Ferritin - Ferritin

Ferritin
Ferritin.png
Struktur av det murine ferritinkomplekset
Identifikatorer
Symbol Ferritin
Pfam PF00210
Pfam klanen CL0044
InterPro IPR008331
SCOP2 1fha / SCOPe / SUPFAM
ferritin, lett polypeptid
Identifikatorer
Symbol FTL
NCBI -gen 2512
HGNC 3999
OMIM 134790
RefSeq NM_000146
UniProt P02792
Andre data
Lokus Chr. 19 q13.3–13.4
ferritin, tungt polypeptid 1
Identifikatorer
Symbol FTH1
Alt. symboler FTHL6
NCBI -gen 2495
HGNC 3976
OMIM 134770
RefSeq NM_002032
UniProt P02794
Andre data
Lokus Chr. 11 q13
ferritin mitokondrie
Mitokondrielt Ferritin.png
Krystallografisk struktur av mitokondrielt ferritin.
Identifikatorer
Symbol FTMT
NCBI -gen 94033
HGNC 17345
OMIM 608847
RefSeq NM_177478
UniProt Q8N4E7
Andre data
Lokus Chr. 5 q23.1

Ferritin er et universelt intracellulært protein som lagrer jern og frigjør det på en kontrollert måte. Proteinet produseres av nesten alle levende organismer, inkludert archaea, bakterier, alger, høyere planter og dyr. Det er det primære intracellulære jernlagringsproteinet i både prokaryoter og eukaryoter , og holder jernet i en løselig og giftfri form. Hos mennesker fungerer det som en buffer mot jernmangel og jernoverbelastning .

Ferritin finnes i de fleste vev som et cytosolisk protein, men små mengder skilles ut i serumet der det fungerer som en jernbærer. Plasmaferritin er også en indirekte markør for den totale mengden jern som er lagret i kroppen; serumferritin brukes derfor som en diagnostisk test for jernmangelanemi . Aggregert ferritin omdannes til giftig form av jernhemosiderin .

Ferritin er et globulært proteinkompleks som består av 24 proteinunderenheter som danner en hul nanocage med flere metall -protein -interaksjoner. Ferritin som ikke er kombinert med jern kalles apoferritin .

Gene

Ferritin -gener er sterkt konservert mellom artene. Alle ferritingener av virveldyr har tre introner og fire eksoner . I humant ferritin, introner er til stede mellom aminosyrerestene 14 og 15, 34 og 35, og 82 og 83; i tillegg er det ett til to hundre ikke -oversatte baser i hver ende av de kombinerte eksonene. Den tyrosin -rest i aminosyrestilling 27 er antatt å være forbundet med biomineralization .

Proteinstruktur

Ferritin er et hul globulært protein med en masse på 474  kDa og omfatter 24 underenheter. Vanligvis har den indre og ytre diametre på henholdsvis 8 og 12 nm. Naturen til disse underenhetene varierer etter organiskklasse:

Alle de ovennevnte ferritinene er like, når det gjelder deres primære sekvens, med virveldyr H-typen. I E. coli observeres en 20% likhet med humant H-ferritin. Noen ferritinkomplekser hos virveldyr er hetero-oligomerer av to svært beslektede genprodukter med litt forskjellige fysiologiske egenskaper. Forholdet mellom de to homologe proteiner i komplekset avhenger av de relative ekspresjonsnivåene til de to genene.

Inne i ferritinskallet danner jernioner krystallitter sammen med fosfat- og hydroksidioner . Den resulterende partikkelen ligner mineralet ferrihydrit . Hvert ferritinkompleks kan lagre omtrent 4500 jern (Fe 3+ ) ioner.

En human mitokondriell ferritin , MtF, ble funnet å uttrykke som et pro-protein . Når en mitokondrion tar det opp, behandler det det til et modent protein som ligner ferritinene som finnes i cytoplasma , som det samler for å danne funksjonelle ferritinskall. I motsetning til andre menneskelige ferritiner ser det ut til å ikke ha introner i den genetiske koden. En røntgendiffraksjonsstudie har avslørt at dens diameter er 1,70 angstrom (0,17 nm), den inneholder 182 rester og er 67% spiralformet . Mitokondrielt ferritins Ramachandran -plott viser at strukturen hovedsakelig er alfa -spiralformet med lav forekomst av beta -ark .

