Préambule : anémie Excès de destruction Défaut de production

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1 Préambule : anémie Excès de destruction Défaut de production
Régénérative Arrégénérative Hémolyse Hémorragie Insuffisance quantitative de l’érythropoïèse Insuffisance qualitative de l’érythropoïèse Aplasie Envahissement Insuffisance de synthèse de l’Hb Insuffisance de synthèse de l’ADN Carence en Fer Anomalie stockage du Fer Anomalie de la globine Carence en Vit B12 et/ou en acide folique myélodysplasie Anémie : <12 g/L d’hb chez la femme < 13 chez l’homme Régénérative : > réticulocytes / mm3 Microcytaire : VGM < 80 fl Macrocytaire : VGM > 100 fl Hypochrome : TCMH < 27 pg 1/2 vie d’un GR : 120 jours Production /24h = 100 à 250 milliards de GR => vie = 500 kg au total ! Anémie microcytaire par excès de stockage du Fer= anémie inflammatoire Anémie microcytaire par carence de Fer = anémie ferriprive : une des pathologie les plus fréquente (> 1 Milliards de personnes carencées) Normocytaire Normochrome Microcytaire Hypochrome Macrocytaire Normochrome

2 Métabolisme du Fer Cours DCEM1 2009-2010 Pascale CORNILLET-LEFEBVRE
Laboratoire d’Hématologie CHU de REIMS

3 Plan 1-Fonctions et anomalies 2-Besoins et apports alimentaires
3- Cycle journalier : en circuit fermé 4- Description des étapes du Cycle du Fer : mécanismes et acteurs 4-1 absorption intestinale/ transferrine 4-2 captation du Fer par la MO/ récepteur à la transferrine 4-3 boucle de l’érythropoïèse 4-4 captation du Fer par le foie/ ferritine/hémosidérine 4-5 élimination

4 Plan (suite) 5-Régulation de l’homéostasie du Fer Senseurs et Cibles
Les acteurs Mécanismes d’augmentation de l’absorption intestinale Système IRE/IRP Hepcidine HFE 6- Conséquences d’une carence en Fer 7- Tests d’exploration 8 - Diagnostics étiologiques d’une carence en Fer

5 Fonctions et Anomalies du métabolisme du Fer
Transporteur d’Oxygène Transporteur d’électron Fe Fe+++ Catalyseur des réactions d’oxydo-réduction Anomalies : Carence : Anémie microcytaire ferriprive Surcharge Hémochromatose Rôle dans le métabolisme de la chaîne respiratoire mitochondriale qui est également le lieu de synthèse de l’hème Hémochromatose = surcharge en Fer => au niveau des tissus de réserve (foie) mais également les autres tissus (cœur, articulations)=> différents signes cliniques et notamment une cirrhose (=> étude de cette pathologie en gastro) primitive = hémochromatose génétique anomalie d’un acteurs régulant le métabolisme du Fer (HFE) Secondaire ex : apport excessif de Fer (transfusion)/ défaut de synthèse de l’hb (thalassémie)/ défaut de synthèse de l’hème

6 Besoin en Fer : Homme : 1 mg/j Femme : 2 mg/j
Augmentation physiologique des besoins : femme : menstruation : 8 à 20 mg/mois femme enceinte : 3-6 mg/j (total = mg) femme allaitante : 3 mg/j Nourisson : ( croissance et régime lacté) Adolescent : + 0,5 mg/j (croissance) Chez la femme enceinte l’augmentation des besoins est liée : À l’augmentation de la masse érythrocytaire (500 mg) La constitution des réserves du fœtus (300 mg) La constitution du placenta (25 mg) Les pertes de sang lors de la délivrance (1 Litre de sang = 500 mg) Lors de la croissance les besoins sont augmentés de 0,5 mg/j

7 Distribution du Fer dans l’organisme :
Trois compartiments Fer (Fe++) héminique Fer (Fe+++) non héminique 3 à 4 g Tissus/cellules lié Fonctionnel Hémoglobine Myoglobine Enzymes * Enzymes ** 65-70% 5% 0,5% Erythroblastes GR Muscle Transport Transferrine 0,1% Plasma Réserve Ferritine Hémosidérrine 15% Macrophages (Foie Rate MO) Hépatocytes Muscles FNL Tissus FNL = Fer non lié Fe « libre » : toxicité +++ par sa capacité à généré des radicaux libres * Ex: cytochrome, ** Ex : ribonucléotide réductase

