Φερριτίνη

Η φεριτίνη είναι μια καθολική ενδοκυτταρική πρωτεΐνη που αποθηκεύει σίδηρο και τον απελευθερώνει με ελεγχόμενο τρόπο. Η πρωτεΐνη παράγεται από σχεδόν όλους τους ζώντες οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των φυκών, των βακτηρίων, των ανώτερων φυτών και των ζώων. Στον άνθρωπο, δρα ως ρυθμιστικό έναντι της ανεπάρκειας σιδήρου και της υπερφόρτωσης σιδήρου. Η φεριτίνη βρίσκεται στους περισσότερους ιστούς ως κυτοσολική πρωτεΐνη, αλλά μικρές ποσότητες εκκρίνονται στον ορό, όπου λειτουργεί ως φορέας σιδήρου. Η φερριτίνη πλάσματος είναι επίσης ένας έμμεσος δείκτης της συνολικής ποσότητας σιδήρου που έχει αποθηκευτεί στο σώμα, επομένως η φερριτίνη ορού χρησιμοποιείται ως διαγνωστική εξέταση για αναιμία σε έλλειψη σιδήρου. Η φεριτίνη είναι ένα σφαιροειδές πρωτεϊνικό σύμπλοκο που αποτελείται από 24 πρωτεϊνικές υπομονάδες με αλληλεπιδράσεις μετάλλου-πρωτεΐνης. Είναι η πρωταρχική ενδοκυτταρική πρωτεΐνη αποθήκευσης σιδήρου τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά, διατηρώντας το σίδηρο σε διαλυτή και μη τοξική μορφή. Η φεριτίνη που δεν συνδυάζεται με σίδηρο ονομάζεται αποφαιριτίνη.

 Τα γονίδια φερριτίνης διατηρούνται σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των ειδών. Όλα τα γονίδια των σπονδυλωτών φερριτίνης έχουν τρία εσόνια και τέσσερα εξόνια. Στην ανθρώπινη φερριτίνη, υπάρχουν ιντρόνια μεταξύ των υπολειμμάτων αμινοξέων 14 και 15, 34 και 35, και 82 και 83, Επιπλέον, υπάρχουν μία έως διακόσιες αμεταφρασμένες βάσεις σε κάθε άκρο των συνδυασμένων εξονίων. Το υπόλειμμα τυροσίνης στη θέση αμινοξέος 27 θεωρείται ότι συσχετίζεται με βιομελλοποίηση. Η φεριτίνη είναι μια κοίλη σφαιρική πρωτεΐνη των 450 kDa που αποτελείται από 24 υπομονάδες που υπάρχουν σε κάθε κυτταρικό τύπο. Συνήθως έχει εσωτερικές και εξωτερικές διαμέτρους περίπου 8 και 12 nm αντίστοιχα. Στα σπονδυλωτά, αυτές οι υπομονάδες είναι τόσο ο ελαφρός (L) όσο και ο βαρέας (Η) τύπος με φαινόμενο μοριακό βάρος 19 kDa ή 21 kDa αντίστοιχα. οι αλληλουχίες τους είναι περίπου 50% ομόλογες. Τα αμφίβια έχουν έναν πρόσθετο τύπο φερριτίνης ("Μ"), η απλή φερριτίνη των φυτών και των βακτηρίων μοιάζει περισσότερο με τον τύπο σπονδυλωτού Η. Δύο τύποι έχουν ανακτηθεί στο γαστερόποδα Lymnaea. Μια πρόσθετη υπομονάδα που μοιάζει με φερριτίνη Lymnaea soma συνδέεται με το σχηματισμό κελύφους στο στρείδι μαργαριταριών. Δύο είδη υπάρχουν στο παράσιτο Schistosoma, ένα στα αρσενικά και το άλλο στα θηλυκά. Όλες οι προαναφερθείσες φερριτίνες είναι παρόμοιες, από την άποψη της πρωταρχικής αλληλουχίας τους, με τον τύπο σπονδυλωτού Η. Σε Ε. Coli παρατηρείται ομοιότητα 20% με την ανθρώπινη Η-φερριτίνη. Μέσα στο κέλυφος φερριτίνης, τα ιόντα σιδήρου σχηματίζουν κρυσταλλίτες μαζί με ιόντα φωσφορικών και υδροξειδίων. Κάθε σύμπλεγμα φερριτίνης μπορεί να αποθηκεύσει περίπου 4500 ιόντα σιδήρου (Fe3 +). Ορισμένα σύμπλοκα φερριτίνης σε σπονδυλωτά είναι ετερο-ολιγομερή δύο πολύ συναφών γονιδιακών προϊόντων με ελαφρώς διαφορετικές φυσιολογικές ιδιότητες. Η αναλογία των δύο ομόλογων πρωτεϊνών στο σύμπλοκο εξαρτάται από τα σχετικά επίπεδα έκφρασης των δύο γονιδίων. Η μιτοχονδριακή φερριτίνη αναγνωρίστηκε πρόσφατα ως πρόδρομος πρωτεΐνης και ταξινομείται ως πρωτεΐνη δέσμευσης μετάλλων που βρίσκεται μέσα στα μιτοχόνδρια. Μετά την ανάληψη της πρωτεΐνης από τα μιτοχόνδρια μπορεί να μετατραπεί σε ώριμη πρωτεΐνη και να συναρμολογηθεί για να σχηματιστούν λειτουργικά κελύφη φερριτίνης. Η δομή της προσδιορίστηκε σε 1,70 angstroms μέσω της χρήσης περίθλασης ακτίνων Χ και περιέχει 182 υπολείμματα. Είναι 67% ελικοειδής. Το δείχνει ότι η δομή της μιτοχονδριακής φερριτίνης είναι κυρίως άλφα ελικοειδής με χαμηλό επιπολασμό βήτα φύλλων. Σε αντίθεση με την άλλη ανθρώπινη φερριτίνη, φαίνεται