Репродуктивная система человека — патологии щитовидной железы.

Репродуктивная система человека, является одной из древнейших физиологических систем организма, функционирование которой определяется слаженной работой нейро-эндокринных взаимодействий. Именно эндокринная система, объединяющая в своем составе все железы внутренней секреции (гипофиз, гипоталамус, щитовидную железу, поджелудочную железу, надпочечники, яичники у женщин, яички у мужчин) позволяет синхронизировать и обеспечить оптимальные условия для созревания половых клеток, способных к оплодотворению. В этой связи, любые, даже незначительные отклонения в работе одного из органов эндокринной системы, могут привести к значительным репродуктивным проблемам.

Щитовидная железа обеспечивает организм достаточным количеством тиреоидных гормонов, функция которых многогранна. Тиреодные гормоны, по праву считаются «гормонами жизни». Тироксин (Т₄) и трийодтиронин (Т₃) регулируют процессы развития, созревания, обновления тканей и имеют чрезвычайно важное значение для закладки и развития головного мозга плода, формирования интеллекта ребенка, роста и созревания скелета, половой системы, влияют на половое развитие, менструальную функцию и фертильность. Взаимодействия женской репродуктивной системы и щитовидной железы очень тесно переплетены. Состояние репродуктивной системы существенно влияет на работу щитовидной железы, а женские половые гормоны обеспечивают оптимальные условия для транспорта и рецепторного взаимодействия тиреодных гормонов в органах мишенях. В свою очередь, Т₄ и Т₃ позволяют регулировать процессы синтеза половых гормонов, овуляции, и формирования желтого тела в яичниках. Нарушения функции щитовидной железы могут стать причиной преждевременного или позднего полового созревания, нарушений менструального цикла, ановуляции, бесплодия, невынашивания беременности, патологии плода.

Дефицит тиреоидных гормонов приводит к выраженным изменениям синтеза, транспорта и периферических эффектов половых гормонов. Кроме того, при длительном дефиците гормонов щитовидной железы повышается уровень пролактина, что впоследствии приводит к бесплодию, обусловленному хронической ановуляцией. Избыток гормонов щитовидной железы так же крайне неблагоприятно влияет на репродуктивную систему, стимулируя длительную циркуляцию женских половых гормонов в сыворотке крови, что провоцирует развитие гиперпластических процессов в эндометрии, вторичного поликистоза яичников, маточных кровотечений или аменореи (отсутствие менструаций от 3-х и более месяцев).

Вне зависимости от клинической формы заболевания щитовидной железы, нарушения её функции проявляются увеличением (тиреотоксикоз) или снижением (гипотиреоз) уровня тиреодных гормонов в крови. Частота дисфункции репродуктивной функции при обоих состояниях составляет примерно 20%. Выраженные изменения тиреодной функции имеют яркую клиническую окраску и достаточно быстро диагностируются. Гораздо сложнее дело обстоит с так называемыми субклиническими формами заболевания, когда уровень основных тиреодных гормонов (свободного тироксина и трийодтиронина) в сыворотке крови остается в пределах нормативных значений, а имеются лишь незначительные отклонения в показателях ТТГ. Субклинический гипотиреоз — это не клинический, а лабораторный феномен. Выявить данную форму недостаточности щитовидной железы можно лишь по результатам анализа крови. Частота его — среди женщин репродуктивного возраста колеблется от 2 до 25 % . Стойкий субклинический гипотиреоз, как правило, является следствием аутоимунного тиреоидита — органоспецифического заболевание, характеризующееся гипотиреозом, наличием антител к ткани щитовидной железы, УЗ-признаками аутоиммунной патологии (диффузная неоднородность ткани щитовидной железы). Данные современных исследований указывают на то, что аутоиммунные заболевания щитовидной железы могут сочетаться с аутоиммунным повреждением других органов, в том числе и репродуктивной системы. Так, среди женщин с бесплодием и эндометриозом частота выявления повышенного уровня антител к ткани щитовидной железы оказывается максимальной. Почти треть женщин с преждевременной яичниковой недостаточностью страдает аутоиммунными болезнями щитовидной железы, кроме того риск спонтанного прерывания беременности в первом триместре при наличии у женщины антител к ткани щитовидной железы возрастает в 2-4 раза.

Избыточная продукция тиреодных гормонов – гипертиреоз, как правило, проявляется вегетососудистыми нарушениями (мобильность пульса, АД), нервно-психическими расстройствами (раздражительность, повышенная возбудимость, плаксивость), похуданием. При легкой форме заболевания отмечается тахикардия при сохранении работоспособности и отсутствии других изменений со стороны сердечно-сосудистой системы, а также метаболических нарушений. Средняя и тяжелая формы тиреотоксикоза приобретают яркую клиническую окраску и требуют незамедлительного лечения. Субклинические формы заболевания (уровень ТТГ находится на нижней границе нормативных показателей при незначительно повышенном Т₄) встречаются гораздо реже чем при гипотиреозе и нередко расцениваются как вегетососудистая дистония.

Принимая во внимание, что патология щитовидной железы широко распространена среди женщин репродуктивного возраста, очень важно вовремя обнаружить даже незначительные отклонения в её функции у больных с нарушениями репродуктивной системы, бесплодием, планирующим беременность, в том числе, проведение стимуляции овуляции или программы ЭКО. Во множестве научных публикаций отмечено, что адекватная функция щитовидной железы имеет большое значение для повышения эффективности лечения бесплодия в программах ЭКО, а проведение скринингового обследования на этапе подготовки должно быть обязательным.

Основными гормонами, позволяющими объективно оценить функциональную активность щитовидной железы являются: ТТГ (тиреотропный гормон), свободная фракция тироксина Т₄ и трийодтиронина Т₃.

Наиболее оптимальным методом определения ТТГ являются методы третьего поколения, которые позволяют выявить очень низкие концентрации гормона (меньше 0,01 мЕд/л), что имеет большое значение для диагностики тиреотоксикоза. Определение уровня общего Т₄ (связанный с транспортными белками + свободный биологически активный гормон) имеет меньшее диагностического значение, поэтому целесообразно исследовать только содержание свободного гормона. Определение уровня Т₃ с целью диагностики гипотиреоза не показано, т.к. обычно этот показатель изменяется одновременно с изменением уровня Т_4. В норме при эутиреоидном состоянии концентрация в крови ТТГ составляет 0,4-4,0 мЕд/л. Если концентрация ТТГ находится в этих пределах, то одного этого показателя достаточно для исключения у пациента гипер- или гипотериоза. В ряде случаев, для исключения аутоимунного заболевания щитовидной железы, дополнительно определяют антитела к рецептору ТТГ и тиреопероксидазе (ТПО). Повышенные титры этих анутоантител могут указывать на наличие аутоимунного поражения щитовидной железы (болезнь Грейвса или аутоимунный тиреоидит Хошимото). Однако нарушение функциональной активности ЩЖ не коррелирует с титром аутоантител в сыворотке крови (при АИТ), поэтому нет никакой необходимости их динамического, многократного определения. Следует отметить, что существует, так называемое носительство антител к ткани щитовидной железы, когда при нормальной структуре и функции щитовидной железы они определяются в крови в диагностически значимых титрах. Наличие антител к ткани щитовидной железы не сопровождающееся нарушением ее функции не требует какого-либо лечения.

В любом случае, даже при незначительных отклонениях в анализах крови необходимо обратиться к эндокринологу для более тщательного обследования и подбора терапии. Нередко в ходе дополнительного обследования (УЗИ щитовидной железы) обнаруживаются т.н. «немые» узловые образования, которые являются гормонально-неактивными, но могут сопровождаться быстрым ростом во время беременности. Следует отметить, что гипотиреоз в большинстве случаев является хроническим заболеванием, требующим постоянной заместительной терапии препаратами аналогами гормонов щитовидной железы. Дозировку подбирает врач эндокринолог. В течение первого года после выявления гипотиреоза для большинства пациенток удаётся подобрать постоянную заместительную дозу левотироксина натрия. В дальнейшем необходим регулярный контроль уровня ТТГ.

