Laboratoire
d’homéostasie du fer
Manuela M. Santos, Ph.D.
Professeure/Chercheure
Agrégée
Département de
Médecine
Faculté de Médecine
Université de Montréal
Centre de recherche
du CHUM, Hôpital Notre-Dame
Institut du Cancer
de Montréal
Pavillon De Sève porte Y-5625
2099 rue Alexandre De Sève,
Montreal, Quebec, Canada, H2L 4M1
Téléphone: (514)-890-8000 #28928 (bureau) 28936 (labo)
Télécopie: (514)-412-7661
Courriel : manuela.santos@umontreal.ca
Membres du laboratoire
Dongmei Wang dongmeib@gmail.com
Sanae Medelci sanae.medelci@umontreal.ca
Hua Huang hua.hunag@umontreal.ca
Intérêts de recherche
Le fer, un
métal de transition, est nécessaire à la survie de presque tous les organismes
vivants. Sa caractéristique la plus utile est sa capacité d’exister dans deux
différents états redox et par conséquent, de catalyser de nombreuses réactions
biochimiques fondamentales. Paradoxalement, ces mêmes propriétés deviennent
dangereuses lorsque le fer ionique accélère la formation de radicaux libres.
Par conséquent, l’homéostasie du fer est strictement régulée. Cette régulation
vise à fournir suffisamment de fer pour répondre aux besoins corporels (à
toutes les cellules, et notamment aux érythrocytes, pour la fixation de
l’oxygène), tout en prévenant sa toxicité en l’entreposant de manière
sécuritaire dans des molécules spécialisées. Notre recherche vise à comprendre
la façon par laquelle cellules et les organismes régulent leur contenu en fer
et la manière dont les tissus distincts coordonnent la distribution du fer,
dans des cas pathologiques ou non. Parce que le fer est un facteur limitant la
croissance, nous aimerions particulièrement élucider les mécanismes que l’hôte,
les microorganismes et les cellules tumorales ont développés afin d’entrer en
compétition pour la captation du fer.
Compétition
pour les sources de fer : pour se procurer ce métal essentiel,
les microorganismes, l’hôte et les cellules tumorales utilisent différentes
molécules pour capturer le fer. Ces derniers sont capables de lier le fer avec
avidité (p. ex. les sidérophores, la transferrine et la lactoferrine)
et sont ensuite captés par des récepteurs spécifiques.
Projets en cours :
Le gène impliqué dans l’hémochromatose
héréditaire, HFE, entant que gène modificateur dans le cancer de l’ovaire
L’objectif de ce projet repose sur le fait que les cellules cancéreuses
nécessitent plus de fer que les cellules normales afin de maintenir une
prolifération rapide. En fait, les cellules cancéreuses présentent des niveaux
élevés du récepteur de la transferrine, un constituant de la voie cellulaire
principale de transport du fer, et elles internalisent très rapidement le fer
de la transferrine. Le fonctionnement du récepteur de la transferrine est
régulé par une protéine semblable au complexe majeur d’histocompatibilité (MHC)
de classe I, codé par le gène HFE, qui,
lorsque mutée, peut causer l’hémochromatose héréditaire. L’hémochromatose
héréditaire est un des troubles génétiques les plus fréquents qui peut
causer une surcharge corporelle massive de fer si non traitée. Nous examinons
la fréquence des mutations somatiques et germinales du gène HFE dans le cancer
de l’ovaire bénin, malin et celui à la limite de la malignité. De plus, nous
produisons des lignées cellulaires du cancer de l’ovaire qui expriment le gène
HFE de type sauvage et muté dans le but d’étudier leur effet sur la
prolifération des cellules cancéreuses ovariennes, la réponse aux produits
chimiothérapeutiques et la tumorigénécité.
Financé par : l’Institut du cancer de Montréal
Le gène HFE comme modificateur génétique
de la toxicité des médicaments
La doxorubicine, un
antibiotique de type anthracycline, est un médicament d’usage répandu qui est
très efficace contre le cancer, mais qui a un inconvénient majeur :
son effet secondaire cardiotoxique. La cardiotoxicité de la doxorubicine semble
être liée à des changements importants du métabolisme du fer, auxquels les
cardiomyocytes semblent être plus sensibles. Nous avons trouvés que les souris
qui présentent une insuffisance de HFE et qui développent une surcharge de fer
sont plus susceptibles de développer des dommages cardiaques provoqués par la doxorubicine.