8 Cycle journalier du Fer : « en circuit fermé »
ferritine 1 mg/j transferrine Chaque jour on perd environ 1 mg de Fer (non représenté sur le schéma) , cette quantité est récupéré par absorption intestinale du Fer apportée par l’alimentation. Un déséquilibre entre l’apport et les besoins se manifestera plus ou moins vite par une anomalie (carence ou surcharge). Boucle de l’érythropoïèse 25 mg/j

9 Cycle journalier du Fer : les acteurs et les mécanismes

10 Absorption intestinale (1)
Taux d’absorption = 10 % de la ration alimentaire Mécanismes : Absorption du Fer héminique Absorption du Fer non héminique Facteurs « alimentaires » influençant l’absorption ration alimentaire : X2 (max) Fer héminique = 20% Fer non héminique = 1-4% favorisée par : vit C Inhibée par: lait, thé (45-95%) Foie de porc : 19 mg/100 mg Levure de bière : 17,3 Cacao : 12,5 Lentilles : 8,6 Soja : 8,4 Jaune d’œuf : 7,2 Fruits secs : 4,5 Epinards : 3,1 Côtes de bœuf : 3,1 Vin : 0,3-0,5 Lait de vache : 0,04 Lait maternel : 0,05 Apport alimentaire : mg /j Le Fer héminique (essentiellement issus des viandes) est directement absorbé par la muqueuse intestinal, par un récepteur non clairement identifié Le Fer non héminique nécessite un mécanismes beaucoup plus complexe connu

11 Absorption intestinale (2)
Fer alimentaire Non héminique Fe2+ Pôle entérocytaire PH acide Pôle basal DMT1 Ferroportine Fe3+ Fe2+ FERRITINE Fe3+ Absorption par les entérocytes des villosités duodénales et jéjunales proximales Le Fer peut également resté dans l’entérocytes sous forme de Feritine, il sera perdu par exfoliations de ces entérocytes matures une fois devenus sénescents. Lumière intestinale DMT1 (Divalent Metal Transporteur) DcytB = cytochrome B duodénal

12 Tranfert de l’entérocytes vers la circulation sanguine
Fer alimentaire Non héminique Fe2+ Pôle entérocytaire PH acide Pôle basal DMT1 Ferroportine Fe3+ Fe2+ FERRITINE Fe3+ Absorption par les entérocytes des villosités duodénales et jéjunales proximales Le Fer peut également resté dans l’entérocytes sous forme de Feritine, il sera perdu par exfoliations de ces entérocytes matures une fois devenus sénescents. Lumière intestinale Transferrine DMT1 (Divalent Metal Transporteur) DcytB = cytochrome B duodénal 12

13 TRANSFERRINE (Sidérophiline) : Structure
Béta 1 Glycoprotéine Synthétisée par le foie Protéine dimérique Saturée au 1/3 de sa capacité CS= Fe/TF = 33% (coefficient de saturation) Principale forme plasmatique de transport du Fer Apotransferrine S1 S2 Fe+++ S1 S2 Fe+++ S1 S2 Fe+++ Fe+++ Les 4 formes moléculaires de la transferrine

14 TRANSFERRINE (Sidérophiline) : rôles majeurs
Transport sanguin du Fer Capte le Fer : apporté par l’absorption intestinale du SRH (via macrophages) après hémolyse physiologique des GR Apport du Fer aux cellules : à la MO pour la synthèse de l’hème aux réserves dans les cellules du SRH et dans les hépatocytes

15 Cycle journalier du Fer : les acteurs et les mécanismes

16 Récepteur à la TRANSFERRINE : Structure et rôle
Glycoprotéine 760 AA Forme intra membranaire : Ubiquitaire (sauf GR matures) RTf1 : érytroblastes, lymphocytes activés et cellules à division rapide Rtf2 : hépatocytes Forme soluble circulante = forme tronquée liée à la TF Proportionnelle à la quantité de RTF des érythroblastes Rôle : Captation du Fer par les cellules 2 monomères liés par des ponts S-S Liaison de 2X [TF/Fe+++]

17 Apport de Fer via la Transferrine aux erythroblastes médullaires
1-complexe Tf-Fe +++ circulant 2- captation de ce complexe par le récepteur à la transferrine TfR 3- internalisation dans un endosome 4- acidification de l’endosome (entrée d’H+ induite par une ATPase) 5- réduction en Fe++ par la ferriréductase, libération et sortie du Fer++ (DMT1) 6- transfert mitochondrial (transporteurtransmemb = mitoferrine) pour incorporation dans l’hème grâce à l’hème synthétase 7- retour de l’endosome à la membrane plasmique et libération de l’Apo-Tf 1 2 7 6 5 3 4

