Abstract
The primarily function of cobalt in humans is based on its role in cobalamin (Cbl, vitamin B12). Therefore, this chapter will focus on the physiological roles of Cbl and the importance of cobalt in human health. Cbl acts as the cofactor for two enzymes, i.e., methylmalonyl-CoA mutase and methionine synthase, in humans. Both enzymes are important for health. In addition, unlike other water-soluble vitamins, there is a unique absorption, delivery, and activation system for Cbl in mammals. Therefore, this chapter will also review the literature on the Cbl transporting system, which is crucial for Cbl function.
Please cite as: Met. Ions Life Sci. 13 (2013) 295–320
This is a preview of subscription content, log in via an institution.
Buying options
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Learn about institutional subscriptionsReferences
W. H. Ott, E. L. Rickes, T. R. Wood, J. Biol. Chem. 1948, 174, 1047.
J. R. Roth, J. G. Lawrence, T. A. Bobik, Annu. Rev. Microbiol. 1996, 50, 137–181.
F. Watanabe, Exp. Biol. Med. (Maywood) 2007, 232, 1266–1274.
J. Stubbe, Science 1994, 266, 1663–1664.
E. Rickes, N. Brink, F. Koniuszy, T. Wood, K. Folkers, Science 1948, 107, 396–397.
E. Smith, Nature 1948, 161, 638.
D. Hodgkin, J. Kamper, M. Mackay, J. Pickworth, K. Trueblood, J. White, Nature 1956, 178, 64–66.
K. P. Jensen, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10505–10512.
G. Minot, W. Murphy, J. Am. Med. Assoc. 1926 87, 470–476.
W. B. Castle, T. H. Ham, J. Am. Med. Assoc. 1936, 107, 1456–1463.
E. Stupperich, E. Nexø, Eur. J. Biochem. 1991, 199, 299–303.
F. S. Mathews, M. M. Gordon, Z. Chen, K. R. Rajashankar, S. E. Ealick, D. H. Alpers, N. Sukumar, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 17311–17316.
S. K. Moestrup, R. Kozyraki, M. Kristiansen, J. H. Kaysen, H. H. Rasmussen, D. Brault, F. Pontillon, F. O. Goda, E. I. Christensen, T. G. Hammond, P. J. Verroust, J. Biol. Chem. 1998, 273, 5235–5242.
J. C. Fyfe, M. Madsen, P. Hojrup, E. I. Christensen, S. M. Tanner, A. de la Chapelle, Q. He, S. K. Moestrup, Blood 2004, 103, 1573–1579.
R. Grasbeck, R. Gordin, I. Kantero, B. Kuhlback, Acta Med. Scand. 1960, 167, 289–296.
O. Imerslund, Acta Paediatr. Suppl. 1960, 49 (Suppl. 119), 1–115.
R. Beedholm-Ebsen, K. van de Wetering, T. Hardlei, E. Nexø, P. Borst, S. K. Moestrup, Blood 2010, 115, 1632–1639.
N. P. Shah, C. M. Beech, A. C. Sturm, S. M. Tanner, Blood 2011, 117, 4397–4398.
J. Wuerges, G. Garau, S. Geremia, S. N. Fedosov, T. E. Petersen, L. Randaccio, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 4386–4391.
E. Moras, A. Hosack, D. Watkins, D. S. Rosenblatt, Mol. Genet. Metab. 2007, 90, 140–147.
J. F. Kolhouse, R. H. Allen, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1977, 74, 921–925.
I. S. Mellman, P. Youngdahl-Turner, H. F. Willard, L. E. Rosenberg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1977, 74, 916–920.
F. Rutsch, S. Gailus, I. Miousse, T. Suormala, C. Sagnè, M. Toliat, G. Nürnberg, T. Wittkampf, I. Buers, A. Sharifi, M. Stucki, C. Becker, M. Baumgartner, H. Robenek, T. Marquardt, W. Höhne, B. Gasnier, D. Rosenblatt, B. Fowler, P. Nürnberg, Nat. Genet. 2009, 41, 234–239.
D. Coelho, J. C. Kim, I. R. Miousse, S. Fung, M. du Moulin, I. Buers, T. Suormala, P. Burda, M. Frapolli, M. Stucki, P. Nurnberg, H. Thiele, H. Robenek, W. Hohne, N. Longo, M. Pasquali, E. Mengel, D. Watkins, E. A. Shoubridge, J. Majewski, D. S. Rosenblatt, B. Fowler, F. Rutsch, M. R. Baumgartner, Nat. Genet. 2012, 44, 1152–1155.