Dans le cadre de ce projet, nous testons plusieurs médicaments pour voir s’ils
peuvent réduire la surcharge de fer dans le coeur et ainsi, être efficaces pour
protéger le coeur contre la toxicité de la doxorubicine.
Financé par : la Société de
recherche sur le cancer et l’Alliance
canadienne pour la recherche sur le cancer du sein
Doxorubicine
Le
rôle de la lipocaline 2 dans le métabolisme du fer
La lipocaline 2
(Lcn2), aussi connue sous le nom de lipocaline associée au gélatinase de neutrophile,
est un petit peptide antimicrobien qui lie des sidérophores, (de petites
molécules synthétisées par les bactéries et les champignons) qui ont une haute
affinité pour le fer et qui transportent les complexes sidérophore-fer dans des
cellules. En utilisant des analyses de micropuces, nous avons déterminé que
Lcn2 fait parti des gènes qui subissent une induction importante dans le foie
des souris adultes dont le métabolisme du fer est modifié. Dans le cadre de ce
projet, nous examinons les activités de ce peptide antimicrobien chez les
souris dont le gène Lcn2 a été inactivée (souris knock‑out pour Lcn2) et
celles dont Lcn2 et le HFE ont été inactivés.
Financé par : le Conseil de recherches en sciences naturelles et en
génie du Canada
Le
métabolisme du fer et les interactions du système immunitaire
On
reconnaît la régulation croisée entre le métabolisme du fer et le système
immunitaire par : 1) le degré élevé d’homologie partagée entre les
nombreux gènes liés au métabolisme du fer et ceux associés à la résistance aux
agents pathogènes et à la reconnaissance immunitaire; 2) la régulation de gènes
liés au fer par des médiateurs immunitaires; et 3) l’activité antimicrobienne
des protéines liant le fer et des régulateurs de fer. Dans le cadre de ce projet,
nous examinons la régulation croisée entre
le métabolisme du fer et le système immunitaire, les mécanismes que l’un
utilise pour réguler l’autre, ainsi que les conséquences biologiques de telles
interactions. Ainsi, d’une part, nous étudions la façon dont les
composantes immunitaires contrôlent les
protéines liées au fer et les régulateurs de fer, et d’autre part, nous
examinons l’effet que les gènes liés au fer ont sur les réponses immunitaires
et la manière dont ils les modifient. Une partie de ce projet vise à identifier
les éléments et les voies de signalisation qui font le lien entre le métabolisme du fer et le système immunitaire
innée et adaptif.
Financé par : les Instituts de recherche en santé du Canada et
Fonds de la recherche en
santé
Publications sélectionnées
Constante M*, Jiang W*, Wang D, Raymond VA, Bilodeau M, Santos MM. Distinct requirements for Hfe in basal and induced hepcidin levels in
iron overload and inflammation. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol
(2006) 291:G229-37 Article PDF 
Maciel P, Constante M, Costa MC, Magalhaes P, Ferreirinha
F, Sequeiros J, Santos MM. Neuroferritinopathy: a novel missense mutation in the FTL gene associated
with early-onset bilateral pallidal involvement. Neurology
(2005) 65:603-605 Article PDF
Makui H, Soares RJ, Jiang W, Constante M, Santos MM. Contribution of Hfe expression in macrophages to the regulation of
hepatic hepcidin levels and iron loading. Blood
(2005) 106:2189-2195 Article PDF
Miranda CJ, Makui H, Soares RJ,
Andrews NC, Santos MM. Contributions of b2-microglobulin-dependent
molecules and lymphocytes to iron regulation: insights from HfeRag1-/- and b2mRa1g-/-
double-knockout mice. Blood
(2004) 103:2847-2849 Article PDF
Miranda CJ, Soares RJ, Makui H, Bilodeau M, Mui J, Vali H., Bertrand R,
Andrews NC, Santos
MM. Hfe deficiency increases susceptibility to cardiotoxicity and exacerbates
changes in iron metabolism induced by doxorubicin. Blood
(2003) 102:2574-2580 Article
PDF
Santos MM, De Sousa M, Clevers
H, Rademakers LHPM, Marx JJM, Schilham MW. Iron overload
and heart fibrosis in mice deficient for both b2-microglobulin and Rag1. Am
J Pathol (2000) 157:1883-1892 Article PDF
Santos M, Clevers H, De Sousa
M, Marx JJM. Adaptive response of iron
absorption to anaemia, increased erythropoiesis, iron deficiency and iron
loading in b2-microglobulin knockout mice. Blood
(1998) 91:3059-3065 Article
PDF
Santos M, Schilham MW, Rademakers LHPM, Marx JJM, De Sousa M, Clevers
H. Defective iron homeostasis in b2-microglobulin knockout
mice recapitulates Hereditary Hemochromatosis in man. J
Exp Med
(1996) 184:1975-1985 Article PDF
Liens
Faculté de médicine
Faculté
des études supérieures
Iron homeostasis laboratory
Manuela M. Santos, Ph.D.
