METABOLISME DU FER ET APPLICATION A L’HEMOCHROMATOSE Journée DES Lille, le 11/04/2013

PLAN Plan I/ Métabolisme du fer Absorption Recyclage Transport plasmatique Utilisation Stockage Homéostasie du métabolisme du fer II/ Application à l’hémochromatose 1) Hémochromatose HFE de type I 2) Hémochromatose non HFE de type II, III et IV 3) Hémochromatose acquise

Répartition du fer Fer indispensable à la vie cellulaire L’homéostasie du fer repose sur un contrôle très précis de : la résorption intestinale son exploitation pour l’érythropoïèse son recyclage à partir des érythrocytes ses réserves dans les hépatocytes et macrophages Pertes de fer = apports =2mg/j Liées aux desquamations digestives et cutanées + pertes urinaires (faible), excrétion biliaire et sudation 70% forme heminique

Absorption du fer 2 mg/j =10 % d’une alimentation normale ++ villosités des entérocytes du duodénum hème-oxygénase HCP: Heme Carrier Protein / Dcytb : ferrireductase / DMT1: Divalent Metal Transporter 1

Recyclage du fer Les macrophages en particulier ceux présents au niveau du foie et de la rate assurent stockage et recyclage du fer à partir des hématies sénescentes Le fer stocké dans la ferritine sera ensuite redistribué à l’organisme en fonction de la demande en fer La sortie du fer du macrophage est assurée par la ferroportine. La ceruloplasmine oxyde le fer ferreux en fer ferrique.

Transport plasmatique du fer Le fer provenant des entérocytes (5%) et le fer provenant de l’hémolyse (95%) sont pris en charge par la transferrine qui distribue le fer vers les lieux d’utilisation (moelle osseuse ++) ou de stockage (foie ++) - Synthétisée par l'hépatocyte, norme entre 1 et 3 g/l - Chaque molécule peut transporter deux molécules de Fe 3+ - Physiologiquement les molécules de transferrine sont saturées au tiers un CST à 33 % et une CTF de 45 à 75 micromoles/l

Utilisation du fer Par toutes les cellules de l’organisme : ++ compartiment hématologique pour l’érythropoïèse Le complexe fer-transferrine est capté à 70 % au niveau de la moelle osseuse TFR1 = récepteur de la transferrine, exprimé par les cellules se multipliant rapidement STEAP3 a un rôle de réductase qui permet au fer de se lier au DMT1, puis de se diriger vers le cytosol pour la fabrication de l’hème Le complexe récepteur à la transferrine-transferrine est alors recyclé et réexternalisé sur la membrane cellulaire, la transferrine étant secondairement relarguée

Stockage du fer Foie et rate +++ Le foie joue un rôle majeur dans l’homéostasie du fer, dans des états de surcharges les hépatocytes deviennent le site majeur de dépôts de fer, entraînant des lésions tissulaires progressives, une cirrhose ou encore un carcinome hépatocellulaire Représenté par la ferritine Une molécule de ferritine peut stocker 4500 atomes de fer, sa chaîne H a une activité de ferroxydase et assure ainsi l’incorporation d’atomes de fer trivalent

Rôle de l’hepcidine Diminution du fer plasmatique Rôle majeur dans la régulation, régulateur négatif de l’absorption du fer et du recyclage par les macrophages Produite par le foie L’hepcidine se lie à la ferroportine et entraine l’internalisation de ce complexe Diminution du fer plasmatique Gène hamp

Régulation de l’hepcidine

Système IRE/IRP R° R° ADN L’IRE est une séquence nucléotidique qui peut être retrouvée sur des zones non traduites de ARNm comme celle de la ferritine ou du recepteur de la transferrine L’IRP est une protéine à centre fer-soufre qui a la capacité d’interagir avec l’IRE en fonction de la quantité de fer IRE= iron responsive element IRP= iron regulatory protein

