Oxidativer Stress und DNA-Schädigung in Thyreozyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ursachen einer ungewöhnlich hohen Mutationsrate in der Schilddrüse sind bisher nicht untersucht. Sie könnten allerdings einen wichtigen Beitrag leisten, um die hohe Rate der Tumorentstehung in der Schilddrüse trotz niedriger Proliferationsrate von Schilddrüsenzellen zu verstehen. Außerdem steht eine Erklärung der hohen Inzidenz somatischer Mutationen in der Schilddrüse aus, die zum Beispiel im menschlichen TSH Rezeptor bei Schilddrüsen-Tumoren oder in zahlreichen anderen Genen im Falle von Schilddrüsen-Karzinomen detektiert wurden. Ausgehend von unserem früheren Nachweis von oxidativen Stress und DNA-Schädigung in der Schilddrüse nach Jodmangel, war es das Ziel des Projekts den direkten Zusammenhang zwischen funktionell determiniertem oxidativen Stress und Veränderungen in Schilddrüsen-DNA zu untersuchen und damit die Ursachen von Mutagenese und Tumorentstehung in der Schilddrüse besser zu verstehen. Unsere Untersuchungen basieren auf der Überexpression des DUOX2/A2-Enzymkomplex in verschiedenen Zelllinien. Dieser endogene Enzymkomplex der Schilddrüse produziert H2O2, das als essentielles Substrat in der Schilddrüsenhormonsynthese benötigt wird. Durch die Überexpression des DUOX2/A2-Enzymkomplex lässt sich eine induzierbare, intrazelluläre Belastung durch H2O2 erreichen, die sehr wahrscheinlich dem physiologischen Zustand aktivierter Schilddrüsenzellen entspricht, wie er auch in Erkrankungen der Schilddrüse auftritt, die durch eine Überfunktion gekennzeichnet sind oder wie er unter Jodmangel anzunehmen ist. Die Überexpression des DUOX2/A2-Enzymkomplex und die damit verbundene Produktion von H2O2 führt in immortalisierten Thyreozyten, entgegen unserer Erwartungen, selektiv zu einer verminderten Expression antioxidativer Mechanismen. Dies steht im Kontrast zu früheren Untersuchungen von induziertem Jodmangel in der Schilddrüse, der zu einer ausgedehnten Aktivierung antioxidativer Genprodukte führt. Ein weiterer Vergleich mit Jodmangel zeigt allerdings nach DUOX2/A2 Aktivierung ebenfalls eine starke Zunahme von DNA-Schädigungen, die in immortalisierten Thyreozyten sogar stärker ausfallen als in Vergleichszellen. Dies könnte eine direkte Folge der selektiv verminderten Aktivierung antioxidativer Mechanismen sein. Den wichtigsten Befund unserer Untersuchungen stellt der Nachweis der Zunahme von Mutationsereignissen nach DUOX2/A2 Aktivierung dar. Durch die Anwendung neuester Sequenziertechniken ist es uns erstmalig gelungen eine kausale Kette der Ereignisse zu rekonstruieren, die mit der Aktivierung eines endogenen Enzymkomplexes beginnt und über H2O2 Produktion zu DNA-Schädigungen und einer erhöhten Mutagenese führt. Unsere Ergebnisse stellen ein wichtiges Mosaikteilchen zum Verständnis der Mutagenese in der Schilddrüse als Voraussetzung für die Entstehung von Schilddrüsentumoren und –karzinomen dar. Wir konnten nachweisen, dass die erhöhte Mutationsrate in der Schilddrüse sehr wahrscheinlich Hormonstoffwechsel-bedingt ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Iodine deficiency, antioxidant response and mutagenesis in the thyroid gland. In: Comprehensive handbook of iodine, Academic Press, ISBN: 978-0-12-374135-6
Knut Krohn and Ralf Paschke
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Multinodular goiter. In: Jameson, De Groot, Endocrinology - Adult and Pediatric. 6th Ed., Elsevier, ISBN: 978-1-4160-5583-9
Laslo Hegedüs, Ralf Paschke, Knut Krohn and Steen J. Bonnema
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2010 Calcium signaling of thyrocytes is modulated by TSH through calcium binding protein expression. Biochim Biophys Acta 1803:352-360
Lorenz S, Eszlinger M, Paschke R, Aust G, Weick M, Fuhrer D, Krohn K
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2011 TSH compensates thyroid-specific IGF-I receptor knockout and causes papillary thyroid hyperplasia. Mol Endocrinol 25:1867-1879
Muller K, Fuhrer D, Mittag J, Kloting N, Bluher M, Weiss RE, Many MC, Kurt WS, Krohn K
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2012 Comparative proteomic analysis to dissect differences in signal transduction in activating TSH receptor mutations in the thyroid. Int J Biochem Cell Biol 44:290-301
Krause K, Boisnard A, Ihling C, Ludgate M, Eszlinger M, Krohn K, Sinz A, Fuhrer D
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2013 Ca(2+)-binding protein expression in primary human thyrocytes. Biochim Biophys Acta 1833:2703-2713
Lorenz S, Aust G, Krohn K