18 Cycle journalier du Fer : les acteurs et les mécanismes

19 Cycle journalier du Fer : Boucle de l’érythropoïèse
Moelle osseuse Erythroblaste Macrophages Sang périphérique Globules rouges Hémolyse des GR vie = 120 j 25 mg/j Transferrine plasmatique Système Réticulo-Histiocytaire Rate-Foie-MO Erythrophagocytose Macrophages Protéolyse de la globine Libération de l’hème Fer libéré par Hème oxydase Les GR ont une vie de 120 jours, sénescents, ils seront phagocytés par les macrophages et notamment ceux du foie , de la MO et de la rate La céruloplasmine oxyde le Fer car c’est sous forme Fe3+ que la transferrine le prend en charge. 25 mg/j Ferritine Ferroportine céruléoplasmine Fe3+ Selon besoin

20 Cycle journalier du Fer : les acteurs et les mécanismes

21 Apport de Fer via la Transferrine au foie
Captation du complexe Tf-Fe +++ circulant par le récepteur à la transferrine RTf 2 Libération du fer et relargage de la transferrine par un mécanisme homologue à celui décrit dans les érythroblastes Mise en réserve dans les hépatocytes et dans les macrophages hépatiques Sous 2 formes : FERRITINE et HEMOSIDERINE

22 FERRITINE glycoprotéine soluble , principale forme de stockage du Fer
FOIE (1/3) , RATE MO (macrophages) (1/3),MUSCLE (1/3) macromolécule « cage » (24 sous-unités) au centre 4500 atomes de Fer ferrique (Fe+++) libération par système rédox Fe3+-> Fe2+ 3 formes : 1-sans Fer, circulante (+/- hydrosoluble) : apoferritine (reflet des réserves) : dosable 2-ferritine 3-dénaturées et agrégée en micelle = hémosidérine fonction : réserve intratissulaire rapidement mobilisable = transfert rapide à la transferrine (régulation) Au centre de la cage un noyau hydrophosphate ferrique

23 HEMOSIDERINE Même localisation tissulaire que la ferritine
Forme dénaturée de Ferritine Digestion lysosomiale d’agrégats de ferritine) Visible en microscopie par la coloration de Perls au bleu de Prusse sur ce frottis de moelle : mise en évidence de grains verts qui entourent plus ou moins les érythroblastes = sidéroblastes Réserve difficilement mobilisable Digestion lysosomiale d’agrégat de ferritine

24 Cycle journalier du Fer : Elimination
Pertes physiologiques journalière faible = 1 mg urinaires : < 0,1 mg (+ si SN) biliaires desquamation (peau,phanères,muqueuse intestinale)=0,9 mg Perte supplémentaire pour la femme menstruation = 30 mg/cycle soit 1 mg/j NB : 1L de sang = 500 mg de Fer

25 Régulation de l’homéostasie du Fer : senseurs et cibles
Réserve en Fer Taux d’érythropoïèse 2 cibles : Taux d’absorption = 10 % (1 mg/j) X2 au maximum « signal régulateur des réserves » Relargage par le Macrophage Équilibre Délivrance <-> Réserve « signal régulateur érythroïde »

26 Régulation de l’homéostasie du Fer : les acteurs
Ce sont des facteurs humoraux ou membranaires : Système IRE/IRP Transferrine DMT1 Ferroportine Héphaestine/Céruloplasmine Hepcidine Récepteur à la transferrine HFE-B2m Mais restent des questions en suspens……..

27 DMT1 Transferrine => CS
Diminution des réserves et/ou augmentation de l’érythropoïèse => AUGMENTATION de l’ABSORPTION Pôle entérocytaire Pôle basal DMT1 Ferroportine Ferritine Transferrine => CS

28 DMT1 Transferrine => CS
Diminution des réserves et/ou augmentation de l’érythropoïèse => AUGMENTATION de l’ABSORPTION Pôle entérocytaire Pôle basal DMT1 Ferroportine Ferritine Mécanisme(s) de régulation de sa synthèse : inconnu Transferrine => CS

29 DMT1 Transferrine => CS
Diminution des réserves et/ou augmentation de l’érythropoïèse => AUGMENTATION de l’ABSORPTION Mécanisme(s) de régulation de leur synthèse : IRE/IRP Hepcidine HFE Pôle entérocytaire Pôle basal DMT1 Ferroportine Ferritine Transferrine => CS

