Analyse der Genexpression der frühen embryonalen Schilddrüsenanlage im Mausmodell

Abstract

EINLEITUNG Die meisten Fälle einer kongenitalen Hypothyreose lassen sich ursächlich auf eine Schilddrüsen-dysgenesie zurückführen. Bis auf wenige Mutationen in den Genen NKX2.1, PAX8, FOXE1 und NKX2.5 ist der Pathomechanismus dieser Entwicklungsstörung bisher nicht geklärt. Ziel dieser Arbeit war es, weitere Gene, welche eine Rolle in der frühen Schilddrüsenentwicklung spielen, zu identifizieren. METHODIK Ausgehend von der Annahme, dass die spezifische Expression eines Gens in einer Organanlage einen Hinweis auf eine spezielle Funktion dieses Gens in der Embryogenese des Organs gibt, wurde das “Screening“ von 2000 verschiedenen Expressionsmustern in einer In-situ-Hybridisierungsdatenbank zur Bearbeitung der Fragestellung gewählt. In einer Zweistufen-Selektion wurden anhand eines Referenzbildes 10 verschiedene Gene ausgewählt, welche ein Farbsignal, als Ausdruck der Expression, in der Region der Schilddrüsenanlage eines 9.5 Tage alten Mausembryos aufwiesen. ERGEBNISSE Mittels Rehybridisierung auf histologischen Schnitten unter Verwendung der gleichen Sonden, welche auch für die Erstellung der Datenbank eingesetzt worden waren, konnte eine Expression in den Schilddrüsenvorläuferzellen für zwei Gene nachgewiesen werden. Eines der beiden Gene ist der bekannte Schilddrüsen-Transkriptionsfaktor Hhex. Bei dem anderen Gen handelt es sich um Hip1r, dessen Expression in der frühen Schilddrüsenanlage bisher nicht bekannt war. In weiteren Experimenten konnte die Expression von Hip1r verifiziert werden. Hip1r gehört zusammen mit Hip1 zur “Huntingon-interacting-protein-1“-Familie. In publizierten Arbeiten zu einem Hip1r-/Hip1-“Doppelknockout“-Mausmodell wird über unauffällige TSH-Werte der Tiere berichtet. Somit ist es eher unwahrscheinlich, dass Hip1r eine zentrale Rolle in der Schilddrüsenentwicklung und –funktion spielt. SCHLUSSFOLGERUNG Das “Screening“-Ergebnis dieser Arbeit - ein bisher unbekanntes Expressionssignal ausgewählt aus 2000 Mustern in der frühen Schilddrüsenanlage - lässt vermuten, dass nicht viele weitere Gene mit einer spezifischen Expression in der Schilddrüse an Tag 9.5 der Embryonalentwicklung der Maus existieren. Für die vielen ungeklärten Fälle einer kongenitalen Hypothyreose sind andere Mechanismen, wie beispielsweise epigenetische Einflüsse, neben Mutationen in einzelnen Kandidatengenen mit schilddrüsenspezifischer Expression anzunehmen.

BACKGROUND Congenital hypothyroidism is most often caused by thyroid dysgenesis. Only few mutations in the genes NKX2.1, PAX8, FOXE1 and NKX2.5 have been shown to be causative. For most cases the pathogenesis remains unknown. Therefore the aim of this work was the identification of other genes with a critical role in early thyroid development. METHODS Assuming that a specific expression of a gene in a developing organ indicates a particular func-tion of the gene in the embryogenesis of that organ, the screening of a whole-mount-in-situ-hybridization database containing 2000 different expression patterns was chosen as the method of choice. Using a two-step- selection process 10 genes were selected with positive colour signals in the thyroid precursor region of 9.5 day old mice embryos, suggesting an expression of these genes in thyroid precursor cells. RESULTS Positive genes were re- hybridized on histological slices using the same probes as were used for the whole-mounts again. Expression of two genes in thyroid precursor cells could be proven. One of them is the known thyroid transcription factor Hhex. The other gene, Hip1r, was not known so far to be expressed in thyroid precursor cells. The expression of Hip1r was verified using other methods. Hip1r and Hip1 represent the “Huntingon-interacting-protein-1“-family. A published paper on a Hip1r-/Hip1-double-knockout-mouse-modell reports on normal TSH-values in affected animals. Therefore a major role of Hip1r in thyroid development and function is unlike-ly. CONCLUSION As a result of this work – one selected gene out of 2000 screened patterns – one might not expect the existence of many other genes with specific expression in the thyroid precursor cells of 9.5 day old mice. Apart from mutations in single candidate genes expressed in thyroid precursor cells, other mechanisms like epigenetic effects are likely to play a role in unsolved cases of con-genital hypothyroidism.