Analysis of the effect of inactivation of haem oxygenase 1 (HO-1) on the histological structure and iron metabolism in the liver of adult Hmox1 knockout mice

Żelazo jest jednym z podstawowych mikroelementów niezbędnych dla prawidłowego metabolizmu i rozwoju u wszystkich ssaków. Zarówno u myszy jak i u człowieka pełni ono bardzo istotną rolę w wielu procesach metabolicznych, głównie jako składowa cząsteczki hemoglobiny oraz pełni rolę kofaktora w centrach aktywnych białek enzymatycznych. Ze względu na brak fizjologicznego szlaku usuwania żelaza utrzymywanie jego homeostazy jest ściśle kontrolowane w organizmie przez szereg genów i białek, tworzących odpowiednie szlaki molekularne zarówno na poziomie komórkowym, jak i ogólnoustrojowym. W utrzymywaniu ogólnoustrojowej homeostazy żelaza u myszy i u człowieka kluczową rolę odgrywa enzym oksygenaza hemowa 1 (HO-1) kodowany przez gen HMOX1/Hmox1. Główną funkcją tego białka jest rozkład katalityczny cząsteczki hemu na: żelazo Fe2+, bilirubinę oraz tlenek węgla (CO). Rozkład hemu jest niezwykle istotnym procesem, gdyż zapobiega on powstawaniu wolnych rodników generujących stres oksydacyjny. Wyniki otrzymane w obecnej pracy wskazują, że myszy z nokautem genu Hmox1 (Hmox1-/-) charakteryzują się postępującą wraz z wiekiem akumulacją żelaza niehemowego w wątrobie, co prowadzi do silnego uszkodzenia tego organu. W budowie histologicznej wątroby u myszy nokautów stwierdzono występowanie następujących zmian patologicznych: występowanie dużych jąder w hepatocytach (kariomegalia), redukcja ilości komórek Browicza-Kupffera, występowanie licznych nacieków limfocytarnych wskazujących na stan zapalny i obszarów martwiczych w obrębie wątroby. Natężenie objawów patologicznych wzrasta wraz z wiekiem myszy Hmox1-/-. Otrzymane wyniki wskazują na jednoznaczną niezbędność oksygenazy hemowej 1 w utrzymywaniu prawidłowego poziomu żelaza w organizmie poprzez rozkład katalityczny hemu.

Iron is one of the essential micronutrients necessary for the life of mammals. Both in mice and in humans it plays a very important role in many metabolic processes, mainly as a component of the hemoglobin molecule. Due to the lack of a physiological way of iron removal from the body, maintaining its homeostasis is strictly controlled in the body by a number of molecular and systemic pathways. In maintaining systemic iron homeostasis in human and mouse, the heme oxygenase 1 enzyme, encoded by the HMOX1 / Hmox1 gene plays a key role. The main function of this protein is the catabolize of the heme molecule in the liver to: Fe2+ iron, bilirubin and carbon monoxide (CO). The catabolize of heme is an extremely important process in the body, because it prevents the formation of free radicals and generate oxidative stress. Hmox1 knockout mice (Hmox1-/-) are characterized by age-related liver pathologies associated with the accumulation of non-heme iron. In the histological structure of the liver in knockout mice the following pathological changes were found: occurrence of large nuclei in hepatocytes (karyomegaly), reduction of the number of Browicz-Kupffer cells, occurrence of numerous lymphocytic infiltrates indicating inflammation and necrotic areas within the liver. The intensity of pathological symptoms increases with the age of mice Hmox1-/-. The obtained results indicate the unambiguous necessity of heme oxygenase 1 in maintaining the normal level of iron in the body through the catabolize of heme.