Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2007. / Vita. Includes bibliographical references (p. 133-145).

Des changements dans le statut thyroïdien altèrent les fonctions testiculaires, impliquant, entre autre, le récepteur à la T3, TRα1. Lorsqu’un récepteur dominant-négatif de TRα1 (TRα AMI) est spécifiquement introduit dans les cellules de Sertoli (lignée TRα AMI-SC), on observe une augmentation significative de l’index de prolifération des cellules de Sertoli à 3 jpp, induisant une augmentation de la densité de ces cellules et du poids testiculaire chez l’adulte. Ce phénotype est corrélé à une modification de l’expression de gènes clés du cycle cellulaire dont Cdk4, JunD et c-myc. Lorsque le récepteur TRα AMI est introduit également dans les cellules de Leydig (lignée TRα AMI-Aro), la sécrétion de testostérone est augmentée. Enfin, nous montrons l’implication de l’isoforme mitochondriale p43 du récepteur TRα1, dans ce contrôle T3- dépendant et autonome de la prolifération des cellules de Sertoli suggérant l’existence d’un crosstalk entre génome nucléaire et mitochondrial dans cette régulation par la T3. / Changes in the thyroid status altered testicular functions, involving thyroid hormone receptors, among them, TRα1 is implied The expression of a TRα1 dominant-negative receptor (TRα AMI) specifically in Sertoli cells (TRα AMI-SC mice) leads to a significant increase in Sertoli cell proliferation at 3 dpp, inducing an increase in Sertoli cell density, testis weight and testicular spermatic reserve at adulthood. This phenotype is correlated with changes in cell cycle gene expression like Cdk4, JunD and c-myc. When TRα AMI is also expressed in Leydig cells (TRα AMI-Aro mice), it induces an increase in testosterone levels. Finally, we demonstrate that the mitochondrial p43 receptor is involved in this T3-dependant control of Sertoli cell proliferation, suggesting the existence of a crosstalk between nuclear and mitochondrial genomes.

Infertility is defined as not being able to conceive after 1 year of regular intercourse without use of contraception. Unexplained infertility is a diagnosis given to couples where the reason to infertility cannot be clarified even after the routine examination. Undefined infertility is a common and growing problem because most people are not aware of the fact that fertility decreases after the age of 35. Hyper- and hypothyroidism has been known to affect the menstrual cycle as well as increased risk of miscarriage. However, the specific effect of thyroid hormones on infertility has not yet been clarified. This study aims to compare the gene expression of two thyroid hormone receptors DIO2 and MOT8 in human endometrium and fallopian tube tissue from two phases of the menstruation cycle, follicular phase and lutheal phase. The methods used were RT-qPCR and immunohistochemistry, which showed a statistically significant difference in the expression of DIO2 and MOT8 between fallopian tube tissue and endometrium, but not between follicular and lutheal phase. However, MOT8 seemed to have a tendency to be down-regulated in the follicular phase but the results need to be validated with different endogenous controls and larger study groups.

Doenças neurodegenerativas vem sendo relacionadas a alterações no metabolismo de glicose e deficiência e/ou resistência à insulina encefálica. Além desta relação, parece existir uma modulação dos hormônios tireoideanos (HT) sobre a sinalização de insulina e a função do sistema nervoso central (SNC). O objetivo desse trabalho foi analisar a relação entre o hipertireoidismo e o SNC, associados a DM. Para isso, ratos Wistar adultos foram injetados com monoidratado de aloxana ou veículo e tratados com T3 durante 30 dias, sendo avaliados em testes comportamentais e posteriormente analises proteicas de regiões do córtex e hipocampo. O tratamento crônico com T3 produziu um efeito ansiolítico e um atraso na aquisição de informações aprendidas, apesar da consolidação não ser modificada. Por outro lado, o T3 promoveu a melhora do processo neurodegenerativo e na via da sinalização da insulina no hipocampo de animais diabéticos. Esses dados sugerem, de modo geral, um efeito benéfico do HT sobre o a função encefálica de animais diabéticos. / Neurodegenerative diseases has been related to changes in glucose metabolism and deficiency and /or resistance to brain insulin. In this respect, there appears to be a modulation of thyroid hormones (TH) on insulin signaling and function of the central nervous system (CNS). The objective of this study was to analyze the relationship between hyperthyroidism and the CNS associated with DM. For this, Wistar adult rats were injected with alloxan monohydrate or treated with vehicle and T3 for 30 days and evaluated in behavioral tests and subsequent analyzes of protein in the cortex and hippocampus regions. Chronic treatment with T3 produced an anxiolytic effect and a delay in the acquisition of information, although consolidation not be modified. Furthermore, T3 allowed improvement of the neurodegenerative process and pathway of insulin signaling in the hippocampus of diabetic rats. These data suggest, in general, a beneficial effect of TH on the brain function of the diabetic animals.