Таким образом, обязательным условием при планировании беременности и обследовании перед программой ЭКО является комплексная оценка функции щитовидной железы, как одного из важнейших органов, обеспечивающих оптимальные условия для повышения эффективности лечебного протокола.

Функции щитовидной железы в организме человека.

Щитовидная железа – это главный защитный барьер организма. Она является важной частью эндокринной системы и содержит все запасы йода. Задача железы – вырабатывать гормоны и вещества, которые влияют на правильное функционирование всего организма. Они контролируют обменные процессы, рост костной ткани, регенерацию клеток.

Щитовидка находится перед трахеей, имеет форму бабочки. Любые колебания в ее работе негативно сказываются на общем самочувствии и здоровье. Недостаток или переизбыток йода влечет за собой целый ряд серьезных заболеваний.

Функции щитовидной железы в организме

Небольшого размера щитовидная железа играет огромную роль в регуляции жизнедеятельности человека. На нее ложится ответственность за деятельность эндокринной и центральной нервной системы. Она отвечает за слаженную работу всех внутренних органов, процесс дыхания, режим ночного сна и бодрствования.

Внимание! Сбои в работе щитовидки могут нанести вред репродуктивной системе и кровообращению. Часто это выражается подавленностью, апатией, набором лишнего веса, сонливостью. Может ухудшаться аппетит и замедляться обмен веществ, который влечет за собой другие последствия для самочувствия.

Чем грозит гипотиреоз?

Когда щитовидная железа не справляется со своими функциями, не вырабатывая должное количество гормонов, начинает развиваться гипотиреоз. Согласно медицинской статистике, данная проблема есть у каждого десятого взрослого человека в мире. С возрастом ее выраженность может только усугубляться, если вовремя не контролировать этот процесс.

Первые проявления и симптомы часто проходят без должного внимания. Люди списывают их на перемену настроения, депрессивное состояние, усталость, чувствительность. Утомляемость может наступать даже при небольших физических нагрузках или после длительного качественного отдыха.

Кроме нарушения в работе нервной системы, начинает страдать режим сна. Человек начинает часто просыпаться, страдает бессонницей, чувствует себя разбитым после пробуждения.

Опытные специалисты и врачи по первой симптоматике предлагают пациентам обследовать работу щитовидной железы. Нарушенные функции приводят людей к эндокринологу, который назначает качественное лечение. Чаще всего люди даже не догадываются о серьезных нарушениях в организме. Прежде чем попасть к нужному специалисту, они ставят себе множество ложных диагнозов. Пациенты обращаются за помощью к кардиологу, гинекологу, терапевту и невропатологу.

Гипотиреоз может вызывать следующие симптомы:

• отечность лица;
• сбои в сердечном ритме;
• нарушения менструального цикла;
• выпадение волос;
• сухость и шелушение кожи;
• резкие колебания веса.

Запущенный гипотиреоз у женщин может приводить к серьезным необратимым процессам. Он может влиять на фертильность, вызывая бесплодие.

Внимание! При беременности, недостаток йода у матери может нарушать физическое строение и умственное развитие будущего ребенка. У мужчин заболевание приводит к половой дисфункции.

Что делать при дефиците йода?

От гипотиреоза нельзя избавиться с помощью простых продуктов или биодобавок с йодом. Производители рекламных препаратов очень часто утаивают эту информацию. Получить недостающие гормоны можно только путем приема определенных лекарственных препаратов. Их роль заключается в экстренной помощи организму, когда нарушается работа всех органов и систем жизнедеятельности.

При первых тревожных симптомах нужно обратиться к эндокринологу. Развернутый лабораторный анализ поможет врачу установить точный диагноз и назначить правильное лечение.

Что такое тиреоидная буря или тиреоидный кризис?

Ураган щитовидной железы или криз щитовидной железы может быть опасным для жизни состоянием. Он часто включает учащенное сердцебиение, лихорадку и даже обмороки.

Ваша щитовидная железа является мастером управления вашим телом. Гормоны, вырабатываемые этой железой, расположенной у основания шеи, помогают контролировать обмен веществ. Вот как быстро ваше тело перерабатывает пищу, превращает ее в энергию и управляет вашими органами.

Тиреоидный шторм может быть вызван рядом заболеваний.Один из них, болезнь Грейвса, вызывает чрезмерную выработку гормонов щитовидной железой (гипертиреоз). Когда это происходит внезапно, у вас может быть тиреоидный шторм. Это может произойти в течение нескольких часов и может потребовать немедленной госпитализации.

Симптомы

• Лихорадка. Обычно более 100,5 F.
• Понос и рвота. Это может включать тошноту и боль в животе.
• Нервозность и спутанность сознания. Люди, пострадавшие от тиреоидной бури, могут испытывать ужасное беспокойство и впадать в бред.
• Бессознательное состояние. При отсутствии лечения пострадавший может впасть в кому.

Если это произойдет с вами или вашим знакомым, немедленно позвоните в службу 911.

Другие причины

Щитовидная буря также может быть вызвана другими причинами. К ним относятся:

• Беременность. Вынашивание гормонов сильно зависит от деторождения.
• Заражение. Заболевания, такие как пневмония и инфекция верхних дыхательных путей, могут вызвать одно из них.
• Неправильно принимаете лекарства для щитовидной железы. Люди с гипертиреозом должны принимать лекарства, регулирующие выработку гормонов. Прекращение приема лекарств может вызвать бурю.
• Повреждение щитовидной железы. Даже удар в горло может вызвать всплеск выработки гормонов.
• Хирургия. Операция по поводу другого недуга может вызвать увеличение выработки гормонов.
• Разрастание ткани щитовидной железы. Это разрастание ткани также называется аденомой щитовидной железы или узелком.Подавляющее большинство этих узелков не являются злокачественными.
• Токсический многоузловой зоб. Это означает, что у вас множественные новообразования на щитовидной железе. Эти наросты производят больше гормонов щитовидной железы, чем нужно вашему организму. Это называется гипертиреозом.

Лечение

При возникновении тиреоидной бури необходимо быстро справляться.

Врачи могут лечить их антитиреоидными препаратами, йодидом калия, бета-блокаторами и стероидами.

Продолжение

Обычно улучшение начинается в течение 1–3 дней.После того, как криз пройдет, вы должны пройти обследование у эндокринолога (врача по лечению желез), чтобы определить, требуется ли дополнительное лечение.

Тиреоидный шторм не должен быть проблемой в долгосрочной перспективе. Обычно их можно предотвратить с помощью лекарств и терапии. Люди с гиперактивной щитовидной железой обычно живут долгой и здоровой жизнью при правильном лечении. Если у вас есть опасения, обязательно обсудите их со своим врачом.

Причины гипертиреоза — причины сверхактивной щитовидной железы

Гипертиреоз — это еще одно название сверхактивной щитовидной железы.Это когда железа на шее в форме бабочки вырабатывает слишком много гормона щитовидной железы.

Это может происходить по разным причинам. У вас больше шансов заболеть, если вы женщина, если у вас есть другие проблемы с щитовидной железой или если вам больше 60 лет.

Очень важно поработать со своим врачом, чтобы найти причину, потому что это может повлиять на ваше лечение.

Что делает ваша щитовидная железа

Два основных гормона, которые влияют на работу вашего тела, вырабатываются в вашей щитовидной железе.Они называются тироксином (Т-4) и трийодтиронином (Т-3). Их работа — поддерживать правильную работу вашего пульса, температуры тела и других функций организма. Они делают это, помогая вашему организму использовать углеводы и жиры должным образом.

