RÉSUMÉ

Cette revue vise à étudier les propriétés chimiques, médicinales et fonctionnelles de l'Hépcidine. L'Hépcidine (petit peptide bactéricidal) est considérée comme un régulateur vital de l'entrée du fer dans le sang des mammifères. L'Hépcidine, un peptide hormone de 25 acides aminés de long, possède une activité antimicrobienne, en particulier dans l'urine. De plus, de nombreux résultats remarquables ont montré une activité antibactérienne, antifongique et anti-candidale contre des pathogènes résistants à plusieurs médicaments, in vitro. Le centre de sa formation est constitué de cellules du foie (hépatocytes). L'expression de l'Hépcidine est faible lorsque les réserves de fer du corps humain sont insuffisantes.

Mots-clés : Agent antimicrobien, Anémie, Métabolisme du fer, Peptide, Hormone.

Date de soumission : 15.04.2020 Date d'acceptation : 30.07.2020

ABSTRACT

This review aims to study chemical, medicinal and functional properties of Hepcidin. Hepcidin (small bactericidal peptide) is considered a vital regulator of the iron entry in the blood of mammals. Hepcidin, a 25 amino acids long peptide hormone, has antimicrobial activity, especially in urine. Also, many remarkable results exhibited antibacterial, antifungal and anti-candidal activity against multidrug resistance pathogens, in vitro. The central of its formation is cells of the liver (hepatocytes). The expression of Hepcidin is low when iron stores of the human body are insufficient.

Key Words: Antimicrobial agent, Anaemia, Iron metabolism, Peptide, Hormone.

at the N?terminal, the thirty-five aa proregion, and C?terminal twenty or twenty-five aa mature peptide. Prepro-hepcidin is split to sixty aa pro-hepcidin which is further amino?terminally processed and leads for increasing the hepcidin. However, there were 3 hepcidin forms: twenty aa peptide, twenty-two aa peptide, and twenty-five aa peptide. Also, the 3 forms were discoverable in the urine, but just hepcidin?twenty five and hepcidin?twenty were found in serum of human (38). The hepcidin?25aa structure, which is the primary form of the hepcidin, includes eight cysteine residues linked using the bonds of disulfide (25). Moreover, the hepcidin structure analysis using spectroscopy of NMR exhibited that the current forms of peptide the stabilized simple hairpin using 4 bonds of disulfide between the 2 antiparallel strands. The unusual vicinal disulfide bridge present at the hairpin turn very likely plays important active role (20).

The structure of hepcidin was described by NMR solution which firstly recorded by Hunter et al. who showed that the compact fold of it by beta-hairpin loop, and beta-sheet elements (20). Also, from the dynamic signatures, and calculations of structure in the spectrum of NMR, authors assessed the connectivity of disulfide of cysteine3–cysteine6,4, cysteine2–cysteine7, cysteine1–cysteine8 and the rare vicinal disulfide bond at the cysteine4– cysteine5. Another research of the bass hepcidin verified connectivity the same disulfide and detected the same fold mainly (27). Nevertheless, both kinds of research, have been based on the in-complete information of NMR due to resonances from 2 adjacent cysteines (cysteine-14 and cysteine-13) of the hepcidin, weren’t determined, probably because of the exchange broadening. The obtained data of NMR at various temperatures exhibit that the hepcidin shows important conformational dynamics in the solution. The problem that probably occluded last studies of NMR, the presented information here exhibit that these dynamics can be almost completely resolved using temperature variation, yielding 2 distinct hepcidin structures, 1 at 253 K and other at 325 K in the supercooled water, additionally to infer bonds of disulfide from calculations of structure. The argument based on the probabilistic interpretation of data of NMR has been presented, which unequivocally demonstrates the same connectivity as received from the chemical analysis (21).

The synthesis of hepcidin

L'Hépcidine est un peptide composé de vingt-cinq acides aminés et contient quatre ponts disulfure (20) (Figure 1). Ce peptide a été récemment découvert, car il est impliqué dans la régulation du fer, et de nombreux troubles du fer, comme l'anémie ferriprive, l'hémochromatose, l'anémie de maladie chronique et l'anémie inflammatoire. Il possède également une activité antimicrobienne. C'est un élément du système immunitaire inné (8,13,31). L'Hépcidine est synthétisée dans le foie, les reins et dans certains tissus du corps (26).

