Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zentrale Aspekte der Schilddrüsenphysiologie am Beispiel von Iod, TSHR und IGF-IR untersucht. Der Pathologie der Schilddrüsenautonomie liegen konstitutiv aktivierende Mutationen des TSHR zugrunde. Die Prävalenz der Schilddrüsenautonomie ist in Iod armen Regionen deutlich erhöht. Als Ursache für Mutationen im TSHR wird vermehrter oxidativer Stress unter Iodmangel angenommen (Krohn et al. 2007; Maier et al. 2007). Die genauen molekularen Mechanismen konnten bisher noch nicht hinreichend aufgeklärt werden. In diesem Zusammenhang interessierte uns inwiefern eine ausreichende Iodversorgung die Entwicklung bereits autonomer Zellen beeinflussen kann. Das verwendete in vitro Modell der Schilddrüsenautonomie mit konstitutiv aktivierenden Mutationen im TSHR wurde bereits in früheren Arbeiten charakterisiert (Führer et al. 2003). Mit Hilfe von Microarray Untersuchungen und Funktionsanalysen, konnten wir deutliche Genregulationen durch Iod an Hand von normalen und autonomen Thyreozyten erkennen. Besonders auffällig war die differentielle Regulation von Genen, die z.B. in der Proliferation, dem Zellzyklus und metabolischen Prozessen involviert sind. Wesentlich ist, dass trotz einer konstitutiven Aktivierung des TSHR Iod dennoch die Proliferation und Funktion einer frühzeitigen Schilddrüsenautonomie herabsetzt. Die physiologische Rolle des IGF-IR in der Schilddrüsenphysiologie in vivo wurde noch nicht systematisch erforscht. Um die Rolle des IGF-IR in der Schilddrüse im Hinblick auf deren Entwicklung und Metabolismus näher zu untersuchen, wurde ein Mausmodell generiert bei dem der IGF-IR schilddrüsenspezifisch über eine durch den TG Promoter regulierte Cre Rekombinase (Igf1rTgCre) ausgeschaltet wurde. Ziel war es nun zu untersuchen, welche Folgen ein thyreoidaler Igf1r Knockout auf die Funktion, Morphologie und Entwicklung der murinen Schilddrüse und metabolischer Parameter hat. Dieser Knockout zeigte in den Mäusen keine Veränderungen des Schilddrüsengewichtes und der Serum T3 Werte, wobei das Serum T4 nach 8 Wochen leicht absank, nach 4 Monaten aber wieder Normalwerte zeigte. Allerdings waren die Serum TSH Werte bis zu 9fach erhöht. Die Histologie der Igf1r-/- Mäuse zeigten mit einer Rate von 86% papilläre Schilddrüsenhyperplasien sowie eine starke Heterogenität der Follikelstruktur, die auch bei den Igf1r-/- Mäuse zu finden war. Die molekulare Kompensation des Igf1r Knockouts in der Schilddrüse besonders durch TSH konnte durch unsere Untersuchungen nicht hinreichend geklärt werden. Die Daten aus unseren Ergebnissen und eines reversen Mausmodells (Überexpression des IGF-IR und IGF-I) (Clement et al. 2001) weisen daraufhin, dass das IGF-IR Signal weniger essentiell für die Schilddrüsenhormonsynthese ist als für das Aufrechterhalten einer Homöostase und normaler Schilddrüsenmorphogenese.

