في الجسم الحي توصيف الآثار الكيميائية لتعطيل الغدد الصماء عن طريق هرمون الغدة الدرقية مؤشر عمل الماوس
Summary
تم تطوير نموذج الماوس مؤشر عمل هرمون الغدة الدرقية لتمكين القياس الكمي الخاص بالأنسجة لعمل هرمون الغدة الدرقية المحلي باستخدام آليته التنظيمية الداخلية. في الآونة الأخيرة ، ثبت أن النموذج مناسب لتوصيف المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء التي تتفاعل مع اقتصاد هرمون الغدة الدرقية ، سواء من خلال منهجيات خارج الجسم الحي أو في الجسم الحي .
Abstract
تلعب هرمونات الغدة الدرقية (TH) دورا مهما في استقلاب الخلايا ووظيفة الأنسجة. اقتصاد TH عرضة للمواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء (EDCs) التي يمكن أن تزعج إنتاج الهرمونات أو عملها. العديد من الملوثات البيئية هي EDCs ، مما يمثل تهديدا ناشئا لكل من صحة الإنسان والإنتاج الزراعي. وقد أدى ذلك إلى زيادة الطلب على أنظمة الاختبار المناسبة لدراسة آثار EDCs المحتملة. ومع ذلك، تواجه المنهجيات الحالية تحديات. تستخدم معظم أنظمة الاختبار علامات داخلية تنظمها عمليات تنظيمية متعددة ومعقدة في كثير من الأحيان ، مما يجعل من الصعب التمييز بين الآثار المباشرة وغير المباشرة. علاوة على ذلك ، تفتقر أنظمة الاختبار في المختبر إلى التعقيد الفسيولوجي لعملية التمثيل الغذائي EDC والحرائك الدوائية في الثدييات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التعرض ل EDCs البيئية عادة ما ينطوي على خليط من مركبات متعددة ، بما في ذلك المستقلبات المتولدة في الجسم الحي ، لذلك لا يمكن تجاهل إمكانية التفاعلات. هذا التعقيد يجعل توصيف EDC صعبا. فأر مؤشر عمل هرمون الغدة الدرقية (THAI) هو نموذج معدل وراثيا يحمل نظام مراسل لوسيفيراز مستجيب ل TH ، مما يتيح تقييم عمل TH الخاص بالأنسجة. يمكن للمرء تقييم التأثيرات الخاصة بالأنسجة للمواد الكيميائية على عمل TH المحلي عن طريق تحديد تعبير مراسل لوسيفيراز في عينات الأنسجة. علاوة على ذلك ، مع التصوير في الجسم الحي ، يسمح نموذج الماوس التايلاندي بإجراء دراسات طولية حول تأثيرات EDCs المحتملة في الحية. يوفر هذا النهج أداة قوية لاختبار التعرض طويل الأجل أو هياكل العلاج المعقدة أو الانسحاب ، لأنه يتيح تقييم التغييرات في عمل TH المحلي بمرور الوقت في نفس. يصف هذا التقرير عملية قياسات التصوير في الجسم الحي على الفئران التايلاندية. يركز البروتوكول الذي تمت مناقشته هنا على تطوير وتصوير الفئران المفرطة والغدة الدرقية ، والتي يمكن أن تكون بمثابة عناصر تحكم. يمكن للباحثين تكييف أو توسيع العلاجات المقدمة لتلبية احتياجاتهم الخاصة ، وتقديم نهج أساسي لمزيد من التحقيق.
Introduction
إشارات هرمون الغدة الدرقية (TH) هي منظم أساسي لعملية التمثيل الغذائي الخلوي ، وهي ضرورية للتطور الطبيعي ووظيفة الأنسجة المثلى في مرحلة البلوغ1. داخل الأنسجة ، يتم التحكم في عمل TH بدقة بواسطة آلية جزيئية معقدة ، مما يسمح بصيانة الأنسجة الخاصة بمستويات TH المحلية. هذا الاستقلال الذاتي للأنسجة المختلفة من مستويات TH المتداولة له أهمية كبيرة2،3،4.
العديد من المواد الكيميائية لديها القدرة على تعطيل وظائف الغدد الصماء وتوجد في البيئة كملوثات. إنه قلق متزايد من أن هذه الجزيئات يمكن أن تدخل السلسلة الغذائية من خلال مياه الصرف الصحي والإنتاج الزراعي ، مما يؤثر على صحة الماشية والبشر5،6،7.
أحد التحديات الكبيرة في معالجة هذه المشكلة هو العدد الهائل من المركبات المعنية ، بما في ذلك الجزيئات المصرح بها والمحظورة بالفعل ، ولكنها لا تزال موجودة باستمرار. في السنوات الأخيرة ، بذلت جهود كبيرة لتطوير أنظمة اختبار لفحص وتحديد الإمكانات التخريبية لمختلف المواد الكيميائية8،9،10،11. في حين أن هذه الأساليب تتفوق في الفحص عالي الإنتاجية لآلاف المركبات وتحديد التهديدات المحتملة ، فإن التحليل التفصيلي للتأثيرات المحددة في الجسم الحي لهذه الجزيئات ضروري لتحديد مخاطر التعرض البشري. وبالتالي ، من الضروري اتباع نهج متعدد الأوجه عند دراسة وتوصيف المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء (EDCs).
