Heme-oxygenase-mediated iron accumulation in the liver

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Abstract

Heme oxygenase (HO) isozymes, HO-1 and HO-2, catalyze the conversion of heme to iron, carbon monoxide, and biliverdin. The present study was aimed at elucidating the role of the HO system in iron accumulation and oxidative stress in the liver. We have also studied the regulation of an iron exporter, ferroportin-1 (FPN-1), as an adaptive response mechanism to increased iron levels. Sprague-Dawley rats were treated with HO inducer hemin or HO inhibitor tin-protoporphyrin IX (SnPPIX) for 1 month. A portion of liver tissues was subjected to RT-PCR for HO-1, HO-2, and FPN-1 gene expression as well as an HO activity assay. Paraffin-embedded tissues were stained for iron with Prussian blue. Hepatic iron concentration was measured by High Resolution-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry. 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OHdG) stain, a sensitive and specific marker of oxidative DNA damage, was performed to assess oxidative stress. Hemin treatment led to augmented HO expression and activity in association with increased iron accumulation and oxidative stress. FPN-1 expression was also found to be upregulated. SnPPIX treatment reduced HO activity, intracellular iron levels, and oxidative stress as compared to controls. Our data provides evidence of increased HO activity as an important pro-oxidant mechanism leading to iron accumulation in the liver.

Les isoenzymes de l'hème oxygénase (HO), HO-1 et HO-2, catalysent la conversion de l'hème en fer, en monoxyde de carbone et en biliverdine. La présente étude a eu pour but de clarifier le rôle du système HO dans l'accumulation de fer et lors du stress oxydatif dans le foie. Nous avons aussi examiné la régulation d'un transporteur de fer, ferroportine-1 (FPN-1), en tant que mécanisme de réponse adaptative aux augmentations des taux de fer. Des rats Sprague-Dawley ont été traités avec l'inducteur de l'HO, hémine, ou l'inhibiteur de l'HO, Sn-protoporphyrine IX (SnPPIX), pendant 1 mois. Une portion de tissus hépatiques a été soumise à une analyse par RT-PCR, pour déterminer l'expression génique de HO-1, HO-2 et FPN-1, ainsi qu'à un dosage de l'activité de l'HO. Des tissus inclus en paraffine ont été colorés avec du bleu de Prusse pour visualiser le fer. La concentration hépatique en fer a été mesurée par spectrométrie de masse à plasma induit à haute résolution. La 8-hydroxy-2'-désoxyguanosine (8-OHdG), un marqueur sensible et spécifique des dommages oxydatifs de l'ADN, a été utilisée pour évaluer le stress oxydatif. Le traitement à l'hémine a provoqué une augmentation de l'expression et de l'activité de l'HO en association avec une augmentation de l'accumulation de fer et du stress oxydatif. L'expression de la FPN-1 a aussi été augmentée. Le traitement à la SnPPIX a réduit l'activité de l'HO, les taux intracellulaires de fer et le stress oxydatif comparativement aux valeurs témoins. Nos résultats montrent que l'augmentation de l'activité de l'HO constitue un mécanisme pro-oxydant important induisant une accumulation de fer dans le foie.

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