Associate Professor
Department of Medicine
Faculty of Medicine
University of Montréal
Research Center CHUM, Notre-Dame Hospital
Montreal Cancer
Institute
Pavillon De Sève porte Y-5625
2099 rue Alexandre De Sève,
Montreal, Quebec,
Canada, H2L 4M1
Phone:
(514)-890-8000 #28928 (office) 28936 (lab)
Fax:
(514)-412-7661
E-mail: manuela.santos@umontreal.ca
Lab members
Dongmei Wang dongmeib@gmail.com
Sanae Medelci sanae.medelci@umontreal.ca
Hua Huang hua.hunag@umontreal.ca
Research
interests
Iron, a transition metal, is
required for survival by practically all living organisms. Its most useful
characteristic is the ability to exist in 2 different redox states and thus to
catalyze many fundamental biochemical reactions. Paradoxically, these same
properties become hazardous when ionic iron accelerates the formation of free
radicals. Consequently, iron homeostasis is tightly regulated. This regulation
aims at providing sufficient iron for body needs (to virtually every cell and,
in particular, erythrocytes – for oxygen fixation) and, at the same time,
avoiding its toxicity through safe storage in specialized molecules. Our research aims at understanding
how cells and organisms regulate their iron content, and how distinct tissues
coordinate iron distribution, in both health and disease. Because iron is a
growth-limiting factor, we are particularly interested in unraveling the
mechanisms developed by the host, microorganisms and tumor cells to compete for
iron.
Competition for iron sources: to get hold of this essential metal,
microorganisms, host and tumor cells utilize a diverse assortment of
iron-capturing tools that are capable of binding iron with avidity (e.g.
siderophores, transferrin and lactoferrin) and that are then uptaken through
specific receptors.
Ongoing projects:
The hereditary hemochromatosis gene, HFE, as a modifier factor in ovarian cancer
The rationale for this project is that
cancer cells need more iron than normal cells to sustain rapid proliferation. In
fact, cancer cells express high levels of transferrin receptor, a component of
the main cellular iron-uptake pathway, and internalize iron from transferrin at
a very high rate. Transferrin receptor function is regulated by a major
histocompatibility complex (MHC) class I-like protein, encoded by the HFE gene which, when mutated, may cause hereditary
hemochromatosis. Hereditary hemochromatosis is one of the most frequent genetic
disorders that, if left untreated, may result in massive body iron overload. We
are investigating the frequency of germline and somatic HFE mutations in benign, borderline and malignant ovarian cancer.
In addition, we are generating ovarian cancer cell lines expressing wild-type
and mutated HFE to study their impact on ovarian cancer cell proliferation, the
response to chemotherapeutic drugs and tumorigenicity.
Funded by: Institut du cancer de Montréal
HFE as a genetic modifier of drug toxicity
Doxorubicin,
an anthracycline antibiotic, is a widely-used, very effective anticancer drug,
but has an important limitation – its cardiotoxic secondary effect. Doxorubicin
cardiotoxicity seems to be related to significant changes in iron metabolism,
to which cardiomyocytes seem to be more susceptible. We found that mice
deficient in HFE, which develop iron overload, are more susceptible to
doxorubicin-induced cardiac damage. In this project, we are testing several
drugs to see whether they can reduce iron loading in the heart, and therefore
be effective in protecting the heart from doxorubicin toxicity.