في سياق تنظيم TH ، يتطلب فهم العواقب الخاصة بالأنسجة للتعرض ل EDC تحديد كمية عمل TH المحلي. على الرغم من تطوير العديد من النماذج في الجسم الحي لهذا الغرض ، إلا أن معظمها يعتمد على العلامات الداخلية كمقياس للإنتاج. على الرغم من كونها فسيولوجية ، إلا أن هذه العلامات تخضع للعديد من الآليات التنظيمية ، المباشرة وغير المباشرة ، مما يجعل تفسيرها أكثر صعوبة. لذلك ، لا يزال توصيف تأثيرات EDC على تنظيم TH على مستوى الأنسجة يمثل تحديا كبيرا12،13.
لمواجهة تحديات قياس إشارات TH الخاصة بالأنسجة ، تم تطوير نموذج الماوس لمؤشر عمل هرمون الغدة الدرقية (THAI) مؤخرا. يسمح هذا النموذج بتقدير كمي محدد للتغيرات في عمل TH المحلي في ظل الظروف الداخلية. تم إدخال جين تحوير لوسيفيراز في جينوم الفأر ، وهو حساس للغاية للتنظيم من خلال الإجراءTH 14. أثبت هذا النموذج فعاليته في الإجابة على أسئلة البحث المختلفة التي تتطلب تحديد التغيرات في الأنسجة المحلية TH التي تشيرإلى 14،15،16،17،18.
إن التعرف على أحد الاستخدامات المحتملة للنموذج التايلاندي هو توصيف التأثيرات الخاصة بالأنسجة ل EDCs على إشارات TH. وقد استخدم النموذج مؤخرا بنجاح لاستقصاء التأثيرات الخاصة بالأنسجة لرباعي البروم ثنائي الفينول ألف وديكلازوريل على إشارات TH15. هنا ، يتم تقديم بروتوكولات خط الأساس لاستخدام تقنيات التصوير في الجسم الحي على النموذج التايلاندي كنظام اختبار لتوصيف EDCs التي تعطل وظيفة TH. تستفيد هذه الطريقة من الطبيعة الحيوية لتفاعل لوسيفيرين-لوسيفيراز. بشكل أساسي ، يحفز إنزيم اللوسيفيراز المعبر عنه وراثيا أكسدة اللوسيفرين المعطى ، مما يولد ضوءا مضيئا يتناسب مع كمية اللوسيفيراز في الأنسجة (الشكل 1). وبالتالي ، فإن الاستجابة البيولوجية المقاسة هي نشاط لوسيفيراز ، والذي تم التحقق من صحته كمقياس مناسب لعمل TH المحلي14. في حين أن نموذج THAI قابل للتطبيق لقياس عمل TH في جميع الأنسجة تقريبا ، يركز التصوير في الجسم الحي بشكل أساسي على عمل TH في الأمعاء الدقيقة (التصوير البطني) والأنسجة الدهنية البنية بين الكتفين (BAT ، التصوير الظهري)14.
من المزايا المهمة لتقنية التصوير في الجسم الحي أنها تلغي الحاجة إلى التضحية بالحيوانات من أجل القياسات. وهذا يسمح للباحثين بتصميم تجارب طولية ومتابعة كدراسات ذاتية التحكم ، مما يقلل من التحيز بين الموضوعات وعدد المستخدمة. هذا الجانب مهم بشكل خاص في توصيف EDC ، وقد تم إثبات قوة الطريقة وتعدد استخداماتها لهذا الغرض سابقا14,15.
Protocol
Representative Results
Discussion
إن التهديدات التي تشكلها المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء (EDCs) على صحة الإنسان معترف بها جيدا. ومع ذلك ، فإن البحث في EDCs يواجه تحديات هائلة. هذه التحديات هي جزئيا نتيجة لتعقيد نظام الغدد الصماء. تم تحديد العديد من EDCs لتعطيل أنظمة الغدد الصماء المتعددة في وقتواحد 22<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل المشروع رقم. تم تنفيذ RRF-2.3.1-21-2022-00011 ، بعنوان المختبر الوطني لعلم الأعصاب الانتقالي بدعم من مرفق التعافي والقدرة على الصمود التابع للاتحاد الأوروبي في إطار برنامج Széchenyi Plan Plus.
