甲状腺激素作用机制纵向10年课件.ppt

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1、,甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点,1,甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点,2,美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物学实验室Douglas Forrest阐述了三个方向的发展,甲状腺激素受体基因突变及调节因子,？,摄取TH的膜转运体,激素代谢：脱碘酶,TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素,3,100多年前的克汀病病例报道：给予甲状腺激素后改善生长发育,散发性克汀病(W.Osler，1897),治疗前,治疗后,4岁克汀病男性患者应用甲状腺提取物治疗前后,身体发育神经发育认知、学习代谢功能体内平衡,3,4,甲状腺激素：维持正常生长发育和生理功能的“必需品”

2、,Q1：甲状腺激素如何引起不同细胞反应？,Bianco AC, et al. Eur Thyroid J. 2012 Jul; 1(2) 8898.,健康个体：甲状腺激素合成、释放及主要生理作用,4,Q2：缺陷反应导致怎样的疾病结果？,5,甲状腺激素作用机制的里程碑,Bjrn Vennstrm教授简介：瑞典分子生物学家，卡罗林斯卡研究所发育生物学和分子生物学教授，瑞典皇家科学院成员，2001-2006年担任诺贝尔生理学或医学委员会主席,1.基础研究/人类疾病研究：“双向道”,2.技术进步推动科学进步,Bjrn Vennstrm教授于1984年首次克隆c-erbA 基因,基因模型小鼠非洲爪蟾斑马

3、鱼,人类疾病,Bjrn Vennstrm教授,1984年成功克隆c-erbA 基因，1986年在Nature上发表阐述该基因编码高亲和力甲状腺激素受体,5,前一个10年(1020年前)对甲状腺激素作用机制的认识,甲状腺激素受体(TR)：T3调节转录因子,6,7,近10年对甲状腺激素作用机制的认识,甲状腺激素受体(TR)：T3调节转录因子激素代谢：脱碘酶摄取甲状腺激素的膜转运体,7,8,甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点,8,美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物学实验室Douglas Forrest阐述了三个方向的发展,甲状腺激素受体基因突变及调节因子,摄取TH的膜转

4、运体,激素代谢：脱碘酶,TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素,？,9,甲状腺激素受体基因的命名,甲状腺激素受体：不同亚型调节组织特异性的生理功能,甲状腺肿垂体-甲状腺轴过度活化肝脏反应缺陷感觉缺陷：听觉、视觉,心动过缓产热缺陷肠道/骨缺陷脑突触缺陷“焦虑样”行为,TR1,TR2,410,0,461,475,93,89%,0,100%,DNA结合域,T3结合域,发散N-末端,基因,基因表达的TR受体,一些小鼠疾病表型,人类疾病,THR B,THR A,TR1,甲状腺激素抵抗综合征甲状腺肿垂体-甲状腺轴过度活化心动过速神经学症状,？,10,TR=甲状腺激素受体; THR=甲状腺激素受体基因,甲

5、状腺激素受体基因(THRA)突变所致的临床特征,血清T4和T3临界改变(T4低水平趋势，rT3低水平)生长迟缓智力迟缓运动迟缓便秘甲减样特征,Bochukova E,et al. N Engl J Med. 2012;366:243-9.Van mullem,A, et al. TheoVisser lab.2012.,11,12,甲状腺激素受体基因(THRA)突变：病例1,Bochukova E,et al. N Engl J Med. 2012;366:243-9.,6岁杂合子女性+/E403X,A. 相对巨颅畸形，骨骼发育不平衡B.身高发育迟缓（红色线）C. 头骨现多处骨缝D.股骨骺发育

6、不全且易碎E.显著肠道扩张,12,A,B,C,D,E,13,甲状腺激素受体基因(THRA)突变：病例2,Van mullem,A, et al. Theo Visser lab.2012.,杂合子女性+/F397fs406X,L-T4治疗获得初始追赶生长，仍低于标准，8.5岁起始生长激素干预对生长无影响患者11岁时骨龄为9岁，身高低于正常儿童，且有轻度认知障碍（IQ 90）,骨龄延迟；IGF-1在正常值低限；血胆固醇高；临床甲减；皮肤干燥；反射迟缓；反应迟钝；困倦,13,6岁时开始L-T4治疗,6岁时临床表现,身高,生长速度,L-T4治疗,生长激素治疗,14,常染色体区域疾病：THR A突变是

