Hematology 2
Chapter 2 Erythropoiesis and general aspects of anaemia
Erythrocyten (RBC’s)
→ verantwoordelijk voor het transporteren van O2 en CO2 door ons lichaam
- Biconcave disc (shape) met een diameter van 6 tot 8 µm
- Kan in 20 seconden het hele lichaam door circuleren en zal tijdens zijn levensduur
(120 dagen) zo 480 kilometer afleggen
- Bevat hemoglobine → eiwit verantwoordelijk voor het O2 transport
- Bevat GEEN organellen zoals mitochondria maar ook GEEN DNA
- Per seconden moeten 2 miljoen RBC’s vervangen worden (en dus nieuw
geproduceerd worden)
- De levensduur van een RBC is namelijk beperkt → 120 dagen
- Oude of beschadigde RBC’s worden verwijderd door macrofagen
- Dit proces vindt plaats in de spleen (milt), lever en/of beenmerg
→ RBC’s worden geproduceerd in het beenmerg of de spleen* door erythropoiesis (=
erythrocyte synthesis), hoe werkt dit?
1. Hematopoëtische stamcellen → myeloid progenitor cellen
2. Myeloid progenitor cellen → pro-erythroblasts (= pro-normoblast)
3. Pro-erythroblasts → early erythroblasts
a. Hier is synthese van ribosomen
4. Early erythroblasts → late erythroblasts
a. De gesynthetiseerde ribosomen gaan nu hemoglobine produceren
i. Hemoglobine kan O2 binnen RBC’s binden en transporteren
5. Late erythroblast → normoblast
a. Bevat al het aanwezige hemoglobine in uiteindelijk een mature RBC
b. De normoblast bevat nog wel DNA en RNA
6. Normoblast → reticulocyte
a. Reticulocyte migreren van het beenmerg naar het bloed (na 3 dagen) en
verliezen hun celkern (bevat nu dus geen DNA meer naar nog wel RNA, zo
kan er nog hemoglobine geproduceerd worden)
7. Reticulocyte → mature erythrocyte
a. Deze differentiatie vindt pas plaats nadat de reticulocyte 1 tot 2 dagen
aanwezig is geweest in het bloed
b. Mature erythrocytes kunnen ook aanwezig zijn in het beenmerg (het
beenmerg heeft immers ook O2 nodig)
*in de milt kan dus erythropoiesis plaatsvinden
- Witte pulpa (B-cellen) is omgeven door de rode pulpa, hier is kwaliteitscontrole en
integriteit van de RBC
- DNA restanten en siderotic granules (ijzer) worden verwijderd
- Macrofagen verwijderen oude en abnormale RBC’s
- Proces kan ook plaatsvinden in het beenmerg of in de lever
1
,Erythropoietin (EPO)
→ hormoon geproduceerd in de nieren die erythropoiesis stimuleert
- Hormoon bevat verschillende (2) disulfide bruggen en CH groepen
waar glycosylatie kan plaatsvinden
- Glycosylatie zorgt ervoor dat de half-life van het hormoon
verhoogd (hoe meer glycosylatie hoe langer de levensduur
van EPO)
- Gezonde mensen hebben voldoende hemoglobine (14-15 g/dL) en
weinig EPO in het plasma terwijl mensen met nierfalen verlaagd
hemoglobine hebben en weinig EPO
- Anemia wordt gekenmerkt door verminderde hemoglobine
en verhoogd EPO
- Bij verlaagde nierfunctie kan recombinant EPO toegediend
worden → zal erythropoiesis bij patiënten stimuleren
- EPO productie (door de nieren = 90%) wordt gereguleerd als
respons op de hoeveelheid O2*
- Kleine hoeveelheden EPO kan geproduceerd worden door de lever
- Per seconde moeten 2 miljoen RBC’s worden vervangen, dus er is altijd een kleine
hoeveelheid EPO aanwezig in het plasma
*Hoe gaat de productie van EPO (in de nieren)?
