Study of the role of the adaptor protein MyD88 in the iron-sensing pathway and of the effect of curcumin in the development of anemia in a DSS-induced colitis mouse model

Abstract

L'hepcidine est l'hormone peptidique essentielle pour la régulation systémique de l'homéostasie du fer, en déclenchant la dégradation de la ferroportine et en évitant le développement d'une surcharge ou d'une carence en fer. L'expression de l'ARNm de l'hepcidine HAMP est contrôlée par deux voies principales, la voix de signalisation inflammatoire et la voie de détection en fer, BMP/SMAD4. Il a été rapporté que MyD88, la protéine adaptatrice impliquée dans l'activation des cytokines via la stimulation des récepteurs toll-like (TLRs), contribue à l'expression de l'hepcidine dans la voie inflammatoire. Ainsi, comme les deux voies de signalisation révèlent un chevauchement de l'induction de l'hepcidine, nous avons étudié le rôle potentiel de MyD88 dans la détection du fer en analysant le métabolisme du fer chez des souris MyD88 déficients (MyD88-/-). Nous avons analysé le mécanisme d'action potentiel de MyD88 dans la voie de signalisation BMP/SMAD4 pour l'induction de l'hepcidine. Nous avons étudié si l'inhibition de MyD88 causée par la curcumine, rapportée dans différentes études, pourrait être liée au mécanisme de déséquilibre du fer éventuellement déclenché par les propriétés de chélation du fer de la curcumine. De plus, nous avons évalué les effets de l 'équilibre systémique du fer et de l'expression de l 'hepcidine, dans un modèle de souris colite à base de sodium dextran sulfate (DSS) avec un régime alimentaire suffisant en fer complété de curcumine. Nous avons constaté que les souris MyD88-/- ont une concentration élevée de fer dans le foie en raison de leur incapacité à contrôler les niveaux d'hepcidine, et ont une faible concentration de la protéine Smad4. De plus, nous avons démontré que MyD88 interagit avec SMAD4 et induit l'expression de HAMP. De plus, nous avons rapporté que l'inhibiteur de SMAD (SMAD6) induit également la dégradation protéomique de MyD88, en agissant comme un mécanisme de rétroaction négative pour limiter l'induction de l'hepcidine. Nous avons montré que la mutation de MyD88L265P, fréquemment rencontrée dans les lymphomes, augmente l'expression de l'hepcidine et l'accumulation de fer dans les lymphocytes B. Nous avons ainsi souligné un nouveau rôle pour MyD88 dans la voie de signalisation SMAD et la régulation de l'homéostasie du fer en dehors du contexte de la signalisation TLRs. Enfin, nous avons trouvé que les souris nourries avec de la curcumine avant administration de DSS, ont une colite aggravée et une anémie légère, suite à une déplétion en fer sur les tissus de la rate et du foie et diminution de l'expression de l'hepcidine. En conclusion, notre étude révèle une nouvelle compréhension de la régulation des voies de détection du fer et une meilleure compréhension et gestion des potentielles cibles thérapeutiques comme la curcumine dans les maladies chroniques telles que les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin.

Hepcidin is the peptide hormone essential for the regulation of systemic iron homeostasis. Hepcidin binds and triggers the degradation of ferroportin, the only known iron protein exporter, avoiding, in this case, the development of iron overload or iron deficiency. Hepcidin mRNA expression is controlled by two major pathways, the inflammatory and iron sensing signaling pathways. It has been reported that MyD88, the adaptor protein involved in the activation of cytokines via toll-like receptor stimuli, contributes to hepcidin expression in the inflammatory pathway. Thus, since both pathways, the iron sensing, and the inflammatory, reveal overlap in hepcidin induction, we investigated the potential role of MyD88 in iron sensing by analyzing iron metabolism in MyD88-deficient mice (MyD88-/-). We also analyzed the potential mechanism of action of MyD88 in the BMP/SMAD4 signaling pathway for hepcidin induction. Furthermore, we investigated the modulation of MyD88 protein expression in chronic inflammation settings associated with systemic iron imbalance. We evaluated the effect of the anti-inflammatory and MyD88 modulator agent curcumin, the active ingredient of the rhizome Curcuma longa that also has iron chelating properties in a murine model of inflammatory bowel disease (IBD). We analyzed the effects of systemic iron balance and hepcidin expression in a dextran sulfate sodium (DSS)-defined colitis mouse model fed on an iron-sufficient diet supplemented with curcumin. We found that MyD88-/- mice have a high concentration of iron in the liver due to their inability to control hepcidin levels, and they revealed low Smad4 protein. Furthermore, we showed that MyD88 interacts with SMAD4 and induces hepcidin mRNA expression. Moreover, we reported that BMP6 stimulation, which increases SMADs inhibitor SMAD6 expression also induces MyD88 proteasomal degradation as a negative feedback mechanism to limit hepcidin induction. We showed that the MyD88 gain-of-function L265P mutation, frequently encountered in B-cell lymphomas, enhances hepcidin expression and iron accumulation in B cells. In this way, we highlighted a new role for MyD88 in the SMAD signaling pathway and iron homeostasis regulation outside the context of toll-like receptor signaling. Finally, we found that mice fed with curcumin prior to DSS administration developed aggravated colitis and mild anemia following iron depletion in the spleen and liver tissues and the decrease of hepcidin expression. In conclusion, these studies provide new insights into iron-sensing pathway regulation and a better understanding and management of the potential therapeutic target of curcumin in chronic disease such as inflammatory bowel disease.