Funded by: Cancer Research Society et Canadian Breast Cancer Research Alliance
Doxorubicin
The role of
lipocalin 2 in iron metabolism
Lipocalin 2 (Lcn2), also known as
neutrophil gelatinase-associated lipocalin, is a small antimicrobial peptide that binds siderophores, which
are small molecules synthesized by bacteria and fungi with high affinity for
iron, and transport siderophore-iron complexes into cells. Using microarray
analysis, we identified Lcn2 as one of the genes undergoing considerable
transcriptional induction in the liver of adult mice with altered iron
metabolism. In this project, we are investigating the activities of this
antimicrobial peptide in Lcn2 knockout mice and Lcn2Hfe double-knockout mice.
Funded by: Natural Sciences and
Engineering Research Council of Canada
Iron
metabolism and immune system interactions
Cross-regulation between iron metabolism and the
immune system is evidenced by: 1. the high
degree of homology shared between many genes related to iron metabolism and
genes associated with pathogen resistance and immune recognition; 2. the
regulation of iron-related genes by immune mediators; and 3. the antimicrobial activity of
iron-binding proteins and iron regulators. In this project, we are investigating
the cross-regulation between iron metabolism and the immune system, the
mechanisms by which one regulates the other, and the biological implications of
such interactions. Thus, on the one hand, we
are studying how iron-related proteins and iron regulators are controlled by
immune components, while on the other hand, we are exploring how iron-related
genes modify and affect immune responses. Part of this project concerns
the identification
of linking elements and pathways between iron metabolism and the 2 branches of
the immune system: innate and adaptive immunity.
Funded by: Canadian
Institutes of Health Research and Fonds de la recherche en santé
Selected publications
Constante M*, Jiang W*, Wang D, Raymond VA, Bilodeau M, Santos MM. Distinct requirements for Hfe in
basal and induced hepcidin levels in iron overload and inflammation. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol
(2006) 291:G229-37 Article PDF
Maciel P, Constante M, Costa MC, Magalhaes P, Ferreirinha
F, Sequeiros J, Santos MM. Neuroferritinopathy: a
novel missense mutation in the FTL
gene associated with early-onset bilateral pallidal involvement. Neurology
(2005) 65:603-605 Article PDF
Makui H,
Soares RJ, Jiang W, Constante M, Santos MM. Contribution of Hfe expression in
macrophages to the regulation of hepatic hepcidin levels and iron loading. Blood
(2005) 106:2189-2195 Article PDF
Miranda CJ, Makui H, Soares RJ,
Andrews NC, Santos MM. Contributions of b2-microglobulin-dependent
molecules and lymphocytes to iron regulation: insights from HfeRag1-/- and b2mRa1g-/-
double-knockout mice. Blood
(2004) 103:2847-2849 Article PDF
Miranda CJ, Soares RJ, Makui H, Bilodeau M, Mui J, Vali H., Bertrand R,
Andrews NC, Santos
MM. Hfe deficiency increases susceptibility to cardiotoxicity and exacerbates
changes in iron metabolism induced by doxorubicin. Blood (2003) 102:2574-2580 Article PDF
Santos MM, De Sousa M, Clevers H, Rademakers LHPM, Marx JJM, Schilham MW. Iron
overload and heart fibrosis in mice deficient for both b2-microglobulin and Rag1. Am
J Pathol (2000) 157:1883-1892 Article PDF
Santos M, Clevers H, De Sousa
M, Marx JJM. Adaptive response of iron
absorption to anaemia, increased erythropoiesis, iron deficiency and iron
loading in b2-microglobulin knockout mice. Blood
(1998) 91:3059-3065 Article
PDF
Santos M, Schilham MW, Rademakers LHPM, Marx JJM, De Sousa M, Clevers
H. Defective iron homeostasis in b2-microglobulin knockout
mice recapitulates Hereditary Hemochromatosis in man. J
Exp Med
(1996) 184:1975-1985 Article PDF
Links
Faculté de médicine
Faculté
des études supérieures