30 Protéolyse de la globine
Diminution des réserves et/ou augmentation de l’érythropoïèse => AUGMENTATION DU RELARGAGE PAR LES MACROPHAGES Système Réticulo-Histiocytaire Rate-Foie-MO Erythrophagocytose Macrophages Protéolyse de la globine Libération de l’hème Fer libéré par Hème oxydase Mécanisme(s) de régulation de leur synthèse : IRE/IRP Hepcidine Ferroportine céruléoplasmine Ferritine

31 Régulation INTRACELLULAIRE de l’homéostasie du Fer : système IRP/IRE
IRE = Iron Regulatory Element séquence nucléique présente en 5 exemplaires en 5’ ou en 3’ d’un gène sensible au Fer site de reconnaissance spécifique de IRP. IRP = Iron Regulatory Proteins protéine à centre Soufre-Fer Fixe 4 atomes de Fer-S = aconitase niche pour le Fer intracellulaire en présence de Fer la protéine est saturée en Fer et ne peut se fixer à l’IRE en absence de Fer l’IRP peut se fixer à l’IRE IRE IRE 4Fe-S

32 Fixation IRP à l’IRE => Conséquences inverses sur l’expression du gène reconnu par IRP, selon que l’IRE se trouve en 5’ ou en 3’ IRE 5’ Blocage de la traduction de l’ARN m = > expression régulée négativement 3’ IRE Stabilisation de l’ARNm et traduction favorisée => expression régulée positivement

33 SYSTEME IRE/IRP : Conclusions
Le contenu cellulaire en Fer régule la conformation des protéines IRP Si déficit en FER : IRP est désaturée, se fixe sur les séquence IRE Si IRE est en 5’ => bloque la traduction ex FERRITINE (stockage) Si IRE est en 3’ => bloque la dégradation de l’ARN ex RECEPTEUR à la TRANSFERRINE (erythropoïèse) ex DMT1 (absorption intestinale) ex FERROPORTINE (absorption instestinale) Si excès de Fer : mécanismes inverses

34 Régulation de l’homéostasie du Fer : Hepcidine
découverte après screening des gènes hyperexprimés lors d’une surcharge en Fer (2001) synthétisée dans le foie structure = polypeptide (25 AA) Rôle clé dans le métabolisme du Fer : bloque l’absorption du Fer alimentaire bloque le relargage du Fer macrophagique du foie Comment agit-elle ? Quels sont les évènements qui favorisent son expression ? Quel est le mécanisme de régulation de son expression ?

35 Ferroportine Ferroportine Entérocytes duodénaux macrophage Fe++ Fe++
Haephaestine Céruloplasmine ApoTF TF-FE+++

36 Ferroportine Ferroportine Foie Entérocytes duodénaux macrophage
Hepcidine Fe++ Ferroportine Ferroportine Fe++ Haephaestine Céruloplasmine L’Hepcidine inhibe l’absorption intestinale et le relargage du fer par les macrophages en inhibant la fonction d’export de la Ferroportine Comment ? L’Hepcidine se lie à la ferroportine, favorise son internalisation intralysosomiale => dégradation

37 Synthèse hépatique Les évènements qui favorisent son expression sont l’inflammation et la surcharge en Fer La stimulation de l’hepcidine lors de l’inflammation => diminution du relargage du fer des macrophages pour l’érythropoièse explique en partie l’anémie observée dans les syndromes inflammatoires.

38 Senseur des réserves ou des besoins =
Fer circulant lié à la transferrine Rôle dans la régulation de l’expression de l’Hepcidine Récepteur à la Transferrine RTF-2 exprimés à la surface des hépatocytes Expression indépendante de la [Fe] intracellulaire Synthèse Hepcidine Holotransferrine * RTF2 Hépatocytes *Transferrine saturée en Fer

39 Régulation de l’homéostasie du Fer : HFE
HFE : Rôle majeur dans la régulation de l’absorption HFE est une molécule HLA de classe I. Elle capture le Fer au niveau de l’entérocyte de la crypte via un complexe (transferine/ RTf1/b2m/HFE) la libération du Fer va agir sur l’expression des gènes sensibles au système IRP/IRE => modulation de l’expression de certains gènes et notamment de la ferroportine et de DMT1 migration et différenciation des cellules de la crypte vers les villosités => diminution de l’absorption : plus la captation du Fer est grande dans la crypte, moins grande sera l’absorption du Fer dans les villosités. muté dans l’hémochromatose de type 1 (C282Y) => pas de liaison avec la B2m => pas de capture du Fer au niveau de la crypte => pas de régulation de l’absorption => surcharge en Fer C282Y = remplacement d’une cystéine par une tyrosine => coupure d’un pont dissulfure entravant l’association b2m 1/10 individu l’ont à l’état hétéro 1/100 à l’état homozygote – hémochromatose 92% en Bretagne –30% en Grèce : discordance témoignant de l’existence d’autres mutations à l’origine de l’hémochromatose Pénétrance partielle (certains homozygotes n’ont pas de signes cliniques)