INTRODUCTION

L'Hépcidine est la protéine codée par le gène HAMP chez les humains. C'est le régulateur clé de l'entrée du fer (Fe) dans le sang des mammifères (12). Pour la première fois, elle a été découverte dans le sérum et l'urine des humains en 2000 (24). Elle a été découverte dans des échantillons de filtrat ultra de sang humain et d'urine comme un petit peptide bactéricidal (défensine et cathelicidine) appelé peptide LEAP-1 (peptides antimicrobiens exprimés par le foie) (5,18). Le terme hépcidine provient du site de synthèse dans les hépatocytes (hep?) et de son efficacité antimicrobienne (?cidin). Elle a une efficacité antibactérienne (Staphylococcus aureus, E. coli, Streptococcus spp. groupe B, Staphylococcus epidermidis) et antifongique (Aspergillus fumigatus, Candida albicans, Aspergillus niger) (36). Cependant, la protéine actuelle est considérée comme l'un des régulateurs clés des niveaux de fer, elle réduit l'absorption du fer par l'entérocyte du duodénum, libérant le fer des macrophages et son passage à travers le placenta (10,40). La formation de l'hépcidine dans l'hépatocyte peut être organisée par une surcharge en fer, des signaux inflammatoires, une anémie accrue, une érythropoïèse et une hypoxie (1).

La composition chimique de l'hépcidine

L'Hépcidine, un peptide hormone de 25 acides aminés de long comme dans la Figure 1, est le régulateur clé de l'homéostasie du fer chez les vertébrés (6). L'expression de l'Hépcidine est faible lorsque les réserves de fer du corps sont insuffisantes, comme en cas d'hypoxie ou d'anémie. La biosynthèse et l'expression de l'hépcidine sont souvent induites par l'inflammation et le chargement en fer (4,30,35).

L'Hépcidine se trouve sous forme de pro-hormone (soixante acides aminés [aa]), prépro-hormone (quatre-vingt-quatre aa) et hormone (vingt-cinq aa). De plus, des métabolites de vingt acides aminés de l'hépcidine se trouvent dans l'urine. La suppression de 5 aa N-terminal entraîne une perte de fonction. La conversion de prohépcidine en hépcidine est assistée par la pro-hormone convertase furine (41). Cependant, la conversion actuelle peut être organisée par l'alpha-1 antitrypsine (33). L'Hépcidine était le poly-peptide étroitement replié avec 32,0 % de caractère de feuillet bêta, et la structure en épingle à cheveux était renforcée par quatre liaisons de type pont disulfure. La structure de l'hépcidine a été caractérisée par la RMN en solution (20). Des études de RMN ont récemment montré un nouveau modèle pour l'hépcidine : à température ambiante, les protéines interconvertissent entre 2 conformations, qui pourraient être séparément établies par une variation de température. La structure de l'hépcidine en solution a été détectée à 253 K et 325 K dans l'eau sur-refroidie. De plus, l'analyse par rayons X pour le cocrystal avec Fab a montré une structure analogue à celle de la RMN à haute température (21). Le gène HAMP (gène de l'hépcidine humaine) était situé sur le chromosome 19q13.1 (24). De plus, il mesurait 2637 pb de long et se composait de 2 introns et 3 exons (34). L'expression du gène HAMP a été déterminée généralement dans le foie, le cerveau, le cœur, la prostate, les poumons, les glandes salivaires, la trachée et les amygdales (25). Le HAMP code le précurseur de l'hépcidine - prépro-hépcidine, qui est une protéine de quatre-vingt-quatre acides aminés comprenant un peptide leader de vingt-quatre aa.

Figure 1. Structures de l'hépcidine humaine.

L'Hépcidine est utilisée pour traiter la surcharge en fer dans l'hémochromatose héréditaire et la bêta-thalassémie. En raison des coûts élevés de l'hépcidine naturelle pour les applications humaines et des caractéristiques pharmacologiques défavorables, Preza et al. (37) ont conçu des dérivés de mini-hépcidine basés sur la mutagenèse de l'hépcidine et la partie de liaison de l'hépcidine de ferroportine et la modélisation informatique de leur docking. Les dérivés de mini-hépcidine ont montré une puissante bioactivité in vitro et in vivo. Cependant, la structure chimique de la mini-hépcidine contient un groupe thiol-cystéine libre au site 7 pour les acides aminés, ce groupe étant critique pour sa bioactivité.

Plusieurs tentatives ont été faites pour préparer l'hépcidine et ses dérivés par (9), l'hépcidine préparée en plus de quatre dérivés de la famille des défensines β (Figure 2), qui contiennent des liaisons disulfure en utilisant la synthèse du peptide en phase solide par le

Figure 2. Alignement de séquence des acides aminés du peptide de LEAP-1/hépcidine, mBD-8, mBD-7, hBD-2 et hBD-1. Les résidus de cystéine formant des liaisons disulfure sont en gras. Le modèle de disulfure pour les défensines β est indiqué.

