Eritropoetina

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Estructura de l'eritropoetina

L'eritropoetina (del grec erythros 'vermell' (glòbuls vermells) i poiein ‘que facilita la creació’) és una citocina de naturalesa glicoproteica que estimula la producció d'eritròcits i és el principal agent estimuladors de l'eritropoesi natural. A més d'aquesta té altres funcions com la resposta del cervell al dany a les neurones i està implicada en el guariment de ferides.[1] també està involucrada en en el guariment de les ferides.[2]

La producció d'eritropoetina s'estimula per la reducció de tensió d'oxigen als texits i es produïda en un 85-90% pel ronyó i en 10-15% per altres teixits com l'hepàtic i el nerviós.[3]

L'absència d'eritropoetina provoca debilitat muscular i disminueix notablement la resistència a l'exercici físic. Altres símptomes són hipertensió, cansament i aparició d'anèmia.

S'utilitza, principalment, com a tractament per a anèmies degudes a patologies al ronyó i al càncer, pacients amb sida i trasplantaments de medul·la òssia.[4]

Es utilitzada també com a substància dopant ja que estimula la producció de glòbuls vermells i permet incrementar la resistència a l'exercici físic dels esportistes augmentant la capacitat de transport d'oxigen.

Història[modifica | modifica el codi]

A mitjans del segle XIX es comença a estudiar el paper de la sang en el transport d'oxigen i al 1862, Hoppe-Seyler observa que l'oxigen s'uneix als eritròcits mitjançant la hemoglobina. Primer Viandt (1890) i després Muntz (1891) van observar que el cos estimulava la producció de glòbuls vermells en poblacions situades a gran altitud (baixa pressió parcial d'oxigen). Aquestes observacions van portar a l'acceptació de la relació entre glòbuls vermells i altura.

Al 1893 Meischer va suposar que la baixa pressió parcial de l'oxigen estimulava per si mateixa la formació de les cèl·lules de la sang.

Al 1906 Carnot i Deflandre observen que el sèrum d'animals anèmics estimula la hematopoesi en animals sans. Plantejaren la hipòtesi que un factor humoral era el responsable de la formació dels components de la sang i posaren en dubte la hipòtesi sobre la pressió atmosfèrica. Aquests resultats van ser difícils de repetir i es van arribar a posar en dubte.[5]

Al 1948 els nefròlegs Bonsdorfl i Jalavisto són els primers en utilitzar el nom EPO per a anomenar l'hormona que es forma en mamífers en situacions d'hipòxia.[6]

Al 1950 Reissmann fa un pas endavant en la investigació i demostra la regulació humoral de l'eritropoesi, confirmant les hipòtesis de Carnot i Deflandre. L'experiment consisteix a connectar els sistemes circulatoris de dos ratolins, i induir una situació d'hipòxia a un d'ells, i mantenir l'altre normal. En aquest cas els dos ratolins augmenten els seus glòbuls vermells, demostrant que l'estimulant es troba a la sang.[7]

Al 1953 Erslev publica els primers articles científics on es prova sense dubte l'existència de l'eritropoetina i aprofundeix en la seva fisiologia, descobrint que actua sobre els precursors ertitroides.[8]

Al 1957 Leon Jacobson i el seu equip demostren que rates nefrotomizades no produeixen EPO en resposta a la hipòxia, i suggereixen que aquesta es produïa pels ronyons.

Al 1983 FU-Kuen Lin identifica el gen de l'EPO humana, i l'any següent (1984) Sylvia Lee-Huang informa de la clonació i expressió del gen de l'EPO humana recombinant (rhEPO) en bacteris i al 1985 en mamífers.[9]

Estructura química[modifica | modifica el codi]

Images estructura EPO

L'eritropoetina (EPO) és una glicoproteïna formada per una cadena d'uns 165 monòmers d'aminoàcids no ramificats amb un pes d'uns 34kD. La proteïna té 4 punts de glicosilació que es distribueixen en tres asparagines (Asp) que formen enllaços N-glicosídics en els aminoàcids 24, 38 i 83, i una serina (Ser) que forma un enllaç O-glicosídic en l'aminoàcid numero 126. El pes molecular dels hidrats de carboni representa el 40% de la glicoproteïna i el dels aminoàcids un 60%. Les ramificacions glicídiques estan formades per manoses, galactoses, n-acetilglucosamina, n-acetilgalactosamina, àcid siàlic i fucosa. L'àcid siàlic és terminal i dificulta que la molècula sigui incorporada i catabolizada pel fetge. L'estructura dels sucres presenta una petita variabilitat.

