Iron is an essential nutrient, involved in a wide range of biochemical activities. However, its flexible coordination chemistry and favorable redox potential may render this element potentially toxic. Thus, tight and accurate regulation of iron absorption in humans is critical to prevent systemic excess or deficiency. This complex task is accomplished by hepcidin, a liver-derived peptide hormone that binds to the iron transporter ferroportin and promotes its degradation. This results in a decrease of the iron efflux from duodenal enterocytes, macrophages and hepatocytes into the blood stream. Severalmolecules, such as HFE, TfRs, BMP6 and HJV, are being implicated in the regulation of hepcidin expression. HJV is encoded by the HFE2 gene and functions as a BMP co-receptor, activating hepcidin expression through the BMP/SMAD pathway. It is predominantly expressed in the skeletal muscles and at lower levels in the heartand the liver. Furthermore, a putative muscle-derived soluble Hjv is supposed to circulate in the plasma. Humans bearing pathogenic mutations of the HfE2 gene develop juvenile hemochromatosis, a disease characterized by profound hepcidindeficiency and early-onset severe iron overload. Mouse models with ubiquitous disruption of the expression of HJV recapitulate the main features of the disease. Previous studies have proposed an essential role for HJV in iron sensing, however, the implicated mechanisms have not been elucidated thus far. In this work we study the function of HJV within the iron metabolism regulatory mechanisms. In chapter II we investigate the role of HJV, expressed in different tissues, in the maintenance of iron homeostasis. We generate two novelmouse models with targeted disruption of the expression of Hjv in liver hepatocytes or skeletal muscle cells and we analyze their phenotype. We show that hepatic HJV suffices to regulate the expression of hepcidin and to maintainsystemic iron homeostasis whereas skeletal muscle HJV is dispensable for systemic iron metabolism. Furthermore, we do not observe any significant iron regulatory function of a putative muscle-derived soluble Hjv.In chapter III we focus our interest on the role of hepatic HJV in iron sensing to hepcidin. To this end, we analyze the molecular responses of HJV-/- and HJV+/+ mice to dietary iron manipulations. We demonstrate that HJV is not essential for iron sensing and it rather functions as an enhancer of the primary iron signal. Furthermore, we provide evidence of iron-dependent regulation of duodenal DMT1 and tissue specific function of hepcidin in the spleen and the duodenum of the studied HJV-/- mice. / Le fer est un nutriment essentiel impliqué dans une vaste gamme d'activités biochimiques. Cependant, sa coordination chimique flexible et son potentiel redox favorable rendent cet élément potentiellement toxique. Ainsi, une régulation stricte et précise de l'absorption du fer chez l'homme est essentielle pour prévenir un excès ou une insuffisance systémique. Cette tâche complexe est réalisée par l'hepcidine, une hormone peptidique dérivée du foie qui s'attache au transporteur du fer ferroportine et favorise sa dégradation. Ceci mène à une diminution de l'efflux du fer des entérocytes duodénaux, des macrophages et des hépatocytes dans le flux sanguin. Plusieurs molécules, comme le HFE, le TfR2, leBMP6 et l'HJV, sont impliquées dans la régulation de l'expression de l'hepcidine. HJV est codée par le gène HFE2 et fonctionne comme un co-récepteur de BMP, en activant l'expression d'hepcidine par la voie BMP/SMAD. Elle est principalement exprimée dans les muscles squelettiques et à des niveaux inférieurs dans le coeur et le foie. En outre, un putatif HJV soluble dérivé des muscles est supposé circuler dans le plasma. Les humains portant des mutations pathogènes du gène HFE2 développent l'hémochromatose juvénile, une maladie caractérisée par une carence profonde en hepcidine et une surcharge sévère et précoce en fer. Des modèles de souris avec une perturbation omniprésente de l'expression de l'HJV récapitulent les principales caractéristiques de la maladie. Des études antérieures ont proposé un rôle essentiel pour HJV dans la détection du fer, cependant, les mécanismes impliqués n'ont pas été élucidés à ce jour. Dans ce travail, nous étudions la fonction de HJV dans les mécanismes de régulation du métabolisme du fer. Dans le chapitre II, nous étudions le rôle de HJV, exprimé dans différents tissus, dans le maintien de l'homéostasie du fer.Nous générons deux nouveaux modèles murins avec une perturbation ciblée de l'expression de HJV dans les hépatocytes ou des cellules musculaires squelettiques et nous analysons leur phénotype. Nous montrons que l'HJV hépatique est suffisante pour réguler l'expression de l'hepcidine et de maintenir l'homéostasie du fer systémique alors que l'HJV musculaire est non essentiel pour le métabolisme du fer systémique. De plus, nous n'avons pas observé une fonction significative d'une HJV soluble musculaire hypothétique liée à la régulation du fer.Dans le chapitre III, nous nous intéressons au rôle de l'HJV hépatique dans la détection des altérations du niveau de fer et la transmission subséquente de ce signal sur l'expression de l'hepcidine. À cette fin, nous analysons les réponsesmoléculaires des souris HJV-/- et HJV+/+ à des manipulations alimentaires de fer. Nous démontrons que HJV n'est pas essentielle pour la détection des variations des niveaux ferriques mais qu'elle fonctionne plutôt comme un amplificateur dusignal primaire de fer. En outre, nous fournissons des preuves d'une régulation du DMT1 dépendante du fer et une fonction de l'hepcidine spécifique au tissu, dans le duodénum et la rate des souris HJV-/ - étudiées.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117145 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Gkouvatsos, Konstantinos |
| Contributors | Konstantinos Pantopoulos (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Medicine) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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