Другой важный гормон, вырабатываемый щитовидной железой, называется кальцитонин, он помогает поддерживать нормальное количество кальция в крови.

Почему ваше тело может вырабатывать слишком много гормона щитовидной железы

Большинство людей с гипертиреозом страдают заболеванием, называемым болезнью Грейвса.Это составляет 70% случаев.

Продолжение

Обычно антитела в крови убивают бактерии, но если у вас болезнь Грейвса, вместо этого антитела включают вашу щитовидную железу. Это заставляет железу вырабатывать слишком много гормона щитовидной железы Т-4.

Врачи не понимают, почему некоторые люди болеют болезнью Грейвса, но, как правило, она передается по наследству. Это также чаще встречается у молодых женщин.

Другие состояния, связанные с гипертиреозом, включают:

Болезнь Пламмера. Это происходит, когда на одной или нескольких участках щитовидной железы появляются опухоли, не являющиеся раком. Эти образования могут увеличить вашу щитовидную железу и вырабатывать слишком много гормона Т-4.

Болезнь Пламмера чаще встречается у пожилых людей.

Тиреоидит. Это может вызвать перегрузку вашей щитовидной железы на короткое время. При этом состоянии ваша щитовидная железа опухла по неизвестным причинам. Этот отек может вытеснить гормоны из щитовидной железы в кровоток.

Тиреоидит может случиться:

Обзор щитовидной железы: что нужно знать об этой электростанции эндокринных гормонов.

Щитовидная железа — это орган в форме бабочки, расположенный у основания шеи. Он высвобождает гормоны, которые контролируют метаболизм — то, как ваше тело использует энергию. Гормоны щитовидной железы регулируют жизненно важные функции организма, в том числе:

• Дыхание
• Пульс
• Центральная и периферическая нервная система
• Масса тела
• Сила мышц
• Менструальные циклы ›
• Температура тела
• Уровень холестерина
• Многое другое!

Щитовидная железа имеет длину около 2 дюймов и находится перед вашим горлом ниже выступа щитовидного хряща, который иногда называют адамово яблоко.Щитовидная железа имеет две стороны, называемые долями, которые лежат по обе стороны от трахеи, и обычно соединены полосой ткани щитовидной железы, известной как перешеек. У некоторых людей нет перешейка, а вместо этого есть две отдельные доли щитовидной железы.

Как работает щитовидная железа
Щитовидная железа является частью эндокринной системы, которая состоит из желез, которые вырабатывают, хранят и выделяют гормоны в кровоток, чтобы гормоны могли достигать клеток организма. Щитовидная железа использует йод из продуктов, которые вы едите, чтобы вырабатывать два основных гормона:

• Трийодтиронин (T3)
• Тироксин (Т4)

Важно, чтобы уровни Т3 и Т4 не были ни слишком высокими, ни слишком низкими.Две железы в головном мозге — гипоталамус и гипофиз взаимодействуют друг с другом, чтобы поддерживать баланс Т3 и Т4.

Гипоталамус вырабатывает гормон, высвобождающий ТТГ (TRH), который сигнализирует гипофизу, чтобы щитовидная железа производила больше или меньше T3 и T4, увеличивая или уменьшая выброс гормона, называемого тиреотропным гормоном (TSH).

• Когда уровни Т3 и Т4 в крови низкие, гипофиз выделяет больше ТТГ, чтобы заставить щитовидную железу производить больше гормонов щитовидной железы.
• Если уровни Т3 и Т4 высоки, гипофиз выделяет меньше ТТГ в щитовидную железу, чтобы замедлить выработку этих гормонов.

Зачем вам нужна щитовидная железа
Т3 и Т4 перемещаются в кровотоке, чтобы достичь почти каждой клетки тела. Гормоны регулируют скорость работы клеток / метаболизма. Например, Т3 и Т4 регулируют частоту сердечных сокращений и скорость переваривания пищи в кишечнике. Таким образом, если уровни T3 и T4 низкие, ваша частота сердечных сокращений может быть медленнее, чем обычно, и у вас может быть запор / увеличение веса.Если уровни T3 и T4 высоки, у вас может быть учащенное сердцебиение и диарея / потеря веса.

Ниже перечислены другие симптомы слишком много Т3 и Т4 в вашем теле ( гипертиреоз ):

• Беспокойство
• Раздражительность или капризность
• Нервозность, гиперактивность
• Потливость или чувствительность к высоким температурам
• Руки дрожат (трясутся)
• Выпадение волос
• Пропущенные или легкие менструации

Следующие симптомы могут указывать на слишком мало Т3 и Т4 в вашем теле ( гипотиреоз ):

• Проблемы со сном
• Усталость и утомляемость
• Проблемы с концентрацией внимания
• Сухая кожа и волосы
• Депрессия
• Чувствительность к холоду
• Частые, обильные месячные
• Боль в суставах и мышцах

Обновлено: 26.03.19

Функциональные тесты щитовидной железы

Щитовидная железа — обзор

Анатомия щитовидной железы

Щитовидная железа представляет собой орган цвета ржавчины, состоящий из двух долей, соединенных узким перешейком. расположен вентро-латеральнее трахеи чуть ниже гортани.Железа состоит из кубовидных эпителиальных клеток, которые образуют фолликулы, заполненные коллоидом, секреторным продуктом, содержащим тиреоглобулин. Когда тиреоглобулин подвергается действию тиреопероксидазы, продуцируемой фолликулярными эпителиальными клетками, тиреоглобулин включает йод, который становится активными гормонами щитовидной железы Т3 и Т4 (3,5,3ʹ-трийодтиронин и 3,5,3ʹ, 5ʹ-тетраиодтиронин, соответственно).

По сравнению с щитовидной железой человека, которая состоит из широко растянутых фолликулов, выстланных уплощенным эпителием, что соответствует низкому уровню активности, щитовидная железа взрослой крысы состоит из более мелких фолликулов, содержащих меньше коллоидов и выстланных более пухлым кубовидным эпителием. клетки (Choksi et al., 2003), что соответствует более высокому уровню активности. Это различие между видами объясняется гораздо более коротким периодом полураспада Т3 и Т4 у крыс по сравнению с людьми. Для сравнения, период полувыведения Т4 у крыс составляет 0,5–1 день, а у человека — 5–9 дней (Choksi et al., 2003). При высокой скорости обмена гормонов щитовидной железы крысе необходимо поддерживать более высокий уровень ТТГ, который может стимулировать выработку большего количества Т3 и Т4 из железы, чтобы поддерживать постоянные исходные уровни Т3 и Т4 в сыворотке. Более клеточная щитовидная железа крысы отражает этот постоянно более высокий уровень ТТГ, который необходим для компенсации более высокого обмена Т3 / Т4.Для краткого сравнения видов в метаболизме гормона щитовидной железы, включая его связывающие белки и его деградацию, читатель может обратиться к Choksi et al. (2003).

Эмбриологическое развитие щитовидной железы

Эмбриологически щитовидная железа развивается из нервного гребня и дна примитивного глотки и опускается на свое место, будучи прикрепленной к щитовидно-язычному протоку. Щитовидная железа — один из первых эндокринных органов человека, который становится активным к 24-й неделе беременности.Эта ранняя активность важна, потому что развитие органов плода во многом зависит от гормона щитовидной железы. У крыс развитие щитовидной железы относительно задерживается по сравнению с людьми, и эта задержка проявляется от эмбриональной стадии до послеродовой жизни. У плода щитовидная железа крысы не вырабатывает активно тиреоидный гормон до позднего срока беременности на GD 17 (Choksi et al., 2003; Kawaoi, 1987). Следовательно, у крыс развитие органов плода во многом зависит от материнского источника гормона щитовидной железы.