L'épithélium intestinal est caractérisé par un renouvellement et une différenciation continus dépendant des cellules souches somatiques situées au fond des cryptes. Le renouvellement rapide est assuré par plusieurs réseaux de voies signalisation dont la dérégulation peut être à l'origine de l'initiation et/ou de la progression tumorale. Mon laboratoire d'accueil a décrit l'implication des hormones thyroïdiennes et de leur récepteur nucléaire TRa1 dans le contrôle de l'homéostasie de l'épithélium intestinal via la régulation de la voie Wnt/b-caténine d'une part et l'implication de TRa1 dans l'induction de tumeurs intestinales grâce à des souris surexprimant TRa1 d'autre part. De plus, dans un contexte APC muté, l'expression transgénique de TRa1 accélère la progression tumorale et favorise la dissémination métastatique. Des analyses transcriptomiques mettent en évidence une forte activation de la voie Wnt par TRa1. Ces résultats ont été confirmés chez l'homme en étudiant la régulation de la voie Wnt par TRa1 dans des carcinomes colorectaux (CRC). Nous avons confirmé la surexpression de TRa1 dans les tumeurs humaines et validé son impact sur la voie Wnt tant dans les tumeurs humaines que dans des lignées cellulaires et sur leur agressivité. L'ensemble des données montre une forte implication de TRa1 dans la tumorigenèse chez la souris et chez l'homme et ouvrent des portes pour des recherches visant TRa1 comme cible de traitement thérapeutique contre le cancer / The intestinal epithelium is characterized by constant renewal and differentiation due to the presence of stem cells located at the bottom of the crypts. This permanent renewal depends on the crosstalk between several signaling pathways whose alteration can lead to tumor initiation and progression. Our team demonstrated the implication of the thyroid hormones and their nuclear receptor TRa1 in the control of the intestinal epithelium homeostasis through the regulation of the Wnt pathway. Moreover, the overexpression of TRa1 in the intestinal epithelium of mice is sufficient to promote tumor initiation, and in an APC loss of function context, it accelerates tumor progression highlighting its oncogenic potential. Through gene expression profiling, we highlighted an activation of the Wnt pathway activity by TRa1 during tumor progression. We next confirm these results in human patient samples by demonstrating that high TRa1 expression in tumors invariably is associated with an increased Wnt pathway activity. In addition, in CRC cell lines, TRa1-associated WNT pathway activation enhances their aggressiveness. Altogether these results showed the implication of TRa1 in intestinal carcinogenesis and open avenues for new therapeutic treatment against TRa1 targeting TRa1

