Livraison spéciale: distribution du fer dans le cytosol des cellules de mammifères

Un des concepts les plus importants pour émerger du domaine des cellules eucaryotes La biologie est que le contenu de la cellule est hautement organisé et que le mouvement des organites et des macromolécules à l’intérieur de la cellule ne se produit pas par simple diffusion. Le mouvement est fortement régulé par l’emballage et l’assemblage de complexes et par le transport dirigé via des composants du cytosquelette. Les cellules expriment des centaines, voire des milliers de protéines qui nécessitent des cofacteurs métalliques liés pour l’activité et la stabilité (Waldron et al., 2009). Le fer et le zinc sont les métaux les plus abondants dans les cellules, suivis du cuivre et du manganèse et, dans une moindre mesure, du cobalt, du nickel et du molybdène. Ainsi, il n’est pas surprenant de découvrir l’existence de systèmes intracellulaires pour la distribution des métaux et des cofacteurs métalliques. Pourquoi les cellules ont-elles besoin de ces systèmes de distribution de métal? C’est parce que la cellule fait face à plusieurs obstacles dans la réalisation des deux principaux objectifs de la livraison cofacteur métal, qui sont l’incorporation du cofacteur natif et l’exclusion des cofacteurs non natifs. Un obstacle majeur à l’acquisition de cofacteurs métalliques par apoenzymes est que les sites de liaison pour ces cofacteurs n’ont souvent pas la capacité de différencier les différents cations et cations métalliques divalents (Kasampalidis et al., 2007, Waldron et al., 2009). Les ligands du soufre, de l’oxygène et de l’azote qui coordonnent les métaux dans les enzymes se lieront fréquemment aux cofacteurs non natifs avec des affinités égales ou supérieures à celles du cofacteur natif. Un deuxième obstacle est que les métaux à action redox, tels que le fer, le cuivre et le manganèse peuvent s’engager dans la chimie de type Fenton en présence d’oxygène et produire des espèces réactives de l’oxygène potentiellement dommageables. Ainsi, les cellules doivent réguler étroitement l’absorption, le stockage et la distribution des espèces d’ions métalliques. Un troisième obstacle est que les ions zinc et cuivre présentent la plus forte affinité pour les sites de liaison aux métaux de transition et occuperaient des sites de fer et de manganèse si les métaux étaient présents dans des pools de concentrations similaires (Irving et Williams, 1953). Par conséquent, les cellules maintiennent des bassins de zinc et de cuivre à des niveaux extrêmement bas (Rae et al., 1999, Outten et O ’ Halloran, 2001). Ceci est accompli par l’absorption et l’efflux étroitement régulés et par l’expression des protéines se liant aux métaux, telles que les métallothionéines, qui séquestrent efficacement les pools de zinc et de cuivre. Le fer semble cependant être géré différemment.