Постнатальное развитие щитовидной железы

При рождении щитовидная железа и связанная с ней ось гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа (ГПТ) у крыс являются незрелыми по сравнению с таковыми человека. Процесс созревания происходит в течение всего неонатального и младенческого периодов, а также в первой половине ювенильной фазы. У крыс щитовидная железа и связанная с ней ось HPT не полностью созревают до PND 28. У людей, с другой стороны, щитовидная железа и ее ось HPT созревают быстро и полностью созревают на полпути через неонатальную стадию, около PND 28.

Во время первых 21 ПНД у крыс щитовидная железа увеличивается в размерах как за счет увеличения количества отложения коллоидов, так и за счет пролиферации фолликулярных эпителиальных клеток щитовидной железы. Уровни гормонов Т4 и ТТГ в сыворотке примерно параллельны увеличению размера щитовидной железы за первые 21 ПНД.

Основываясь на субъективной оценке гистопатологии, существует однородный уровень митотической активности от рождения до PND 21. После PND 21 в популяции фолликулярных клеток наблюдаются только случайные митотические фигуры.Для полного описания изменений показателей роста щитовидной железы крыс в постнатальном развитии читатель может обратиться к Banu et al. (2002).

Гистологически щитовидная железа крысы развивается с помощью PND 21. Практически во все постнатальные моменты времени фолликулы щитовидной железы имеют тенденцию быть больше по направлению к периферии железы, что свидетельствует о прогрессирующем созревании фолликулов от центра к периферии. Хотя гистология щитовидной железы кажется зрелой к PND 21, щитовидная железа не становится эндокринологически зрелой до PND 28.На PND 28 ось HPT и ее чувствительные петли отрицательной гормональной обратной связи полностью созрели (Stolc and Knopp, 1982).

Помимо фолликулярных клеток щитовидной железы, щитовидная железа содержит парафолликулярные С-клетки, вырабатывающие кальцитонин. Кальцитонин снижает уровень кальция в сыворотке крови и действует совместно с паратиреоидным гормоном (ПТГ), регулируя уровень кальция в сыворотке. C-клетки впервые становятся очевидными при световой микроскопии на PND 21, и существует низкий уровень митотической активности в популяции C-клеток от PND 21 до 42.C-клетки могут свободно находиться в интерстиции щитовидной железы, но подавляющее большинство из них заключено между базальной мембраной и фолликулярными клетками щитовидной железы внутри фолликулярного эпителия. Парафолликулярные клетки во внутрифолликулярной области очень трудно обнаружить с помощью обычной световой микроскопии, поэтому большинство наблюдаемых С-клеток находятся в интерстиции. На основе стереологического анализа сообщается, что от рождения до PND 120 (17 недель) у крыс количество С-клеток увеличивается в девять раз; размер каждой ячейки C увеличивается в четыре раза; однако плотность С-клеток уменьшается в два-три раза (Conde et al., 1995). Неравномерное распределение C-клеток по всей железе считается основанием для любых, казалось бы, несопоставимых результатов о количестве или плотности C-клеток в литературе.

Протеом человека в щитовидной железе

Основная функция щитовидной железы — регулирование скорости обмена веществ. Он производит гормоны щитовидной железы тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3), которые увеличивают частоту сердечных сокращений, дыхание и моторику желудочно-кишечного тракта, а также стимулируют метаболизм углеводов и жиров.Щитовидная железа также вырабатывает кальцитонин — гормон, регулирующий уровень кальция в крови. Анализ транскриптома показывает, что 74% (n = 14463) всех белков человека (n = 19670) экспрессируются в щитовидной железе, и 199 из этих генов демонстрируют повышенную экспрессию в щитовидной железе по сравнению с другими типами тканей.

• 199 повышенные гены
• 13 обогащенных генов
• 32 группы обогащенных генов
• Щитовидная железа имеет наибольшую групповую экспрессию генов, общих с мозгом

Транскриптом щитовидной железы

Анализ транскриптома щитовидной железы можно визуализировать в отношении специфичности и распределения транскрибируемых молекул мРНК (рис. 1).Специфичность показывает количество генов с повышенной или не повышенной экспрессией в щитовидной железе по сравнению с другими тканями. Повышенное выражение включает три подкатегории типа повышенного выражения:

• Ткань обогащена: как минимум в четыре раза выше уровень мРНК в щитовидной железе по сравнению с любыми другими тканями.
• Обогащенная группа: по крайней мере, в четыре раза выше средний уровень мРНК в группе из 2-5 тканей по сравнению с любой другой тканью.
• Улучшенная ткань: по крайней мере, в четыре раза выше уровень мРНК в щитовидной железе по сравнению со средним уровнем во всех других тканях.

Распределение, с другой стороны, показывает, сколько генов имеют или не имеют обнаруживаемых уровней (NX≥1) транскрибированных молекул мРНК в щитовидной железе по сравнению с другими тканями. Как видно из Таблицы 1, все гены с повышенным уровнем щитовидной железы классифицируются как:

• Обнаружен в одиночном: обнаружен в отдельной ткани
• Обнаружен в некоторых: Обнаружен более чем в одной, но менее чем в одной трети тканей
• Обнаружен во многих: Обнаружен по крайней мере в трети, но не во всех тканях
• Обнаружен во всех: Обнаружен во всех тканях

Рисунок 1.(A) Распределение всех генов по пяти категориям на основе специфичности транскриптов в щитовидной железе, а также во всех других тканях. (B) Распределение всех генов по шести категориям на основе обнаружения транскриптов (NX? 1) в щитовидной железе, а также во всех других тканях.

Как показано на рисунке 1, 199 генов демонстрируют некоторый уровень повышенной экспрессии в щитовидной железе по сравнению с другими тканями. Три категории генов с повышенной экспрессией в щитовидной железе по сравнению с другими органами показаны в таблице 1.В таблице 2 определены 12 генов с наибольшим обогащением в щитовидной железе.

Таблица 1. Количество генов в подразделяемых категориях повышенной экспрессии в щитовидной железе.

Таблица 2.12 генов с наивысшим уровнем экспрессии в щитовидной железе. «Тканевое распределение» описывает обнаружение транскрипта (NX? 1) в щитовидной железе, а также во всех других тканях. «мРНК (ткань)» показывает уровень транскрипта в щитовидной железе в виде значений NX. «Оценка тканевой специфичности (TS)» соответствует кратному изменению между уровнем экспрессии в щитовидной железе и в ткани со вторым по величине уровнем экспрессии.

Повышенная экспрессия белков щитовидной железы

Углубленный анализ повышенных генов в щитовидной железе с использованием профилирования белков на основе антител позволил нам визуализировать экспрессию соответствующих генов.

Белки, специфически участвующие в синтезе гормонов щитовидной железы

Важным этапом производства гормонов щитовидной железы является окисление йодида до йода, которое осуществляется ферментом тироидпероксидазой (ТПО). При аутоиммунном тиреоидите антитела нацелены на этот фермент, что приводит к недостаточной выработке гормона щитовидной железы. После окисления йодида до йода йод связывается с аминокислотами тирозина в тироид-специфическом белке тиреоглобулин (TG) и тироксин (T4). Тироксин остается связанным с молекулой тиреоглобулина и хранится в фолликулах щитовидной железы.Тироксин (Т4) можно рассматривать как прогормон более мощного гормона трийодтиронина (Т3). Т3 образуется из Т4 под действием фермента йодтирозиндейодиназы (IYD).

TPO
TG
IYD

Экспрессия гена разделяется между щитовидной железой и другими тканями

В щитовидной железе экспрессируются 32 гена, обогащенных группами. Обогащенные группы гены определяются как гены, показывающие в 4 раза более высокий средний уровень экспрессии мРНК в группе из 2-5 тканей, включая щитовидную железу, по сравнению со всеми другими тканями.