→ de nieren beschikken over O2 sensoren en kunnen zo de hoeveelheid O2 in het bloed
aanvoelen
- Normoxia (= voldoende O2) → EPO productie wordt geïnhibeerd
1. HIF-1α wordt continu geproduceerd en wordt gebonden aan prolyl
hydroxylase
a. Hierbij is O2 gebonden aan prolyl hydroxylase waardoor het eiwit kan
binden aan HIF-1α
2. HIF-1α wordt nu gekoppeld aan een hydroxylgroep en wordt hierdoor (via
ubiquitine) getarget naar het proteasome en afgebroken
- Hypoxia (= onvoldoende O2) → EPO wordt geproduceerd
1. HIF-1α wordt continu geproduceerd en door hypoxia wordt prolyl hydroxylase
geïnhibeerd → HIF-1α gaat ophopen
2. HIF-1α translokeert naar de kern en hier bindt het HIF-1β → samen vormen
de eiwitten een actieve transcriptiefactor
3. De transcriptiefactor bindt het DNA en zorgt voor expressie van genen
waaronder EPO (en andere genen)
→ niet alle progenitorcellen van erythrocyten beschikken over de EPO receptor
- EPO kan gebonden worden door de late BFU-E, CFU-E en (pro)normoblasts
- EPO bindt aan de EPO receptor, de receptor ondergaat een
conformatieverandering en de Jak2 kinases worden actief
- De Jak2 kinases fosforyleren elkaar gevolgd door de receptor
- STAT eiwitten kunnen nu binden aan de receptor en worden ook
gefosforyleerd → de STAT eiwitten kunnen migreren naar de kern en hier
zorgen voor de transcriptie van bepaalde genen (zorgen voor proliferatie en
differentiatie tot erythrocyten en inhiberen van apoptose)
- Reticulocyten en mature erythrocyten beschikken dus NIET over de EPO receptor
2
,Hemoglobine synthese en functie
→ wordt gevonden in het bloed en is verantwoordelijk voor de transport van O2
- Globular eiwit en bestaat uit vier polypeptide ketens (tetrameer) namelijk twee α
ketens en twee β ketens
- Elke polypeptide keten bestaat uit 8 α-helix secties (A tot H)
- Bevat een heme group (= prosthetic group) = Fe2+ + protoporphyrin (organische
groep)
- Elke subunit van hemoglobine bevat een
heme groep en is verbonden dus aan Fe2+
- Fe2+ is in staat om O2 te binden*
(hemoglobine kan dus vier O2
moleculen binden)
- Er zijn verschillende type hemoglobine
- Hb A (98%) = α 2β2
- Hb F (0,5 - 0,8%) = α2γ2
- Hb A 2 (1,5 - 2,3%) = α2δ2
*binding van Fe2+ aan O2
- O2 wordt gebonden aan Fe2+ onder een hoek van 60 graden tot de protoporphyrin
- Deze binding zorgt voor een conformatieverandering waardoor de andere
heme groepen een hogere affiniteit hebben voor O2 = cooperativity
- Tense vorm (deoxyhemoglobin) → O2 kan alleen gebonden worden
door de α ketens en niet aan de β ketens door sterische hinder
- Deze vorm is vooral aanwezig in verschillende weefsels
- Relaxt vorm (oxyhemoglobin) → O2 kan binden aan de α en β ketens
doordat er geen sterische hinder aanwezig is
- Alleen in de R vorm krijg je dus volledige verzadiging van Hb
- Deze vorm is vooral aanwezig in de longen
- Globin is verantwoordelijk voor het behouden van de juiste positie van heme zodat
O2 onder de 60 graden hoek gebonden kan worden
- Wordt O2 in een rechte lijn gebonden → irreversibele binding waardoor O2
dus niet meer los kan komen van hemoglobine
