Hefaestina

La hefaestina , también conocida como HEPH , es una proteína que en los humanos está codificada por el gen HEPH . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

La hefaestina participa en el metabolismo y la homeostasis del hierro y posiblemente del cobre . ^{[ 8 ]} Es una ferroxidasa transmembrana dependiente de cobre responsable del transporte del hierro dietético desde los enterocitos intestinales al sistema circulatorio. La mayor expresión de hefaestina se encuentra en el intestino delgado . Está limitada a los enterocitos de las vellosidades (donde tiene lugar la absorción de hierro), estando casi ausente en las células de las criptas. La hefaestina convierte el hierro(II), Fe ²⁺ , en hierro(III), Fe ³⁺ , y media el eflujo de hierro muy probablemente en cooperación con el transportador basolateral de hierro, ferroportina 1 . En menor medida, se ha detectado hefaestina en el colon, el bazo, el riñón, la mama, la placenta y las células trabeculares del hueso, pero su función en estos tejidos aún no se ha establecido. La hefaestina presenta homología con la ceruloplasmina , una proteína deshidrogenasa sérica implicada en la desintoxicación y el almacenamiento de cobre.

La hefaestina es una proteína de 1135 aminoácidos formada a partir de un precursor de 1158 aminoácidos y tiene un peso molecular de 130,4 kDa . Se predice que se une a 6 iones de cobre por monómero. ^{[ 9 ]}

La hefaestina fue identificada por primera vez por el Dr. Christopher D. Vulpe de la Universidad de California, Berkeley en 1999. ^{[ 6 ]} Nombraron a la proteína recién descubierta en honor a Hefesto , el dios griego de la metalurgia.

Gran parte de lo que se sabe sobre la hefaestina proviene del estudio de mutantes hereditarios del metabolismo del hierro en ratones. 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 dietético, pero un transporte deficiente del hierro desde los enterocitos intestinales a la circulación. Los ratones sla albergan una mutación de deleción parcial del gen HEPH , lo que resulta en la expresión de una proteína hefaestina truncada en 194 aminoácidos. Los estudios sugieren que esta proteína hefaestina truncada aún conserva un nivel mínimo, pero detectable y cuantificable, de actividad ferroxidasa. ^{[ 9 ]} Esto plantea la posibilidad de que otros factores puedan contribuir a la disminución del eflujo de hierro observada en el fenotipo sla .

Además del acortamiento de la proteína original, el fenotipo sla con deficiencia de hierro también puede explicarse por la localización intracelular anómala de la hefaestina. La hefaestina de tipo silvestre se localiza en un compartimento supranuclear, así como en la superficie basolateral. ^{[ 10 ]} En contraste, la hefaestina sla parece localizarse solo en el compartimento supranuclear, pero es prácticamente indetectable en este último. ^{[ 11 ]} Dada la función establecida de la hefaestina en facilitar la exportación basolateral de hierro, esta localización anómala podría explicar la acumulación intestinal paradójica de hierro y la deficiencia sistémica de hierro observadas en los ratones sla .

La hefaestina humana, que carece del dominio transmembrana putativo, fue expresada recombinantemente por primera vez en 2005 por los Dres. Tanya Griffiths, Grant Mauk y Ross MacGillivray en la Universidad de Columbia Británica. ^{[ 12 ]} Demostraron que la hefaestina humana recombinante (rhHp) se unía al cobre (determinado por espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente) y exhibía un máximo de absorción a ~610  nm consistente con otras oxidasas de multicobre azules como la ceruloplasmina. Al usar sulfato ferroso amónico como sustrato, se demostró que la rhHp tenía actividad ferroxidasa con una K _m de 2,1 μM para Fe(II).

La hefaestina es un miembro de la familia de las oxidasas de cobre que incluye la ceruloplasmina de mamíferos , fet3 y fet5 de levaduras, y la ascorbato oxidasa bacteriana , entre otras. Si bien la hefaestina comparte un 50 % de identidad de secuencia de aminoácidos con su homólogo sérico , la ceruloplasmina , la proteína hefaestina incluye 86 aminoácidos adicionales en el extremo C-terminal, que codifican un único dominio transmembrana y una cola citoplasmática corta. ^{[ 13 ]} Si bien la estructura y la actividad cinética de la ceruloplasmina se han estudiado extensamente, ^{[ 14 ]} la hefaestina aún no se ha investigado a un nivel similar. Se han creado modelos comparativos de la estructura de la hefaestina 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 involucrados en la formación de enlaces disulfuro, residuos de histidina involucrados en la unión del cobre y residuos involucrados en la unión del sustrato de hierro. ^{[ 15 ]}

La regulación de la expresión de hefaestina y el papel de esta proteína en el contexto general 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 alta ingesta de hierro en la dieta y reservas suficientes de hierro conducen a la regulación negativa de DMT1 , ferroportina (Ireg1) y hefaestina, minimizando así la absorción de hierro de los enterocitos a la circulación. Por el contrario, se sugiere que estados de baja ingesta dietética y bajas reservas de hierro inducen la regulación positiva de DMT1 , así como de Ireg1 y hefaestina, aumentando simultáneamente la capacidad del enterocito para la captación de hierro dietético en la superficie basolateral y su exportación a la circulación en la superficie apical. ^{[ 16 ]}

La hefaestina aún no se ha relacionado con ninguna enfermedad humana. Sin embargo, cuando se eliminó la proteína en modelos murinos, tanto las cepas con deleción de hefaestina específica del intestino como las de deleción sistémica mostraron una acumulación igualmente grave de hierro en los enterocitos duodenales y sufrieron anemia microcítica hipocrómica , indicativa de deficiencia sistémica de hierro. El fenotipo compartido entre ambas cepas sugiere que la hefaestina intestinal desempeña un papel importante en el mantenimiento de la homeostasis del hierro en todo el organismo. No obstante, dado que ambas cepas eran viables, es probable que la hefaestina no sea esencial y que existan otros mecanismos compensatorios que permitan la supervivencia de estos ratones. ^{[ 17 ]}

Además del transporte de hierro desde el intestino hacia la circulación, las ferroxidasas también parecen desempeñar un papel importante en la facilitación de la exportación de hierro desde las células de la retina. Si bien la deficiencia de hefaestina o ceruloplasmina por sí sola no parece causar acumulación de hierro en la retina , estudios realizados en modelos murinos sugieren que la deficiencia combinada es suficiente para causar acumulación de hierro en el epitelio pigmentario de la retina y la retina dependiente de la edad, con características consistentes con la degeneración macular. ^{[ 18 ]} Se ha detectado hefaestina en células RPE (epitelio pigmentario de la retina) de ratón y humanas, así como en células rMC-1 (una línea celular glial de Müller de rata), con la mayor expresión en la nota terminal de Müller junto a la membrana limitante interna. ^{[ 19 ]}

• Metabolismo del hierro humano
• Ceruloplasmina