In-vivo-Charakterisierung endokriner chemischer Wirkungen mittels Schilddrüsenhormon-Indikatormaus

Die Signalübertragung des Schilddrüsenhormons (TH) ist ein grundlegender Regulator des Zellstoffwechsels, der für eine normale Entwicklung und eine optimale Gewebefunktion im Erwachsenenalter unerlässlich^{ist 1}. Innerhalb von Geweben wird die TH-Wirkung durch eine komplexe molekulare Maschinerie fein gesteuert, die eine gewebespezifische Aufrechterhaltung des lokalen TH-Spiegels ermöglicht. Diese Autonomie verschiedener Gewebe von zirkulierenden TH-Spiegeln ist von großer Bedeutung ^2,3,4.

Zahlreiche Chemikalien haben das Potenzial, endokrine Funktionen zu stören und kommen als Schadstoffe in der Umwelt vor. Es ist zunehmend besorgniserregend, dass diese Moleküle über Abwasser und landwirtschaftliche Produktion in die Nahrungskette gelangen und dadurch die Gesundheit von Nutztieren und Menschen beeinträchtigen^{können 5,6,7}.

Eine der größten Herausforderungen bei der Bewältigung dieses Problems ist die schiere Anzahl der beteiligten Verbindungen, darunter sowohl zugelassene als auch bereits verbotene, aber immer noch ständig vorhandene Moleküle. In den letzten Jahren wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Testsysteme für das Screening und die Identifizierung des Störpotenzials verschiedener Chemikalien^{zu entwickeln 8,9,10,11}. Während sich diese Methoden beim Hochdurchsatz-Screening von Tausenden von Verbindungen und der Identifizierung potenzieller Bedrohungen auszeichnen, ist eine detaillierte Analyse der spezifischen In-vivo-Wirkungen dieser Moleküle unerlässlich, um die Gefahren einer Exposition des Menschen zu ermitteln. Daher ist ein facettenreicher Ansatz bei der Untersuchung und Charakterisierung von Chemikalien mit endokriner Wirkung (EDCs) erforderlich.

Im Zusammenhang mit der TH-Regulation erfordert das Verständnis der gewebespezifischen Folgen der EDC-Exposition die Quantifizierung der lokalen TH-Wirkung. Obwohl zu diesem Zweck mehrere In-vivo-Modelle entwickelt wurden, stützen sich die meisten auf endogene Marker als Ausgabemaß. Obwohl diese Marker physiologisch sind, unterliegen sie zahlreichen direkten und indirekten Regulationsmechanismen, was ihre Interpretation schwieriger macht. Daher bleibt die Charakterisierung von EDC-Effekten auf die TH-Regulation auf Gewebeebene eine große Herausforderung^12,13.

Um die Herausforderungen bei der Messung der gewebespezifischen TH-Signalübertragung zu bewältigen, wurde kürzlich das Mausmodell Thyroid Hormone Action Indicator (THAI) entwickelt. Dieses Modell ermöglicht eine spezifische Quantifizierung von Änderungen der lokalen TH-Wirkung unter endogenen Bedingungen. In das Genom der Maus wurde ein Luciferase-Transgen eingeführt, das sehr empfindlich auf die Regulation durch die TH-Wirkung¹⁴ reagiert. Dieses Modell hat sich als wirksam bei der Beantwortung verschiedener Forschungsfragen erwiesen, die eine Quantifizierung von Veränderungen der lokalen Gewebe-TH-Signalgebung erfordern 14,15,16,17,18.

Die Anerkennung einer möglichen Anwendung des THAI-Modells ist die Charakterisierung gewebespezifischer Effekte von EDCs auf die TH-Signalgebung. Das Modell wurde kürzlich erfolgreich eingesetzt, um die gewebespezifischen Auswirkungen von Tetrabromisphenol A und Diclazuril auf den TH-Signalweg zu untersuchen¹⁵. Hier werden Basisprotokolle für die Verwendung von In-vivo-Bildgebungsverfahren am THAI-Modell als Testsystem zur Charakterisierung von EDCs vorgestellt, die die TH-Funktion stören. Diese Methode nutzt die biolumineszierende Natur der Luciferin-Luciferase-Reaktion. Im Wesentlichen katalysiert das transgen exprimierte Luciferase-Enzym die Oxidation von verabreichtem Luciferin und erzeugt Lumineszenzlicht, das proportional zur Menge an Luciferase im Gewebe ist (Abbildung 1). Folglich ist die gemessene biologische Reaktion die Luciferase-Aktivität, die als geeignetes Maß für die lokale TH-Wirkung^{validiert wurde 14}. Während das THAI-Modell für die Quantifizierung der TH-Wirkung in praktisch allen Geweben geeignet ist, konzentriert sich die In-vivo-Bildgebung hauptsächlich auf die TH-Wirkung im Dünndarm (ventrale Bildgebung) und im interscapularen braunen Fettgewebe (BAT, dorsale Bildgebung)¹⁴.

Ein wesentlicher Vorteil der In-vivo-Bildgebungstechnik besteht darin, dass keine Tiere für Messungen geopfert werden müssen. Dies ermöglicht es den Forschern, Längsschnitt- und Folgeexperimente als selbstkontrollierte Studien zu entwerfen, wodurch die Verzerrung zwischen den Probanden und die Anzahl der verwendeten Tiere reduziert werden. Dieser Aspekt ist besonders wichtig für die EDC-Charakterisierung, und die Stärke und Vielseitigkeit der Methode für diesen Zweck wurde bereits nachgewiesen ^14,15.