Os receptores tireoidianos (TRs) são proteínas envolvidas em várias funções fisiológicas importantes para os organismos, pois são potentes reguladores do desenvolvimento, divisão e diferenciação celular, metabolismo e homeostase. Eles são responsáveis pela regulação da transcrição de genes-alvo específicos, mediando efeitos pleiotrópicos de hormônios lipofílicos nas células. Na ausência de ligantes essas proteínas estão complexadas a correpressores, impedindo a transcrição de genes por elas regulados. Por outro lado, a presença do ligante induz à transcrição através da ligação a elementos responsivos do DNA e coativadores. Nesse trabalho alguns aspectos do TR foram evidenciados, permintindo-se um melhor conhecimento acerca do funcionamento e estrutura desse receptor. Os experimentos de oligomerização revelaram a presença dos tetrâmeros do TR, os quais estavam restritos ao Receptor X Retinóico, sugerindo mecanismos novos na regulação do receptor. Os ensaios de raios-X a baixos ângulos resultaram nos primeiros modelos estruturais de baixa resolução de construções maiores do TR, demonstrando o correto posicionamento de seus domínios em sua estrutura geral, o que forneceu informações importantes sobre sua estrutura geral. Os experimentos de fluorescência avaliaram a ligação desses receptores a diversos elementos responsivos, em termos de constantes de dissociação e seletividade para cada um deles. E, por fim, os experimentos de troca de hidrogênio por deutério revelaram a movimentação que ocorre no domínio de ligação do ligante do receptor antes e após a adição do ligante T3. Esses resultados ampliam um pouco mais os conhecimentos sobre os mecanismos de ação e sobre a estrutura quaternária dos TR, promovendo um melhor entendimento dos conceitos básicos envolvidos na atuação dessas macromoléculas, as quais estão inseridas em redes complexas de regulação e interação com outras proteínas. / The thyroid receptors (TRs) are proteins, which are involved in diverse and important physiological functions in the organisms, since they are regulators of development, cell divison and differentiation, metabolism and homeostasis. They are responsible by the regulation of specific gene transcription, through pleiotropic effects of lipophilic hormones in the cells. In the absence of the ligand these proteins are complexed to correpressors and block the transcription of genes that are regulated by them On the other hand, in the presence of the ligand transcription is induced through the binding of the receptors to DNA response elements and coactivators. New findings about TR described in this study helped to improve the understanding of the function and structure of the receptor. This was accomplished by: oligomerization experiments which showed the presence of TR tetramers, a quarternary structure described before only for the Retinoid Receptor X, and suggested new regulation mechanisms for the receptors; the small angle X-ray scattering assays which resulted in the first low resolution structural models of bigger constructions of TR, showing the correct position of TR domains and providing important information about the global TR structure; the anisotropy fluorescence experiments which evaluated the binding of these receptors to diverse response elements, in terms of dissociation constants and selectivity for each one of the HREs tested; and finally, the hydrogen/deuterium experiments which revealed the ligand binding domain mobility before and after the ligand addition. In summary, we can say that these results all together extended the knowledge about the TR action mechanisms and its quarternary strucuture, providing better understanding of the basic concepts involved in these macromolecules behavior, which are inserted into a complex network of regulation and interaction with other proteins.

Os hormônios tireoidianos estão envolvidos em vários efeitos regulatórios, em órgãos diversos. Suas variações no organismo estão relacionadas a quadros clínicos de grande relevância. A presente dissertação trata do estudo de duas proteínas diretamente relacionadas ao complexo sistema regulatório associado a tais hormônios. A primeira delas é a globulina de ligação à tiroxina (TBG), responsável pelo transporte da grande maioria dos hormônios tireoidianos circulantes, e cujas alterações estão relacionadas a falhas na interpretação de testes de avaliação da função tireoidiana, podendo levar a tratamentos desnecessários. A segunda proteína é o receptor tireoidiano (TR), responsável pela mediação dos efeitos regulatórios do hormônio tireoidiano, tendo sua estimulação de atividade transcricional relacionada à ligação do hormônio em um de seus domínios. A TBG foi estudada através da técnica computacional conhecida como modelagem molecular por homologia, aplicada à proteína em sua forma selvagem e a mutantes observados no Brasil, com o intuito de relacionar a inviabilidade de tais mutantes a aspectos estruturais. Foi proposto que, para dois dos mutantes estudados, a formação das estruturas secundárias como na forma nativa da proteína seria inviável, enquanto que para o terceiro mutante a inviabilidade poderia ser causada por enovelamento incorreto causado por uma possível interação entre um resíduo de cisteína adveniente da mutação e outros resíduos do mesmo aminoácido em posição fisicamente próxima. O estudo do TR teve como base as estruturas cristalográficas das duas isoformas humanas do receptor (hTR α e hTR β) quando ligadas ao tiromimético GC-1. Esse composto tem a propriedade de ligar-se preferencialmente à isoforma β, o que pode ter interessantes aplicações farmacológicas. A análise comparativa da ligação do GC-1 às duas isoformas mostrou que, para tal composto, a seletividade se deve a mudanças consideráveis no modo de ligação ao hTR α e hTR β. Para a isoforma , há dois modos de ligação, envolvendo conformações alternativas de ligante e proteína, onde em uma delas a ligação é mais favorável e semelhante à ligação do composto à isoforma , enquanto no outro modo de ligação há a perda de uma interação direta entre composto e proteína, explicando a mais baixa afinidade do GC-1 à isoforma quando comparado à isoforma . O mecanismo de -seletividade para esse composto está relacionado a um átomo de oxigênio específico que não existe no ligante natural do receptor, o que fornece úteis informações para a criação de novos compostos. / The thyroid hormones are involved in various regulatory effects, on diverse organs. Their fluctuations on the body are related to clinical scenarios of great relevance. This work deals with the study of two proteins which are directly related to the regulatory system associated to these hormones. The first one is the thyroxine-binding globulin (TBG), responsible for the transport of a large part of the thyroid hormones in serum, and whose variations are related to misinterpretation of thyroid function tests. The second protein is the thyroid receptor (TR), responsible for the mediation of the thyroid hormone regulatory effects . the transcriptional activity being related to ligand binding to one of the protein domains. The wild-type TBG and three mutants discovered in Brazil were studied by the computational technique known as homology modeling. The purpose of this investigation was to relate protein unviability to structural aspects. It was proposed that, for two mutants, the unviability was related to the impossibility of secondary structure formation as needed to form the native folding, while the third mutant the cause could be the formation of an incorrect folding due to possible interactions involving a cysteine residue created by the mutation and other nearby cysteine residues. The thyroid receptor was studied in the light of the x-ray structures of the two isoforms of the protein (hTR α and hTRβ) bound to GC-1, a synthesized compound which resembles the thyroid hormones. This ligand binds preferably the isoform, a feature that may have interesting pharmacological applications. The comparative analysis of GC-1 binding to the two isoforms allowed the construction of a structural basis of its -selectivity property, which is due to considerable differences in the binding modes for the two isoforms. This involves two different configurations of ligand and protein conformations for the isoform - on one of them, the ligand docks to the molecule the same way it docks to hTRβ, while on the second configuration it loses one direct interaction to the protein, explaining its lower affinity to hTR α when compared to hTRβ. The -selectivity mechanism for this compound is related to a specific oxygen atom which doesn?t exist on the receptor endogenous ligand, providing useful information for the development of new compounds.