J. P. Lerner-Ellis, J. C. Tirone, P. D. Pawelek, C. Dore, J. L. Atkinson, D. Watkins, C. F. Morel, T. M. Fujiwara, E. Moras, A. R. Hosack, G. V. Dunbar, H. Antonicka, V. Forgetta, C. M. Dobson, D. Leclerc, R. A. Gravel, E. A. Shoubridge, J. W. Coulton, P. Lepage, J. M. Rommens, K. Morgan, D. S. Rosenblatt, Nat. Genet. 2006, 38, 93–100.
J. Kim, C. Gherasim, R. Banerjee, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 14551–14554.
M. Koutmos, C. Gherasim, J. L. Smith, R. Banerjee, J. Biol. Chem. 2011, 286, 29780–29787.
C. Drennan, S. Huang, J. Drummond, R. Matthews, M. Lidwig, Science 1994, 266, 1669–1674.
D. Coelho, T. Suormala, M. Stucki, J. Lerner-Ellis, D. Rosenblatt, R. Newbold, M. Baumgartner, B. Fowler, N. Engl. J. Med. 2008, 358, 1454–1464.
C. M. Dobson, T. Wai, D. Leclerc, H. Kadir, M. Narang, J. P. Lerner-Ellis, T. J. Hudson, D. S. Rosenblatt, R. A. Gravel, Hum. Mol. Genet. 2002, 11, 3361–3369.
H. L. Schubert, C. P. Hill, Biochemistry 2006, 45, 15188–15196.
M. St. Maurice, P. Mera, K. Park, T. C. Brunold, J. C. Escalante-Semerena, I. Rayment, Biochemistry 2008, 47, 5755–5766.
N. A. Leal, H. Olteanu, R. Banerjee, T. A. Bobik, J. Biol. Chem. 2004, 279, 47536–47542.
C. M. Dobson, T. Wai, D. Leclerc, A. Wilson, X. Wu, C. Dore, T. Hudson, D. S. Rosenblatt, R. A. Gravel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 15554–15559.
D. Leclerc, E. Campeau, P. Goyette, C. E. Adjalla, B. Christensen, M. Ross, P. Eydoux, D. S. Rosenblatt, R. Rozen, R. A. Gravel, Hum. Mol. Genet. 1996, 5, 1867–1874.
L. H. Chen, M. L. Liu, H. Y. Hwang, L. S. Chen, J. Korenberg, B. Shane, J. Biol. Chem. 1997, 272, 3628–3634.
Y. N. Li, S. Gulati, P. J. Baker, L. C. Brody, R. Banerjee, W. D. Kruger, Hum. Mol. Genet. 1996, 5, 1851–1858.
D. Leclerc, A. Wilson, R. Dumas, C. Gafuik, D. Song, D. Watkins, H. H. Heng, J. M. Rommens, S. W. Scherer, D. S. Rosenblatt, R. A. Gravel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 3059–3064.
F. Mancia, N. H. Keep, A. Nakagawa, P. F. Leadlay, S. McSweeney, B. Rasmussen, P. Bosecke, O. Diat, P. R. Evans, Structure 1996, 4, 339–350.
R. G. Matthews, Met. Ions Life Sci. 2009, 6, 53–114.
R. A. Kwiecien, I. V. Khavrutskii, D. G. Musaev, K. Morokuma, R. Banerjee, P. Paneth, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1287–1292.
K. Mori, T. Tobimatsu, T. Hara, T. Toraya, J. Biol. Chem. 1997, 272, 32034–32041.
T. Toraya, K. Mori, J. Biol. Chem. 1999, 274, 3372–3377.
K. Mori, T. Toraya, Biochemistry 1999, 38, 13170–13178.
N. Shibata, K. Mori, N. Hieda, Y. Higuchi, M. Yamanishi, T. Toraya, Structure 2005, 13, 1745–1754.
K. Mori, Y. Hosokawa, T. Yoshinaga, T. Toraya, FEBS J. 2010, 277, 4931–4943.
D. Padovani, R. Banerjee, Biochemistry 2006, 45, 9300–9306.
D. Padovani, T. Labunska, B. A. Palfey, D. P. Ballou, R. Banerjee, Nat. Chem. Biol. 2008, 4, 194–196.
D. Padovani, R. Banerjee, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 21567–21572.
P. Hubbard, D. Padovani, T. Labunska, S. Mahlstedt, R. Banerjee, C. Drennan, J. Biol. Chem. 2007, 282, 31308–31316.
D. Froese, G. Kochan, J. Muniz, X. Wu, C. Gileadi, E. Ugochukwu, E. Krysztofinska, R. Gravel, U. Oppermann, W. Yue, J. Biol. Chem. 2010, 285, 38204–38213.
