Generate QR code
Open Access
Subscription Access
IRON METABOLISM AS A PATHOGENETIC LINK IN THE DEVELOPMENT OF INFECTIOUS COMPLICATIONS IN CYSTIC FIBROSIS
https://doi.org/10.17021/2019.14.2.25.33
Abstract
Information on iron metabolism has been significantly supplemented and changed in recent decades. The review provides data on the main proteins involved in iron metabolism in humans. The mechanisms of iron acquisition in bacteria from the macroorganism and their importance in the development of infectious and inflammatory process in patients with cystic fibrosis are described. Data on the significance of Burkholderia cepacia complex and Pseudomonas aeruginosa siderophores in the processes of binding and transport of iron to bacterial cells are presented. The result of complex interactions of bacteria and macroorganism in cystic fibrosis can be the development of severe exacerbations, including “cepation-syndrome”, which, taking into account the above data, should be considered not only as direct damage to the lung tissue by bacteria, but also as a factor in the formation of a “vicious circle”: viscous sputum leads to infection of the lower respiratory tract with microorganisms that need iron and release it from the tissues, which can stimulate not only lung damage, but also lead to the growth of virulence of bacteria.
About the Authors
A. V. Kozlov
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
O. A. Gusyakova
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
A. V. Lyamin
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
A. A. Ereshchenko
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
O. V. Archibasova
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
N. V. Ivanova
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
A. V. Zhestkov
Samara State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
D. F. Sergienko
Astrakhan State Medical University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Баранов, А. А. Проблемы диагностики муковисцидоза и пути их решения в России / А. А. Баранов, Н. И. Капранов, Н. Ю. Каширская, Л. С. Намазова-Баранова, В. Д. Шерман, О. И. Симонова, А. Ю. Томилова, К. В. Савостьянов, А. А. Пушков, А. Л. Владыкин, Н. В. Шатохин // Педиатрическая фармакология. - 2014. - Т. 11, № 6. - С. 16-23.
2. Воробьев, П. А. Бремя муковисцидоза в Российской Федерации / П. А. Воробьев, Л. С. Краснова, М. А. Холовня // Проблемы стандартизации в здравоохранении. - 2013. - № 5-6. - С. 3-13.
3. Данилов, И. П. Клиническое значение маркеров метаболизма железа : ферритин, трансферрин, гепсидин / И. П. Данилов, Л. А. Смирнова, Ж. М. Козич, З. И. Кравчук // Здравоохранение (Минск). - 2011. - № 9. - С. 30-35.
4. Деев, Р. В. Клеточное обновление в кишечном эпителии в условиях реактивных изменений слизистой оболочки / Р. В. Деев, Т. А. Ахмедов, Б. К. Комяков // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. - 2009. - Т. 4, № 1. - С. 69-73.
5. Иващенко, Т. Э. Биохимические и молекулярно-генетические основы патогенеза муковисцидоза / Т. Э. Иващенко, В. С. Баранов. - СПб. : Интермедика, 2002. - 256 с.
6. Кравчук, З. И. Содержание гликозилированных форм L- и Н-ферритина в сыворотке крови человека при заболеваниях крови. Разработка тест-системы для иммуноферментного анализа гликозилированного ферритина / З. И. Кравчук, Л. А. Смирнова, Ж. М. Козич, Д. В. Фима, В. В. Рачицкая, А. Л. Трухан, С. П. Марцев // Достижения медицинской науки Беларуси. 2011. - Режим доступа : http://med.by/dmn/book.php?book=11-5_3, свободный. - Заглавие с экрана. - Яз. рус. - Дата обращения : 04.03.2019.
7. Лукина, Е. А. Метаболизм железа в норме и при патологии / Е. А. Лукина, А. В. Деженкова // Клиническая онкогематология. - 2015. - Т. 8, № 4. - С. 355-361.
8. Мещерякова, Л. М. Основные механизмы регуляции обмена железа и их клиническое значение / Л. М. Мещерякова, А. А. Левина, М. М. Цыбульская, Т. В. Соколова // Онкогематология. - 2014. - Т. 9, № 3. - С. 67-71.
9. Новикова, И. А. Железо и иммунный ответ (лекция) / И. А. Новикова // Проблемы здоровья и экологии. - 2011. - Т. 4, № 30. - С. 42-48.
10. Цветаева, Н. В. Основы регуляции обмена железа / Н. В. Цветаева, А. А. Левина, Ю. И. Мамукова // Клиническая онкогематология. Фундаментальные исследования и клиническая практика. - 2010. - Т. 3, № 3. - С. 278-283.
11. Balla, G. Ferritin : A cytoprotective antioxidant stratagem of endothelium / G. Balla, H. S. Jacob, J. Balla, M. Rosenberg, K. Nath, F. Apple, J. W. Eaton, G. M. Vercellotti // The Journal of Biological Chemistry. - 1992. - Vol. 267, № 25. - P. 18148-18153.
12. Bayat, A. A. Production and characterization of a murine monoclonal antibody against human ferritin / A. A. Bayat, O. Yeganeh, R. Ghods, A. H. Zarnani, R. B. Ardekani, A. R. Mahmoudi, J. Mahmoudian, F. Haghighat-Noutash, M. Jeddi-Tehrani // Avicenna Journal Medical Biotechnology. - 2013. - Vol. 5, № 4. - P. 212-219.