PLAN Plan I/ Métabolisme du fer Absorption Recyclage Transport plasmatique Utilisation Stockage Homéostasie du métabolisme du fer II/ Application à l’hémochromatose 1) Hémochromatose HFE de type I 2) Hémochromatose non HFE de type II, III et IV 3) Hémochromatose acquise

2 mécanismes physiopathologiques Déficience en  Hémochromatose= surcharge chronique en fer d’origine génétique  Entrée excessive de fer dans la cellule Diminution de la sortie de fer de la cellule

Les hémochromatoses génétiques Les hémochromatoses résultent d’une carence absolue ou relative en hepcidine/ferroportine par atteinte du gêne même ou d’un gêne impliqué dans la cascade moléculaire de la synthèse d’hepcidine/ferroportine HFE Non HFE

PLAN Plan I/ Métabolisme du fer Absorption Recyclage Transport plasmatique Utilisation Stockage Homéostasie du métabolisme du fer II/ Application à l’hémochromatose 1) Hémochromatose HFE de type I 2) Hémochromatose non HFE de type II, III et IV 3) Hémochromatose acquise

Hémochromatose HFE-1 Epidémiologie: Maladie autosomique récessive Prévalence de l’hémochromatose = entre 51 et 64 pour 10000 [1] Prévalence des homozygotes C282Y = entre 0,4 et 9,2% [1] Gradient nord-sud homozygotie est une condition nécessaire mais non suffisante pour que se développe une surcharge en fer Pénétrance variable [1]HANSON EH, IMPERATORE G, BURKE W. – HFE gene and hereditary hemochromatosis: a HuGE review. Human Genome Epidemiology.Am J Epidemiol 2001;154(3): 193-206.

Hémochromatose HFE-1 L'hémochromatose HFE= forme la plus fréquente et la plus modérée de surcharge génétique en fer. liée à la mutation C282Y, à l'état homozygote, de la protéine HFE sur chromosome 6 Plus de 30 mutations: la plus fréquente (de 75 à 100% des malades) déficit de la production hépatocytaire d'hepcidine lié à la mutation HFE. 17

Conséquences de la diminution de l’hepcidine 3 mécanismes de la surcharge = Hyper absorption digestive de fer Libération excessive fer macrophagique provenant de l'érythrophagocytose Augmentation de la concentration plasmatique du fer avec hyper saturation de la transferrine et apparition du FNLT (fer non lié à la transferrine) Accumulation progressive de fer dans les principaux parenchymes (foie, pancréas, cœur, articulations, gonades)

FNLT apparition de fer non lié à la transferrine (FNLT ou NTBI) au cours des surcharges en fer. FNLT quasiment indétectable à l’état normal. Apparaît quand CST > 80% Avidité hépatique (70%), endocrine (pancréas, gonades) et myocardique du FNLT. NTBI (non-transferrin bound iron)

mutation HFE-1:au niveau entérocytaire Rôle incertain d’une anomalie de programmation cryptique duodénale À l’état physiologique: protéine HFE présente de façon majoritaire au niveau cryptiques rôle de signalisation du niveau du stock en fer par l’intermédiaire du trio HFE-β2microglobuline-récepteur de la transferrine de type 1. mutation C282Y: défaut de lien physique entre le trio protéique HFE-β2-RpTf1 perception anormalement basse du stock en fer de l’organisme Hyperabsorption du fer par entérocytes apicaux A revoir données plus récentes? 20

PLAN Plan I/ Métabolisme du fer Absorption Recyclage Transport plasmatique Utilisation Stockage Homéostasie du métabolisme du fer II/ Application à l’hémochromatose 1) Hémochromatose HFE de type I 2) Hémochromatose non HFE de type II, III et IV 3) Hémochromatose acquise