Чтобы проиллюстрировать связь ткани щитовидной железы с другими типами тканей, был создан сетевой график, отображающий количество генов с общей экспрессией между различными типами тканей.

Рис. 2. Интерактивный сетевой график обогащенных и группируемых генов щитовидной железы, связанных с их соответствующими обогащенными тканями (серые кружки). Красные узлы представляют количество генов, обогащенных щитовидной железой, а оранжевые узлы представляют количество генов, обогащенных группой.Размеры красных и оранжевых узлов связаны с количеством генов, отображаемых в узле. На каждый узел можно щелкнуть, и в результате отображается список всех обогащенных генов, связанных с выделенными краями. Сеть ограничена группами обогащенных генов в комбинациях до 3-х тканей, но полученные списки показывают полный набор групповых обогащенных генов в конкретной ткани.

Примеры групповой экспрессии генов включают NKX2-1, фактор транскрипции, экспрессируемый в щитовидной железе и легких.NKX2-1 регулирует экспрессию генов, специфичных для щитовидной железы, а также генов, участвующих в морфогенезе. Другой пример — PAX8, экспрессируемый в щитовидной железе и почках, и кодирующий фактор транскрипции, критический для развития этих органов. Нарушение регуляции PAX8 наблюдается при раке щитовидной железы.

NKX2-1 — щитовидная железа
NKX2-1 — легкое

PAX8 — щитовидная железа
PAX8 — почка

Щитовидная железа вырабатывает гормоны тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3).Фолликулярные клетки щитовидной железы производят белок тиреоглобулин, который секретируется в коллоид щитовидной железы. Т4 и Т3 образуются путем йодирования остатков тирозина тиреоглобулина. Щитовидная железа стимулируется высвобождением Т4 и Т3 за счет тиреотропного гормона (ТТГ), вырабатываемого гипофизом. Повышенная концентрация ТТГ в крови приводит к увеличению высвобождения Т4 и Т3. Эти гормоны щитовидной железы контролируют скорость метаболизма в организме. Повышенный уровень этих гормонов увеличивает частоту сердечных сокращений, дыхание, перистальтику желудочно-кишечного тракта и стимулирует метаболизм углеводов и жиров.А сокращение производства, в свою очередь, будет иметь противоположный эффект. Для младенцев и детей младшего возраста нормальная функция щитовидной железы необходима для нормального роста и развития мозга.

Щитовидная железа также вырабатывает кальцитонин, пептидный гормон, который снижает концентрацию кальция в плазме. Кальцитонин секретируется совершенно другим набором клеток, чем секретирующие Т4 и Т3 клетки, называемые парафолликулярными клетками или с-клетками.

Щитовидная железа — это двудольная эндокринная железа, расположенная в нижней части шеи, непосредственно под щитовидным хрящом.Щитовидная железа имеет дольчатую организацию. Тироглобулин хранится в виде однородного коллоидного материала в плотно упакованных фолликулах щитовидной железы. Фолликулы выстланы одним слоем фолликулярных клеток. Сосудистая сеть окружает каждый фолликул. Между фолликулами щитовидной железы присутствует другая группа клеток, парафолликулярные клетки, продуцирующие кальцитонин.

Гистологию щитовидной железы человека, включая подробные изображения и информацию, можно просмотреть в гистологическом словаре белкового атласа.

Здесь описаны и охарактеризованы гены, кодирующие белок, экспрессируемые в щитовидной железе, вместе с примерами иммуногистохимически окрашенных срезов ткани, которые визуализируют соответствующие паттерны экспрессии белков генов с повышенной экспрессией в щитовидной железе.

Профилирование транскриптов было основано на комбинации трех наборов данных транскриптомики (HPA, GTEx и FANTOM5, что соответствует в общей сложности 483 образцам из 37 различных типов нормальных тканей человека.Окончательное согласованное значение нормализованной экспрессии (NX) для каждого типа ткани использовалось для классификации всех генов в соответствии с тканеспецифической экспрессией на две разные категории на основе специфичности или распределения.

Uhlén M et al., Тканевая карта протеома человека. Science (2015)
PubMed: 25613900 DOI: 10.1126 / science.1260419

Yu NY et al., Дополнение характеристики ткани путем интеграции профилей транскриптомов из Атласа белков человека и консорциума FANTOM5. Nucleic Acids Res. (2015)
PubMed: 26117540 DOI: 10.1093 / nar / gkv608

Fagerberg L et al., Анализ тканеспецифической экспрессии человека путем полногеномной интеграции транскриптомики и протеомики на основе антител. Mol Cell Proteomics. (2014)
PubMed: 24309898 DOI: 10.1074 / mcp.M113.035600

Гистологический словарь — щитовидная железа

Влияние фторида в питьевой воде на гормоны щитовидной железы человека: исследование случай-контроль

Модель сплайновой ГИС использовалась для оценки распределения уровней фторида в образцах питьевой воды из YGA.Как уже упоминалось, все пробы питьевой воды из YGA имели уровни фторида ниже максимально допустимого уровня мировой стандартной концентрации и равны иранскому стандарту (0,5–1,5 мг / л) ⁸ .

Результаты показаны на рис. 1. На этом рисунке показано зонирование проб воды и уровни фторида в различных частях YGA. Как уже упоминалось, было выбрано 10 различных мест в зависимости от разницы в концентрации фторида в питьевой воде. В каждом сезоне отбиралось 30 проб из 10 районов (по три пробы из каждого района).Таким образом, за два сезона было отобрано 60 проб (летом и зимой). Каждый образец тестировался трижды. Общее количество тестов для определения концентрации фторида составило 180. Тест Колмогорова-Смирнова использовался для оценки нормальности данных, и было обнаружено, что данные не были нормально распределены для P <0,05. Таким образом, для анализа использовались непараметрические тесты (Крускала – Уоллиса (Крускал – Уоллис). Медиана (межквартильный размах) фторида, а также температура и pH питьевой воды показаны в таблице 1.

Зонирование уровней фторидов в пробах питьевой воды в Большом районе Йезд (YGA) по модели Spline GIS по Arc GIS 10 в Иране в 2016 году ( A ), карта Ирана и местонахождение YGA ( B ) Модель Spline GIS для фторида питьевой воды в десяти различных ( C ) концентрациях фторида в воде.

Из 8724 образцов YaHS, изученных до октября 2015 г., в общей сложности 693 (8%) участника имели проблемы с щитовидной железой, а у 70% был гипотиреоз.Среди участников, у которых не было проблем с щитовидной железой, диагностированных врачом, было выбрано 228 человек, и были проверены их уровни гормонов ТТГ, Т ₃ и Т ₄ . Результаты показали, что 213 участников были здоровы, а 15 (6,6%) были больны. Среди последних 11 (4,8%) страдали гипотиреозом, а четверо (1,8%) страдали гипертиреозом. Эти 15 больных участников были исключены из контроля. Распределение различных видов заболеваний щитовидной железы в 265 случаях включает 198 (74.7%) с гипотиреозом, 10 (3,7%) с гипертиреозом, 27 (10,2%) с узлами щитовидной железы и один (0,37%) с раком щитовидной железы. В рамках данного исследования для обследования были отобраны 198 (74,7%) участников с гипотиреозом. Частота распределения гипотиреоза, полученная с помощью теста хи-квадрат, была статистически значимой для случаев (P = 0,032) и контроля (P = 0,024) в разных местах участников в YGA.