Funksjon

Jernlagring

Jernopptak gjennom den 3-doble kanalen av ferritin

Ferritin finnes i alle celletyper. Det tjener til å lagre jern i en giftfri form, deponere det i en trygg form og transportere det til områder der det er nødvendig. Funksjonen og strukturen til det uttrykte ferritinproteinet varierer i forskjellige celletyper. Dette styres først og fremst av mengden og stabiliteten til messenger RNA (mRNA), men også av endringer i hvordan mRNA lagres og hvor effektivt det transkriberes. En viktig utløser for produksjonen av mange ferritiner er bare tilstedeværelsen av jern; et unntak er eggeplomme ferritin av Lymnaea sp. , som mangler en jernresponsiv enhet.

Fritt jern er giftig for celler, da det fungerer som en katalysator i dannelsen av frie radikaler fra reaktive oksygenarter via Fenton -reaksjonen . Derav virveldyr har en omfattende sett av beskyttende mekanismer til å binde jern i forskjellige vev avdelinger. I cellene lagres jern i et proteinkompleks som ferritin eller det beslektede komplekset hemosiderin . Apoferritin binder seg til fritt jern og lagrer det i ferritilstand. Etter hvert som ferritin akkumuleres i cellene i retikuloendotelialsystemet , dannes proteinaggregater som hemosiderin . Jern i ferritin eller hemosiderin kan ekstraheres for frigjøring av RE -cellene, selv om hemosiderin er mindre lett tilgjengelig. Under steady-state forhold, korrelerer nivået av ferritin i blodserumet med totale kroppslager av jern; dermed er serumferritin FR5Rl den mest praktiske laboratorietesten for å estimere jernlagre.

Fordi jern er et viktig mineral i mineraliseringen, brukes ferritin i skallene til organismer som bløtdyr for å kontrollere konsentrasjonen og fordelingen av jern, og dermed forme skallmorfologi og farging. Det spiller også en rolle i hemolymfen til polyplacophora , hvor det tjener til raskt å transportere jern til mineraliserende radula .

Jern frigjøres fra ferritin for bruk ved ferritin -nedbrytning, som hovedsakelig utføres av lysosomer .

Ferroxidase aktivitet

Vertebratferritin består av to eller tre underenheter som er navngitt basert på deres molekylvekt: L "lette", H "tunge" og M "mellom" underenheter. M -underenheten har bare blitt rapportert i oksefrosker. I bakterier og archaea består ferritin av en type underenhet. H- og M-underenheter av eukaryotisk ferritin og alle underenheter av bakteriell og arkeisk ferritin er H-type og har ferroksidase-aktivitet, som er omdannelse av jern fra jern (Fe 2+ ) til ferric (Fe 3+ ) former. Dette begrenser den skadelige reaksjonen som oppstår mellom jernholdig jern og hydrogenperoksyd kjent som Fenton -reaksjonen som produserer det svært skadelige hydroksylradikalet . Ferroksidaseaktiviteten skjer på et diironbindingssted i midten av hver H-type underenheter. Etter oksidasjon av Fe (II) forblir Fe (III) -produktet metastabilt i ferroksidasesenteret og blir fortrengt av Fe (II), en mekanisme som ser ut til å være vanlig blant ferritiner fra alle tre livets riker. Den lette kjeden av ferritin har ingen ferroksidaseaktivitet, men kan være ansvarlig for elektronoverføringen over proteinburet.

Immun respons

Ferritinkonsentrasjonene øker drastisk i nærvær av en infeksjon eller kreft. Endotoksiner er en oppregulator av genet som koder for ferritin, og får dermed konsentrasjonen av ferritin til å stige. Derimot forårsaker organismer som Pseudomonas , selv om de har endotoksin, at plasma -ferritinnivået synker betydelig i løpet av de første 48 timene av infeksjonen. Dermed nektes jernlagrene i den infiserte kroppen til det smittestoffet, noe som hindrer metabolismen.

Stressrespons

Konsentrasjonen av ferritin har vist seg å øke som respons på påkjenninger som anoksi ; dette innebærer at det er et akuttfaseprotein .

Mitokondrier

Mitokondrielt ferritin har mange roller knyttet til molekylær funksjon. Den deltar i ferroksidaseaktivitet, binding, jernionbinding, oksidoreduktaseaktivitet, jern jernbinding, metallionbinding samt overgangsmetallbinding. Innenfor biologiske prosesser deltar den i oksidasjonsreduksjon, jerniontransport over membraner og cellulær jernionhomeostase.