action sur le contrôle de l’expression de l’hepcidine Hémochromatose juvénile type 2A atteinte hémojuvénile (HJV) mutation homozygote HJV chr1 surcharges en fer Précoce: avant 30 ans, Atteinte cardiaque et gonadique +++ HJV: sur membrane hépatocytaire en réponse à la fixation de BMP sur son récepteur action sur le contrôle de l’expression de l’hepcidine voie de transduction BMP/SMAD Action sur gène de l’hepcidine HAMP1 hepcidine anormalement basse HAMP1 Représentation schématique des voies de signalisation contrôlant l’expression du gène de l’hepcidine. BMP : bone morphogenic proteins ; BMPRI et II : récepteurs des BMP ;TFR2 : récepteur 2 de la transferrine ; IL6 : interleukine 6 ; Smad : mothers against decapentaplegic homolog ; P : phosphorylation ; HIF : hypoxia inducible factor ; C/EBPα : CCAAT/enhancer binding protein alpha.

Hémochromatose juvénile type 2A atteinte hémojuvénile (HJV)

Hémochromatose juvénile type 2B atteinte hepcidine Mutation gène hepcidine: HAMP1 chr 19 HAMP hepcidin antimicrobial peptide

Hémochromatose type 3 mutation Rp2Tf Tableau superposable à Hémochromatose HFE Atteinte du Rp2Tf Exceptionnelle Maturation, migration de la crypte vers la villosité

mutation de la ferroportine Hémochromatose type 4 mutation de la ferroportine altération de la fonction d’excrétion de la ferroportine Principalement exprimée au niveau des macrophages: Prédominance macrophagique des dépôts sidériques

mutation de la ferroportine Hémochromatose type 4 mutation de la ferroportine Ou maladie de la ferroportine TYPE B= mutation de la ferroportine (gène FPN) qui la rend résistante à l’hepcidine: Autosomique dominante 36 mutations différentes Altération de la fonction récepteur de la ferroportine Passage plasmatique du fer augmenté (par absence de contrôle négatif) Prédominance macrophagique de la surcharge en fer FPN plasma

Hémochromatose: génotype-phénotype Type 2 ou hémochromatose juvénile: déficit majeur de synthèse d’hepcidine et d’une surcharge en fer extrêmement précoce Type 1 et 3: augmentation lente et progressive de CST avec l’âge 28

PLAN PLAN I/ Métabolisme du fer Absorption Recyclage Transport plasmatique Utilisation Stockage Homéostasie du métabolisme du fer II/ Application à l’hémochromatose 1) Hémochromatose HFE de type I 2) Hémochromatose non HFE de type II, III et IV 3) Hémochromatose acquise

Hémochromatose acquise ou secondaire résulte, soit d’un apport exogène en fer très excessif - transfusions sanguines (1CG apporte 250 mg de fer pour lesquels il n’existe aucun moyen d’élimination actif avec intérêt d’un traitement chélateur) - régime alimentaire anormalement enrichi en fer), soit secondairement à une pathologie associée, telle que l’hémolyse.

Hémochromatose acquise ou secondaire dans la thérapie transfusionnelle chronique par exemple (dans la thalassémie majeure, etc.), les concentrations plasmatiques de l’hepcidine sont élevées. L’augmentation de la saturation de la Tf en fer entraîne l’activation de la voie HFE-TfR2 et la surcharge en fer tissulaire augmente la synthèse de BMP6, stimulant la synthèse d’hepcidine. En revanche, dans le cas d’une dysérythropoïèse non transfusée (par exemple, la thalassémie intermédiaire ou les syndromes myélodysplasiques de bas grade), la synthèse d’hepcidine est réprimée , entraînant une augmentation de l’absorption intestinale et une surcharge en fer hépatocytaire.

Perspectives thérapeutiques L’avenir… Des agonistes de l’hepcidine permettront de prévenir la surcharge en fer des hémochromatoses.

CONCLUSION Conclusion Les connaissances sur l’homéostasie du fer ont considérablement progressé ces dernières années Il est probable que dans les années à venir, les approches génomiques et les études de la biologie des systèmes permettront de progresser encore dans la connaissance du métabolisme du fer Le développement de nouveaux chélateurs du fer permettra une meilleure prise en charge des surcharges en fer