Десять различных мест были выбраны в зависимости от разницы в концентрации фторида в питьевой воде.Эти десять различных местоположений были следующими: Садуги, улица Имама, улица Кашани, улица Махди, улица Хамидия, улица Бе’сат, улица Маскан, улица Сафеие, улица Имама Шахра, улица Азад Шахр. Частотное распределение фторида было статистически значимым для случаев (P = 0,001) и контроля (P = 0,001). Распределение частот гипотиреоза, основанное на различных уровнях фтора в питьевой воде, не было значимым для случаев (P = 0,13) и контроля (P = 0,21) в YGA.Среднее количество гормонов ТТГ и Т3, основанное на уровнях фторида в диапазоне 0–0,29 мг / л и 0,3–0,5 мг / л, было значительным. Однако для гормона Т4 в экспериментальной и контрольной группах это не было значимым, как показано в таблице 2.

Как показано в таблице 2, медиана ± межквартильный диапазон (IR) ТТГ и Т3 был значимым для двух уровней фторида в питьевой воде (P <0.05). Отсюда можно сделать вывод, что галоген влияет на гормоны щитовидной железы человека. Однако при концентрации ниже 0,5 мг / л он не является важным фактором гипотиреоза при YGA. Этот вывод подтверждает результаты других исследований ^{10,11,12,13,14,15,16,30} . Среднее значение уровня гормона ТТГ, в соответствии с различными переменными исследования, показано в таблице 3. Для каждого из опрошенных параметров случаев и контрольной группы были изучены OR, доверительный интервал (95% ДИ) и значение p для разных случайные и контрольные группы.Те, у которых значение p меньше 0,2, были использованы в окончательной логистической модели. Наконец, в окончательную логистическую модель были введены 14 параметров: пол, семейный анамнез заболевания щитовидной железы, образование и статус работы, количество питьевой воды, физические упражнения, употребление табака, место проживания и история болезней, таких как гиперлипидемия, диабет, гипертония, поликистоз, психиатрия и депрессия. Скорректированное отношение шансов (OR), доверительный интервал (95% ДИ) и p-значение из логистической модели среди пациентов и контрольных групп были оценены для других источников потребления фторида, кроме воды, таких как зубная паста, жидкости для полоскания рта и некоторые другие. продукты, содержащие фтор (чай, капуста, брокколи, репа, соя, арахис, шпинат, тип потребляемой рыбы, количество потребляемой рыбы, вид потребляемой соли).За исключением 14 параметров, которые были упомянуты, другие параметры имели значение p более 0,2 и не использовались в окончательной логистической модели. Окончательная модель была разработана с использованием моделирования множественной логистической регрессии, а также методов ввода и пересылки LR. Результаты модели множественной логистической регрессии с p-значением, скорректированным OR и доверительными интервалами (CI 95%) показаны в таблице 4.

Как показано в Таблице 4, переменные, которые оказали большее влияние на заболевания щитовидной железы, остались в модель, например пол, семейный анамнез заболевания щитовидной железы, количество потребляемой воды, физическая активность, а также такие заболевания, как диабет 2 типа и гипертония. Скорректированный OR гипотиреоза составил 2,5 (ДИ 95%: 1.В 6–3,9) раз больше у женщин, что согласуется с данными другого исследования ³¹ . Скорректированный OR гипотиреоза для лиц с семейным анамнезом гипотиреоза был в 2,7 раза (ДИ 95%: 1,6–4,6) выше, чем у других. Скорректированный OR гипотиреоза был в 5,34 (ДИ 95%: 3,2–9) раз больше для тех, кто был физически неактивен, по сравнению с их активными сверстниками. Скорректированный OR гипотиреоза для пациентов с сахарным диабетом был в 3,7 (ДИ 95%: 1,7–8) раз выше, чем у здоровых людей. Скорректированный OR гипотиреоза для гипертоников составил 3.2 (ДИ 95%: 1,3–8,2) раза больше, чем другие. Индивидуальное поступление фторидов с питьевой водой, очевидно, зависит от количества потребляемой воды, а также от концентрации фторида в воде. Результаты показали, что те, кто потребляет больше воды в день, имеют скорректированный OR 4,1 (ДИ 95%: 1,2–14).

Это исследование было первым исследованием, основанным на корреляции между концентрацией фтора в питьевой воде и гормонами щитовидной железы в Иране. Между переменными наблюдалась положительная связь (P <0.05). В этом исследовании мы получили нескорректированный OR около 1,034 (ДИ 95%: 0,7–1,53) для фторида в питьевой воде, когда его концентрация была меньше стандартной (0,2–0,5 мг / л). Этот результат согласуется с исследованием Пекхэма в Англии, в котором сообщается, что OR = 1,5 (ДИ 95%: 1,16–2) для гипотиреоза, где максимальная концентрация фторида была более 0,7 мг / л. Однако это неясно из-за небольшой разницы в концентрации фторида, как видно из корреляции между фторидом в питьевой воде и гормоном ТТГ, как показано в таблице 2 ³² .

Молекулярный вид нормальной структуры и функции щитовидной железы человека, реконструированный по эталонной карте транскриптома | BMC Genomics

Нормальная карта транскриптома щитовидной железы человека

Щитовидная железа человека — чрезвычайно дифференцированный орган, выполняющий исключительные функции, связанные, в частности, с выработкой гормонов с различными действиями, необходимыми для нормального развития, роста и функционирования организма. Эта особенность хорошо отражена в классических диссертациях о щитовидной железе в областях биохимии [19], гистологии [20], анатомии [3] и физиологии [21], где типичные белки, происходящие из щитовидной железы, считаются маркером органа.Современные технологии как в молекулярной, так и в вычислительной биологии теперь делают возможным количественное, глобальное представление всего профиля транскрипции гена в клеточном типе, который не зависит от предыдущих знаний, но позволяет систематически реконструировать критические аспекты экспрессии генов на геномном уровне.

Мы представляем здесь количественную эталонную карту транскриптома всей нормальной щитовидной железы человека, то есть эталонное типичное значение экспрессии для каждого из 27 275 известных, нанесенных на карту и 13 002 не охарактеризованных (неотмеченных) транскриптов.Доступные данные об экспрессии генов из соответствующего числа образцов и различных источников были интегрированы с помощью программного обеспечения TRAM [17], в результате чего был получен атлас экспрессии генов всей железы, полезный в качестве «общеприменимой» модели транскриптома нормальной щитовидной железы. На самом деле, подход TRAM совсем недавно успешно использовался для сравнения нормальных и патологических состояний при раке толстой кишки [22] и болезни Паркинсона [23], поэтому возможные возможные применения атласа, который мы здесь предоставили, включают количественные, систематические сравнения этого профиля. с образцом, полученным из образцов нормальных и близких к опухоли щитовидной железы, а также образцов опухолей в дальнейших исследованиях этих субъектов.

Программный анализ TRAM обеспечивает сегментное представление генома, которое может помочь идентифицировать домены хроматина, гены которых кодируют белки, взаимодействующие друг с другом или принадлежащие одному и тому же клеточному пути [17].

Карты транскриптомов показали превосходный портрет физиологии щитовидной железы, фактически первый сверхэкспрессированный сегмент находится на chr8 (Таблица 1) и включает известные гены TG и NDRG1 . Первый ген кодирует форму хранения гормона щитовидной железы, основного продукта щитовидной железы, который накапливается в больших количествах в просвете фолликулов щитовидной железы.Экспрессия второго гена повышена в карциномах щитовидной железы по сравнению с нормальными и доброкачественными поражениями щитовидной железы и коррелирует с более поздними стадиями опухоли [24]. NDRG1 является членом семейства генов с подавлением N-myc (суперсемейство альфа / бета гидролаз) и кодирует цитоплазматический белок, участвующий в стрессовых ответах, гормональных ответах, росте и дифференцировке клеток, необходимых для опосредованной p53 активации каспазы и апоптоза (см. запись NCBI Gene https: //www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/10397). Этот же сегмент также включает кластер EST Hs.654670, который, как было обнаружено, высоко экспрессируется в щитовидной железе, согласно его профилю UniGene EST, и чей транскрипт увеличен в ~ 141 раз в щитовидной железе по сравнению с тканями, не связанными с щитовидной железой, согласно нашей карте. Этот сегмент может представлять ранее неизвестный кластер генов, сходящихся в специализированных функциях щитовидной железы, и где физическая близость может указывать на корегуляцию экспрессии.