- His E7 inhibeert de rechte binding van O2
3
, Hemoglobine verzadigingscurve
→ hemoglobine heeft vier subunits en er is sprake van cooperativity
- Verzadiging van hemoglobine gaat hierdoor via een S-curve →
wanneer een enkel O2 molecuul gebonden is, gaat de binding
van een volgend O2 molecuul gemakkelijker
- CO2 en H+ gaan ook binding aan met hemoglobine en
kunnen zo de curve verschuiven (naar rechts) → de O2
delivery wordt hierdoor groter
- CO2 bindt NIET aan een heme groep maar aan
de globin ketens en stimuleert zo de T vorm
- Binding van CO2 en H+ aan Hb zorgt voor een T vorm
van Hb
- Bohr effect = CO2 en H+ beïnvloeden de binding en het vrijkomen van
O2 gebonden aan Hb
- Haldane effect = O2 beïnvloed de binding en het vrijkomen van CO2 en
H+ gebonden aan Hb
- Zonder cooperativity is er een hyperbolische curve
Synthese van hemoglobine vindt plaats IN de RBC
- De vier ketens en heme worden geproduceerd door de
ribosomen (dus wanneer de RBC nog wél organellen heeft)
- Fe2+ (voor de heme groep) komt de RBC in via
transferrin (= eiwit dat 2x Fe3+ kan binden), de RBC’s
hebben hier de juiste receptor voor
- Transferrin met Fe3+ komt de cel in, transferrin gaat de
cel weer uit en Fe3+ blijft aanwezig
- Fe3+ kan nu opgeslagen worden in een ferritin
molecuul of direct gebruikt worden voor heme
(hiervoor moet het eerst omgezet naar Fe2+)
- Protoporphyrin wordt geproduceerd in de mitochondria
2,3-bisphosphoglycerate (2,3-BPG)
→ molecuul dat ontstaat als bijproduct van de glycolysis en kan binden aan Hb
- Negatief geladen molecuul en kan binden in het midden van hemoglobine
- Bindt hierbij aan de β1 en β2 ketens van hemoglobine (aan de
positief geladen aminozuren = ionische interactie)
- Gebonden wordt de tense vorm van hemoglobine gestimuleerd
- In de verzadigingscurve verplaatst de curve zich nu dus
naar rechts en O2 kan moeilijker binden
- Kan alleen binden als er op dat moment GEEN O2 gebonden is
→ een embryo heeft vergelijkbare maar niet identieke hemoglobine genen
- Resulteert in een andere lading van hemoglobine
- 2,3-BPG kan hierdoor minder goed binden → de affiniteit van Hb
om zuurstof te binden is in een embryo dus groter dan bij een
volwassene
4
Chapter 2 Erythropoiesis and general aspects of anaemia
Erythrocyten (RBC’s)
→ verantwoordelijk voor het transporteren van O2 en CO2 door ons lichaam
- Biconcave disc (shape) met een diameter van 6 tot 8 µm
- Kan in 20 seconden het hele lichaam door circuleren en zal tijdens zijn levensduur
(120 dagen) zo 480 kilometer afleggen
- Bevat hemoglobine → eiwit verantwoordelijk voor het O2 transport
- Bevat GEEN organellen zoals mitochondria maar ook GEEN DNA
- Per seconden moeten 2 miljoen RBC’s vervangen worden (en dus nieuw
geproduceerd worden)
- De levensduur van een RBC is namelijk beperkt → 120 dagen
- Oude of beschadigde RBC’s worden verwijderd door macrofagen
- Dit proces vindt plaats in de spleen (milt), lever en/of beenmerg
→ RBC’s worden geproduceerd in het beenmerg of de spleen* door erythropoiesis (=
erythrocyte synthesis), hoe werkt dit?