Ils ont utilisé des vinylsulfures doublement substitués 1,2 comme alternative à la protection, qui peuvent être synthétisés à partir d'alcools insaturés et de cystéines libres non protégées contenues dans le peptide dans des milieux aqueux (Figure 2).

Dans l'ensemble, tous les nouveaux dérivés (Figure 3) ont offert une grande capacité dans le domaine des nanomoles faibles. Fait intéressant, la fabrication chimique du S-substituant n'a pas eu d'effet clair et spécifique sur la bioactivité. Néanmoins, le rôle majeur était le hindrance stérique à compenser. De plus, il existe d'autres effets tels que l'hydrophobicité et la géométrie des substituants du vinyle (11).

Cependant, le groupe thiol n'est pas préféré dans le domaine pharmaceutique en raison des effets secondaires dermatologiques, de plus, ce groupe peut interagir ou s'oxyder selon les conditions des réactifs, pour donner différents dérivés de Cys : disulfures, cystéines S-alkyles, sulfones, sulfoxydes, acides cystéiques et cystéines-sulfinique (37). Par conséquent, pour réduire cette interaction et maintenir l'activité dynamique de la mini-hépcidine, Fung et al. (11) ont stratégiquement protégé le groupe thiol par des thioéthers vinyles activés tout en préservant leur bioactivité.

Figure 3. Les structures générales des analogues PR 73 dérivés de S (11)

La mini-hépcidine contient des acides aminés inhabituels, y compris des acides aminés β-homo (bêta-homo-L-proline (β hPro), bêta-homo-L-phénylalanine (β hPhe)) et 3,3’-diphényl-L-alanine (Dpa).

Les acides aminés inhabituels entraînent un coût élevé de fabrication, surtout en grandes quantités. Ainsi, Kristine Chua et al. (6) ont cherché à limiter l'utilisation d'acides aminés coûteux et inhabituels en utilisant la cyclisation du peptide, les nouveaux mimétiques cycliques de l'hépcidine ayant été synthétisés par la méthode de phase solide (Figure 4).

Les analogues les plus fonctionnels, mHS 26 et mHS 17 (Figure 5) étaient beaucoup moins chers à produire que l'hépcidine mini-prototypique PR 73, néanmoins ils n'exhibent aucune puissance in vivo basée sur une administration équimolaire dans le modèle murin. Revue / Derleme GMJ 2020;

La fonction

L'Hépcidine est l'un des régulateurs du métabolisme du fer. Elle inhibe le transport du fer lors de la liaison au canal d'exportation de fer ferroportine qui est situé sur les surfaces basolatérales de l'entérocyte intestinal et les membranes plasmatiques des cellules réticulo-endothéliales (macrophages). Elle décompose finalement les protéines de transport dans les lysosomes. Les processus d'inhibition de la ferroportine empêchent le fer d'être exporté et le fer est séquestré dans les cellules (16,38). En inhibant la ferroportine, l'hépcidine empêche l'entérocyte de laisser entrer le fer dans le système porte hépatique, réduisant ainsi l'absorption du fer alimentaire. De plus, la libération de fer des macrophages est réduite par l'inhibition de la ferroportine.

Partiellement, l'augmentation de l'efficacité de l'hépcidine est responsable de la disponibilité du fer réduit observée dans l'anémie de l'inflammation chronique comme l'insuffisance rénale (2).

La régulation

L'Hépcidine est codée par le gène HAMP. C'est l'hormone qui organise le métabolisme du fer. C'est le peptide de 25 aa produit par l'interaction des hépatocytes avec la ferroportine présente dans la membrane cellulaire de l'entérocyte, du macrophage et de l'hépatocyte (14). La régulation de l'hépcidine est un processus multifactoriel incluant divers signaux d'inhibition et de stimulation qui, par différentes voies, contrôlent son transcript final (14,22).

L'hépcidine a été organisée par le fer plasmatique à travers un mécanisme de rétroaction qui inclut des capteurs de fer extracellulaires et intracellulaires couplés à 1 ou plusieurs voies de transduction de signal (7). D'autre part, le gène humain ERFE régule la production d'érythroferrone et inhibe l'hépcidine (22).