Hormonelle Dysregulationen werden bei Dialysepatienten häufig beobachtet. Dabei ist die Ätiologie als ein multifaktorielles Geschehen zu sehen. Eine Ursache wird der bei Dialysepatienten oft vorhandenen Hyperprolaktinämie zugeschrieben, wobei der Pathomechanismus in seiner Gänze nicht geklärt ist. Die vorliegende Arbeit untersucht die thyreotrope und gonadotrope Achse bei 170 dialysepflichtigen Patienten zwei verschiedener Dialysestandorte. Hierbei wurde vor allem der Einfluss des Prolaktins, aber auch anderer Faktoren der Dialysetherapie (u.a. Behandlungsart, verwendeter Dialysefilter, Therapiezeit, Behandlungszeit pro Dialyse) auf die Schilddrüsen- und Geschlechtshormonachse untersucht. Hierzu erfolgte eine Blutentnahme zur endokrinologischen Diagnostik beider Hormon-achsen. Um auch morphologische Veränderungen der Schilddrüse zu erfassen, wurde bei allen Patienten eine Ultraschalluntersuchung der Schilddrüse durchgeführt, wobei Volumen und noduläre Veränderungen des Organs registriert wurden. Bei 70 % der untersuchten Patienten fanden sich noduläre Veränderungen im Schilddrüsen-parenchym, eine Vergrößerung des Organs wurde bei 33 % der Studienteilnehmer detektiert. Nach Ausschluss der Patienten mit prolaktinbeeinflussender Medikation konnten bei Patienten mit High-Flux-Dialysefiltern signifikant höhere Prolaktinspiegel gemessen werden. Sowohl Behandlungsart (Hämodialyse oder Hämodiafiltration) als auch Behandlungszeit pro Dialysesitzung (in h) und Therapiezeit (in Jahren) haben keinen klinisch relevanten und statistisch signifikanten Einfluss auf den Prolaktinspiegel. Um darzustellen, welchen Einfluss ein erhöhter Prolaktinspiegel auf die thyreotrope und gonadotrope Achse hat, wurden die Patienten in verschiedene Gruppen eingeteilt. Die Auswertung der Daten ergab, dass Patienten mit erhöhtem Prolaktinspiegel auch ein signifikant höheres TSH haben. Dabei stehen die peripheren Schilddrüsenhormonen in keiner Korrelation zum Prolaktin. Jedoch neigen die untersuchten Patienten mit erhöhtem Prolaktinspiegel zu kleineren Schilddrüsenvolumina, was Untersuchungsergebnissen anderer Studien widerspricht. Eine Korrelation der Prävalenz nodulärer Schilddrüsenveränderungen mit dem Prolaktin ließ sich in der vorliegenden Arbeit nicht finden. Andere Einflussfaktoren auf die thyreotrope Achse sind die Dialyse-Therapiezeit (in Jahren) sowie die Wahl des Dialysefilters, wobei sich bei Low-Flux-Dialysefiltern verminderte TSH- und Albuminspiegel fanden. Ein Hinweis auf die Abhängigkeit des Serumjodspiegels von der Wahl des Dialysefilters konnte nicht festgestellt werden. Störungen der gonadotropen Achse treten bei Dialysepflichtigkeit gehäuft auf. Bei männlichen Patienten zeigt sich das Bild eines hypergonadotropen Hypogonadismus mit erhöhten Gonadotropinen bei vermindertem Testosteron (35 %). Dabei fand sich eine negative Korrelation von Prolaktin und Testosteron (p = 0,007). Dialysepflichtige Frauen mit erhöhtem Prolaktin zeigten hingegen erhöhte Serumspiegel für Testosteron, Östradiol, Androstendion und 17-Hydroxy-Progesteron. Bei Patienten der Harzregion konnten signifikant geringere Serumjodspiegel im Vergleich mit den Patienten der Region Leipzig nachgewiesen werden. Unterschiede im Schilddrüsenvolumen oder nodulären Parechymveränderungen fanden sich nicht. Mit der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, den thyreotropen und gonadotropen Hormonstatus dialysepflichtiger Männer und Frauen intensiv und geordnet darzustellen. Es wurden beeinflussende Faktoren beachtet und herausgearbeitet sowie Vorschläge für nachfolgende Studien erbracht. Hierbei sollte der Fokus vor allem auf der endgültigen Klärung des Pathomechanismus der Hyperprolaktinämie bei dialysepflichtigen Patienten liegen, da diese ursächlich mit dem Hypogonadismus und damit einhergehenden klinischen Problemen der Patienten assoziiert ist. Aufgrund der in dieser Arbeit erneut nachgewiesenen erhöhten Prävalenz pathologischer Veränderungen der thyreotropen Ache dialysepflichtiger Patienten ist eine regelmäßige laborchemische und morphologische Kontrolle der Schilddrüse bei genanntem Patientenklientel empfohlen.