1. Hematopoëtische stamcellen → myeloid progenitor cellen
2. Myeloid progenitor cellen → pro-erythroblasts (= pro-normoblast)
3. Pro-erythroblasts → early erythroblasts
a. Hier is synthese van ribosomen
4. Early erythroblasts → late erythroblasts
a. De gesynthetiseerde ribosomen gaan nu hemoglobine produceren
i. Hemoglobine kan O2 binnen RBC’s binden en transporteren
5. Late erythroblast → normoblast
a. Bevat al het aanwezige hemoglobine in uiteindelijk een mature RBC
b. De normoblast bevat nog wel DNA en RNA
6. Normoblast → reticulocyte
a. Reticulocyte migreren van het beenmerg naar het bloed (na 3 dagen) en
verliezen hun celkern (bevat nu dus geen DNA meer naar nog wel RNA, zo
kan er nog hemoglobine geproduceerd worden)
7. Reticulocyte → mature erythrocyte
a. Deze differentiatie vindt pas plaats nadat de reticulocyte 1 tot 2 dagen
aanwezig is geweest in het bloed
b. Mature erythrocytes kunnen ook aanwezig zijn in het beenmerg (het
beenmerg heeft immers ook O2 nodig)
*in de milt kan dus erythropoiesis plaatsvinden
- Witte pulpa (B-cellen) is omgeven door de rode pulpa, hier is kwaliteitscontrole en
integriteit van de RBC
- DNA restanten en siderotic granules (ijzer) worden verwijderd
- Macrofagen verwijderen oude en abnormale RBC’s
- Proces kan ook plaatsvinden in het beenmerg of in de lever
1
,Erythropoietin (EPO)
→ hormoon geproduceerd in de nieren die erythropoiesis stimuleert
- Hormoon bevat verschillende (2) disulfide bruggen en CH groepen
waar glycosylatie kan plaatsvinden
- Glycosylatie zorgt ervoor dat de half-life van het hormoon
verhoogd (hoe meer glycosylatie hoe langer de levensduur
van EPO)
- Gezonde mensen hebben voldoende hemoglobine (14-15 g/dL) en
weinig EPO in het plasma terwijl mensen met nierfalen verlaagd
hemoglobine hebben en weinig EPO
- Anemia wordt gekenmerkt door verminderde hemoglobine
en verhoogd EPO
- Bij verlaagde nierfunctie kan recombinant EPO toegediend
worden → zal erythropoiesis bij patiënten stimuleren
- EPO productie (door de nieren = 90%) wordt gereguleerd als
respons op de hoeveelheid O2*
- Kleine hoeveelheden EPO kan geproduceerd worden door de lever
- Per seconde moeten 2 miljoen RBC’s worden vervangen, dus er is altijd een kleine
hoeveelheid EPO aanwezig in het plasma
*Hoe gaat de productie van EPO (in de nieren)?
→ de nieren beschikken over O2 sensoren en kunnen zo de hoeveelheid O2 in het bloed
aanvoelen
- Normoxia (= voldoende O2) → EPO productie wordt geïnhibeerd
1. HIF-1α wordt continu geproduceerd en wordt gebonden aan prolyl
hydroxylase
a. Hierbij is O2 gebonden aan prolyl hydroxylase waardoor het eiwit kan
binden aan HIF-1α
2. HIF-1α wordt nu gekoppeld aan een hydroxylgroep en wordt hierdoor (via
ubiquitine) getarget naar het proteasome en afgebroken
- Hypoxia (= onvoldoende O2) → EPO wordt geproduceerd
1. HIF-1α wordt continu geproduceerd en door hypoxia wordt prolyl hydroxylase
geïnhibeerd → HIF-1α gaat ophopen
2. HIF-1α translokeert naar de kern en hier bindt het HIF-1β → samen vormen
de eiwitten een actieve transcriptiefactor
3. De transcriptiefactor bindt het DNA en zorgt voor expressie van genen
waaronder EPO (en andere genen)
→ niet alle progenitorcellen van erythrocyten beschikken over de EPO receptor
- EPO kan gebonden worden door de late BFU-E, CFU-E en (pro)normoblasts
- EPO bindt aan de EPO receptor, de receptor ondergaat een
conformatieverandering en de Jak2 kinases worden actief
- De Jak2 kinases fosforyleren elkaar gevolgd door de receptor
- STAT eiwitten kunnen nu binden aan de receptor en worden ook
gefosforyleerd → de STAT eiwitten kunnen migreren naar de kern en hier
zorgen voor de transcriptie van bepaalde genen (zorgen voor proliferatie en
differentiatie tot erythrocyten en inhiberen van apoptose)
- Reticulocyten en mature erythrocyten beschikken dus NIET over de EPO receptor
