Zasadniczym i prawdopodobnie najważniejszym miejscem działania hormonów tarczycy jest jądro komórkowe. Jednak możliwe jest również działanie hormonów inicjowane poza jądrem, co zostało opisane w dalszej części rozdziału.
1) Działanie hormonów tarczycy w obrębie jądra komórki - regulacja transkrypcji genów.
Receptory hormonów tarczycy (thyroid hormone receptor - TR) są receptorami jądrowymi - posiadają domenę wiążącą DNA, domenę wiążącą hormon i domenę aktywacji transkrypcji.
Trójjodotyronina ma 15-krotnie wyższe powinowactwo wiązania z TR niż jej „pro-hormon”
tyroksyna. TR wiążą się z DNA w rejonie promotorowym. W przypadku genów regulowanych pozytywnie, kompleks receptora, hormonu i odpowiedniego koaktywatora pobudza transkrypcję genów. W przypadku genów regulowanych negatywnie, związanie hormonu blokuje transkrypcję genów (Brook i Matshall 2000). U ludzi występują dwa geny receptora hormonów tarczycy TRα i TRβ. Dzięki alternatywnemu splicingowi powstaje kilka produktów każdego z genów w postaci białek aktywnych TRα1, TRβ1, TRβ2 i TRβ3. Natomiast białko TRα2 nie jest zdolne do wiązania hormonów tarczycy. Może wiązać się słabo z DNA, ale wiązanie to nie powoduje aktywacji genu docelowego. Izoforma TRα2 (jeśli jest obecna w wystarczająco wysokim stężeniu) może blokować indukcję genu poprzez kompleks TRα1-hormon tarczycy- funkcjonując jako represor odpowiedzi komórki na hormony tarczycy (Brook i Matshall 2000).
WSTĘP
Istnieje specyficzna tkankowo preferencja w ekspresji różnych izoform TR, co sugeruje, że pełnią one różne funkcje w różnych tkankach (Amma i wsp. 2001). TRα, a zwłaszcza TRα2
uważa się za istotne w podwzgórzu i przysadce, gdzie ma miejsce regulacja funkcji tarczycy (Abel i wsp. 1999). Rodzaj wyrażanych w danej tkance izoform TR stanowi zatem kolejny element mechanizmu regulacji aktywności hormonów tarczycy.
Alkemade (2010) wskazuje na trzy możliwe ścieżki, za pośrednictwem których hormony tarczycy wywołują zmiany metaboliczne obserwowane w nadczynności tarczycy. Pierwsza ścieżka to bezpośrednie oddziaływanie hormonów tarczycy na tkanki docelowe za pośrednictwem TR. Druga ścieżka zachodzi pośrednio, poprzez integrację sygnałów współczulnych w tkankach docelowych (a więc poprzez interakcję z katecholaminami).
Natomiast trzecia ścieżka to oddziaływanie hormonów tarczycy na neurony w jądrach podwzgórza mózgu. Obecne są tam zarówno izoformy TRα1,2, jak i TRβ1,2. Zaburzenia oddziaływania hormonów tarczycy w ośrodkowym układzie nerwowym mogą skutkować zaburzonym pobudzeniem współczulnym tkanek docelowych (Alkemade 2010).
Badania u myszy wskazują na rolę TRαw modulowaniu sygnału współczulnego (ścieżka druga) do tkanek docelowych, co wpływa na metabolizm glukozy i lipidów. Liu i wsp. (2003) wprowadzili dominującą negatywną mutację w genie izoformy TRα, skutkującą opornością na hormony tarczycy. Uzyskane w ten sposób heterozygotyczne myszy, w porównaniu z myszami typu dzikiego miały: 3,4-krotnie wyższy poziom TSH, 4,4-krotnie więcej tkanki tłuszczowej, 5-krotnie wyższy poziom leptyny w surowicy, 3-krotnie wyższy poziom insuliny na czczo oraz większy o 55% poziom glukozy na czczo. Autorzy zaobserwowali u heterozygotycznych myszy (w porównaniu z myszami typu dzikiego) również znacznie zmniejszoną lipolizę wywołaną noradrenaliną, a także obniżone tętno i termogenezę adaptacyjną indukowaną zimnem. Autorzy stwierdzają między innymi zaburzenie szlaku przekazywania sygnału hormonu tarczycy wywołane uzyskaną mutacją oraz znaczący wpływ tej mutacji na homeostazę metabolizmu.