Materials
| 3,5,3'-triiodothyronine (T3) | Merck | T2877 | |
| Animals, mice | THAI mouse | ||
| Eye protection gel | Oculotect | 1000 IU/g | |
| Falcon tube | Thermo Fisher Scientific | 50 mL volume | |
| Iodine-free chow diet | Research Diets | custom | |
| IVIS Lumina II in vivo imaging system | Perkin Elmer | – | |
| Ketamine | Vetcentre | E1857 | |
| Living Image software 4.5 | Perkin Elmer | – | provided with the instrument |
| Measuring cylinder | 250 mL | ||
| methimazole | Merck | M8506 | |
| Microfuge tubes | Eppendorf | For diluting treatment materials | |
| NaClO4 | Merck | 71852 | |
| Na-luciferin, substrate | Goldbio | 103404-75-7 | |
| NaOH | Merck | 101052833 | |
| Phoshphate buffer saline | Chem Cruz | sc-362302 | |
| Pipette | Gilson | For diluting treatment materials | |
| Pipette tips | Axygen | For diluting treatment materials | |
| Shaving cream/epilator/shaver | Personal preference | ||
| Syringe | B Braun | 1 mL volume | |
| Syringe needle | B Braun | 0.3 x 12 mm | |
| Xylazine | Vetcentre | E1852 |
References
- Larsen, P. R., Davies, T. F., Hay, I. D., Wilson, J. D., Foster, D. W., Kronenberg, H. M., Larsen, P. R. . Williams Textbook of Endocrinology. , 389-515 (1998).
- Gereben, B., et al. Cellular and molecular basis of deiodinase-regulated thyroid hormone signaling. Endocr Rev. 29 (7), 898-938 (2008).
- Fekete, C., Lechan, R. M. Central regulation of hypothalamic-pituitary-thyroid axis under physiological and pathophysiological conditions. Endocr Rev. 35 (2), 159-194 (2014).
- Bianco, A. C., et al. Paradigms of Dynamic Control of Thyroid Hormone Signaling. Endocr Rev. 40 (4), 1000-1047 (2019).
- Zoeller, R. T. Endocrine disrupting chemicals and thyroid hormone action. Adv Pharmacol. 92, 401-417 (2021).
- Guarnotta, V., Amodei, R., Frasca, F., Aversa, A., Giordano, C. Impact of chemical endocrine disruptors and hormone modulators on the endocrine system. Int J Mol Sci. 23 (10), 5710 (2022).
- La Merrill, M. A., et al. Consensus on the key characteristics of endocrine-disrupting chemicals as a basis for hazard identification. Nat Rev Endocrinol. 16 (1), 45-57 (2020).
- Fini, J. B., et al. An in vivo multiwell-based fluorescent screen for monitoring vertebrate thyroid hormone disruption. Environ Sci Technol. 41 (16), 5908-5914 (2007).
- Mughal, B. B., Fini, J. B., Demeneix, B. A. Thyroid-disrupting chemicals and brain development: an update. Endocr Connect. 7 (4), 160-186 (2018).
- Dong, M., Li, Y., Zhu, M., Li, J., Qin, Z. Tetrabromobisphenol a disturbs brain development in both thyroid hormone-dependent and -independent manners in xenopus laevis. Molecules. 27 (1), 249 (2021).
- Beck, K. R., Sommer, T. J., Schuster, D., Odermatt, A. Evaluation of tetrabromobisphenol A effects on human glucocorticoid and androgen receptors: A comparison of results from human- with yeast-based in vitro assays. Toxicology. 370, 70-77 (2016).
- Li, J., Li, Y., Zhu, M., Song, S., Qin, Z. A multiwell-based assay for screening thyroid hormone signaling disruptors using thibz expression as a sensitive endpoint in xenopus laevis. Molecules. 27 (3), 798 (2022).
- Myosho, T., et al. Preself-feeding medaka fry provides a suitable screening system for in vivo assessment of thyroid hormone-disrupting potential. Environ Sci Technol. 56 (10), 6479-6490 (2022).
- Mohacsik, P., et al. A Transgenic mouse model for detection of tissue-specific thyroid hormone action. Endocrinology. 159 (2), 1159-1171 (2018).
- Sinko, R., et al. Tetrabromobisphenol A and diclazuril evoke tissue-specific changes of thyroid hormone signaling in male thyroid hormone action indicator Mice. Int J Mol Sci. 23 (23), 14782 (2022).
- Sinko, R., et al. Different hypothalamic mechanisms control decreased circulating thyroid hormone levels in infection and fasting-induced non-thyroidal illness syndrome in male thyroid hormone action indicator mice. Thyroid. 33 (1), 109-118 (2023).
- Salas-Lucia, F., et al. Axonal T3 uptake and transport can trigger thyroid hormone signaling in the brain. Elife. 12, 82683 (2023).
- Liu, S., et al. Triiodothyronine (T3) promotes brown fat hyperplasia via thyroid hormone receptor alpha mediated adipocyte progenitor cell proliferation. Nat Commun. 13 (1), 3394 (2022).
- Bianco, A. C., et al. American thyroid association guide to investigating thyroid hormone economy and action in rodent and cell models. Thyroid. 24 (1), 88-168 (2014).
- Silva, J. E., Larsen, P. R. Adrenergic activation of triiodothyronine production in brown adipose tissue. Nature. 305 (5936), 712-713 (1983).
- Bianco, A. C., Silva, J. E. Intracellular conversion of thyroxine to triiodothyronine is required for the optimal thermogenic function of brown adipose tissue. J Clin Invest. 79 (1), 295-300 (1987).
- Caporale, N., et al. From cohorts to molecules: Adverse impacts of endocrine disrupting mixtures. Science. 375 (6582), 8244 (2022).