Eggeplomme

Hos noen snegler er proteinkomponenten i eggeplommen først og fremst ferritin; dette er et annet ferritin, med en annen genetisk sekvens, enn det somatiske ferritinet. Den produseres i mellomkjertlene og skilles ut i hemolymfen, hvorfra den transporteres til eggene.

Fordeling av vev

Hos virveldyr finnes ferritin vanligvis i cellene, selv om det også er tilstede i mindre mengder i plasmaet.

Diagnostisk bruk

Serum ferritin-nivåer måles i medisinske laboratorier som en del av jern studiene opparbeidelse av jernmangelanemi . Ferritinnivåene som måles har vanligvis en direkte korrelasjon med den totale mengden jern som er lagret i kroppen. Imidlertid kan ferritinnivåene være kunstig høye i tilfeller av anemi ved kronisk sykdom der ferritin er forhøyet i sin kapasitet som et inflammatorisk akuttfaseprotein og ikke som en markør for jernoverbelastning.

Normale områder

Et normalt ferritinblodnivå, referert til som referanseintervallet, bestemmes av mange testlaboratorier . Områdene for ferritin kan variere mellom laboratorier, men typiske områder vil være mellom 30–300 ng/ml (= μg/L) for menn og 30–160 ng/ml (= μg/L) for kvinner. En verdi mindre enn 50 regnes som jernmangel.

Normale ferritinblodnivåer etter kjønn og alder
Menn 18–270 nanogram per milliliter (ng/ml)
Kvinner 30–160 ng/ml
Barn (6 måneder til 15 år) 50–140 ng/ml
Spedbarn (1 til 5 måneder) 50–200 ng/ml
Nyfødte 25–200 ng/ml

Mangel

Hvis ferritinnivået er lavt, er det risiko for mangel på jern, noe som kan føre til anemi eller jernmangel uten anemi.

Når det gjelder anemi, er lav serumferritin det mest spesifikke laboratoriefunnet for jernmangelanemi . Det er imidlertid mindre følsomt, siden nivåene øker i blodet ved infeksjon eller noen form for kronisk betennelse, og disse tilstandene kan konvertere det som ellers ville være et lavt nivå av ferritin fra mangel på jern, til en verdi i normalområdet. Av denne grunn har lave ferritinnivåer mer informasjon enn de som er i normalområdet.

Lavt ferritin kan også indikere hypotyreose , vitamin C -mangel eller cøliaki .

Lave serumferritinnivåer er sett hos noen pasienter med rastløse bensyndrom , ikke nødvendigvis relatert til anemi, men kanskje på grunn av lave jernlagre som mangler anemi.

En falsk lav ferritin i blodet (tilsvarende en falsk positiv test) er svært uvanlig, men kan skyldes ekstreme tilfeller av en krokeffekt av måleverktøyene.

Vegetarianisme er ikke en årsak til lave serumferritinnivåer, til tross for den vanlige myten. Positionen til American Dietetic Association påpekte dette i 2009 og sa: "Forekomst av jernmangelanemi blant vegetarianere ligner på ikke-vegetarianere. Selv om vegetariske voksne har lavere jernlagre enn ikke-vegetarianere, er ferritinnivået i serum vanligvis innenfor det normale området. ”

Overflødig

Hvis ferritin er høyt, er det jern i overkant eller det er en akutt inflammatorisk reaksjon der ferritin mobiliseres uten jernoverskudd. For eksempel kan ferritiner ha høy infeksjon uten å signalisere kroppsoverbelastning av jern.

Ferritin brukes også som en markør for jernoverbelastningsforstyrrelser , for eksempel hemokromatose eller hemosiderose . Voksne-begynnende Stills sykdom , noen porfyri og hemofagocytisk lymfohistiocytose / makrofagaktiveringssyndrom er sykdommer der ferritinnivået kan økes unormalt.

Siden ferritin også er en akuttfasereaktant , blir den ofte forhøyet i løpet av sykdommen . Et normalt C-reaktivt protein kan brukes til å ekskludere forhøyet ferritin forårsaket av akutte fasereaksjoner.