La cadena presenta dos ponts disulfur entre quatre cisteïnes, un entre les 7-131 que li proporciona una forma circular, i un altre en les cisteïnes 29-33. Aquests ponts són imprescindibles per a l'activitat biològica de l'EPO.

La unió de molècules de eritropetina formen cadenes hèlix-α, amb una estructura terciària formada per quatre hèlix α antiparal·leles.[10][11]

Biosíntesi[modifica | modifica el codi]

L'eritropoetina se sintetitzada en primer terme en el fetge, quan s'és un fetus, i immediatament després del naixement, la producció es desplaça als ronyons. Actualment amb proves moleculars del mRNA de l'EPO s'ha determinat que se sintetitza en l'endoteli dels capil·lars situats al voltant dels canals nefrítics.

La síntesi d'eritropoetina es regulada pel nivell de transcripció del gen exclusivament ja que no s'emmagatzema sinó que és secretada directament. El gen de l'Epo (2.2kb, 5 exons i 4 introns) es troba al cromosoma 7 locus 7q21-7q22. Aquest gen codifica una proteïna precursora de l'EPO de 196 aminoàcids. El precursor patirà dues modificacions posttraduccionals abans de convertir-se en eritropoetina. Primer, el pèptid senyal de 26 aminoàcids del N-terminal se suprimit i, després, l'arginina de l'extrem C-terminal és eliminada per una carboxipeptidasa la proteïna resultant serà l'eritropoetina.

La hipòxia és la causa més evident d'activació del gen de l'EPO. Aquesta activació depèn d'una seqüència potenciadora, "sensible a la hipòxia" que es troba a l'extrem 3’ del gen. Aquesta respon al factor induït per hipòxia-1 (HIF-1, per les inicials en anglès). L'HIF-1 és un heterodímer compost per subunitats α i β. El factor α, en situació d'hipòxia passa del citoplasma al nucli, i enllaçant-se al factor β formen el HIF-1. A una distància de 120 parells de bases en direcció 3’ del gen de l'EPO es troba una zona enhancer que controla l'expressió del gen de l'EPO induït per hipòxia. Serà en aquesta zona on s'unirà l'heterodímer (HIF-1) amb altres proteïnes formant un complex regulador del promotor de transcripció.

Si no hi ha hipòxia, el sensor d'O2, una prolinhidroxilasa, hidrolitzarà el factor α que impedirà que s'uneixi formant HIF-1,i per tant, no es produirà l'efecte promotor sobre el gen de l'EPO.[12]

Mecanisme d'acció[modifica | modifica el codi]

L'EPO regula el nombre d'eritròcits circulants a la sang, aquest control no el fa influint en la formació dels progenitors hematopoètics, sinó influint en la correcta maduració i proliferació d'aquests. En absència d'EPO les proteïnes BcL-XL mostren una expressió desregulada, que porta a l'apoptosi precoç dels precursors hematopoètics. En presencia d'EPO la porteina BcL-XL s'expressarà de manera correcta eliminant el factors que inhibien la diferenciació cel·lular.

Per dur a terme aquesta funció la molècula d'EPO s'uneix als seus receptors específics (EPO-R). Aquests receptors es troben en grans densitats en cèl·lules immadures i van disminuint durant la diferenciació cel·lular. El EPO-R és una proteïna de 508 aminoàcids i 66-78 kDa de pes. Té diferents regions: una porció extracel·lular, una regió transmembrana i una regió intracel·lular. Quan l'EPO s'uneix al seu receptor el receptor és dimeritzat. La regió transmembrana està implicada en la formació de proteïnes constitutivament actives que depenen de la unió entre el receptor i el lligand. Per últim, la regió intracel·lular (236 aminoàcids), amb dos dominis funcionals diferenciats (box-1 i box-2), és necessària per iniciar la cascada de senyalitzacions intracel·lulars que portaran a la maduració de la cèl·lula.[9]

EPO recombinant[modifica | modifica el codi]

Història[modifica | modifica el codi]

Al 1978, Miyake i Goldwasser van aïllar i purificar EPO humana a partir de l'orina de pacients amb anèmia aplàstica. Aquests van determinar que es tractava d’una glicoproteïna formada per 165 aminoàcids i un 40% d’hidrats de carboni.[13]

La identificació de la seqüència d'aminoàcids i posteriorment la identificació del gen va portar al 1983 a la seva clonació en cèl·lules d'ovari de hàmster per Lin et al.