7、如何影响结果的？,410,403,406,DNA结合域,T3结合域,野生型TR1,E403X无义,停止,F397fs406X移码/停止,T3结合缺陷,Van mullem,A, et al n engl j med.2012;366(15):1451-3,WT=野生型,14,THR=甲状腺激素受体基因,15,转录协同因子：参与修饰甲状腺激素受体活性,Inna Astapova, et al. Biochim Biophys Acta.2013 July ; 1830(7): 38763881,TR正常,TR突变：突变型TR1或TR1,TR：甲状腺激素受体； TRm：突变甲状腺激素受体； RXR

8、：维甲酸X受体；CoA：共激活子；CoR：共抑制子；T3：三碘甲状腺原氨酸；HDAC3：组蛋白脱乙酰基酶3,15,16,TR如何调控基因组中的靶基因？还需更多研究来揭示,16,TR调节细胞反应的靶基因是什么,如同大海捞针？每个细胞中的TR水平很低由32亿碱基对构成的DNA包绕在染色质中,Ayers S, et al, 2014 webb labRamadoss P, et al. 2014 hollenberg labChatonnet F,et al. 2013 flamant labGrontved L,et al. 2014 cheng hager labs,目前一些学者在全基因组内分析

9、TR的所有结合位点,TR=甲状腺激素受体,甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点,17,美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物学实验室Douglas Forrest阐述了三个方向的发展,甲状腺激素受体基因突变及调节因子,摄取TH的膜转运体,激素代谢：脱碘酶,TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素,？,18,脱碘酶的作用：可放大或去除靶组织的甲状腺激素,18,2型脱碘酶的作用：活化甲状腺激素,J. H. Duncan Bassetta,et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Apr 20;107(16):7604-9.,2型脱碘酶缺陷小

10、鼠：有脆骨症、断裂倾向2型脱碘酶在成骨细胞中的作用保持合适的骨矿化化防止甲减,19,D2KO=2型脱碘酶基因敲除小鼠,3型脱碘酶的作用：灭活甲状腺激素,Arturo Hernandez,et al. J. Clin. Invest. 2006;116:476484,对甲状腺轴的正常发育和功能非常关键可能通过降低T3水平以保障甲状腺轴调节点的正常发育维持胎儿及婴儿期正常的TH水平在新生儿期，3型脱碘酶活性的快速降低可使下丘脑更加准确的追踪血清TH水平并适当的调节TRH表达,为描述3型脱碘酶的生理关联性，对小鼠胚胎干细胞的3型脱碘酶的基因编码进行阻断，产生D3KO鼠(3型脱碘酶缺陷小鼠)，D3KO

11、鼠表现出了畸形的甲状腺状态和生理机能,20%体积更小30%新生死亡率耳聋色盲(全色盲)脑部甲状腺毒症,运动缺陷胰岛损失、葡萄糖耐受不良S肺炎感染的清除力受损肌肉再生障碍性腺功能减退(雄性)小甲状腺新生鼠:T3过量/T4非常低成年鼠:T3低/T4低,缺陷小鼠表现出多种组织缺陷,结论：3型脱碘酶的重要性,D3KO鼠=3型脱碘酶缺陷小鼠（敲除3型脱碘酶基因）；TH=甲状腺激素；TRH=促甲状腺激素释放激素,3型脱碘酶基因敲除小鼠模型探索3型脱碘酶的生理作用,20,3型脱碘酶的作用：促进鼠的成肌细胞再生,21,Dentice M 2012，2014,2、3型脱碘酶相互转化调节听觉系统组织对甲状腺激素的

12、发育反应,小鼠胚胎E18,TR在未成熟耳蜗中表达,Ng,L,et al.Endocrinology.2009:150(4):1952-1980,结论：3型脱碘酶对听力有保护作用听觉系统组织可通过2、3型脱碘酶自动调节对甲状腺激素的发育反应,发育年龄,fmol T2/h.mg蛋白质102,fmol 碘化物/h.mg蛋白质102,3型脱碘酶基因敲除会导致耳聋,2型脱碘酶基因敲除会导致耳聋,E13=胚胎期13天; P1=出生后1天,胚胎期耳蜗中3型脱碘酶活性高,出生后耳蜗中2型脱碘酶活性高,23,2、3型脱碘酶相互转化控制不同组织的发育,23,Hall et al.Endocrinology 151