ότι δεν έχει ιντρόνια στον γενετικό της κώδικα. Η φερριτίνη χρησιμεύει για την αποθήκευση του σιδήρου σε μια μη τοξική μορφή, για την κατάθεση του σε ασφαλή μορφή και για τη μεταφορά του σε περιοχές όπου απαιτείται. Η λειτουργία και η δομή της εκφραζόμενης πρωτεΐνης φερριτίνης ποικίλλει σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Η συγκέντρωση mRNA τροποποιείται περαιτέρω με αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύεται και με ποιο τρόπο μεταγράφεται. Η παρουσία του ίδιου του σιδήρου αποτελεί μείζονα παράγοντα για την παραγωγή φερριτίνης με ορισμένες εξαιρέσεις (όπως η φερριτίνη κρόκου του γαστερόποδου Lymnaea, η οποία στερείται μονάδας που αντιδρά με το σίδηρο). Ο ελεύθερος σίδηρος είναι τοξικός στα κύτταρα, καθώς δρα ως καταλύτης στον σχηματισμό ελεύθερων ριζών από αντιδραστικά είδη οξυγόνου μέσω της αντίδρασης Fenton. Έτσι, οι σπώνδυλοι αναπτύσσουν ένα περίπλοκο σύνολο προστατευτικών μηχανισμών που δεσμεύουν το σίδηρο σε διάφορα διαμερίσματα ιστών. Μέσα στα κύτταρα, ο σίδηρος αποθηκεύεται σε ένα πρωτεϊνικό σύμπλεγμα όπως η φερριτίνη ή η αιμοσιδεδίνη. Η αποφερριτίνη συνδέεται με τον ελεύθερο σίδηρο και την αποθηκεύει στην κατάσταση τρισθενούς σιδήρου. Καθώς η φερριτίνη συσσωρεύεται μέσα στα κύτταρα του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος, σχηματίζονται συσσωματώσεις πρωτεΐνης ως αιμοειδεδίνη. Ο σίδηρος σε φερριτίνη ή αιμοσιδεδίνη μπορεί να εξαχθεί για απελευθέρωση από τα κύτταρα RE, αν και η αιμοσιδηρίνη είναι λιγότερο διαθέσιμη. Υπό συνθήκες σταθερής κατάστασης, το επίπεδο φερριτίνης του ορού συσχετίζεται με τα συνολικά αποθέματα σιδήρου στο σώμα. Έτσι, η φερριτίνη FR5R1 του ορού είναι η πιο βολική εργαστηριακή δοκιμή για την εκτίμηση των αποθεμάτων σιδήρου. Επειδή ο σίδηρος είναι ένα σημαντικό ανόργανο άλας στην μεταλλοποίηση, η φερριτίνη χρησιμοποιείται στα κελύφη οργανισμών όπως τα μαλάκια για τον έλεγχο της συγκέντρωσης και της διανομής του σιδήρου, σμιλεύοντας έτσι τη μορφολογία του κελύφους και τον χρωματισμό. Παίζει επίσης ρόλο στον αιμολύμφο της πολυπλαcophora όπου χρησιμεύει για τη γρήγορη μεταφορά του σιδήρου στην ορυκτοποιητική radula. Ο σίδηρος απελευθερώνεται από φερριτίνη για χρήση με αποικοδόμηση φερριτίνης, η οποία εκτελείται κυρίως από λυσοσώματα. Στα σπονδυλωτά, η φερριτίνη συνήθως βρίσκεται μέσα στα κύτταρα, αν και υπάρχει και σε μικρότερες ποσότητες στο πλάσμα. Τα επίπεδα φερριτίνης στον ορό μετριούνται σε ιατρικά εργαστήρια ως μέρος της επεξεργασίας μελετών σιδήρου για αναιμία με ανεπάρκεια σιδήρου. Τα επίπεδα φερριτίνης που μετρούνται συνήθως έχουν άμεση συσχέτιση με τη συνολική ποσότητα σιδήρου που αποθηκεύεται στο σώμα. Ωστόσο, τα επίπεδα φερριτίνης μπορεί να είναι τεχνητά υψηλά σε περιπτώσεις αναιμίας χρόνιας νόσου όπου η φερριτίνη είναι αυξημένη στην ικανότητα της ως φλεγμονώδης πρωτεΐνη οξείας φάσης και όχι ως δείκτης για υπερφόρτωση σιδήρου. Μία φυσιολογική τιμή φερριτίνης, που αναφέρεται ως διάστημα αναφοράς, καθορίζεται από πολλά εργαστήρια δοκιμών. Οι κλίμακες για τη φερριτίνη μπορεί να ποικίλουν μεταξύ των εργαστηρίων, αλλά συνήθως κυμαίνονται μεταξύ 30-300 ng / mL (= μg / L) για τους άνδρες και 18-115 ng / mL (= μg / L) για τις γυναίκες. Οι κοιλότητες που σχηματίζονται από πρωτεΐνες φερριτίνης και μινι-φερριτίνης (Dps) έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς ως θάλαμος αντίδρασης για την κατασκευή μεταλλικών νανοσωματιδίων (NPs). Τα κοχύλια πρωτεΐνης χρησίμευσαν ως πρότυπο για να εμποδίσουν την ανάπτυξη σωματιδίων και ως επίστρωση για την πρόληψη της πήξης / συσσωμάτωσης μεταξύ NPs. Χρησιμοποιώντας διάφορα μεγέθη κελύφων πρωτεϊνών, διάφορα μεγέθη NPs μπορούν εύκολα να συντεθούν για χημικές, φυσικές και βιο-ιατρικές εφαρμογές.