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Iron Chelation in Movement Disorders: Logical or Ironical

Published online by Cambridge University Press:  05 January 2021

Dinkar Kulshreshtha
Affiliation:
Movement Disorder Centre, London Health Sciences Centre, The University of Western Ontario, London, Ontario, Canada
Jacky Ganguly
Affiliation:
Movement Disorder Centre, London Health Sciences Centre, The University of Western Ontario, London, Ontario, Canada
Mandar Jog*
Affiliation:
Movement Disorder Centre, London Health Sciences Centre, The University of Western Ontario, London, Ontario, Canada
*
Correspondence to: Mandar Jog, Movement Disorder Centre, London Health Sciences Centre, The University of Western Ontario, 339 Windermere Road, A10–026, London, Ontario, N6A 5A5, Canada. Email: mandar.jog@lhsc.on.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract:

Iron is probably as old as the universe itself and is essential for sustaining biological processes. The remarkable property of iron complexes to facilitate electron transfer makes it a significant component of redox reactions that drive the essential steps in nucleic acid biosynthesis and cellular functions. This, however, also generates potentially harmful hydroxyl radicals causing cell damage. In the movement disorder world, iron accumulation is well known to occur in neurodegeneration with brain iron accumulation, while dysfunctional iron homeostasis has been linked with neurodegenerative diseases like Parkinson’s disease and Huntington’s disease to name a few. Targeting excess iron in these patients with chelation therapy has been attempted over the last few decades, though the results have not been that promising. In this review, we have discussed iron, its metabolism, and proposed mechanisms causing movement disorder abnormalities. We have reviewed the available literature on attempts to treat these movement disorders with chelation therapy. Finally, based on our understanding of the pathogenic role of iron, we have critically analyzed the limitations of chelation therapy in the current scenario and the various unmet needs that should be addressed for selecting the patient population amenable to this therapy.

Résumé :

RÉSUMÉ :

La chélation du fer dans le cas de troubles du mouvement: logique ou ironique?

Le fer est probablement aussi vieux que l’univers lui-même et demeure essentiel pour le maintien des processus biologiques. La propriété remarquable des complexes du fer leur permettant de faciliter le transfert des électrons en fait un des éléments importants des réactions d’oxydoréduction qui dirigent les étapes essentielles de la biosynthèse des acides nucléiques et des fonctions cellulaires. Il faut savoir toutefois que cela a pour effet de générer des radicaux hydroxyles nocifs qui peuvent potentiellement endommager les cellules. Dans le champ d’étude des troubles du mouvement, il est bien connu qu’une accumulation en fer survient dans le cas de la neuro-dégénérescence avec excès en fer tandis que l’homéostasie ferrique dysfonctionnelle a été associée à des maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson et la maladie d’Huntington pour n’en citer que quelques-unes. Le fait de cibler un excès en fer chez ces patients au moyen d’un traitement par chélation a été tenté au cours des dernières décennies ; cela dit, les résultats n’ont pas été si prometteurs. Dans cet article, nous entendons aborder le métabolisme du fer ainsi que les mécanismes qui provoquent les troubles du mouvement. Nous avons aussi passé en revue la littérature scientifique disponible portant sur les tentatives de traiter les troubles du mouvement à l’aide d’un traitement par chélation. Finalement, sur la base de notre compréhension du rôle pathogène du fer, nous avons cherché à analyser de façon critique les limites d’un tel traitement dans l’état actuel des choses et les différents besoins non satisfaits dont on devrait tenir compte dans la sélection des patients qui peuvent se prêter à ce traitement.

Information

Type
Review Article
Copyright
© The Author(s), 2021. Published by Cambridge University Press on behalf of The Canadian Journal of Neurological Sciences Inc.
Figure 0

Figure 1: Uptake and metabolism of iron

Figure 1

Figure 2: Increased cellular import of iron via TfR1 (promoted by alpha-synuclein) and DMT1 (1,2). Impaired export of iron via ferroportin and transfer to transferrin, due to destabilization of ferroportin by ceruloplasmin and amyloid precursor protein (APP) (3,4,5). As a result, intracellular labile iron pool increases that surpass the capacity of sequestration via ferritin and neuromelanin (6). Increased labile iron enhances auto-oxidation of phospholipid (7) and subsequent deleterious effects (ferroptosis) (8). Iron interacts with dopamine to form iron–dopamine complexes that promote auto-oxidation of dopamine and toxic quinone formation (9). Increased intracellular iron also enhances alpha-synuclein aggregation (10) and the vicious cycle continues.

Figure 2

Table 1: Studies on iron chelation in movement disorders