Zur Entstehung von Schilddrüsenerkrankungen trägt ein Zusammenspiel aus genetischen, epigene-tischen und umweltbezogenen Faktoren bei. Die vorliegende Querschnittsstudie untersucht den Ein-fluss von Schwangerschaft auf die Prävalenz von Struma und nodulären Schilddrüsenerkrankungen (NTD) in Kombination mit anderen Risikofaktoren bei Frauen in einer Region mit früherem Jod-mangel und aktuell grenzwertig normaler Jodversorgung. Dazu wurde bei 736 in Thüringen und Sachsen lebenden Frauen eine Ultraschalluntersuchung der Schilddrüse durchgeführt. Zusätzlich wurden Alter, BMI sowie zurückliegende Schwangerschaften, Familienanamnese und früherer oder bestehender Nikotinabusus in einem Fragebogen erhoben. Eine Struma lag in 19,1% der Fälle vor, solitäre Knoten wurden bei 21,5% und multiple Knoten bei 23,8% der Frauen gefunden. Eine multivariate Analyse konnte weder Alter noch Schwangerschaft in Korrelation mit Struma oder NTD bringen. Zwischen BMI und Struma beziehungsweise BMI und dem Auftreten multipler Schilddrüsenknoten war ein signifikanter Zusammenhang zu belegen. Eine Struma wurde bei 25,3% der Frauen mit einer positiven Familienanamnese hinsichtlich Schilddrüsen-erkrankungen gefunden, aber nur bei 16,1% bei Frauen ohne Vorgeschichte in der Familie. Weder für Struma noch für NTD konnte ein signifikanter Zusammenhang mit einem Nikotinabusus gesehen werden.:1. Zusammmenfassung der Arbeit 1.1 Hintergrund und Ziel der Arbeit 1.2 Material und Methoden 1.3 Ergebnisse 1.4 Schlussfolgerungen 1.5 Literaturverzeichnis 2. Publikation 3. Posterbeitrag 4. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit6. Danksagung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zentrale Aspekte der Schilddrüsenphysiologie am Beispiel von Iod, TSHR und IGF-IR untersucht. Der Pathologie der Schilddrüsenautonomie liegen konstitutiv aktivierende Mutationen des TSHR zugrunde. Die Prävalenz der Schilddrüsenautonomie ist in Iod armen Regionen deutlich erhöht. Als Ursache für Mutationen im TSHR wird vermehrter oxidativer Stress unter Iodmangel angenommen (Krohn et al. 2007; Maier et al. 2007). Die genauen molekularen Mechanismen konnten bisher noch nicht hinreichend aufgeklärt werden. In diesem Zusammenhang interessierte uns inwiefern eine ausreichende Iodversorgung die Entwicklung bereits autonomer Zellen beeinflussen kann. Das verwendete in vitro Modell der Schilddrüsenautonomie mit konstitutiv aktivierenden Mutationen im TSHR wurde bereits in früheren Arbeiten charakterisiert (Führer et al. 2003). Mit Hilfe von Microarray Untersuchungen und Funktionsanalysen, konnten wir deutliche Genregulationen durch Iod an Hand von normalen und autonomen Thyreozyten erkennen. Besonders auffällig war die differentielle Regulation von Genen, die z.B. in der Proliferation, dem Zellzyklus und metabolischen Prozessen involviert sind. Wesentlich ist, dass trotz einer konstitutiven Aktivierung des TSHR Iod dennoch die Proliferation und Funktion einer frühzeitigen Schilddrüsenautonomie herabsetzt. Die physiologische Rolle des IGF-IR in der Schilddrüsenphysiologie in vivo wurde noch nicht systematisch erforscht. Um die Rolle des IGF-IR in der Schilddrüse im Hinblick auf deren Entwicklung und Metabolismus näher zu untersuchen, wurde ein Mausmodell generiert bei dem der IGF-IR schilddrüsenspezifisch über eine durch den TG Promoter regulierte Cre Rekombinase (Igf1rTgCre) ausgeschaltet wurde. Ziel war es nun zu untersuchen, welche Folgen ein thyreoidaler Igf1r Knockout auf die Funktion, Morphologie und Entwicklung der murinen Schilddrüse und metabolischer Parameter hat. Dieser Knockout zeigte in den Mäusen keine Veränderungen des Schilddrüsengewichtes und der Serum T3 Werte, wobei das Serum T4 nach 8 Wochen leicht absank, nach 4 Monaten aber wieder Normalwerte zeigte. Allerdings waren die Serum TSH Werte bis zu 9fach erhöht. Die Histologie der Igf1r-/- Mäuse zeigten mit einer Rate von 86% papilläre Schilddrüsenhyperplasien sowie eine starke Heterogenität der Follikelstruktur, die auch bei den Igf1r-/- Mäuse zu finden war. Die molekulare Kompensation des Igf1r Knockouts in der Schilddrüse besonders durch TSH konnte durch unsere Untersuchungen nicht hinreichend geklärt werden. Die Daten aus unseren Ergebnissen und eines reversen Mausmodells (Überexpression des IGF-IR und IGF-I) (Clement et al. 2001) weisen daraufhin, dass das IGF-IR Signal weniger essentiell für die Schilddrüsenhormonsynthese ist als für das Aufrechterhalten einer Homöostase und normaler Schilddrüsenmorphogenese.