40 4j Régulation de l’absorption et du recyclage du fer par l’hepcidine, rôle de HFE (Dr Tertian/ erytropoïse et hémolyse/ internet)

41 Mutation des transporteurs connus à l’origine d’ une hémochromatose :
Modèles animaux transgéniques Mutation DMT1 Mutation Hephaestine Mutation de la céruloplasmine Mutation HFE Mutation Ferroportine Mutation Récepteur de la Transferrine 2 Mutation Hepcidine etc…. Amélioration de la compréhension du métabolisme du Fer => Thérapeutiques ciblées

42 Conséquences d’une carence en Fer
1 Diminution réserve tissulaire Dim FERITINE sérique 2 Augmentation TRANSFERRINE Augmenter l’ absorption Augmenter la délivrance Aug TRANSFERRINE Aug CTF (capacité totale de fixation de la transferrine) Dim CS < 16% 3 Dim des réserves médullaires Augmentation Récepteur à la transferrine Dim sidéroblastose médullaire 4 Epuisement des réserves Dim FER SERRIQUE 5 Atteinte de l’ERYTHROPOIESE Dim Hb (ANEMIE) ANISOCYTOSE Aug IDR MICROCYTOSE (VGM <80 fl) HYPOCHROMIE (TCMH <27 pg) Dim GR 6 Compensation de l’Hématopoïèse Aug ERYTHROPOIETINE Aug PLAQUETTES arrégénérative

43 Erythropoïèse : Contrôle du nombre des divisions cellulaires
Entre le Proerythroblaste et l’erythroblaste acidophile > ou = 4 divisions (8 à 32 cellules) À chaque division => diminution du volume globulaire (VGM) Deux critères qui contrôlent la division cellulaire : la maturité du noyau = densité de la chromatine seuil d’ADN atteint => division cellulaire la maturité du cytoplasme = CCMH (concentration en Hb) seuil d’Hb atteint => arrêt des divisions Anomalie Hémoglobine => microcytose par augmentation des divisions cellulaires Carence en Fer (Hb) (carence martiale) Anomalie répartition du Fer (syndrome inflammatoire) Anomalie Globine (thalassémie)

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45 Quels tests prescrire pour déceler une carence martiale ?
Tests actuellement utilisés en pratique médicale courante Dosage de la Ferritine sérique : reflet fidèle et précis des réserves (1 mg de Ferritine = à 10 mg de Fer de réserve) test le plus sensible et le plus spécifique peu de variabilité nycthémérale, inter-individuelle (par opposition au Fer) dosage CRP utile pour déceler l’existence d’un syndrome inflammatoire Détermination du Coefficient de Saturation de la Transferrine (dosage du Fer sérique et CTF de la transferrine) reflet d’une erythropoïèse sidéroprive CS = Fer sérique X100/CTF CTF = capacité totale de fixation (dosage indirect ou direct = transferrine) ou CLF = sites non saturés en Fer = CTF - Fe

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48 Exploration d’une carence en Fer : test d’avenir
TRANSFERRINE ALBUMINE FERRITINE OROSOMUCOIDE RTf soluble Carence Martiale isolée AUG ++ Nale DIM-- Syndrome inflammatoire DIM DIM- AUG Nale ou DIM Insuffisance hépatique et/ou dénutrition et/ou déperdition Carence Martiale + Nale ou AUG +/- Nale ou AUG + Insuffisance Hépatique Carence Martiale + Syndrome inflamm Nale ou +/- DIM AUG+++

49 Diagnostic étiologique d’une carence martiale
1- Insuffisance ou défaut d’apport nourisson (allaitement maternel, prématuré, gémellité) anorexie 2- Augmentation des pertes : saignements génitaux (règles normales = 12 à 15 mg de Fer/mois) saignements digestifs autres saignements (rares) dons de sang chez la femme (400 ml = 200 mg de Fer) hémolyses intravasculaires prolongées 3- Augmentation des besoins grossesse (700 mg) / lactation (1 mg)/ adolescence 4- Malabsorption gastrectomie/ antiulcéruex/lait+++/reflux biliaires/thé+++ anomalie du grêle proximal (atrophie villositaire, maladie coeliaque)

50 Fin