Efecto del calcio sobre el movimiento de DMT1 y FPN1 durante la captación de hierro no hemo en células Caco-2

Abstract

El hierro y el calcio son micronutrientes esenciales para el crecimiento y normal desarrollo de los seres humanos. El hierro es un componente esencial para el desarrollo de los procesos celulares, debido a su capacidad de ciclar entre los estados de oxidación ferroso (Fe2+) y férrico (Fe3+). Sin embargo, su sobrecarga o deficiencia está relacionada con diversas enfermedades, por lo que mantener su homeostasis corporal es fundamental. Los humanos no poseen un mecanismo regulado para la excreción de hierro; por ello, su absorción es un proceso celular altamente regulado. El hierro no hemo dietético, Fe3+, primero es reducido a Fe2+ para luego ser absorbido desde la membrana de ribete de cepillo intestinal por el Transportador de Metal Divalente 1 (DMT1). Después de entrar en el enterocito, Fe2+ pasa a formar parte del grupo de hierro lábil citosólico (cLIP) y, según los requisitos sistémicos del organismo, puede luego transferirse al torrente sanguíneo desde la membrana basolateral mediante ferroportina (FPN). Se ha propuesto que altas concentraciones de calcio en la dieta podrían reducir la biodisponibilidad del hierro; sin embargo, se desconocen las dosis de calcio y los mecanismos por los que el calcio podría ejercer un efecto inhibidor sobre la absorción de hierro. En este trabajo se investigó el efecto del calcio en la captación de hierro no hemo de las células epiteliales cancerígenas provenientes del adenocarcinoma de colon humano Caco-2. Se mostró que el calcio extracelular inhibe la captación de hierro por las células Caco-2 de una manera dependiente de la concentración y que su efecto inhibidor no se ejerce a través de la señalización del calcio intracelular, ya que la quelación del calcio intracelular con BAPTA no afectó la captación de hierro. Además, se determinó que el calcio actúa como un inhibidor reversible no competitivo del transporte de hierro mediado por DMT1. Se desarrolló un modelo matemático utilizando un mecanismo de cuatro estados para describir la inhibición no competitiva del calcio sobre el transporte de hierro mediado por DMT1 en las células Caco-2 con el cual se predijo con precisión la dinámica de extinción de la fluorescencia de calceína observada experimentalmente. Utilizando células Caco-2 polarizadas cultivadas en insertos bicamerales como modelo de epitelio intestinal, se mostró que el calcio extracelular modifica la ubicación de DMT1, ya que mientras mayor fue la concentración de calcio, mayor fue la reubicación de DMT1 en los dominios basales; en cambio, al reducir al mínimo la concentración de calcio, la concentración apical de DMT1 aumentó de manera significativa; por otro lado, cuando las células se expusieron a hierro, se indujo una relocalización de DMT1 a los compartimientos intracelulares, pero esta relocalización fue más rápida cuando la concentración de Ca2+ extracelular era de 10 μM en comparación con la obtenida en presencia de 3 mM. Además, se evidenció que los cambios en la localización de FPN inducidos por las concentraciones de calcio extracelular no fueron estadísticamente significativos. Estos resultados muestran por primera vez que el ciclo endocítico de DMT1 en las células Caco-2 está determinado por la concentración de hierro y de calcio en el compartimiento apical. Los hallazgos obtenidos sugieren nuevamente que el calcio inhibe de manera no competitiva la captación de hierro mediada por DMT1 en células Caco-2, ya que, según la concentración de calcio extracelular no sólo la ubicación de este transportador en la célula se ve alterada, sino también su capacidad de transporte de hierro. Se propusieron tres modelos fenomenológicos para describir el movimiento de DMT1 en las células Caco-2 asociado a los cambios en la concentración de calcio extracelular en el medio apical y al proceso de captación de hierro no hemo. Los modelos A y B no lograron representar adecuadamente la dinámica de DMT1 en la membrana apical. El modelo C acopla dos osciladores de Ball para representar el comportamiento oscilatorio de la internalización de DMT1 cuando está o no unida a Ca2+, e incorpora un estado de DMT1 en la membrana apical que representa la fracción de DMT1 unida tanto a hierro como a calcio. Los parámetros obtenidos del ajuste para el modelo C son positivos y se identificaron como significativos para todos los casos. El modelo C propuesto reprodujo cualitativa y cuantitativamente las principales características de la variación de la concentración de DMT1 en la membrana apical observada luego de modificar la concentración de calcio en el compartimiento apical de los insertos de las células Caco-2, con o sin la presencia de 10 μM de FAS. Con base en los resultados generados y considerando que la ingesta dietética recomendada por el Instituto de Medicina de EE. UU. de hierro (18 mg/día) y calcio (1000 mg/día), equivalen en el sistema experimental a 10 µM de FAS y 1,5 mM de CaCl2, es posible especular que, si se toman los suplementos de estos metales juntos, el suplemento de calcio podría afectar negativamente la captación intestinal de hierro. Por lo tanto, debería ser recomendable que estos dos suplementos pudieran tomarse en diferentes momentos.