13. Berlutti, F. Iron availability influences aggregation, biofilm, adhesion and invasion of Pseudomonas aeruginosa and Burkholderia cenocepacia / F. Berlutti, C. Morea, A. Battistoni, S. Sarli, P. Cipriani, F. Superti, M. G. Ammendolia, P. Valenti // International Journal of Immunopathology and Pharmacology. - 2005. - Vol. 18, № 4. - P. 661-670. doi: 10.1177/039463200501800407.
14. Butt, A. T. Iron acquisition mechanisms and their role in the virulence of Burkholderia species / A. T. Butt, M. S. Thomas // Frontiers in cellular and infection microbiology. - 2017. - № 7. - P. 460. doi: 10.3389/fcimb.2017.00460.
15. Caza, M. Shared and distinct mechanisms of iron acquisition by bacterial and fungal pathogens of humans / M. Caza, J. W. Kronstad // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. - 2013. - № 3. - P. 80. doi: 10.3389/fcimb.2013.00080.
16. Cezard, C. Chemistry and biology of pyoverdines, pseudomonas primary siderophores / C. Cezard, N. Farvacques, P. Sonnet // Current Medicinal Chemistry. - 2015. - № 22. - P. 165. doi: 10.2174/0929867321666141011194624.
17. Cornelis, P. Pseudomonas aeruginosa adapts its iron uptake strategies in function of the type of infections / P. Cornelis, J. Dingemans // Front Cell Infect Microbio Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. - 2013. - № 3. - P. 75.
18. Drakesmith, H. Ironing out Ferroportin / H. Drakesmith, E. Nemeth, T. Ganz // Cell metabolism. - 2015. - Vol. 22, № 5. - P. 777-787.
19. Garrick, M. D. DMT1 : which metals does it transport? / M. D. Garrick, S. T. Singleton, F. Vargas, H. C. Kuo, L. Zhao, M. Knöpfel, T. Davidson, M. Costa, P. Paradkar, J. A. Roth, L. M. Garrick // Biological Research. - 2006. - Vol. 39, № 1. - P. 79-85.
20. Ghio, A. J. Iron accumulates in the lavage and explanted lungs of cystic fibrosis patients / A. J. Ghio, V. L. Roggli, J. M. Soukup, J. H. Richards, S. H. Randell, M. S. Muhlebach // Journal of Cystic Fibrosis. - 2013. Vol. 12, № 4. - P. 390-398. doi: 10.1016/j.jcf.2012.10.010.
21. Gifford, A. H. Iron homeostasis during cystic fibrosis pulmonary exacerbation / A. H. Gifford, L. A. Moulton, D. B. Dorman, G. Olbina, M. Westerman, H. W. Parker, B. A. Stanton, G. A. O'Toole // Clinical and Translational Science. - 2012. - Vol. 5, № 4. - P. 368-373.
22. Guido D'Angelo. Role of hepcidin in the pathophysiology and diagnosis of anemia / D'Angelo Guido // Blood research. - 2013. - Vol. 48, № 1. - P. 10-15. doi: 10.5045/br.2013.48.1.10.
23. Hoffman, K. E. Ascorbic acid and iron metabolism: alterations in lysosomal function // K. E. Hoffman, K. Yanelli, K. R. Bridges // The American Journal of Clinical Nutrition. - 1991. - Vol. 54, № 5. - P. 1188S-1192S. doi: 10.1093/ajcn/54.6.1188s.
24. Islam, S. Bacterial resistance in pneumonia in developing countries-a role for iron chelation / S. Islam, M. J. Chisti, М. Ahmed, N. Anwar, C. Lehmann // Tropical Medicine and Infectious Disease. - 2019. - Vol. 4, № 2. - P. 59. doi: 10.3390/tropicalmed4020059.
25. Kim, S. J. Pseudomonas aeruginosa alkaline protease can facilitate siderophore-mediated iron-uptake via the proteolytic cleavage of transferrins / S. J. Kim, R. Y. Park, S. M. Kang, M. H. Choi, C. M. Kim, S. H. Shin // Biological and Pharmaceutical Bulletin. - 2006. - Vol. 29, № 11 - P. 2295-2300. doi: 10.1248/bpb.29.2295.
26. Lane, D. J. Duodenal cytochrome b (DCYTB) in iron metabolism : an update on function and regulation / D. J. Lane, D. H. Bae, A. M. Merlot, S. Sahni, D. R. Richardson // Nutrients. - 2015. - Vol. 7, № 4. - P. 2274-2296.
27. Mossialos, D. Role of siderophores in cystic fibrosis pathogenesis : foes or friends? / D. Mossialos, G. D. Amoutzias // International Journal of Medical Microbiology. - 2009. - Vol. 299, - № 2. - P. 87-98. doi:10.1016/j.ijmm.2008.06.008.