2
,Hemoglobine synthese en functie
→ wordt gevonden in het bloed en is verantwoordelijk voor de transport van O2
- Globular eiwit en bestaat uit vier polypeptide ketens (tetrameer) namelijk twee α
ketens en twee β ketens
- Elke polypeptide keten bestaat uit 8 α-helix secties (A tot H)
- Bevat een heme group (= prosthetic group) = Fe2+ + protoporphyrin (organische
groep)
- Elke subunit van hemoglobine bevat een
heme groep en is verbonden dus aan Fe2+
- Fe2+ is in staat om O2 te binden*
(hemoglobine kan dus vier O2
moleculen binden)
- Er zijn verschillende type hemoglobine
- Hb A (98%) = α 2β2
- Hb F (0,5 - 0,8%) = α2γ2
- Hb A 2 (1,5 - 2,3%) = α2δ2
*binding van Fe2+ aan O2
- O2 wordt gebonden aan Fe2+ onder een hoek van 60 graden tot de protoporphyrin
- Deze binding zorgt voor een conformatieverandering waardoor de andere
heme groepen een hogere affiniteit hebben voor O2 = cooperativity
- Tense vorm (deoxyhemoglobin) → O2 kan alleen gebonden worden
door de α ketens en niet aan de β ketens door sterische hinder
- Deze vorm is vooral aanwezig in verschillende weefsels
- Relaxt vorm (oxyhemoglobin) → O2 kan binden aan de α en β ketens
doordat er geen sterische hinder aanwezig is
- Alleen in de R vorm krijg je dus volledige verzadiging van Hb
- Deze vorm is vooral aanwezig in de longen
- Globin is verantwoordelijk voor het behouden van de juiste positie van heme zodat
O2 onder de 60 graden hoek gebonden kan worden
- Wordt O2 in een rechte lijn gebonden → irreversibele binding waardoor O2
dus niet meer los kan komen van hemoglobine
- His E7 inhibeert de rechte binding van O2
3
, Hemoglobine verzadigingscurve
→ hemoglobine heeft vier subunits en er is sprake van cooperativity
- Verzadiging van hemoglobine gaat hierdoor via een S-curve →
wanneer een enkel O2 molecuul gebonden is, gaat de binding
van een volgend O2 molecuul gemakkelijker
- CO2 en H+ gaan ook binding aan met hemoglobine en
kunnen zo de curve verschuiven (naar rechts) → de O2
delivery wordt hierdoor groter
- CO2 bindt NIET aan een heme groep maar aan
de globin ketens en stimuleert zo de T vorm
- Binding van CO2 en H+ aan Hb zorgt voor een T vorm
van Hb
- Bohr effect = CO2 en H+ beïnvloeden de binding en het vrijkomen van
O2 gebonden aan Hb
- Haldane effect = O2 beïnvloed de binding en het vrijkomen van CO2 en
H+ gebonden aan Hb
- Zonder cooperativity is er een hyperbolische curve
Synthese van hemoglobine vindt plaats IN de RBC
- De vier ketens en heme worden geproduceerd door de
ribosomen (dus wanneer de RBC nog wél organellen heeft)
- Fe2+ (voor de heme groep) komt de RBC in via
transferrin (= eiwit dat 2x Fe3+ kan binden), de RBC’s
hebben hier de juiste receptor voor
- Transferrin met Fe3+ komt de cel in, transferrin gaat de
cel weer uit en Fe3+ blijft aanwezig
- Fe3+ kan nu opgeslagen worden in een ferritin
molecuul of direct gebruikt worden voor heme
(hiervoor moet het eerst omgezet naar Fe2+)
- Protoporphyrin wordt geproduceerd in de mitochondria
2,3-bisphosphoglycerate (2,3-BPG)
→ molecuul dat ontstaat als bijproduct van de glycolysis en kan binden aan Hb
- Negatief geladen molecuul en kan binden in het midden van hemoglobine
- Bindt hierbij aan de β1 en β2 ketens van hemoglobine (aan de
positief geladen aminozuren = ionische interactie)
- Gebonden wordt de tense vorm van hemoglobine gestimuleerd
- In de verzadigingscurve verplaatst de curve zich nu dus
naar rechts en O2 kan moeilijker binden
- Kan alleen binden als er op dat moment GEEN O2 gebonden is
→ een embryo heeft vergelijkbare maar niet identieke hemoglobine genen
- Resulteert in een andere lading van hemoglobine
- 2,3-BPG kan hierdoor minder goed binden → de affiniteit van Hb
om zuurstof te binden is in een embryo dus groter dan bij een
volwassene
4