La sécrétion et la synthèse de l'hépcidine par le foie étaient contrôlées par les réserves de fer dans les macrophages, l'érythropoïèse, l'hypoxie et l'inflammation. Le macrophage communique avec les hépatocytes pour réguler la libération de l'hépcidine dans le sang à travers 8 protéines différentes : protéine d'hémochromatose héréditaire, hémojuveline, BMP 6 (protéine morphogénique osseuse 6), récepteur de transferrine 2, néogénine, matriptase2, transferrine et récepteurs de BMP (42). La vitamine D a montré qu'elle réduisait l'hépcidine, dans des modèles cellulaires examinant la transcription et lorsqu'elle était administrée à fortes doses à des volontaires humains. La fonction optimale de l'hépcidine peut être prédite sur la base de la présence adéquate de vitamine D dans la circulation (3).

Mécanismes chimiques de l'hépcidine

L'Hépcidine est bien connue comme hormone régulatrice du fer. Principalement, l'hépcidine provoque une diminution du fer sérique. Le mécanisme d'activité de l'hépcidine dépend des interactions de l'hépcidine avec la ferroportine. La ferroportine est le seul exportateur de fer cellulaire connu chez les mammifères, qui est exprimé sur les surfaces des macrophages réticulo-endothéliaux, des entérocytes duodénaux, des hépatocytes et des cellules du placenta. L'hépcidine régule l'expression post-traductionnelle de la ferroportine, se lie à la ferroportine et provoque son internalisation et sa dégradation dans l'endolysosome, ce qui bloque à son tour le transport du fer via la ferroportine. Lorsque les réserves de fer sont élevées ou adéquates, l'augmentation de l'expression de l'hépcidine inhibe l'absorption du fer intestinal, la libération du fer recyclé des macrophages et son transport à travers le placenta. D'autre part, lorsque les réserves de fer sont faibles, la production d'hépcidine est supprimée. En modulant l'expression de l'hépcidine, les organismes peuvent contrôler le niveau de fer dans le plasma et maintenir l'homéostasie du métabolisme du fer (30) comme dans la Figure 6.

En l'absence de mécanismes d'excrétion contrôlés, la régulation des niveaux de fer dans le corps se fait généralement par son absorption via les épithéliums duodénaux. Le processus d'absorption du fer intestinal comprend 3 étapes successives : l'absorption du fer depuis la lumière intestinale ; la phase intracellulaire, dans laquelle le fer se lie aux composants cytosoliques ; et l'étape de transfert, dans laquelle le fer sort des cellules dans le plasma sanguin (32).

Figure 6. Régulation et circulation du fer dans le corps humain

Activité antimicrobienne de l'Hépcidine

L'Hépcidine possède des activités antibactériennes et antifongiques. Elle inhibe la croissance de bactéries positives et négatives comme Staphylococcus aureus, Aeromonas hydrophila et Escherichia coli (23). L'Hépcidine a significativement exhibé la croissance d'Aeromonas sobria (17), E. coli (17,19,23,29), Bacillus subtilis (17), S. aureus (17,23,28), Pseudomonas aeruginosa (28), Acinetobacter baumanni, Stenotrophomonas maltophilia, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecium (28), Edwardsiella tarda (29), Aeromonas hydrophila (23,29,39), et Streptococcus iniae (39). De plus, l'hépcidine a montré une activité antifongique contre Aspergillus fumigatus, Aspergillus niger et a montré une activité anti-candidale contre Candida albicans (36), et Candida glabrata (15).

CONCLUSION

L'Hépcidine (petit peptide bactéricidal) est considérée comme un régulateur vital de l'entrée du fer dans le sang des mammifères. L'Hépcidine, un peptide hormone de 25 acides aminés de long, possède une activité antimicrobienne, en particulier dans l'urine. De plus, de nombreux résultats remarquables ont montré une activité antibactérienne, antifongique et anti-candidale contre des pathogènes résistants à plusieurs médicaments, in vitro. Le centre de sa formation est constitué de cellules du foie (hépatocytes). L'expression de l'Hépcidine est faible lorsque les réserves de fer du corps humain sont insuffisantes.

Conflit d'intérêts

Aucun conflit d'intérêts n'a été déclaré par les auteurs.

RÉFÉRENCES

1.Arruda S, de Almeida SE, de Valência F. La carence en vitamine A augmente l'expression de l'hépcidine et le stress oxydatif chez le rat. Nutrition. 2009; 25: 472–8.

2.Ashby D, Gale D, Busbridge M, Murphy K, Duncan N, Cairns T, Taube D, Bloom S, Tam F, Chapman R, Maxwell P, Choi P. Les niveaux d'hépcidine plasmatique sont élevés mais réactifs à la thérapie par érythropoïétine dans les maladies rénales. Kidney Int. 2009; 75(9): 76–81.

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