Al 1985 ja es produïa massivament epoietina α, la primera eritropoietina recombinant humana (rHu-EPO), immunològicament i bioquímicament equivalent a l'EPO endògena.

Al 1989 es va sintetitzar l'epoietina β, amb idèntica seqüència d'aminoàcids que l'epoietina α i l'EPO endògena però amb diferent configuració de les cadenes de sucres que la conformen. Aquesta diferència li dóna unes característiques farmacocinètiques i d'eficàcia lleugerament diferents. Es comú trobar-se amb la denominació rHu-EPO per identificar tant a l'epoietina α com l'epoietina β.

Al 1995 es va sintetitzar la darbepoietina α. Aquesta presenta diferències estructurals respecte a l'EPO endògena i la rHu-EPO. En concret varia en 5 dels 165 aminoàcids a més d'importants diferències en el nombre i l'estructura de les cadenes de sucres. Encara que comparteixen el mateix mecanisme d'acció (estimulació de l'eritropoiesis mitjançant la unió al receptor de l'eritropoietina EPO-R) té una farmacocinètica i una efectivitat diferent.

Estructura química[modifica | modifica el codi]

La rHu-EPO és una glicoproteïna de 34kDa, constituïda per una cadena de 165 aminoàcids i amb un 39% de la seva massa formada per hidrats de carboni. La seva estructura química és idèntica a l'EPO endògena, només diferenciant-se per les cadenes de sucres que l'acompanyen. L'epoietina α i l'epoietina β (rHu-EPO les dues) es diferencien exclusivament per les cadenes de sucres que l'acompanyen.

La darbepoietina α és una glicoproteïna de 37,1kDa, constituïda també per 165 aminoàcids i amb un 52% de la seva massa formada per hidrats de carboni. Es diferencia de l'EPO endògena i de la rHu-EPO en 5 aminoàcids diferents, modificats per mutagènesi dirigida. A més, es diferencia també en les cadenes de sucres que l'acompanyen, amb una proporció major d'àcid siàlic.

Mecanisme d'acció[modifica | modifica el codi]

La rHu-EPO actua principalment a les cèl·lules progenitors eritroides de la medul·la òssia, tant a les cèl·lules BFU-E (unitats formadores de brots eritroides), com a les CFU-E (unitats formadores de colònies eritroides). A l'igual que l'EPO endògena, actua unint-se als receptors EPO-R d'aquestes, induint la seva dimerització.

La darbepoietina α també actua amb el mateix mecanisme que l'EPO endògena però s'ha observat en cultius in Vitro una afinitat menor pel EPO-R en les cèl·lules progenitores eritroides, degut principalment a la seva major càrrega negativa. La seva especificitat es la mateixa i la seva semivida plasmàtica és major, compensant la menor afinitat pels EPO-R, donant-li una activitat in vivo major.

L'efecte tant de la rHu-EPO com de la darbepoietina α és el mateix que el que produeix l'EPO endògena.

Farmacocinètica[modifica | modifica el codi]

Absorció[modifica | modifica el codi]

La rHu-EPO (en concret, l'epoietina α) s'absorbeix ràpida i completament per via intravenosa. Després d'administrar una dosi de 150 U/kg en pacients en hemodiàlisi s'ha observat una semivida de 8 a 10 hores. Per via subcutània presenta una absorció més lenta, no arribant a assolir la màxima concentració fins passades 5-18 hores. La seva biodisponibilitat va del 21% al 49%.[14]

La darbepoietina α s'administra tant per via intravenosa com subcutània. En pacients en hemodiàlisi s'acostuma a administrar per via intravenosa i per via subcutània normalment la resta. La dosi administrada en ambdues vies acostuma a ser similar encara que l'absorció subcutània és bastant més lenta, assolint la màxima concentració passades 24-72 hores.

La diferència entre els temps d'absorció de la rHu-EPO i la darbepoietina α és degut principalment al major contingut d'àcid siàlic d'aquesta última. Això fa que trigui entre 3 i 5 vegades més temps per assolir concentracions plasmàtiques eficaces però també permet que s'elimini més lentament del plasma i per tant tingui una semivida major.

Distribució[modifica | modifica el codi]

Diversos estudis mostren que després de l'administració intravenosa d'epoietina α el volum de distribució en voluntaris sans és de 90 ml/kg, 41 ml/kg en pacients en prediàlisi i 33 ml/kg en pacients en hemodiàlisi. Aquests valors varien lleugerament en funció de l'estudi de referència. Estudis en voluntaris sans amb epoietina β donen resultats similars, amb un volum de distribució de 40 a 90 ml/kg.