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Endokrin aktive Substanzen (EACs) sind exogene Substanzen natürlichen oder synthetischen Ursprungs, die mit der Feedbackregulation hormoneller Netzwerke interferieren können und somit deren Homöostase beeinflussen. Störungen der Hypothalamus-Hypophysen-Schilddrüsenachse (HPT-Achse) haben weitreichende Konsequenzen, da Schilddrüsenhormone essentiell für die Regulation von Entwicklung, Wachstum und Stoffwechsel sind. In der vorliegenden Arbeit wurde das Wirkprofil potenter Inhibitoren der thyreotropen Achse am Beispiel von 4-Methylbenzyliden-campher (4-MBC) und Genistein (GEN) untersucht. Der UV-Filter 4-MBC wurde in der ovariektomierten Ratte als goitrogene Substanz identifiziert. 4-MBC interferiert auf Ebene von Hypothalamus und Hypophyse mit der Expression Feedback-assoziierter Gene und beeinflusst daher die Feedbackregulation der thyreotropen Achse. Darüber hinaus wird die Biosynthese von Schilddrüsenhormonen durch Inhibition des Iodidtransports bei gleichzeitig erhöhter messenger RNA (mRNA)-Konzentration des Natrium-Iodid-Symporters (NIS) durch 4-MBC beeinträchtigt. Parallel dazu lässt die verstärkte Expression des Angiogenesemarkers vascular endothelial growth factor (VEGF) nach subakuter Exposition auf die Entstehung einer Hypothyreose schließen. Die damit einhergehenden Veränderungen sind auch in peripheren Organen durch die Analyse 3,3‘,5-Triiod-L-thyronin (T3)-regulierter Zielgene dokumentiert. Zudem wurden diese Effekte maßgeblich durch die Expositionszeit beeinflusst, da nach chronischer Exposition vermutlich auch kompensatorische Prozesse eine wichtige Rolle spielen. Die gezeigten speziesspezifischen Effekte lassen sich möglicherweise auf Unterschiede in der Pharmakokinetik zurückführen, z.B. in Folge differentieller Expression von Cytochrom P450-Genen. / Endocrine active compounds (EACs) can be of natural or synthetic origin and show hormone-like effects that interfere with feedback regulation of hormonal networks. Interferences with the hypothalamic-pituitary-thyroid axis (HPT-axis) result in extensive consequences as thyroid hormones are essential for regulation of development, growth, and metabolism. In the work presented here, the active profile of potent inhibitors of the HPT-axis namely 4-methylbenzylidene-camphor (4-MBC) and genistein (GEN) was investigated. 4-MBC, a UV filter used in sunscreens and various cosmetics, was identified as a goiter causing agent using ovariectomized rats. 4-MBC acts at the level of hypothalamus and pituitary gland by modulating the expression of thyrotropin-releasing hormone (TRH) as well as thyroid-stimulating hormone (TSH) that regulate feedback on the HPT-axis. Furthermore, biosynthesis of thyroid hormones was impaired by 4-MBC secondary to the inhibition of iodide transport with concomitantly increased messenger RNA (mRNA)-levels of the sodium-iodide symporter (NIS). In parallel expression of the angiogenesis marker vascular endothelial growth factor (VEGF) was increased, indicating hypothyroidism. After the application of 4-MBC the expression of L-3,3’,5-triiodothyronine (T3)-regulated target genes was reduced in the periphery both on the mRNA and protein level. The documented species-specific effects indicate a difference in pharmacokinetics, possibly secondary to differential expression of cytochrome P450 genes. GEN is contained in soy and red clover and its mechanistic analysis was carried out in thyroid hormone receptor (TR) deficient mice (TRα0/0). The gender-dependent effects of GEN on tissue specificity did not follow an obvious pattern and warrant continuative analysis. The work presented here supports the assumption that EACs can interfere with function and regulation of the HPT-axis at levels that were previously considered safe.

