Untersuchungen zur physiologischen Relevanz von TRPM5 im endokrinen System

Abstract

Aufgrund starker Transkription des Ionenkanals TRPM5 in Drüsen des thyreotropen Regelkreises wurde in der vorliegenden Arbeit die physiologische Relevanz von TRPM5 in den entsprechenden Organen untersucht. Serumanalysen von Trpm5-/- Mäusen wiesen reduzierte fT4- sowie reduzierte TSH-Spiegel im Vergleich zu Wildtypmäusen desselben genetischen Hintergrunds auf, und zeigten somit Symptome einer zentralen Hypothyreose. Da in follikulären Schilddrüsenzelllinien im Rahmen der vorliegenden Arbeit keine endogene Expression des Ionenkanals nachgewiesen werden konnte, deutete dies auf eine den follikulären Schilddrüsenzellen übergeordnete Rolle von TRPM5 in der Hypophyse hin und einer zusätzlichen Bedeutung des Ionenkanals in parafollikulären Zellen. Zelllinien beider Gewebetypen zeigten eine endogene Expression für TRPM5 und unterstützten daher diese Annahme. Mutationsanalysen des TRPM5-Gens bei ausgewählten Patienten mit reduziertem fT4- und reduziertem TSH-Serumspiegel wiesen keine offensichtlichen funktionsverändernden Mutationen in TRPM5 auf, sodass keine eindeutige Assoziation zwischen Polymorphismen/Mutationen des Gens und einem präthyreotischen Phänotyp beschrieben werden konnte. Überexpression des Ionenkanals in der murinen Hypophysenzelllinie Tαt1 führte nach TRH-Stimulation zu einer verfrühten Expressionssteigerung des Tshb-Gens sowie einer tendenziellen Steigerung der TSH-Sekretion. Somit scheint eine Beteiligung des Ionenkanals an der TSH Sekretionsregulation wahrscheinlich. Über eine Depolarisation, zu der die Aktivierung von TRPM5 beitragen könnte, werden in den Hypophysenzellen VDCCs geöffnet, die parallel zur aktivierten PKC die Transkription und Sekretion des TSH-Hormons triggern. Bei den Untersuchungen zur physiologischen Relevanz von TRPM5 in parafollikulären Schilddrüsenzellen zeigten zwei von drei medulläre Schilddrüsenkarzinom-Entitäten eine starke Korrelation der Expression von CALCA und TRPM5, was eine Rolle des Ionenkanals bei der Calcitoninsekretion suggeriert. Zum Testen dieser Funktion des Kanals wurde TRPM5 in der humanen parafollikulären Schilddrüsenzelllinie TT, die den Ionenkanal endogen bereits stark exprimiert, stabil überexprimiert und anschließend hinsichtlich der Calcitoninsekretion untersucht. Zu bestimmten Zeitpunkten konnte eine erhöhte Calcitoninsekretion in TRPM5-überexprimierenden Zellen beobachtet werden, was die Hypothese zur physiologischen Relevanz von TRPM5 in diesem Zelltyp stützt. Auch in diesem Zelltyp ist ein Beitrag von TRPM5 zur Zelldepolarisation denkbar, welcher einen der Hypophyse sehr ähnlichen Signalweg benützt und die Hormonsekretion feinreguliert. Aufgrund der vorliegenden Daten kann diskutiert werden, ob TRPM5 eine generalisierte Rolle in der Öffnung von VDCCs in hormonsezernierenden Geweben spielt und damit einen generellen Feinregulator der Hormonsekretion durch Depolarisation darstellt.

Strong transcription levels of the ion channel TRPM5 in glands of the thyrotropic feedback control prompted to analyze the physiological relevance of TRPM5 in the relevant organs. Sera of Trpm5-/- mice showed reduced levels of fT4 and TSH in comparison to wildtype mice of the same genetic background indicating symptoms of central hypothyroidism. As endogenous expression of the ion channel could not be detected in follicular thyroid cell lines, a role of TRPM5 upstream in the pituitary and an additional acting of the ion channel in parafollicular cells was assumed. Both pituitary and parafollicular cell lines showed endogenous expression of TRPM5 supporting this assumption. TRPM5 gene analysis of selected patients with reduced levels of fT4 and TSH revealed no evident function changing mutations in TRPM5, therefore polymorphisms/ mutations of the gene could not be associated with a prethyroidism phenotype. Overexpression of the ion channel in the murine pituitary cell line Tαt1 prematurely increased expression of Tshb and showed a trend of increased TSH secretion after stimulation with TRH. Hence, participation of the ion channel in the regulation of TSH secretion seems likely. Opening of VDCCs in pituitary cells is regulated by depolarization, which could be enhanced by activation of TRPM5, and results in activation of PKC parallel to triggering of transcription and secretion of TSH. To investigate the physiological relevance of TRPM5 in parafollicular thyroid cells, entities of medullary thyroid carcinomas (MTC) were analyzed. Two of three MTC entities showed a strong correlation with regard to the expression of CALCA and TRPM5 suggesting a role of the ion channel in the secretion of calcitonin. The physiological function of the channel was verified by stable overexpression of TRPM5 in the human parafollicular thyroid cell line TT, which already strongly expresses the ion channel endogenously, and subsequently by its influence on the secretion of calcitonin. At definite time points, an increased secretion of calcitonin could be detected in TRPM5 overexpressing cells supporting the hypothesis about the physiological relevance of TRPM5 in this cell type. Likewise, TRPM5 supposably contributes to the depolarization of this cell type, too, by using a signaling pathway highly resembling the pathway in the pituitary thereby finetuning the hormone secretion. Due to the collected data, a generalized role of TRPM5 in the opening of VDCCs in hormone secreting tissues and in the finetuning of hormonal secretion by depolarization can be discussed.