S'ha observat que les rHu-EPO es distribueixen especialment al plasma i òrgans molt irrigats, com la melsa, ronyons, fetge i medul·la òssia.

Estudis cinètics amb darbepoietina α mostren que aquesta es distribueix principalment al compartiment central, essent el seu volum de distribució molt similar al del volum plasmàtic, al voltant dels 52ml/kg. Aquests resultats mostren que la distribució extravascular de la darbepoietina α es limitada, degut a les majors cadenes de sucres associades a la molècula.[14]

Eliminació[modifica | modifica el codi]

Els grups d’hidrats de carboni que acompanyen tant a les rHu-EPO com a la darbepoietina α les protegeixen d’una ràpida eliminació.

Estudis realitzats amb voluntaris sans mostren que l’epoietina α s’elimina del plasma seguint una cinètica biexponencial quan és administrada a dosis baixes. En canvi, mostra una cinètica monocompartimental (lineal) a dosis altes.

La rHu-EPO es metabolitza al fetge, per via de la desialització. Estudis realitzats amb voluntaris sans mostren que només el 10% de la dosi s’elimina inalterat per l'orina. L’eliminació renal és d’un 2%, pràcticament despreciable.[15]

Usos terapèutics[modifica | modifica el codi]

L'EPO es fa servir en el tractament de l'anèmia resultat de la malaltia crònica del ronyó i la mielodisplàsia resultat del tractament del càncer (quimioteràpia i radiació), en les transfusions al·logèniques en pacient quirúrgics, anèmia del prematur i pacients VIH positius amb eritropoesi deficient.

S'utilitza també en el tractament d'anèmies ferropèniques greus en pacients amb intolerància als preparats amb ferro, dificultats per l'administració oral o IM i sagnats persistents d'abordatge complicat i difícil compensació.

També es mostra eficaç en front altres malalties com l'atac de cor o inclús en el tractament de l'esquizofrènia.[16]

Formes disponibles en biomedicina[modifica | modifica el codi]

EPO en dopatge[modifica | modifica el codi]

En els esports de resistència com el ciclisme curses, triatló etc. es va usar molt l'EPO en la dècada de 1990 fins que es va poder detectar en les anàlisis a partir de l'any 2000 pel laboratori nacional francès anti-doping (LNDD) i homologat per la World Anti-Doping Agency (WADA). Es va detectar també en els jocs olímpics d'hivern del 2002 a Salt Lake City[17] i en la xarxa de dopatge liderada pel doctor Eufemiano Fuentes desarticulada en l'Operació Port en 2006.[18][19]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Siren AL et al.. «Erythropoietin prevents neuronal apoptosis after cerebral ischemia and metabolic stress». Proc Natl Acad Sci USA, 98, 7, 2001, pàg. 4044–4049. DOI: 10.1073/pnas.051606598. PMC: 31176. PMID: 11259643.
  2. Haroon ZA, Amin K, Jiang X, Arcasoy MO. «A novel role for erythropoietin during fibrin-induced wound-healing response». Am. J. Pathol., 163, 3, September 2003, pàg. 993–1000. PMC: 1868246. PMID: 12937140.
  3. BERG, TYMOCZKO, STRYER (2007). Bioquímica. Barcelona. Reverté
  4. HILLMAN, S., AULT, A. Hematologia en la practica clínica, p50-51 (BE 616.15 HIL)
  5. CARNOT,P.,DEFLANDRE, CL.,(1906) Sur l'activité hémopoetique du serum au cours de la régéneration du sang. C R Acad Sci Paris
  6. BONSDORFF, E., JALAVISTO, E., (1948) A humoral mechanism in anoxic erythrocytosis. Acta Physiol Scand
  7. REISSMAN, KR.,(1950) Studies on the mechanism of erythropoietic stimulation in parabiotics rats during hypoxia. Blood
  8. Erslev, A,.(1953) Humoral regulation of red cell production. Blood
  9. 9,0 9,1 ALEGRE, A., GARCÍA-SANZ, R., GIRALDO, P., REMACHA, A.F., DE LA RUBIA, J. I STEEGMANN, J.L. (2005). Eritropoyetina en Hematologia. Madrid. Médica Panamericana
  10. IOZZO, R., (1999) The biology of small leucine-rich proteoglycans: Funcional network of interactive proteins
  11. SYTKOWSKI, A.J.(2004). Erythropoietin. Weinheim. Wiley-vch verlag GmbH & Co. KGaA.
  12. MENDOZA, P., Farmacología mèdica p 909-910
  13. Goldwasser E.: Erythropoietin. Blut 1976;33:135-140
  14. 14,0 14,1 BOKEMEYER, C,. AAPRO, MS,. COURDI, A et al.(2004) EORTC gidelines for the use of erithropoyetic proteins in anaemic patients with cancer. EUR J CANCER 40:2201-16
  15. CHEUNG, WK., GOON, BL,. GUILFOYLE, MC., WACHOLTZ, MC,. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of recominant human erythropoietin after single and multiple subcutaneous doses to healthy subjects. Clin Pharmacol Ther. 1998;64:412-23
  16. Ehrenreich H, Degner D, Meller J, et al.. «Erythropoietin: a candidate compound for neuroprotection in schizophrenia» (PDF). Molecular psychiatry, 9, 1, January 2004, pàg. 42–54. DOI: 10.1038/sj.mp.4001442. PMID: 14581931.
  17. Steeg JL. «Catlin has made a career out of busting juicers - USATODAY.com». , 2007-02-28 [Consulta: 31 març 2009].
  18. «Informe de la Guàrdia Civil (Capítol II)». Cadena SER, 12 de juliol de 2006. [Consulta: 12 de març de 2009].
  19. Plantilla:Citar weburl=http://www.cadenaser.com/articulo/deportes/ciclismo/operacion/puerto/informe/guardia/civil/capitulo/iii/csrcsrpor/20060714csrcsrdep 9/tes/