Wyniki wskazują na kluczowe znaczenie hormonów tarczycy w intensyfikacji lipolizy stymulowanej katecholaminami dla zachowania równowagi pomiędzy lipolizą a lipogenezą.
2) Działania hormonów tarczycy poza obrębem jądra komórki.
Takie działania, które nie rozpoczynają się przez związanie T3 z wewnątrzjądrowym TR, nazywane są niegenomowymi. Działania te mogą być inicjowane na błonie komórkowej lub w cytoplazmie. Wykazano obecność domeny wiążącej jodotyroniny w strukturalnym białku błonowym integrynie αvβ3. Domena ta jest miejscem inicjacji złożonych procesów komórkowych (podział komórek, angiogeneza) aktywowanych przez hormony tarczycy. Na
błonie komórkowej następuje również inicjowana przez hormony tarczycy aktywacja Ca2+ATPazy a także Na+/K+ ATPazy (Cheng i wsp. 2010).
Wykazano również, że T3 może aktywować ścieżkę sygnałową kinazy 3-fosfatydyloinozytolu, proces ten odbywa się w cytoplazmie. W konsekwencji aktywacji tej ścieżki mogą następować zmiany w mobilizacji i aktywności Na+/K+ ATPazy, a także transkrypcja genu HIF-1α. Białko HIF-1α jest zaangażowane w ekspresję wielu genów odgrywających rolę w metabolizmie węglowodanów, włączając transportery glukozy typu 4.
Tak więc, niegenomowe działania hormonów tarczycy mogą skutkować DNA-zależnymi efektami (Cheng i wsp. 2010).
Wykazano również niegenomowe działanie T4 w astrocytach i neuronach, gdzie wpływa ona na przebudowę cytoszkieletu aktynowego. Rearanżacja cytoszkieletu odbywa w przeciągu minut i nie stwierdzono w tym czasie zmian w całkowitej ilości aktynowego mRNA i białka (Cheng i wsp. 2010). Jednak najważniejszym, niegenomowym efektem działania samego T4 jest inicjowanie ubikwitynacji D2 (Bianco i wsp. 2002).
Kolejnym przykładem „pozajądrowego” działania T3 jest wiązanie jej z obecnymi w mitochondriach skróconymi formami TRα1 i TRβ1. Związanie hormonu z receptorami stymuluje uogólnioną transkrypcję genomu mitochondrialnego, stanowiąc mechanizm, za pośrednictwem którego hormony tarczycy mogą bezpośrednio stymulować mitochondrialną replikację (Cheng i wsp. 2010).
Inne, również niegenomowe działanie T3 stymulujące aktywność mitochondriów wykazali Yamauchi i wsp. (2008). Kinaza białkowa aktywowana przez 5’AMP (ang. 5’AMP-activated protein kinase AMPK) w komórkach mięśni szkieletowych stymuluje utlenianie kwasów tłuszczowych i produkcję ATP w mitochondriach. Autorzy zaobserwowali, że T3 w ciągu minuty zwiększa wewnątrzkomórkową pulę Ca2+, co prowadzi do aktywacji AMPK, a tym samym do stymulacji mitochondrialnego utleniania kwasów tłuszczowych.
Warto zaznaczyć, że działania hormonów tarczycy w jądrze komórki poprzez regulację procesu transkrypcji wykazują charakterystyczne opóźnienie czasowe. Wynosi ono godziny lub dni, zanim osiągnięty zostanie pełen efekt. Natomiast niegenomowe działania mogą wywoływać bardzo szybkie reakcje. Opisane powyżej mechanizmy, za pośrednictwem których może być kształtowana odpowiedź metaboliczna na pobudzenie hormonami tarczycy w tkankach docelowych, mogą również stanowić element regulujący. Obecność różnych izoform receptorów TR, poziom wrażliwości pozajądrowych cząsteczek, które inicjują niegenomowe działania hormonów tarczycy oraz poziom aktywności enzymów w metabolicznych ścieżkach odpowiedzialnych za reakcję metaboliczną inicjowaną hormonami tarczycy mogą niezależnie
WSTĘP
od opisanych w poprzednim rozdziale mechanizmów regulacyjnych kształtować poziom odpowiedzi na wzrost aktywności gruczołu tarczowego.