Второй сегмент сверхэкспрессии находится на chr16 (Таблица 1) и включает кластер генов металлотионеинов: MT2A , MT1E , MT1A , MT1F , MT1G , MT1H и MT1H и MT1H и MT1H .Металлотионеины представляют собой цитопротекторные белки, действующие как поглотители токсичных ионов металлов или активных форм кислорода. Они активируются при фолликулярной карциноме щитовидной железы и рассматриваются как маркер стресса щитовидной железы при болезни Грейвса [25]. Авторы предположили, что ТТГ является ключевым регулятором экспрессии металлотионеина в тироцитах. Фактически, стимуляция TSHR индуцировала экспрессию изоформы 1X металлотионеина ( MT1X ) в клетках фолликулярной карциномы человека [25]. Экспрессия MT1G (металлотионеин 1G) часто подавлялась или подавлялась в клеточных линиях рака щитовидной железы, а также значительно снижалась в тканях первичного рака щитовидной железы по сравнению с доброкачественными тканями щитовидной железы [26].Сегментное представление карты транскриптома может быть использовано для поиска тех доменов хроматина, включая гены, менее охарактеризованные по отношению к ткани щитовидной железы (см. Таблицу 1 и файл результатов TRAM, доступный по адресу: http://apollo11.isto.unibo.it/suppl) .

На уровне одного гена анализ наиболее сверхэкспрессированных генов показывает локусы, которые могут иметь типичную функцию щитовидной железы. К ним относятся хорошо известные гены и не охарактеризованные локусы, исследование которых следует продолжить (Таблица 2). Наиболее экспрессируемым известным геном снова является TG (значение экспрессии = 8,662.34) (Таблица 2), однако максимальное значение экспрессии представлено кластером EST Hs.732685 (значение экспрессии = 10,763,93), картированным в пределах известного локуса MALAT1 (транскрипт 1 аденокарциномы легких, ассоциированный с метастазами (не белковый — кодирование)) на chr11, как показывает анализ BLASTN. Мы обнаружили, что платформенный зонд (1558678_s_at от платформы GPL570) относится к MALAT1 , но, выполняя биоинформатический анализ, мы отметили, что этот кластер в основном характеризуется антисмысловыми последовательностями относительно ориентации MALAT1 .Эти данные могут объяснить различное выражение между кластером EST Hs.732685 и MALAT1 (значения экспрессии 10,763,92 и 2180,86, соответственно). Из-за широко распространенной экспрессии на высоком уровне в тканях человека, возможно, что этот не охарактеризованный транскрипт является геном домашнего хозяйства. Этот кластер ранее был обнаружен как сверхэкспрессируемый на карте транскриптома гиппокампа [18].

Основная функция щитовидной железы заключается в выработке гормонов щитовидной железы в больших количествах, и это может быть отражено тем фактом, что среди 5 наиболее экспрессируемых генов включены RPL41 (значение экспрессии = 5903.29), кодирующий рибосомный белок L41, и EEF1A1 (значение экспрессии = 5537,45), кодирующий фактор элонгации трансляции эукариот 1 альфа 1, который отвечает за ферментативную доставку аминоацил тРНК к рибосоме [27]. Их сверхэкспрессия может рассматриваться как признак активного синтеза белка. Анализ базы данных EST для EEF1A1 показал очень высокую экспрессию в различных тканях человека и, в соответствии с его основной функцией домашнего хозяйства, очень высокий уровень экспрессии в клетках, активно продуцирующих белки в процессе трансляции, неудивителен.

Другим известным с высокой степенью экспрессией геном является TPT1 (значение экспрессии = 5743,83), кодирующий опухолевый белок, трансляционно-контролируемый 1 (TCTP), который является высококонсервативным цито-защитным белком, участвующим во многих физиологических и болезненных процессах, в конкретный рак, где он связан с неблагоприятным прогнозом [28].

В связи с тем, что ДС, при которой трисомия 21 хромосомы приводит к измененному состоянию экспрессии генов, характеризуется высокой распространенностью дисфункции щитовидной железы, в частности врожденного гипотиреоза [29], особое внимание было уделено экспрессии chr21 гены, которые уже были сверхэкспрессированы на картах транскриптомов, созданных TRAM при сравнении диплоидных и трисомных клеток крови [30].На нашей карте транскриптома щитовидной железы наиболее выраженным геном chr21 является TFF3 (значение экспрессии = 2726,93). Недавно TFF3 был описан как ген, который может функционировать как онкоген или онкосупрессор в зависимости от клеточного контекста. Фактически, во многих типах солидных опухолей наблюдалось повышение уровня экспрессии TFF3 , тогда как при всех раках щитовидной железы фолликулярно-клеточного происхождения его экспрессия была снижена, когда в нормальной щитовидной железе он был высоко экспрессирован [31].Другими известными сверхэкспрессируемыми генами на chr21 являются CSTB (цистатин B) и SOD1 (супероксиддисмутаза 1, растворимая) (таблица 2), кодирующие, соответственно, ингибитор протеазы, который, как сообщается, защищает нейроны от окислительного стресса, и для разрушитель свободных супероксидных радикалов, контролирующий окислительно-восстановительное состояние клеток. Недавние результаты подтверждают гипотезу о прямом взаимодействии между двумя белками, которое может иметь отношение к повышению чувствительности клеток к условиям окислительного стресса [32].Авторы предлагают общий путь активации их транскрипции. Коэффициент экспрессии, полученный из анализа TRAM, между двумя генами составляет 1,098, что соответствует стехиометрическому молекулярному соотношению 1: 1 между белками, которые работают связанными в молекулярном комплексе. Было бы интересно углубить функции сверхэкспрессированных генов chr21, изучить их в связи с патогенезом DS и поискать новые гены на chr21 (где известно всего 273 гена [33]) в свете того факта, что что очень маленькая область, очевидно межгенная, по-видимому, сохраняется у всех субъектов с диагнозом DS [34].Изучение патогенеза врожденного гипотиреоза, а также других изменений, связанных с DS, также будет использовать преимущества только что выпущенного транскриптомного атласа, полученного методом RNA-Seq в 15 нормальных тканях и органах человеческого эмбриона, среди которых есть щитовидная железа [35]. .

Дифференциальная карта транскриптомов: щитовидная железа по сравнению с пулом тканей, не связанных с щитовидной железой

Чтобы выделить профиль экспрессии генов, специфичных для щитовидной железы, был точно собран пул сравнения, состоящий из 624 образцов, полученных из 53 различных тканей или органов человека.Карта дифференциального транскриптома была получена путем сравнения всей щитовидной железы с пулом тканей, не относящихся к щитовидной железе. Последнее позволило нам получить среднее значение для каждого гена из тканей, не относящихся к щитовидной железе.

Карта дифференциальных транскриптомов показала сверхэкспрессию доменов хроматина, включая гены, которые, как известно, участвуют в функции щитовидной железы. Например, первый сегмент на chr8 снова включает известный ген TG , за которым следует сегмент на chr14, включающий NKX2-1 .Мы также обнаружили IYD в третьем сегменте на chr6 и PAX8 в четвертом сегменте на chr2 (Таблица 1). Все эти гены, кодирующие специфические для щитовидной железы транскрипционные факторы или ферменты, играют фундаментальную роль в синтезе гормонов щитовидной железы [36].