13、: 45734582, 2010,E10=胚胎期10天; P10=出生后10天,甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点,24,美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物学实验室Douglas Forrest阐述了三个方向的发展,甲状腺激素受体基因突变及调节因子,摄取TH的膜转运体,激素代谢：脱碘酶,TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素,？,25,甲状腺激素的膜转运体病变,25,Theo J. Visser.2010,人类甲状腺激素转运体MCT8突变所致疾病,Schwartz C,et al. 2005,Stevenson,MCT8/SLC16A2：T4和T3膜转运，X染色

14、体相关的甲状腺激素和神经系统异常疾病 (Allan-Herndon-Dudley综合症)认知障碍、张力减退、痉挛、言语障碍高T3,低T4,正常TSH,28岁,39岁,疾病表现,26,27,2014Mayerl: 探索Mct8/Oatp1c1双基因敲除小鼠脑中甲状腺激素的转运情况,27,Mayerl S,et al.The Journal of Clinical Investigation Volume 124 Number 5 May 2014,Mct8/Oatp1c1：为分别编码Mct8/Oatp1c1跨膜转运蛋白的基因（转运甲状腺激素）,背景：既往研究已证实MCT8是T3、T4的跨膜转运蛋

15、白， Mct8突变可导致AHDS（伴严重的精神运动发育迟缓和甲功异常），然而Mct8基因敲除小鼠并未表现出神经发育受损现象且T4仍然能够进入脑中(甲状腺激素含量仅下降一半)。目的和方法：本研究拟以野生型、Mct8基因敲除、Oatp1c1基因敲除、Mct8/Oatp1c1双基因敲除小鼠为实验，观察上述四组小鼠脑中对甲状腺激素的摄取情况。,2014Mayerl: 证实MCT8和OATP1C1为小鼠脑中转运甲状腺激素的主要跨膜转运蛋白,28,Mayerl S,et al.The Journal of Clinical Investigation Volume 124 Number 5 May 201

16、4,Mct8 和Oatp1c1 双基因敲除小鼠脑中T4摄取量接近消失,Mct8 和Oatp1c1 缺陷后中枢神经系统的T3靶基因表达情况： Hr, RC3, and Aldh1a1表达下调（主要受T3调节）提示脑中T3摄取量接近消失,给野生型、Oatp1c1基因敲除、Mct8基因敲除、 Mct8 和Oatp1c1 双基因敲除小鼠注射125I 标记的T4 ，观察125I 标记的T4在脑中的摄取量,29,2014Lpez-Espndola:MCT8缺陷患者的脑组织是什么病理表现？,29,背景：已知人类Mct8突变会引起性染色体相关的严重精神运动发育障碍、神经功能受损和甲状腺激素水平异常的综合征。目

17、的：分析MCT8缺陷患者的脑组织，定义MCT8缺陷综合征的神经病理。方法：取30周男性胎儿、11岁男童的脑组织作为对照，30周和28周男性和女性胎儿、10岁女童和12岁男童脑组织作为疾病组，经相关染色后分析两组的神经病理,2014Lpez-Espndola: MCT8缺陷导致脑发育迟缓,Daniela Lpez-Espndola,et al. J Clin Endocrinol Metab, December 2014, 99(12):E2799E2804,研究结论：MCT8缺陷导致的脑损伤是弥散性的，无局灶性病变证据，尽管在出生时正常，但病变从胎儿期即开始；髓鞘形成减少的缺陷持续到11岁；研究结果与脑发育期因靶神经细胞的甲状腺激素转运受损导致的脑发育障碍理念相一致,小脑(小清蛋白染色): 神经分化极差,小结：T3如何刺激多种细胞的反应？,小鼠独特TR亚型介导的细胞特异性功能,总结：未来发展方向,32,33,谢谢关注！,33,