M. Nakao, S. Hironaka, N. Harada, T. Adachi, T. Bito, Y. Yabuta, F. Watanabe, T. Miura, R. Yamaji, H. Inui, Y. Nakano, Br. J. Nutr. 2009, 101, 492–498.
D. G. Kennedy, A. Cannavan, A. Molloy, F. O’Harte, S. M. Taylor, S. Kennedy, W. J. Blanchflower, Br. J. Nutr. 1990, 64, 721–732.
E. Vieira-Makings, N. Chetty, S. C. Reavis, J. Metz, Biochem. J. 1991, 275, 585–590.
V. Bandarian, R. G. Matthews, Biochemistry 2001, 40, 5056–5064.
J. T. Drummond, S. Huang, R. M. Blumenthal, R. G. Matthews, Biochemistry 1993, 32, 9290–9295.
K. Yamada, S. Yamada, T. Tobimatsu, T. Toraya, J. Biol. Chem. 1999, 274, 35571–35576.
H. Olteanu, R. Banerjee, J. Biol. Chem. 2001, 276, 35558–35563.
K. Yamada, R. Gravel, T. Toraya, R. Matthews, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 9476–9481.
K. Wolthers, N. Scrutton, FEBS J. 2009, 276, 1942–1951.
F. Rosales, S. J. Ritari, W. Sakami, Biochem. Biophys. Res. Commun. 1970, 40, 271–276.
N. Brot, H. Weissbach, J. Biol. Chem. 1966, 241, 2024–2028.
R. V. Banerjee, N. L. Johnston, J. K. Sobeski, P. Datta, R. G. Matthews, J. Biol. Chem. 1989, 264, 13888–13895.
C. W. Goulding, D. Postigo, R. G. Matthews, Biochemistry 1997, 36, 8082–8091.
M. M. Dixon, S. Huang, R. G. Matthews, M. Ludwig, Structure 1996, 4, 1263–1275.
J. Evans, D. Huddler, M. Hilgers, G. Romanchuk, R. Matthews, M. Ludwig, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 3729–3736.
A. Ishida, H. Kanefusa, H. Fujita, T. Toraya, Arch. Microbiol. 1994, 161, 293–299.
V. Bandarian, M. L. Ludwig, R. G. Matthews, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 8156–8163.
A. S. Fleischhacker, R. G. Matthews, Biochemistry 2007, 46, 12382–12392.
M. D. Liptak, A. S. Fleischhacker, R. G. Matthews, T. C. Brunold, Biochemistry 2007, 46, 8024–8035.
C. Kutzbach, E. Stokstad, Biochim. Biophys. Acta 1971, 250, 459–477.
R. Deacon, M. Lumb, J. Perry, I. Chanarin, B. Minty, M. J. Halsey, J. F. Nunn, Lancet 1978, 2 (8098), 1023–1024.
V. Frasca, B. Riazzi, R. Matthews, J. Biol. Chem. 1986, 261, 15823–15826.
J. T. Drummond, R. G. Matthews, Biochemistry 1994, 33, 3732–3741.
J. T. Drummond, R. G. Matthews, Biochemistry 1994, 33, 3742–3750.
J. B. Brodsky, J. M. Baden, M. Serra, Y. Kundomal, Anesthesiology 1984, 61, 66–68.
K. Yamada, T. Kawata, M. Wada, T. Isshiki, J. Onoda, T. Kawanishi, A. Kunou, T. Tadokoro, T. Tobimatsu, A. Maekawa, T. Toraya, J. Nutr. 2000, 130, 1894–1900.
K. Yamada, T. Kawata, M. Wada, K. Mori, H. Tamai, N. Tanaka, T. Tadokoro, T. Tobimatsu, T. Toraya, A. Maekawa, J. Nutr. Sci. Vitaminol. (Tokyo) 2007, 53, 95–101.
D. Swanson, M. Liu, P. Baker, L. Garrett, M. Stitzel, J. Wu, M. Harris, R. Banerjee, B. Shane, L. Brody, Mol. Cell. Biol. 2001, 21, 1058–1065.
