Charakterisierung von neuronalen Schilddrüsenhormon Transportproteinen

Abstract

Das Allan-Herndon-Dudley Syndrom (AHDS) bezeichnet ein lebenslanges Krankheitsbild mit schwerer psychomotorischer Retardation. AHDS basiert auf Mutationen im Gen (SLC16A2) für das Membranprotein Monocarboxylattransporter 8 (MCT8). MCT8 importiert aktives Schilddrüsenhormon T3 in die Zelle und sein Funktionsverlust führt bei Patienten und Mäusen zu einer hypophysären T3 Resistenz mit unphysiologisch hohen T3 Spiegeln im Serum. Aufgrund der Schwere der neurologischen Symptomatik, nimmt man an, dass wie im Falle von Kretinismus die vorgeburtlich einsetzende Unterversorgung des Gehirns mit Schilddrüsenhormon von entscheidender Bedeutung ist. Zur Untersuchung von primären Neuronkulturen haben wir ein Mediumsupplement entwickelt, welches das kommerzielle B27 ersetzt und uns erlaubt seine Zusammensetzung beliebig zu variieren. Weiterhin haben wir den T3 Transport in Neuronen von Wildtyp und Mct8-/y-Mäusen in vitro charakterisiert und dabei gezeigt, dass für die T3 Aufnahme neben Mct8 mindestens noch ein weiterer T3 Transporter, Lat2, in Mausneuronen aktiv ist. Die Expression eines weiteren Transporters erklärt die ausbleibende neurologische Beeinträchtigung in der Mct8-/y-Maus sowie die auftretenden Anzeichen von Hypo- und Hyperthyreose aus Verhaltenstests. Die stabile Überexpression von pathogenen MCT8-Mutanten in Zelllinien brachte hingegen die Erkenntnis, dass die Mutanten (Ins235V, R271H und L568P) zwar noch hinreichend verbliebene Transportaktivitäten besitzen, diese aber vom verwendeten Zelltyp abhängt. Unsere Ergebnisse bestätigen, warum die AHDS- Symptome in Trägern mancher Mutationen milder ausfallen. Die Detektion von 12 Mutanten an der Zelloberfläche und die Bestimmung deren Restaktivität führten zu der Feststellung einer jeweils unterschiedlich ausfallenden Prozessierung der Mutanten durch die Zelle. Weiterhin zeigen wir erstmalig die Inhibition von MCT8 durch das trizyklische Antidepressivum Desipramin. Dieser Effekt könnte Veränderungen des Schilddrüsenhormonmetabolismus im Gehirn von Desipramin behandelten Ratten erklären. Darüber hinaus stellt Desipramin ein neuartiges Werkzeug für die Forschung an T3 Transportern dar.

The Allan-Herndon-Dudley syndrome (AHDS) designates a lifelong sickness characterized by severe psychomotoric retardation. AHDS is based on mutations of the gene SLC16A2, coding for the membrane based protein monocarboxylate- transporter 8 (MCT8). MCT8 imports the active thyroid hormone T3 into intracellular space and a loss of function for this protein establishes T3 resistance in the pituitary accompanied with nonphysiological high amounts of T3 in serum. The neurological severity of AHDS suggests a cretinism-like critical shortage of thyroid hormone in the brain at prenatal stages. We developed a freely customizable medium for the investigation of primary cortical neurons in vitro as a replacement for the commercially available medium-supplement B27. Additionally, we characterized T3-transport into mouse neurons of Mct8-/y and wildtype genotype and found at least one additional T3-transporter (LAT2) to be active. The expression of another transporter could explain the lack of psychomotoric interference in the Mct8-/y mouse as well as the signs for hypo- and hyperthyroidism in behavioural tests. The stable overexpression of mutant MCT8 in immortal cell-lines nicely demonstrated diverse activities caused by several point mutations. Some mutants (Ins235V, R271H und L568P) transport remarkable amounts of T3 depending on the used type of cell-line. Our results validate the insight, that patients with specific mutations show milder symptoms of AHDS compared to typical patients. The detection of 12 different mutant-proteins at the cell- surface, taken together with their respective T3-import characteristics, demonstrated the variability in processing of the different mutants by the cell. For the first time, we revealed the inhibitory effect of the tricyclic antidepressant desipramine on MCT8 function. This effect may elucidate the shifted metabolism of thyroid hormone in brains of desipramine treated rats. Furthermore, desipramine is a novel tool for the research in the field of T3 transporters.