Caracterización del fenotipo adulto del ratón adulto del ratón deficiente para la desyodasa tipo 2: implicaciones funcionales de la generación local de T3

Abstract

[ES]: Las hormonas tiroideas (HT), T4 y T3, son indispensables para un correcto desarrollo y funcionamiento del sistema nervioso central (SNC). La desyodasa tipo 2 (D2) es la enzima responsable de la generación local de T3 (forma activa a nivel transcripcional) por desyodación de T4. La D2 se expresa en la hipófisis, tejido adiposo marrón, músculo esquelético y en el SNC. En el cerebro adulto la D2 se expresa principalmente en astrocitos y tanicitos. Se ha propuesto un modelo de cooperación paracrina entre los astrocitos y las neuronas. En este modelo los astrocitos de la barrera hematoencefálica captarían la T4 de la sangre y la desyodarían a T3 por la acción de la D2. La T3 liberada al espacio extracelular sería captada por las neuronas en las que regularía la transcripción de genes sensibles a T3. El objetivo de esta tesis ha sido obtener un mayor conocimiento del papel de la D2 como moduladora de la generación y disponibilidad de T3. Para ello, estudiamos diversos aspectos del fenotipo de ratones deficientes para la D2, especialmente los relacionados con fenotipos neurológicos en el adulto. Al comienzo de esta tesis no se había descrito ningún fenotipo característico relacionado con el SNC en estos animales, posiblemente por la existencia de mecanismos compensatorios en estadios juveniles. Nuestros resultados muestran que en condiciones de deficiencia de D2, aún con niveles plasmáticos eutiroideos de T3 y elevados de T4, diversas regiones cerebrales tienen niveles disminuidos de T3. Esto indica que en el cerebro adulto existe una fina regulación de los niveles de HT muy posiblemente dependiente de la necesidad de T3 y de la actividad de D2 en cada región cerebral. Numerosos estudios apuntan a la formación hipocampal como una de las regiones cerebrales con mayor dependencia de niveles eutiroideos de HT para su correcto funcionamiento. A pesar de ello, la disminución de T3 y T4 cuantificada en los animales deficientes para D2 en esta región no fue suficiente para producir alteraciones en distintos procesos de plasticidad cerebral dependientes del hipocampo habitualmente alterados en hipotiroidismo. Sin embargo, la deficiencia de D2 si que altera el procesamiento de la memoria de miedo dependiente de la amígdala potenciándola, retrasando su extinción y aumentando considerablemente la recuperación espontánea de esta memoria emocional. El mecanismo de esta potenciación no está relacionado con un aumento en los niveles de corticosterona plasmáticos en respuesta al estímulo aversivo como sucede en el hipotiroidismo. Además, la deficiencia de D2 provoca alteraciones que se agravan con la edad en el patrón locomotor de los animales y también una disminución del tono muscular, lo que indicaría un importante papel de la D2 en el funcionamiento del músculo. Por último, la deficiencia de D2 produce anomalías en el metabolismo de la glucosa asociadas a una mayor tolerancia a la glucosa y mayor sensibilidad a la insulina en tejidos periféricos. Clínicamente se han identificado distintas variantes de polimorfismos de la D2 asociadas a la predisposición a desarrollar distintas patologías. Estos hallazgos clínicos y los resultados obtenidos en esta tesis indican la importancia de seguir profundizando en el papel de la D2 en el adulto como enzima clave en la generación local de la T3 necesaria para el correcto funcionamiento del SNC y de distintos tejidos, como por ejemplo el músculo.

[EN]: Thyroid hormones (TH), T3 and T4, are essential for the correct development and function of the central nervous system (CNS). The type 2 deiodinase (D2) is an enzyme that generates T3 (active hormone at transcriptional level) for local use by the deiodination of T4. D2 is expressed at the pituitary gland, brown adipose tissue, skeletal muscle and the CNS. In the adult brain D2 is mainly expressed at astrocytes and tanycytes. There is a model that proposes a paracrine cooperation system between astrocytes and neurons. In this model, the astrocytes of the blood brain barrier would uptake T4 and would catalyse the deiodination to T3 by D2 activity. The T3 liberated to the extracellular domain would be taken up by neurons in which it would regulate the transcription of T3 dependent genes. The aim of this thesis has been to gain a broader knowledge of the role of D2 in modulating the generation and availability of T3. To achieve this, we studied different aspects of the phenotype of D2 deficient mice, especially those ones related to neurological phenotypes in the adult. Until the start of this thesis no characteristic phenotype related with the CNS had been reported in these animals, possibly due to existence of compensatory mechanisms in early stages. Our results evidence that in D2 deficiency conditions, even with euthryroid levels of T3 and high levels of T4, several brain regions show decreased levels of T3. This shows that in the adult brain there is an acute regulation of the levels of TH, which is most probably dependent on the necessity of T3 and D2 activity in each brain region. Several studies point out the hippocampal formation as one of the most TH-dependent brain regions to ensure its correct function. Despite this, the monitored decrease in T3 and T4 levels in D2 deficient animals in this region was not enough to induce alterations in different hippocampaldependent cerebral plasticity processes which are usually altered in hypothyroidism. However, D2 deficiency did alter the processing of amygdala-dependent fear memory, by potentiating it, delaying its extinction and considerable enhancing the spontaneous recovery of this emotional memory. The mechanism underlying this potentiation is not related to an increase on the plasma levels of corticosterone in response to the aversive stimulus as it happens in hypothyroidism. Moreover, D2 deficiency causes alterations that worsen with increasing age in the animal´s locomotion pattern as well as it causes a decrease in muscle tone evidencing the important role of D2 in muscle function. Finally, D2 deficiency also causes abnormalities in the glucose metabolism, which are associated with increased glucose tolerance and insulin sensitivity in peripheral tissues. Clinically, several D2 polymorphic variants that are associated to the predisposition to develop different pathologies have been identified. These clinical findings, along with the results obtained in this thesis, strongly indicate how important it is to continue researching to further define the role of D2 in the adult as a key enzyme for local generation of T3 for the correct function of the CNS and other tissues as, for example, the muscle.