J. Noronha, M. Silverman, “On Folic Acid, Vitamin B12, Methionine and Formiminoglutamic Acid Metabolism”, Proceedings of the Second European Symposium on Vitamin B12 and Intrinsic Factor, 1962, pp. 728–736.
V. Herbert, R. Zalusky, J. Clin. Invest. 1962, 41, 1263–1276.
J. van der Westhuyzen, J. Metz, Br. J. Nutr. 1983, 50, 325–330.
D. G. Weir, S. Keating, A. Molloy, J. McPartlin, S. Kennedy, J. Blanchflower, D. G. Kennedy, D. Rice, J. M. Scott, J. Neurochem. 1988, 51, 1949–1952.
N. Iwata, M. Omine, H. Yamauchi, T. Maekawa, Blood 1982, 60, 918–923.
G. E. Davidson, D. G. Weir, J. M. Scott, Biochim. Biophys. Acta 1975, 392, 207–215.
R. J. Kovachy, S. D. Copley, R. H. Allen, J. Biol. Chem. 1983, 258, 11415–11421.
Y. Shimomura, T. Murakami, N. Fujitsuka, N. Nakai, Y. Sato, S. Sugiyama, N. Shimomura, J. Irwin, J. W. Hawes, R. A. Harris, J. Biol. Chem. 1994, 269, 14248–14253.
B. R. Hutto, Compr. Psychiatry 1997, 38, 305–314.
R. Clarke, A. D. Smith, K. A. Jobst, H. Refsum, L. Sutton, P. M. Ueland, Arch. Neurol. 1998, 55, 1449–1455.
J. B. van Meurs, R. A. Dhonukshe-Rutten, S. M. Pluijm, M. van der Klift, R. de Jonge, J. Lindemans, L. C. de Groot, A. Hofman, J. C. Witteman, J. P. van Leeuwen, M. M. Breteler, P. Lips, H. A. Pols, A. G. Uitterlinden, N. Engl. J. Med. 2004, 350, 2033–2041.
J. F. Toole, M. R. Malinow, L. E. Chambless, J. D. Spence, L. C. Pettigrew, V. J. Howard, E. G. Sides, C. H. Wang, M. Stampfer, J. Am. Med. Assoc. 2004, 291, 565–575.
E. Lonn, S. Yusuf, M. J. Arnold, P. Sheridan, J. Pogue, M. Micks, M. J. McQueen, J. Probstfield, G. Fodor, C. Held, J. Genest, Jr., N. Engl. J. Med. 2006, 354, 1567–1577.
K. H. Bonaa, I. Njolstad, P. M. Ueland, H. Schirmer, A. Tverdal, T. Steigen, H. Wang, J. E. Nordrehaug, E. Arnesen, K. Rasmussen, N. Engl. J. Med. 2006, 354, 1578–1588.
R. Clarke, D. A. Bennett, S. Parish, P. Verhoef, M. Dotsch-Klerk, M. Lathrop, P. Xu, B. G. Nordestgaard, H. Holm, J. C. Hopewell, D. Saleheen, T. Tanaka, S. S. Anand, J. C. Chambers, M. E. Kleber, W. H. Ouwehand, Y. Yamada, C. Elbers, B. Peters, A. F. Stewart, M. M. Reilly, B. Thorand, S. Yusuf, J. C. Engert, T. L. Assimes, J. Kooner, J. Danesh, H. Watkins, N. J. Samani, R. Collins, R. Peto, PLoS Med. 2012, 9, e1001177.
I. C. Balfour, D. W. Lane, Lancet 1980, 2, 1246.
J. Lindenbaum, D. G. Savage, S. P. Stabler, R. H. Allen, Am. J. Hematol. 1990, 34, 99–107.
D. G. Savage, J. Lindenbaum, S. P. Stabler, R. H. Allen, Am. J. Med. 1994, 96, 239–246.
A. A. Watson, Lancet 1962, 2, 644.
A. Sharp, L. Witts, Lancet 1962, 2, 779.
T. Kawata, T. Takada, F. Morimoto, N. Fujimoto, N. Tanaka, K. Yamada, M. Wada, T. Tadokoro, A. Maekawa, J. Nutr. Sci. Vitaminol. (Tokyo) 1992, 38, 305–316.
