Caratterizzazione in vivo degli effetti chimici di interferenza endocrina tramite l'indicatore di azione dell'ormone tiroideo

La segnalazione dell’ormone tiroideo (TH) è un regolatore fondamentale del metabolismo cellulare, essenziale per il normale sviluppo e la funzione ottimale dei tessuti in età adulta¹. All’interno dei tessuti, l’azione del TH è finemente controllata da un complesso meccanismo molecolare, che consente il mantenimento tessuto-specifico dei livelli locali di TH. Questa autonomia dei diversi tessuti dai livelli circolanti di TH è di grande importanza ^2,3,4.

Numerose sostanze chimiche hanno il potenziale di alterare le funzioni endocrine e si trovano nell’ambiente come inquinanti. È una preoccupazione crescente che queste molecole possano entrare nella catena alimentare attraverso le acque reflue e la produzione agricola, con un impatto sulla salute del bestiame e degli esseri umani ^5,6,7.

Una delle sfide significative nell’affrontare questo problema è l’enorme numero di composti coinvolti, comprese le molecole autorizzate e già vietate, ma ancora persistentemente presenti. Negli ultimi anni sono stati compiuti sforzi sostanziali per sviluppare sistemi di prova per lo screening e l’identificazione del potenziale di disturbo di varie sostanze chimiche 8,9,10,11. Sebbene questi metodi eccellono nello screening ad alto rendimento di migliaia di composti e nell’identificazione di potenziali minacce, un’analisi dettagliata degli effetti specifici in vivo di queste molecole è essenziale per stabilire i rischi dell’esposizione umana. Pertanto, è necessario un approccio multiforme quando si studiano e caratterizzano le sostanze chimiche che alterano il sistema endocrino (EDC).

Nel contesto della regolazione del TH, la comprensione delle conseguenze tessuto-specifiche dell’esposizione all’EDC richiede la quantificazione dell’azione locale del TH. Sebbene siano stati sviluppati diversi modelli in vivo per questo scopo, la maggior parte si basa su marcatori endogeni come misura di output. Pur essendo fisiologici, questi marcatori sono soggetti a numerosi meccanismi di regolazione, sia diretti che indiretti, che rendono più difficile la loro interpretazione. Pertanto, la caratterizzazione degli effetti dell’EDC sulla regolazione del TH a livello tissutale rimane una sfida significativa^12,13.

Per affrontare le sfide della misurazione della segnalazione TH tessuto-specifica, è stato recentemente sviluppato il modello murino THAI (Thyroid Hormone Action Indicator). Questo modello consente di quantificare in modo specifico i cambiamenti nell’azione locale del TH in condizioni endogene. Un transgene della luciferasi è stato introdotto nel genoma del topo, che è altamente sensibile alla regolazione da parte dell’azione^{TH 14}. Questo modello si è dimostrato efficace nel rispondere a varie domande di ricerca che richiedono la quantificazione dei cambiamenti nella segnalazione TH tissutale locale 14,15,16,17,18.

Il riconoscimento di un potenziale utilizzo del modello THAI sta caratterizzando gli effetti tessuto-specifici degli EDC sulla segnalazione TH. Il modello è stato recentemente impiegato con successo per studiare gli effetti tessuto-specifici del tetrabromobisfenolo A e del diclazuril sulla segnalazione TH¹⁵. Qui, vengono presentati i protocolli di base per l’utilizzo di tecniche di imaging in vivo sul modello THAI come sistema di test per la caratterizzazione degli EDC che interrompono la funzione TH. Questo metodo sfrutta la natura bioluminescente della reazione luciferina-luciferasi. Essenzialmente, l’enzima luciferasi espresso transgenicamente catalizza l’ossidazione della luciferina somministrata, generando luce luminescente proporzionale alla quantità di luciferasi nel tessuto (Figura 1). Di conseguenza, la risposta biologica misurata è l’attività della luciferasi, che è stata validata come misura appropriata dell’azione locale del TH¹⁴. Mentre il modello THAI è applicabile per quantificare l’azione del TH praticamente in tutti i tessuti, l’imaging in vivo si concentra principalmente sull’azione del TH nell’intestino tenue (imaging ventrale) e nel tessuto adiposo bruno interscapolare (BAT, imaging dorsale)¹⁴.

Un vantaggio significativo della tecnica di imaging in vivo è che elimina la necessità di sacrificare animali per le misurazioni. Ciò consente ai ricercatori di progettare esperimenti longitudinali e di follow-up come studi autocontrollati, riducendo i pregiudizi tra i soggetti e il numero di animali utilizzati. Questo aspetto è particolarmente cruciale nella caratterizzazione degli EDC e la forza e la versatilità del metodo per questo scopo sono state precedentemente dimostrate^14,15.