Ferritin har vist seg å være forhøyet i noen tilfeller av COVID-19 og kan korrelere med dårligere klinisk utfall. Ferritin og IL-6 anses å være mulige immunologiske biomarkører for alvorlige og dødelige tilfeller av COVID-19. Ferritin og C-reaktivt protein kan være mulige screeningsverktøy for tidlig diagnose av systemisk inflammatorisk responssyndrom i tilfeller av COVID-19.

Ifølge en studie av anorexia nervosa -pasienter kan ferritin bli forhøyet i perioder med akutt underernæring , kanskje på grunn av jern som lagres som intravaskulært volum og dermed faller antallet røde blodlegemer.

En annen studie tyder på at isoferritiner kan frigjøres på grunn av anorexia nervosa kataboliske natur . Videre har ferritin betydelige ikke-lagringsroller i kroppen, for eksempel beskyttelse mot oksidativ skade . Stigningen av disse isoferritinene kan bidra til en samlet økning i ferritinkonsentrasjonen. Måling av ferritin gjennom immunoassay eller immunoturbidimeteriske metoder kan også være å plukke opp disse isoferritinene, og dermed ikke en sann refleksjon av jernlagringsstatus.

Studier viser at en transferrinmetning (serumjernkonsentrasjon ÷ total jernbindingskapasitet) over 60 prosent hos menn og over 50 prosent hos kvinner identifiserte tilstedeværelsen av en abnormitet i jernmetabolismen ( arvelig hemokromatose , heterozygoter og homozygoter) med omtrent 95 prosent nøyaktighet . Dette funnet hjelper i den tidlige diagnosen arvelig hemokromatose, spesielt mens serumferritin fortsatt er lavt. Det beholdte jernet i arvelig hemokromatose blir hovedsakelig avsatt i parenkymale celler, med akkumulering av retikuloendotelialcelle som oppstår svært sent i sykdommen. Dette står i kontrast til transfusjonell jernoverbelastning der jernavsetning først skjer i retikuloendotelialcellene og deretter i parenkymceller. Dette forklarer hvorfor ferritinnivåene forblir relativt lave ved arvelig hemokromatose, mens transferrinmetning er høy.

Ved kroniske leversykdommer

Hematologiske abnormiteter assosieres ofte med kroniske leversykdommer. Både jernoverbelastning og jernmangelanemi er rapportert hos pasienter med levercirrhose. Førstnevnte skyldes hovedsakelig redusert hepcidinnivå forårsaket av redusert syntetisk kapasitet i leveren, mens sistnevnte skyldes akutt og kronisk blødning forårsaket av portalhypertensjon . Betennelse er også tilstede hos pasienter med avanserte pasienter med kronisk leversykdom. Som en konsekvens blir forhøyede lever- og serumferritinnivåer konsekvent rapportert ved kroniske leversykdommer.

Studier viste sammenheng mellom høye serumferritinnivåer og økt risiko for korttidsdødelighet hos cirrhotiske pasienter med akutt dekompensasjon og akutt-på-kronisk leversvikt. En annen studie fant sammenheng mellom høye serumferritinnivåer og økt risiko for langtidsdødelighet hos kompenserte og stabile dekompenserte cirrhotiske pasienter. Den samme studien viste at økte serumferritinnivåer kunne forutsi utviklingen av bakteriell infeksjon hos stabile dekompenserte cirrhotiske pasienter, mens hos kompenserte cirrhotiske pasienter viste utseendet til den aller første akutte dekompensasjonsepisoden høyere forekomst hos pasienter med lave serumferritinnivåer. Dette sistnevnte funnet ble forklart av sammenhengen mellom kronisk blødning og økt portaltrykk.

applikasjoner

Ferritin brukes i materialvitenskap som en forløper for å lage jern -nanopartikler for karbon -nanorørvekst ved kjemisk dampavsetning .

Hulrom dannes av ferritin og mini ferritins ( DPS ) proteiner har blitt brukt som reaksjonskammeret for fabrikasjon av metallnanopartikler (NPS). Proteinskall tjente som en mal for å begrense partikkelvekst og som et belegg for å forhindre koagulering/aggregering mellom NP -er. Ved å bruke forskjellige størrelser av proteinskall, kan forskjellige størrelser av NP lett syntetiseres for kjemiske, fysiske og biomedisinske applikasjoner.

Eksperimentelle COVID-19-vaksiner er produsert som viser spike-proteinets reseptorbindende domene på overflaten av ferritin-nanopartikler.

Se også

Referanser

Eksterne linker