B. J. Kripke, A. D. Kelman, N. K. Shah, K. Balogh, A. H. Handler, Anesthesiology 1976, 44, 104–113.
J. Selhub, L. C. Bagley, J. Miller, I. H. Rosenberg, Am. J. Clin. Nutr. 2000, 71, 614S–620S.
P. Sipponen, F. Laxen, K. Huotari, M. Harkonen, Scand. J. Gastroenterol. 2003, 38, 1209–1216.
B. Kamgar-Parsi, T. A. Wehr, J. C. Gillin, Sleep 1983, 6, 257–264.
M. Okawa, K. Mishima, T. Nanami, T. Shimizu, S. Iijima, Y. Hishikawa, K. Takahashi, Sleep 1990, 13, 15–23.
G. Mayer, M. Kroger, K. Meier-Ewert, Neuropsychopharmacology 1996, 15, 456–464.
J. F. Adams, Nature 1963, 198, 200.
F. Alderuccio, J. W. Sentry, A. C. Marshall, M. Biondo, B. H. Toh, Clin. Immunol. 2002, 102, 48–58.
D. L. Greenwood, J. W. Sentry, Clin. Immunol. 2007, 122, 41–52.
D. P. Agamanolis, E. M. Chester, M. Victor, J. A. Kark, J. D. Hines, J. W. Harris, Neurology 1976, 26, 905–914.
J. M. Scott, J. J. Dinn, P. Wilson, D. G. Weir, Lancet 1981, 2, 334–337.
S. C. Lai, Y. Nakayama, J. M. Sequeira, B. J. Wlodarczyk, R. M. Cabrera, R. H. Finnell, T. Bottiglieri, E. V. Quadros, FASEB J. 2013.
C. L. Elmore, X. Wu, D. Leclerc, E. D. Watson, T. Bottiglieri, N. I. Krupenko, S. A. Krupenko, J. C. Cross, R. Rozen, R. A. Gravel, R. G. Matthews, Mol. Genet. Metab. 2007, 91, 85–97.
H. Peters, M. Nefedov, J. Sarsero, J. Pitt, K. J. Fowler, S. Gazeas, S. G. Kahler, P. A. Ioannou, J. Biol. Chem. 2003, 278, 52909–52913.
N. E. Buck, H. Dashnow, J. J. Pitt, L. R. Wood, H. L. Peters, PLoS One 2012, 7, e44974.
R. J. Chandler, V. Aswani, M. S. Tsai, M. Falk, N. Wehrli, S. Stabler, R. Allen, M. Sedensky, H. H. Kazazian, C. P. Venditti, Mol. Genet. Metab. 2006, 89, 64–73.
M. Kobayashi, S. Shimizu, Eur. J. Biochem. 1999, 261, 1–9.
T. Nagasawa, K. Takeuchi, H. Yamada, Eur. J. Biochem. 1991, 196, 581–589.
H. Yamada, M. Kobayashi, Biosci. Biotechnol. Biochem. 1996, 60, 1391–1400.
A. Miyanaga, S. Fushinobu, K. Ito, T. Wakagi, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001, 288, 1169–1174.
K. U. Foerstner, T. Doerks, J. Muller, J. Raes, P. Bork, PLoS One 2008, 3, e3976.
A. O. Marron, M. Akam, G. Walker, PLoS One 2012, 7, e32867.
R. L. Kendall, R. A. Bradshaw, J. Biol. Chem. 1992, 267, 20667–20673.
M. A. Goldberg, S. P. Dunning, H. F. Bunn, Science 1988, 242, 1412–1415.
M. De Boeck, M. Kirsch-Volders, D. Lison, Mutat. Res. 2003, 533, 135–152.
S. Alarifi, D. Ali, A. O. Y, M. Ahamed, M. A. Siddiqui, A. A. Al-Khedhairy, Int. J. Nanomedicine 2013, 8, 17–23.
W. DeLano, DeLano Scientific LLC, 2008.
Acknowledgment
The author acknowledges Dr. C. L. Elmore (US Food and Drug Administration) for reading and editing the English.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2013 Springer Science+Business Media Dordrecht
About this chapter
Cite this chapter
Yamada, K. (2013). Cobalt: Its Role in Health and Disease. In: Sigel, A., Sigel, H., Sigel, R. (eds) Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Metal Ions in Life Sciences, vol 13. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_9
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_9
Published:
Publisher Name: Springer, Dordrecht
Print ISBN: 978-94-007-7499-5
Online ISBN: 978-94-007-7500-8
eBook Packages: Biomedical and Life SciencesBiomedical and Life Sciences (R0)