apical de los entericitos duodenales y puede ser almacenado en la proteína Ferritina o ser transportado hacia la circulación por IREG1, localizado en la membrana basolateral. Hasta hace poco tiempo, el mecanismo por el cual el Fe hemínico es captado los entericitos duodenales no había podido ser revelado. Recientemente se han evidenciado dos importantes hallazgos en materia de absorción de Fe hemínico: la caracterización molecular de un transportador intestinal de hem denominado HCP1 y la de un exportador de hem en células eritroides, FLVCR, posiblemente implicado también en la absorción del hem desde la dieta dado que se expresa en altos niveles en la línea celular derivada de epitelio intestinal, Caco-2. En base a la hipótesis de que ambas proteínas participan activamente en la captación y transporte de hem desde el lumen intestino hacia la circulación, y que este proceso debe ser regulado, nos propusimos investigar el efecto del hem en la expresión de hcp1 y fivcr en células Caco-2. Además, estudiamos la expresión de ho-1, (hem oxigenasa), enzima involucrada en la degradación del hem, la cual es inducida en respuesta a hem. Los resultados obtenidos indican que flver, al igual que ho-1, sufre una inducción en su expresión dependiente tanto de la concentración de hem como del tiempo de exposición al estímulo, mientras que la expresión de hcp1 no se ve afectada significativamente. Esto sugiere que existiría otro tipo de regulación para hcp1, posiblemente a nivel post-traduccional. Si bien no está totalmente aceptado que la molécula de hem pueda atravesar la célula intestinal de forma intacta y ser translocada a través de la membrana basolateral, el aumento en los niveles de mRNA en presencia de Fe hemínico da cuenta de una regulación mediada por hem, indicativa de una participación activa en el proceso de absorción.

Iron (Fe) is an essential metal for most of the organisms, since it participates in multiple metabolic processes. The absorption of dietary Fe is carried out by the mature enterocytes in the duodenum, and it can be absorbed as heme Fe or inorganic Fe, through different and highly regulated pathways, that allows maintains iron homeostasis. Inorganic Fe absorption has been extensively studied in relation to heme Fe, despite that heme Fe has higher bioavailability than inorganic Fe. Fe(II) uptake occurs through the DMT1 transporter, present in the apical membrane of duodenal enterocytes and can be incorporated into Ferritin -an iron storage protein- or transported to circulation by IREG1, a basolateral Fe exporter. Recently, two proteins involved in the absorption of heme have been identified: an intestinal heme transporter, named HCP1; and the heme exporter FLVCR. Both, HCP1 and FLVCR exhibit high expression levels in Caco-2 cells, an established model of intestinal epithelial cells. With the hypothesis that HCP1 and FLVCR play an active role in hem uptake and hem transport from intestinal lumen into the circulation respectively, and that hem absorption must be a regulated process, we investigated the effect of hem in hcp1 and flvcr expression in Caco-2 cells. We also had studied the expression of ho-1, (heme oxygenase), enzyme involved in the intracellular hem degradation, witch it is induced by hem. Our results indicate that hem induce fivcr and ho-1 in a time- and concentrationdependent manner, while hcp1 is not significantly induced by hem. These results suggest that hem uptake by HCP1 might be regulated at a different level, probably posttranslational. At the moment, it is not totally accepted that intact heme molecules can transit the intestinal cells and be translocated thought basolateral membrane. The increase in FLVCR mRNA levels in the presence of heme Fe suggests a heme-mediated regulation, participating actively in the absorption process.