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

  • Takeuchi M, Kobata A. «Structures and functional roles of the sugar chains of human erythropoietins.». Glycobiology, 1, 4, 1992, pàg. 337–46. DOI: 10.1093/glycob/1.4.337. PMID: 1820196.
  • Semba RD, Juul SE. «Erythropoietin in human milk: physiology and role in infant health.». Journal of human lactation : official journal of International Lactation Consultant Association, 18, 3, 2002, pàg. 252–61. PMID: 12192960.
  • Ratcliffe PJ. «From erythropoietin to oxygen: hypoxia-inducible factor hydroxylases and the hypoxia signal pathway.». Blood Purif., 20, 5, 2003, pàg. 445–50. DOI: 10.1159/000065201. PMID: 12207089.
  • Westenfelder C. «Unexpected renal actions of erythropoietin.». Exp. Nephrol., 10, 5-6, 2003, pàg. 294–8. DOI: 10.1159/000065304. PMID: 12381912.
  • Becerra SP, Amaral J. «Erythropoietin--an endogenous retinal survival factor.». N. Engl. J. Med., 347, 24, 2002, pàg. 1968–70. DOI: 10.1056/NEJMcibr022629. PMID: 12477950.
  • Genc S, Koroglu TF, Genc K. «Erythropoietin and the nervous system.». Brain Res., 1000, 1-2, 2004, pàg. 19–31. DOI: 10.1016/j.brainres.2003.12.037. PMID: 15053948.
  • Fandrey J. «Oxygen-dependent and tissue-specific regulation of erythropoietin gene expression.». Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 286, 6, 2004, pàg. R977–88. DOI: 10.1152/ajpregu.00577.2003. PMID: 15142852.
  • Juul S. «Recombinant erythropoietin as a neuroprotective treatment: in vitro and in vivo models.». Clinics in perinatology, 31, 1, 2004, pàg. 129–42. DOI: 10.1016/j.clp.2004.03.004. PMID: 15183662.
  • Buemi M, Caccamo C, Nostro L, et al.. «Brain and cancer: the protective role of erythropoietin.». Med Res Rev, 25, 2, 2005, pàg. 245–59. DOI: 10.1002/med.20012. PMID: 15389732.
  • Sytkowski AJ. «Does erythropoietin have a dark side? Epo signaling and cancer cells.». Sci. STKE, 2007, 395, 2007, pàg. e38. DOI: 10.1126/stke.3952007pe38. PMID: 17636183.
  • Robert S. Hillman, Kenneth A. Ault, Henry M. Rinder. «Hematología en la práctica clínica». Lange, 2006, 2006.
  • Alegre A., García-Sanz R., Giraldo P.,. «Eritropoyetina en Hematología». Fundación Leucemia y linfoma, 2005.

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Eritropoetina