La hefestina , también conocida como HEPH , es una proteína que en los humanos está codificada por el gen HEPH . [5] [6] [7]
La hefestina participa en el metabolismo y la homeostasis del hierro y posiblemente del cobre . [8] Es una ferroxidasa transmembrana dependiente de cobre responsable de transportar el hierro de la dieta desde los enterocitos intestinales al sistema circulatorio. La mayor expresión de hefestina se encuentra en el intestino delgado . Se limita a los enterocitos de las vellosidades (donde tiene lugar la absorción del hierro), estando casi ausente en las células de las criptas. La hefestina convierte el estado de hierro (II), Fe 2+ , en estado de hierro (III), Fe 3+ , y media la salida de hierro, muy probablemente en cooperación con el transportador de hierro basolateral, ferroportina 1 . En menor medida, se ha detectado hefestina en células trabeculares de colon, bazo, riñón, mama, placenta y hueso, pero su papel en estos tejidos aún no se ha establecido. La hefestina presenta homología con la ceruloplasmina , una proteína deshidrogenasa sérica implicada en la detoxificación y almacenamiento del cobre.
La hefestina es una proteína de 1135 aminoácidos formada a partir de un precursor de 1158 aminoácidos y tiene 130,4 kDa . Se prevé que unirá 6 iones de cobre por monómero. [9]
La hefestina fue identificada por primera vez por el Dr. Christopher D. Vulpe de la Universidad de California, Berkeley en 1999. [6] Llamaron a la proteína recién descubierta en honor a Hefesto , el dios griego del trabajo de los metales.
Gran parte de lo que se sabe sobre la hefestina proviene del estudio de mutantes hereditarios del metabolismo del hierro murino. La proteína fue descubierta e identificada mediante el estudio de ratones con anemia ligada al sexo, o ratones sla, en los que existe una absorción mucosa normal del hierro de la dieta pero un transporte deficiente de hierro desde los enterocitos intestinales a la circulación. Los ratones sla albergan una mutación por deleción parcial del gen HEPH , lo que da como resultado la expresión de una proteína hefestina que está truncada en 194 aminoácidos. Los estudios sugieren que esta proteína hefestina truncada aún conserva un nivel mínimo, aunque detectable y cuantificable, de actividad ferroxidasa. [9] Esto plantea la posibilidad de que factores alternativos puedan contribuir a la disminución del flujo de hierro observado en el fenotipo sla .
Además del truncamiento de la proteína original, el fenotipo sla con deficiencia de hierro también puede explicarse por la mala localización intracelular de la hefestina. La hefestina de tipo salvaje se localiza en un compartimento supranuclear así como en la superficie basolateral. [10] Por el contrario, la sla hefestina parece localizarse sólo en el compartimento supranuclear, pero es en gran medida indetectable en este último. [11] Dada la función establecida de la hefestina para facilitar la exportación basolateral de hierro, esta mala localización puede explicar la paradójica acumulación intestinal de hierro y la deficiencia sistémica de hierro observada en ratones sla .
La hefestina humana, que carece del supuesto dominio transmembrana, fue expresada de forma recombinante por primera vez en 2005 por los Dres. Tanya Griffiths, Grant Mauk y Ross MacGillivray de la Universidad de Columbia Británica. [12] Demostraron que la hefestina humana recombinante (rhHp) se unía al cobre (determinado mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente) y exhibía un máximo de absorción a ~610 nm consistente con otras oxidasas multicobre azules como la ceruloplasmina. Al utilizar sulfato ferroso de amonio como sustrato, se demostró que rhHp tiene actividad ferroxidasa con una K m de 2,1 μM para Fe (II).
La hefestina es un miembro de la familia de las oxidasas de cobre que incluye la ceruloplasmina de mamíferos , fet3 y fet5 de levadura y ascorbato oxidasa bacteriana , entre otras. Mientras que la hefestina comparte una identidad de secuencia de aminoácidos del 50% con su homólogo sérico ceruloplasmina , la proteína hefestina incluye 86 aminoácidos adicionales en el extremo C, que codifican un dominio transmembrana único y una cola citoplasmática corta. [13] Si bien la estructura y la actividad cinética de la ceruloplasmina se han estudiado ampliamente, [14] la hefestina aún no se ha investigado a un nivel similar. Se han creado modelos comparativos de la estructura de la hefestina utilizando datos cristalográficos establecidos de la ceruloplasmina, y estos estudios sugieren que muchas de las características estructurales importantes en la función enzimática de esta última también se conservan en la primera. En particular, estas características compartidas incluyen residuos de cisteína implicados en la formación de enlaces disulfuro, residuos de histidina implicados en la unión de cobre y residuos implicados en la unión del sustrato de hierro. [15]
La regulación de la expresión de hefestina y el papel de la proteína en el panorama más amplio del metabolismo y la homeostasis del hierro siguen siendo un área activa de investigación. Algunos estudios sugieren mecanismos para el control local y sistémico del transporte intestinal de hierro, en los que una ingesta elevada de hierro en la dieta y suficientes reservas de hierro conducen a una regulación negativa de la proteína DMT1 , ferroportina (Ireg1) y hefestina, minimizando así la absorción de hierro de los enterocitos a la circulación. . Por el contrario, se sugiere que los estados de baja ingesta dietética y bajas reservas de hierro inducen una regulación positiva de DMT1 , así como de Ireg1 y hefestina, aumentando así simultáneamente la capacidad de los enterocitos para absorber hierro de la dieta en la superficie basolateral y exportarlo a la circulación en la superficie apical. superficie. [dieciséis]
La hefestina aún no se ha relacionado con ninguna enfermedad humana. Sin embargo, cuando se eliminó la proteína en modelos murinos, las cepas knockout de hefestina (KO) específicas del intestino y de todo el cuerpo exhibieron una acumulación igualmente grave de hierro en los enterocitos duodenales y sufrieron anemia hipocrómica microcítica , indicativa de deficiencia de hierro sistémica. El fenotipo compartido entre las dos cepas sugiere que la hefestina intestinal desempeña un papel importante en el mantenimiento de la homeostasis del hierro en todo el cuerpo. Sin embargo, dado que ambas cepas eran viables, es probable que la hefestina no sea esencial y que existan otros mecanismos compensatorios para mantener vivos a estos ratones. [17]
Además del transporte de hierro desde el intestino a la circulación, las ferroxidasas también parecen desempeñar un papel importante al facilitar la exportación de hierro desde las células de la retina. Si bien la deficiencia de hefestina o ceruloplasmina por sí solas no parece causar acumulación de hierro en la retina , los estudios realizados en modelos murinos sugieren que la deficiencia combinada es suficiente para causar epitelio pigmentario retiniano dependiente de la edad y acumulación de hierro en la retina, con características compatibles con la degeneración macular. [18] La hefestina se ha detectado en células EPR (epitelio pigmentario de la retina) de ratón y humano, así como en células rMC-1 (una línea celular glial de Müller de rata), con mayor expresión en la nota final de Müller junto a la membrana limitante interna. [19]