The effect of the lack of heme oxygenase-1 and aging on hepcidin levels in mouse peripheral blood

Żelazo zaliczane jest do pierwiastków niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania żywych organizmów. Metabolizm żelaza jest zależny od działania wielu białek, do których zalicza się: transferrynę, ferroportynę i hepcydynę. Rolą transferryny jest transport żelaza dostarczanego z pożywieniem przez enterocyty jelitowe, odzyskiwanego przez makrofagi lub znajdującego się w magazynach żelaza w hepatocytach do tkanek, jednak aby proces ten był możliwy, żelazo musi opuścić wyżej wymienione komórki w czym uczestniczy białko transmembranowe- ferroportyna. Kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy żelazowej pełni hepcydyna- hormon peptydowy produkowany głównie przez wątrobę, który wiążąc się do ferroportyny blokuje jej działanie. Regulacja działania hepcydyny może przebiegać na trzech ścieżkach: zależnych od stanu zapalnego od poziomu wolnego żelaza w krwi i od erytropoezy. Oprócz udziału żelaza w transporcie tlenu, łańcuchu oddechowym i sygnalizacji komórkowej jest także jednym z trzech składników hemu, który jest grupą prosteryczną wielu białek między innymi hemoglobiny. Działanie wolnego hemu może być toksyczne poprzez jego zdolność do internalizacji błon komórkowych, produkcji wolnych rodników czy reaktywnych form tlenu. Dlatego tak ważne dla organizmu jest jego rozkładanie, za co odpowiada enzym- oksygenaza hemowa (Hmox1 lub Hmox2). Katalizuje ona rozpad hemu na tlenek węgla, biliwerdynę i wyżej nadmienione żelazo. Oksygenaza hemowa-1 jest również białkiem regulującym niszę szpiku kostnego i jej ekspresja zmienia się wraz z wiekiem myszy. Jej brak powoduje wcześniejsze wyczerpywanie się komórek HSC, które są głównymi komórkami uczestniczącymi w erytropoezie. W tej pracy starano się ustalić czy brak Hmox-1 i starzenie mają wpływ na poziom hepcydyny w krwi obwodowej myszy. Z pomocą testu ELISA pokazano, że myszy starsze z brakiem Hmox-1 posiadają więcej hepcydyny w osoczu. Wykazano także, że u myszy starszych nie dochodzi do zmian w stężeniu mediatora erytropoezy- GDF-15 pomiędzy badanymi grupami. Z wykorzystaniem techniki ilościowego PCR w czasie rzeczywistym badano poziom ekspresji genów Hamp (gen wątrobowej hepcydyny), Tfrc (gen receptora transferynowego-1) i Hpx (gen kodujący hematopeksynę) w zależności od obecności genu Hmox-1 i jego wyciszenia. Analiza wyników uzyskanych w niniejszej pracy pokazuje, że u myszy starych przy braku Hmox-1 wolne żelazo krążące we krwi jest na stałym i niskim poziomie. Można przypuszczać również, że istnieją mechanizmy kompensacyjne regulujące poziom hepcydyny w krwi myszy, które powodują, że pomimo zmniejszonej ekspresji hepcydyny w wątrobie u myszy starszych z brakiem Hmox-1, poziom hepcydyny osoczowej wzrasta.

Iron is one of the elements necessary for the proper functioning of living organisms. Iron metabolism depends on the action of many proteins, including transferrin, ferroportin, and hepcidin. The role of transferrin is to transport iron supplied with food through intestinal enterocytes, recovered by macrophages, or stored in iron stores in hepatocytes to tissues. However, to make this process possible, iron escapes from these cells in which transmembrane-ferroportin protein participates. The crucial role in maintaining iron homeostasis is played by hepcidin, a peptide hormone produced mainly by the liver, which binds to ferroportin and blocks its action. The regulation of hepcidin's activity can be carried out in three ways: depending on the inflammation from the level of free iron in blood and erythropoiesis. Apart from iron in oxygen transport, respiratory chain, and cellular signaling, it is also one of the three components of heme, a prosthetic group of many proteins, including hemoglobin. The action of free heme can be toxic through its ability to internalize cell membranes, produce free radicals or reactive oxygen species. That is why its decomposition is so essential for the body, for which the enzyme hem oxygenase (Hmox1 or Hmox2) is responsible. Heme oxygenases catalyze the conversion of heme into carbon monoxide, biliverdin, and the ferrous iron. Heme oxygenase-1 is also a protein that regulates the bone marrow niche, and its expression changes with the age of the mouse. Its absence causes earlier depletion of HSC cells, which are the primary cells participating in erythropoiesis. In this study, an attempt was made to determine whether the absence of Hmox-1 and aging affect the level of hepcidin in peripheral blood of mice. With the help of ELISA it was shown that older mice with Hmox-1 deficiency have more hepcidin in plasma. It was also shown that in older mice there are no changes in erythropoiesis mediator concentration- GDF-15, between the studied groups. Using a real-time quantitative PCR technique, the expression level of Hamp (hepcidin gene), Tfrc (transferrin-1 receptor gene) and Hpx (hemopexin coding gene) were studied depending on the presence of Hmox-1 gene and its silencing. The analysis of the results obtained in this study shows that in old mice in the absence of Hmox-1 free iron circulating in the blood is at a constant and low level. It can also be assumed that compensation mechanisms regulate the hepcidin level in the blood of mice, which causes that despite the reduced expression of hepcidin in the liver in older mice with the absence of Hmox-1, plasma hepcidin levels increase.