Dados mostram que a estimulação do Sistema Nervoso Simpático (SNS) induz osteopenia via receptor β2-adrenérgico, que é expresso no osso. Porém, um estudo recente demonstrou que camundongos knockouts (KO) para os receptores adrenérgicos α2A e α2C (α2A/α2C-AR-/-) apresentam alta massa óssea, mesmo com hiperatividade simpática. Além disso, esses camundongos são resistentes à osteopenia induzida pelo excesso de hormônio tireoidiano. Esses achados sugerem que o α2A e/ou α2C-AR também possam mediar as ações do SNS no esqueleto e que esses receptores estão envolvidos na interação do HT com o SNS para regular o metabolismo ósseo. Neste estudo, tivemos como objetivo: avaliar se o α2CAR interfere na fisiologia óssea e se a ação do HT no tecido ósseo depende do α2CAR, avaliando o efeito do HT na fisiologia óssea dos camundongos α2CAR-/- tratados com dose suprafisiológica de T3. A microtomografia computadorizada mostrou que o volume de osso trabecular foi menor e maior nos animais α2CAR-/-, no fêmur e na vértebra respectivamente. Os animais KO também apresentaram diminuição da resistência óssea quando comparados com os selvagens. Além disso, vimos que os animais KOs foram resistentes aos efeitos deletérios da tirotoxicose no osso, tanto no fêmur quanto na vértebra. Esses achados sugerem que o α2C-AR apresenta um papel na mediação dos efeitos da ativação do SNS no osso e que o HT interage via α2C-AR, para regular massa e resistência óssea. / Data demonstrates that sympathetic nervous system (SNS) activation causes osteopenia via β2-adrenoceptor signaling. A recent study showed that mice with gene inactivation of the adrenergic receptor α2A and α2C (α2A/α2C-AR-/-) have a high bone mass phenotype, even presenting SNS hyperactivity. Also, these knockout (KO) mice are resistant to the thyroid hormone-induced osteopenia. These findings suggest that SNS interacts with thyroid hormone (TH) to regulate bone mass and α2A and/or α2C adrenoceptors may have an important role in mediating the actions of the SNS in the skeleton. In this study, we had the following objectives: (i) to evaluate whether the isolated inactivation of α2CAR interferes with the bone metabolism and to evaluate whether the action of HT on bone tissue depends on α2CAR, treated with 20 times the physiological dose of T3. The microtomography analysis showed that the trabecular bone volume of the femur and of the sixth lumbar vertebra (L6) were, respectively, lower and higher in α2C-AR-/- mice, when compared with WT animals. Furthermore, we showed a resistance of KO animals on the deleterious effects of TH on bone. These findings suggest: (i) α2C-AR is involved with bone longitudinal growth; (ii) α2C-AR may mediates the effects of the SNS in the bone in a skeletal site specific manner, (iii) the actions of thyroid hormone on bone metabolism involves interactions with the SNS via α2C adrenergic receptors.

