In vivo karakterisering van hormoonverstorende chemische effecten via schildklierhormoon actie-indicator muis

Schildklierhormoon (TH)-signalering is een fundamentele regulator van het cellulaire metabolisme, essentieel voor een normale ontwikkeling en een optimale weefselfunctie op^{volwassen leeftijd.} In weefsels wordt de TH-werking nauwkeurig gecontroleerd door een complexe moleculaire machinerie, waardoor weefselspecifiek behoud van lokale TH-niveaus mogelijk is. Deze autonomie van verschillende weefsels ten opzichte van circulerende TH-niveaus is van groot belang ^2,3,4.

Talrijke chemische stoffen kunnen de endocriene functies verstoren en worden als verontreinigende stoffen in het milieu aangetroffen. Het is een groeiende zorg dat deze moleculen via afvalwater en landbouwproductie in de voedselketen terecht kunnen komen, waardoor de gezondheid van vee en mensen wordt beïnvloed ^5,6,7.

Een van de belangrijkste uitdagingen bij het aanpakken van dit probleem is het enorme aantal betrokken verbindingen, waaronder zowel geautoriseerde als reeds verboden, maar nog steeds aanwezig zijnde moleculen. In de afgelopen jaren zijn aanzienlijke inspanningen geleverd om testsystemen te ontwikkelen voor het screenen en identificeren van het verstorend potentieel van verschillende chemische stoffen 8,9,10,11. Hoewel deze methoden uitblinken in high-throughput screening van duizenden verbindingen en het identificeren van potentiële bedreigingen, is een gedetailleerde analyse van specifieke in vivo effecten van deze moleculen essentieel om de gevaren van menselijke blootstelling vast te stellen. Een veelzijdige aanpak is dus noodzakelijk bij het bestuderen en karakteriseren van hormoonontregelende chemicaliën (EDC’s).

In de context van TH-regulering vereist het begrijpen van de weefselspecifieke gevolgen van blootstelling aan EDC het kwantificeren van lokale TH-actie. Hoewel er verschillende in vivo modellen voor dit doel zijn ontwikkeld, vertrouwen de meeste op endogene markers als outputmaatstaf. Ondanks dat ze fysiologisch zijn, zijn deze markers onderhevig aan tal van regulerende mechanismen, zowel direct als indirect, waardoor hun interpretatie uitdagender wordt. Daarom blijft het karakteriseren van EDC-effecten op TH-regulatie op weefselniveau een belangrijke uitdaging^12,13.

Om de uitdagingen van het meten van weefselspecifieke TH-signalering aan te pakken, is onlangs het Thyroid Hormone Action Indicator (THAI) muismodel ontwikkeld. Dit model maakt het mogelijk om veranderingen in lokale TH-actie onder endogene omstandigheden specifiek te kwantificeren. Een luciferase-transgen werd geïntroduceerd in het muizengenoom, dat zeer gevoelig is voor regulatie door TH-actie¹⁴. Dit model is effectief gebleken bij het beantwoorden van verschillende onderzoeksvragen die het kwantificeren van veranderingen in lokale weefsel-TH-signalering 14,15,16,17,18 vereisen.

Herkenning van een mogelijk gebruik van het THAI model is het karakteriseren van weefselspecifieke effecten van EDC’s op TH-signalering. Het model is onlangs met succes gebruikt om de weefselspecifieke effecten van tetrabroombisfenol A en diclazuril op TH-signalering te onderzoeken¹⁵. Hier worden basisprotocollen gepresenteerd voor het gebruik van in vivo beeldvormingstechnieken op het THAI-model als een testsysteem voor het karakteriseren van EDC’s die de TH-functie verstoren. Deze methode maakt gebruik van de bioluminescente aard van de luciferine-luciferase-reactie. In wezen katalyseert het transgeen tot expressie gebrachte luciferase-enzym de oxidatie van toegediende luciferine, waarbij lichtgevend licht wordt gegenereerd dat evenredig is met de hoeveelheid luciferase in het weefsel (Figuur 1). Bijgevolg is de gemeten biologische respons luciferase-activiteit, die is gevalideerd als een geschikte maat voor lokale TH-actie¹⁴. Hoewel het THAI-model toepasbaar is voor het kwantificeren van TH-actie in vrijwel alle weefsels, richt in vivo beeldvorming zich voornamelijk op TH-actie in de dunne darm (ventrale beeldvorming) en het interscapulaire bruine vetweefsel (BAT, dorsale beeldvorming)¹⁴.

Een belangrijk voordeel van de in vivo beeldvormingstechniek is dat het niet meer nodig is om dieren op te offeren voor metingen. Dit stelt onderzoekers in staat om longitudinale en follow-upexperimenten op te zetten als zelfgecontroleerde studies, waardoor de vooringenomenheid tussen proefpersonen en het aantal gebruikte dieren worden verminderd. Dit aspect is met name cruciaal bij EDC-karakterisering, en de kracht en veelzijdigheid van de methode voor dit doel zijn eerder aangetoond ^14,15.