28. Nairz, M. Iron at the interface of immunity and infection / M. Nairz, D. Haschka, E. Demetz, G. Weiss // Frontiers in Pharmacology. - 2014. - № 5. - P. 152. doi: 10.3389/fphar.2014.00152.
29. Nairz, M. The struggle for iron a metal at the host-pathogen interface / M. Nairz, A. Schroll, T. Sonnweber, G. Weiss // Cellular Microbiology. - 2010. - Vol. 12, № 12. - P. 1691-1702. doi:10.1111/j.1462-5822.2010.01529.x.
30. Oda, K. Uric acid, ferritin and γ-glutamyltransferase can be informative in prediction of the oxidative stress / K. Oda, E. Kikuchi, E. Kuroda, C. Yamada, C. Okuno, N. Urata, N. Kishimoto, A. Kubo, N. Ishii, Y. Nishizaki // Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition. - 2019. - Vol.64, № 2 - P. 124-128. doi:10.3164/jcbn.18-23.
31. Pond, M. N. Functional iron deficiency in adults with cystic fibrosis / M. N. Pond, A. M. Morton, S. P. Conway // Respiratory Medicine. - 1996. - Vol. 90, № 7. - P. 409-413.
32. Reid, D. W. Iron deficiency in cystic fibrosis : relationship to lung disease severity and chronic Pseudomonas aeruginosa infection / D. W. Reid, N. J. Withers, L. Francis, J. W. Wilson, T. C. Kotsimbos // Chest. - 2002. - Vol. 121, № 1 - P. 48-54.
33. Semler, D. D. Aerosol phage therapy efficacy in Burkholderia cepacia complex respiratory infections / D. D. Semler, A. D. Goudie, W. H. Finlay, J. J. Dennis // Antimicrobial agents and chemotherapy. - 2014. - Vol. 58, № 7 - P. 4005-4013. doi:10.1128/AAC.02388-13.
34. Stites, S. W. Increased iron and ferritin content of sputum from patients with cystic fibrosis or chronic bronchitis / S. W. Stites, B. Walters, A. R. O'Brien-Ladner, K. Bailey, L. J. Wesselius // Chest. - 1998. - Vol. 114, № 3. - P. 814-819.
35. Thomas, M. S. Iron acquisition mechanisms of the Burkholderia cepacia complex / M. S. Thomas // Biometals. - 2007. - Vol. 20, № 3-4. - P. 431-452. doi:10.1007/s10534-006-9065-4.
36. Toth, I. Ascorbic acid enhances iron-induced ferritin translation in human leukemia and hepatoma cells / I. Toth, J. T. Rogers, J. A. McPhee, S. M. Elliott, S. L. Abramson, K. R. Bridges // Journal of Biological Chemistry. - 1995. - Vol. 270, № 6. - P. 2846-2852. doi: 10.1074/jbc.270.6.2846.
37. Ward, D. M. Ferroportin-mediated iron transport : expression and regulation / D. M. Ward, J. Kaplan // Biochimica et Biophysica Acta. - 2012. - Vol. 1823, № 9. - P. 1426-1433.
38. Weinberg, E. D. Iron availability and infection / E. D. Weinberg // Biochimica et Biophysica Acta. - 2009. - Vol. 1790, № 7 - P. 600-605. doi:10.1016/j.bbagen.2008.07.002.
39. Wiens, J. R. Iron-regulated expression of alginate production, mucoid phenotype, and biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa / J. R. Wiens, A. I. Vasil, M. J. Schurr, M. L. Vasil // MBio. - 2014. - Vol. 5, № 1. - Р. e01010- е01013. doi: 10.1128/mBio.01010-13.
40. Wilderman, P. J. Characterization of an endoprotease (PrpL) encoded by a PvdS-regulated gene in Pseudomonas aeruginosa / P. J. Wilderman, A. I. Vasil, Z. Johnson, M. J. Wilson, H. E. Cunliffe, I. L. Lamont, M. L. Vasil // Infection and Immunity. - 2001. - Vol. 69, № 9 - P. 5385-5394. doi: 10.1128/IAI.69.9.5385-5394.2001.
41. Wilschanski, M. Novel Therapeutic Approaches for Cystic Fibrosis / M. Wilschanski // Discovery medicine. - 2013. - Vol. 15, № 81. - P. 127-133.
42. Wolz, C. Iron release from transferrin by pyoverdin and elastase from Pseudomonas aeruginosa / C. Wolz, K. Hohloch, A. Ocaktan, K. Poole, R. W. Evans, N. Rochel, A. M. Albrecht-Gary, M. A. Abdallah, G. Döring // Infection and Immunity. - 1994. - Vol. 62, № 9. - P. 4021-4027.
Review
For citations:
Kozlov A.V., Gusyakova O.A., Lyamin A.V., Ereshchenko A.A., Archibasova O.V., Ivanova N.V., Zhestkov A.V., Sergienko D.F. IRON METABOLISM AS A PATHOGENETIC LINK IN THE DEVELOPMENT OF INFECTIOUS COMPLICATIONS IN CYSTIC FIBROSIS. Astrakhan medical journal. 2019;14(2):25-33. (In Russ.) https://doi.org/10.17021/2019.14.2.25.33
Views:
165
Email this article 