Nodular disease of the thyroid gland has been rising worldwide. Its prevalence is 4 times higher in women than in men. Both epidemiological and experimental cell research has demonstrated that estrogen plays an important role in the pathogenesis of thyroid nodules. However, a comprehensive understanding of the relevance of estrogen in pathogenesis of thyroid nodular disease is still missing. Ongoing advances in stem cell research have opened new avenues for research. The purpose of my current study was to determine whether estrogen has the potential to promote the proliferation of human thyroid stem/progenitor cells, clarify the intracellular events involved in E2-induced stem/progenitor cells proliferation and analyze the influence of E2 on TSH- induced differentiation of progenitor cells into thyrocytes. Intense growth stimulation of stem cells resulted in the formation of spheres that consist of highly proliferating stem and progenitor cells. After passaged into secondary generation and starved from growth factors, thyroid stem/progenitor cells proliferated in response to E2 stimulation in a dose-dependent manner. 1 nM E2 was maximally effective to induce BrdU incorporation and also to generate new thyrospheres in the absence of other growth factors. The results further demonstrated that ER-α and ER-β were co-expressed in thyroid stem/progenitor cells, and regulate distinct cellular pathways. Only ER-α expression was significantly upregulated by E2 stimulation. The cell growth promoted by estrogen was associated with an increased expression of cyclin D1 that promotes progression through the G1-S phase of the cell cycle. Under the influence of TSH, adult thyroid stem cells were induced to differentiate into thyrocytes (expression differentiation marker as NIS, thyroglobulin, etc.). By estrogen stimulation, NIS was simultaneously decreased significantly. The stimulation effect on growth and inhibitory effect on NIS expression of estrogen reminds of cell clone with a higher than average growth potential and a lower NIS expression as the origin of non-functional thyroid nodules in females. The results demonstrate the molecular cascade and related cell biology events involved in estrogen-effected proliferation and differentiation of thyroid stem cells in vitro, and suggest a link between stem cells and the pathogenesis of thyroid nodules. Further studies are required to investigate the gene profiles among aberrantly-differentiated stem cells and benign and malignant thyroid nodules.
Die Entwicklung von Schilddrüsenknoten nimmt weltweit zu. Frauen sind 4 mal häufiger betroffen als Männer. Epidemiologische und zellbiologische Studien haben gezeigt, dass Östrogene in der Pathogenese von Schilddrüsenknoten eine wichtige Rolle spielen. Die Bedeutung von Östrogen in der Pathogenese von Schilddrüsenknoten ist jedoch in ihren Einzelheiten noch unbekannt. Die Fortschritte der Stammzellforschung haben auch auf diesem Gebiet neue Wege eröffnet. Ziel meiner gegenwärtigen Arbeit war es: 1\. zu analysieren, ob Östrogene die Proliferation menschlicher Schilddrüsenstamm-/progenitorzellen stimulieren, 2\. die intrazellulären Veränderungen, die in der Östrogen- induzierten Stamm-/Progenitorzellproliferation involviert sind, aufzuklären und 3\. den Einfluss von Östrogenen auf die TSH-induzierte Differenzierung von Progenitorzellen in Schilddrüsenzellen zu analysieren. Eine intensive Stimulation von Stammzellen führte zur Bildung von sogenannten „spheres“, die sich aus stark proliferierenden Stamm- und Progenitorzellen zusammensetzen. Nach Passage dieser Zellen in eine zweite Generation und nach Entzug von Wachstumsfaktoren proliferierten diese Schilddrüsenstamm- und progenitorzellen nach Stimulation mit Östrogen dosisabhängig. Mit 1 nM E2 wurde der maximaler Einbau im BrdU-ELISA erreicht und gleichzeitig in Abwesenheit von Wachstumsfaktoren die Entstehung neuer „thyrospheres“ induziert. Weiter wurde gezeigt, dass ERα und ERß in Schilddrüsenstammzellen und -progenitorzellen co- exprimiert werden und unterschiedliche Signalwege aktivieren. Allerdings wurde nur die ER-Alpha-Expression signifikant durch eine E2-Stimulation hoch reguliert. Die Stimulation des Zellwachstums durch E2 war assoziiert mit einer vermehrten Expression von Cyclin D1, das für die Progression durch die G1 bis S-Phase des Zellzyklus verantwortlich ist. Unter dem Einfluss von TSH wurde die Differenzierung adulter Schilddrüsenstammzellen in reife Thyreozyten induziert mit vermehrter Expression von Differenzierungsmarkern (u. a. NIS). Durch Östrogenstimulation wurde dagegen die NIS-Expression signifikant gehemmt. Die wachstumsstimulierende Wirkung von E2 und ihr hemmender Effekt auf die NIS-Expression erinnern an Zellklone mit einem überdurchschnittlichen Wachstumspotential und einer verminderten NIS-Expression, die als Ursprung nicht-speichernder Schilddrüsenknoten diskutiert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die molekularen und zellbiologischen Veränderungen, die E2 auf die Proliferation und die Differenzierung von Schilddrüsenstammzellen in vitro ausübt und lassen eine Verbindung zwischen den Stammzellen und der Pathogenese von Schilddrüsenknoten vermuten. Weitere Studien sind erforderlich, um die Genprofile aberrant differenzierter Stammzellen und benigner und maligner Schilddrüsenknoten miteinander zu vergleichen.