Os Hormônios Tiroideanos (HT) representam um fenótipo de cardioproteção e influenciam no estado trófico do tecido cardíaco através de diversos mecanismos, dentre eles a modulação dos componentes do Sistema Renina Angiotensina- a Angiotensina II e seus receptores (AT1 e AT2). Este estudo teve como objetivos avaliar o papel do receptor AT2 na cardioproteção induzida pelo HT e a participação da proteína quinase ativada por AMP (AMPK) nesse processo. O modelo de isquemia e reperfusão (I/R) foi desenvolvido em corações de ratos submetidos ao hipertiroidismo experimental na presença ou ausêcia do antagonista do receptor AT2 (PD123319), utilizando-se o aparto de Langendorff. Os resultados mostraram que o HT exerce efeito cardioprotetor com aumento na expressão protéica do receptor AT2 e da AMPK fosforilada, que foi prevenido com a administração do PD, seguido de piora da função cardíaca. Estes dados sugerem que parte da cardioproteção induzida pelo HT é mediada pelo receptor AT2, e que a AMPK também está envolvida proteção do miocárdio após injúria por I/R. / Thyroid Hormones (TH) is a phenotype of cardioprotection and may influence the trophic state of cardiac tissue through several mechanisms, including the modulation of the components of renin-angiotensin system - angiotensin II and its receptors (AT1 and AT2). The present study aimed to evaluate the role of AT2 receptor in cardioprotection mediated by the TH and the involvement of AMP-activated protein kinase (AMPK) in this context. A model of Ischemia and Reperfusion (I/R) was performed in isolated hearts of rats subjected to experimental hyperthyroidism, in the presence or absence of the AT2 receptor antagonist (PD123319), using the Langendorff system. The results showed that TH exerts cardioprotective effect with increased levels of AT2 and phosphorylated AMP protein expression, which was prevented by the administration of PD, with a loss in cardiac function. These data suggest that part of the TH-induced cardioprotection is mediated by the AT2 receptor with the involvement of AMPK in protection of the myocardium after I/R injury.

O T3 aumenta a poliadenilação e estabilidade do GH mRNA. O citoesqueleto (Cy) participa da estabilidade e tradução de mRNAs, pois fatores, como o EF 1a, ligam alguns transcritos a ele, aumentando sua estabilidade e tradução. Cy também participa dos processos secretores celulares. Observamos que no hipotiroidismo (Tx), há um desarranjo do Cy nos somatotrofos que é revertido pela administração aguda de T3. Neste estudo avaliamos a ligação do EF 1a e do GH mRNA ao Cy e, deste aos polissomos, na hipófise, e a expressão do IGF-I mRNA hepático, em ratos controle e Tx tratados com T3 ou salina, e sacrificados após 30 min. Observamos redução da F-actina, da ligação do EF 1a e GH mRNA a ela, do GH mRNA nos polissomos, e da expressão de IGF-I mRNA hepático, nos ratos Tx, o que indicou redução da síntese e secreção do GH. A administração de T3 estimulou esses processos, aumentando a estabilidade, tradução do GH mRNA e a secreção de GH, o que ocorreu em paralelo ao rearranjo do Cy, indicando uma ação não genômica do T3. / T3 increases GH mRNA poly-A tail and stability. Cytoskeleton (Cy) plays a part on mRNA stability and translation, since factors, like EF 1a, can bind some transcripts to it, improving stability and translation efficiency. Cy is also involved in cellular secretory process. We showed that somatotropes Cy is disrupted in hypothyroidism (Tx), and rearranged by acute T3 treatment. In this study we investigated the binding of EF 1a and GH mRNA to Cy and of GH mRNA to polysomes in pituitary, as well as the liver IGF-I mRNA content, in control and Tx rats treated with T3 or saline, and killed 30 min thereafter. We observed that Tx reduced F-actin content, EF 1a and GH mRNA binding to it, GH mRNA recruitment to polysomes, in pituitary, and IGF-I mRNA expression in liver, which indicates that GH synthesis and secretion are impaired. Acute T3 treatment stimulated all these process, indicating that stability, translation of GH mRNA and GH secretion were restored. These events occurred in parallel to the Cy rearrangement, which strongly indicates a non genomic effect of T3.