Die Akkumulation von lipophilen und biologisch persistenten Chlorkohlenwasserstoffen in der Nahrungskette und die infolgedessen auftretende relativ hohe Belastung gestillter Säuglinge hat zu Besorgnissen hinsichtlich möglicher negativer Folgen für die Gesundheit dieser Kinder geführt. Ein Fokus der Arbeit ist Frage, ob der Kontamination von Humanmilch mit polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen (PCDDs, 'Dioxine'), Dibenzofuranen (PCDFs, 'Furanen') und Biphenylen (PCBs) in Deutschland zu messbaren Veränderungen sensibler biologischer Parametern führt. Blut wurde im Alter von 11 Monaten von gestillten (für mindestens 4 Monate, n=80) und nicht gestillten Kindern (n=21) entnommen zur umfangreichen Untersuchung des Immunsystems, von biologischen Parametern im Plasma und von Parametern der Schilddrüsenfunktion. Die direkte Messung von PCDDs, PCDFs und PCBs im Plasma bei den Kindern und deren Müttern konnte die erwartete Akkumulation dieser Verbindungen bestätigen, die etwa 4-fach höheren Werten beim Kind (im Vergleich zu mütterlichen Werten) nach einer langen Stillperiode vom 40 Wochen entspricht. Es konnte keine signifikante Korrelation von den untersuchten biologischen Parametern mit den Fremdstoff-Konzentrationen gefunden werden. Somit konnten keine biologischen Effekte dieser in der Muttermilch ungewünschten Verbindungen nachgewiesen werden, und die bestehende Stillempfehlung konnte bekräftigt werden. Der zweite Fokus der Arbeit beschäftigt sich mit der Frage von biologischen Wirkungen bei zwei Frauen, die gegenüber der am meisten toxischen Dioxin-Verbindung exponiert wurden: 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD). Diese Frauen hatten die höchsten je beim Menschen gemessenen Konzentrationen, eine der beiden leidet unter einer schweren Chlorakne. Es wurde ein breites Spektrum immunologischer Parameter untersucht sowie die Aktivität der Cytochrome P450 1A2 (CYP1A2) Aktivität in der Leber, die mit dem Koffein-Test gemessen wurde. Zum Vergleich wurden zwei Kontrollgruppen bestehend aus 30 Nichtrauchern bzw. 20 starken Rauchern untersucht unter Verwendung der gleichen Methoden. Die Ergebnisse des Koffein-Tests zeigen eine ca. 10-fach höhere CYP1A2-Aktivität bei den hoch TCDD-exponierten Frauen, während Tabakrauch (durchschnittlich 28 Zigaretten pro Tag) zu einem maximal 1,8-fachem Anstieg führte. Die immunologischen Untersuchungen zeigten keine Hinweise auf einen starken Einfluss von TCDD bei den hochexponierten Frauen. Es bestätigte sich, dass der Mensch relativ wenig sensibel ist in Hinblick auf die toxischen Effekte von TCDD. / The accumulation of lipophilic and biologically persistent chlorinated hydrocarbons in the food chain and the following relatively high exposure of breast-fed infants has caused concern about possible negative health effects in these children. One focus of the document is the question whether the contamination of human milk with polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs, 'dioxins'), dibenzofurans (PCDFs, 'furans') and biphenyls (PCBs) in Germany leads to measurable changes of sensitive biological parameters. Blood was taken from breast-fed (for at least four months, n=80) and formula-fed infants (n=21) at the age of 11 months for extensive investigations regarding the immune system and biological parameters in plasma including those of the thyroid function. From direct measurements of PCDDs, PCDFs and PCBs in plasma of the children and their mothers, the expected accumulation of the compounds was confirmed, corresponding to about 4-times higher values in the infant (compared to maternal values) following a long duration of breast-feeding of 40 weeks. For the different biological parameters investigated, no significant correlation with concentrations of the xenobiotics was found. Therefore, biological effects of these unwanted compounds in human milk. could not be detected, and the existing recommendation for breast-feeding was emphasized. The second focus of the document is the investigation of biological changes in two women exposed to the most toxic dioxin: 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). These women had the highest concentrations of this compound ever measured in adults, one of them suffering from severe chloracne. A broad panel of immunological parameters was measured as well as hepatic cytochrome P450 1A2 (CYP1A2) activity using the caffeine test. For comparison, two age-matched control groups of 30 non-smokers and 20 heavy smokers were studied using the same methods. Results of caffeine tests showed an about 10-fold increase of CYP1A2 activity in the highly TCDD-exposed women, whereas tobacco smoke (28 cigarettes per day on average) was found to increase the activity 1.8-times maximally. Immunological investigations did not reveal a strong impact of TCDD in these highly exposed women. These results confirm that humans are relatively insensitive to the toxic effects of dioxins.