Genes-in-Action - Regulación de la suplementación con hierro por hepcidina

La anemia es un problema recalcitrante en la salud mundial, que afecta particularmente a los niños y las mujeres en edad fértil en el África subsahariana. La anemia causa problemas de crecimiento y desarrollo cognitivo en los niños, resultados deficientes del embarazo, incluida la mortalidad materna y perinatal. Además, se asocia con un crecimiento económico deficiente debido a su impacto en la actividad física.

Los suplementos masivos de hierro y la fortificación de alimentos se usan comúnmente para combatir la anemia en países de ingresos bajos y medianos. Esto se debe al hecho de que se cree que el principal impulsor de la anemia es la deficiencia nutricional de hierro. Sin embargo, estos programas han tenido poco impacto en el África subsahariana y se necesitan desesperadamente nuevas estrategias.

Comprimidos orales de hierro de bajo costo y polvos de micronutrientes se administran rutinariamente para tratar y prevenir la anemia tanto en niños como en mujeres embarazadas. Sin embargo, a menudo estas intervenciones son ineficaces, nunca muy eficaces e incluso pueden causar daño al aumentar la susceptibilidad a las infecciones. Tanto la etiología de la anemia como la eficacia de la absorción de hierro son procesos complejos en los que influyen múltiples factores, como el estado nutricional, la infección y la genética del huésped.

La hepcidina, una hormona de 25 aminoácidos producida por el hígado, es el principal regulador del nivel de hierro del cuerpo. La hepcidina controla la entrada de hierro en el plasma a través de su interacción con la ferroportina, el único canal de hierro celular conocido. La unión de la hepcidina a la ferroportina conduce a la degradación e internalización de esta última, bloqueando así el tráfico de hierro desde los macrófagos, hepatocitos y enterocitos duodenales hacia el plasma. La secreción de hepcidina se ve amortiguada por la hipoxia, el impulso eritroide y la deficiencia de hierro, para permitir la absorción de hierro, mientras que la suficiencia/sobrecarga de hierro y la infección aumentan la transcripción de hepcidina.

La transcripción de hepcidina está regulada por una serie de señales y vías. A nivel molecular, la regulación de la expresión de hepcidina es compleja, pero uno de los reguladores clave es TMPRSS6 (transmembrane protease serine 6). TMPRSS6 (también llamada matriptasa-2) es una serina proteasa transmembrana de tipo II que se expresa principalmente en el hígado. TMPRSS6 regula indirectamente la transcripción de hepcidina, al interferir con la proteína morfogenética ósea (BMP), la hemojuvelina (HJV) y la vía de señalización del hijo de madres contra el homólogo decapentapléjico (SMAD). TMPRSS6 disminuye la transcripción de hepcidina al escindir la hemojuvelina (HJV), lo que reduce la señalización de BMP-SMAD. La escisión del HJV unido a la membrana, el receptor de BMP, por TMPRSS6 conduce a la reducción de BMP, lo que reduce la BMP, lo que da como resultado la represión de hepcidina, ya que se requiere la señalización de BMP-HJV para la transcripción de hepcidina. TMPRSS6 es el principal regulador negativo de la expresión de hepcidina y las variantes funcionales conducen a la anemia ferropénica refractaria al hierro (IRIDA).

Debido a su papel central en la homeostasis del hierro, la mayoría de las patologías hereditarias del hierro surgen de defectos genéticos en los genes que codifican las proteínas que regulan la hepcidina o en el propio gen de la hepcidina (HAMP). Las variaciones genéticas que inactivan la expresión de HAMP dan como resultado una deficiencia de hepcidina, que se ha implicado en enfermedades hereditarias de carga de hierro como la hemocromatosis hereditaria (HH). Por el contrario, la alteración genética que conduce a una elevada disponibilidad de hierro ristrictis. Por ejemplo, los defectos genéticos que restringen la expresión de TMPRSS6 provocan un aumento de la hepcidina, lo que provoca una anemia resistente a los suplementos de hierro por vía oral, IRIDA.

Este proyecto tiene como objetivo investigar el impacto de los polimorfismos funcionales de un solo nucleótido (SNP) en los genes dentro de las vías reguladoras de la hepcidina que se sabe o se propone que predisponen a un estado bajo de hierro. Para empezar, la atención se centrará en tres SNP comunes dentro del gen TMPRSS6, rs855791, rs4820268 y rs2235321, con frecuencias de alelos menores (MAF) al 7, 27 y 44 % en la población de estudio. Estos SNP se seleccionaron con referencia a estudios previos de asociación y asociación del genoma completo (GWA). Los tres SNP se han asociado significativamente con la caída de los biomarcadores del estado del hierro plasmático, incluido el hierro sérico, las concentraciones de hemoglobina, la saturación de transferrina y un aumento en los niveles de hepcidina, así como con la anemia por deficiencia de hierro tanto en estudios de asociación como de GWA.

La hipótesis es que los alelos de riesgo causarán un aumento inicial en los niveles séricos de hepcidina y que las personas con estos SNP absorberán el hierro con menos eficacia que aquellos con los alelos de tipo salvaje. Posteriormente, se investigarán SNP más funcionales o supuestamente funcionales dentro del gen TMPRSS6 y otros genes relacionados con hepcidina/hierro, como TF, SLC11A2, TFR2.

Varios GWAS tienen que identificar docenas de asociaciones de SNP asociadas con niveles bajos de hierro. Aunque estos estudios pueden detectar asociaciones fenotipo-genotipo, no logran revelar las relaciones funcionales y de mecanismo subyacentes genotipo-fenotipo. Por ejemplo, este enfoque puede ser engañoso debido a la influencia de las variaciones en los fenotipos intermedios, especialmente en relación con los predictores genéticos de infecciones. Por lo tanto, para superar esta limitación, los investigadores emplearán un paradigma de recuerdo por genotipo que los investigadores denominaron 'Genes-in-Action' (GiA) para comprender las relaciones genotipo-fenotipo e identificar las relaciones causales. El diseño del estudio GiA utilizará variantes genéticas predeterminadas de interés para investigar el efecto del genotipo en los resultados fenotípicos (genotipo-biomarcador-fenotipo). Además, el diseño del estudio GiA requerirá una población previa al genotipo grande y rastreable. La selección de participantes utilizando variantes genéticas predeterminadas mejora el poder estadístico al eliminar el reclutamiento de participantes no informativos, lo que brinda importantes beneficios éticos.

El recurso existente del MRC-Gambia Keneba Biobank se utilizará como base para la selección de los participantes del estudio. Este recurso permite que las personas de las zonas rurales de Gambia sean retiradas de un área, donde una encuesta reciente informó que la anemia afecta al 60 % y al 73 % de las mujeres y los niños en edad fértil, respectivamente. Los participantes se seleccionarán de una base de datos que comprende datos sobre >3000 gambianos, con datos de la matriz HumanExome de Illumina sobre 80 000 variantes funcionales putativas directamente genotipadas, así como datos de imputación sobre 20 millones de variantes.