Подробный анализ результатов можно распространить на все пере- и недоэкспрессированные сегменты (см. Файл результатов TRAM, доступный по адресу: http://apollo11.isto.unibo.it/suppl). Результаты доказали, что среди сверхэкспрессированных сегментов преобладают те, которые включают гены с типичной функцией щитовидной железы, в отличие от того, что можно наблюдать среди недоэкспрессированных сегментов, как ожидалось с помощью дифференциальной карты транскриптома щитовидной железы vs.все ткани, не относящиеся к щитовидной железе (таблица 1).

Анализ на уровне одного гена показывает молекулярный атлас функций щитовидной железы и гистологической структуры. Просто наблюдая за списком первых 100 генов (из 26 750 локусов; дополнительный файл 4), упорядоченных в соответствии с убывающими значениями дифференциальной экспрессии, мы обнаружили гены, участвующие во всех фазах синтеза гормонов щитовидной железы. И снова наиболее сверхэкспрессируемым геном является TG , кодирующий каркас для йодирования тирозина и формы хранения гормона щитовидной железы, за которым следует TPO , продукт которого выполняет йодирование остатков тирозина в TG и образование фенокси-эфира между парами йодированных тирозинов. для выработки гормонов щитовидной железы.За ними следовали известные кодирующие гены SLC26A7 , IYD , TSHR и SLC26A4 (член 4 семейства 26 растворенных носителей) (таблица 3 и дополнительный файл 4). IYD катализирует дейодирование моно- и дииодтирозина и необходим для спасения йодида [37] и дальнейшего производства гормонов. Наличие большого количества ТТГР на клетках щитовидной железы имеет решающее значение для их реакции на основной тироид-стимулирующий фактор ТТГ. SLC26A7 и SLC26A4 относятся к семейству анионообменников [38], и, в частности, известно, что SLC26A4 обменивает ионы йода.Также, демонстрируя высокие значения дифференциальной экспрессии (от 18,20 до 12,54-кратного увеличения по сравнению с тканями, не связанными с щитовидной железой), мы отметили гены NKX2-1 , PAX8 , FOXE1 и HHEX (гематопоэтический гомеобокс), которые кодируют факторы транскрипции, необходимые для развития и роста щитовидной железы, как и для гормоногенеза у взрослых, посредством регуляции экспрессии генов, участвующих в этом процессе. Эти факторы транскрипции экспрессируются также в других тканях, но коэкспрессируются только в щитовидной железе [39].Другие гены с высокой дифференциальной экспрессией (коэффициент дифференциальной экспрессии> 7) с известными функциями щитовидной железы — это DIO1 и DIO2 , кодирующие дейодиназы, катализирующие превращение T ₄ в T ₃ , более активную форму гормона щитовидной железы, и DUOX2 , кодирующий фермент, включенный в систему генерации пероксида, который является частью белкового комплекса, катализирующего синтез тироидного гормона вместе с ТПО [40, 41].

Мы также можем считать, что функциональное значение некоторых генов не всегда связано с уровнем их экспрессии.Это классическая аксиома, что щитовидная железа вырабатывает гормоны щитовидной железы и кальцитонин, но насколько экспрессируется ген кальцитонина? На нашей карте ген CALCA (кальцитонин-родственный полипептид альфа), кодирующий основную форму кальцитонина, продуцируемого щитовидной железой, показал абсолютное значение экспрессии в щитовидной железе 218,27 по сравнению со значением экспрессии TG , равным 8662,34 (соотношение = 39.69), когда значение щитовидной железы CALCA сравнивалось со средним значением, полученным из пула тканей, не относящихся к щитовидной железе, коэффициент дифференциальной экспрессии составлял 3.65-кратное увеличение ( TG показал коэффициент дифференциальной экспрессии = 188,22) с разницей между двумя генами в 51,57 раза (дополнительный файл 4). Следует также учитывать, что клетки, продуцирующие кальцитонин, количественно намного меньше фолликулярных клеток (см. Раздел «Предпосылки») и что в любом случае значима дифференцированная экспрессия в 3,5 раза.

Среди генов chr21 коэффициент экспрессии выше 10 наблюдался для гена TFF3 (коэффициент экспрессии = 16.14), который снова является наиболее сверхэкспрессируемым геном chr21 (Таблица 3), вероятно, из-за его типичной функции в нормальной щитовидной железе. За ним следует не охарактеризованный кластер EST Hs.129583 (коэффициент экспрессии = 11,10) (таблица 3).

Здесь следует отметить, что при работе с самыми низкими значениями экспрессии гена на нашей карте они описывают очень низкую или нулевую активность гена, но они не позволяют делать выводы о биологической информации, связанной с конкретным геном. репрессия в рассматриваемой ткани, потому что использование пула различных тканей, не связанных с щитовидной железой, в нашей общей модели может скрыть, подавляется ли ген специфически в щитовидной железе или он очень сильно экспрессируется тканеспецифично в другом месте.Тем не менее, наличие данных как для одной только щитовидной железы (абсолютное значение), так и для пула щитовидной железы по сравнению с другими (значение отношения) может помочь в анализе отдельных представляющих интерес ситуаций.

Это количественное представление экспрессии генов в щитовидной железе человека, полученное без каких-либо априорных конкретных предположений и полностью согласующееся с установленными биологическими знаниями о структуре / функции щитовидной железы, кажется, показывает на молекулярном уровне классическое описание базовой гистологии ткани щитовидной железы. .Это также предполагает, что другие гены с менее охарактеризованной ролью в щитовидной железе, но с соответствующей специфической экспрессией в этом органе, могут иметь критические функции для молекулярной физиопатологии щитовидной железы. Например, SLC26A7 , в настоящее время известный своей ролью в почках (запись гена NCBI 115111), оказывается здесь известным геном, наиболее сверхэкспрессируемым в щитовидной железе по сравнению с тканями, не относящимися к щитовидной железе (67 раз), при одновременной необходимости На сегодняшний день не описаны функции или фенотип, связанные с щитовидной железой (Таблицы 3 и 5).Интересно, что синдром, характеризующийся глухотой и зобом щитовидной железы (синдром Пендреда), был связан с мутациями родственного гена SLC26A4 , также принадлежащего к тому же семейству генов-переносчиков анионов и сверхэкспрессированного в щитовидной железе (Таблица 5). Неохарактеризованные кластеры EST, высоко и специфически экспрессируемые в щитовидной железе (Таблица 3), могут быть связаны таким же образом с неизвестными в настоящее время функциональными локусами, играющими важную роль в этом органе.

Уровень экспрессии генов в щитовидной железе и ассоциация с мутантными фенотипами щитовидной железы

Интересное открытие очень высокого дифференциального уровня экспрессии в щитовидной железе по отношению к тканям, не относящимся к щитовидной железе, для ряда генов, специфичных для щитовидной железы, кодирующих белки, необходимые для производства гормонов щитовидной железы , позволили нам проверить, существует ли корреляция между высоким уровнем дифференциальной экспрессии и возникновением патологического фенотипа при мутации этих генов.Даже учитывая только первые 50 наиболее экспрессируемых известных генов в щитовидной железе, статистически значимая ассоциация ( p = 0,023) между сущностью профиля дифференциальной экспрессии гена (значения отношения A / B) в тканях щитовидной железы по сравнению с тканями, не относящимися к щитовидной железе. и описание патологических фенотипов щитовидной железы в OMIM, когда эти гены мутированы, может наблюдаться (Таблица 5).

Примечательно, что это демонстрация того, что эталонные количественные значения экспрессии для гена в ткани могут систематически использоваться в качестве ключей, чтобы связать мутацию в этом гене или аномальное количественное изменение в его экспрессии с повышенной вероятностью того, что изменение может влияют на функцию данной ткани человека.Описанная здесь карта может функционировать как карта прогнозирования, предоставляя возможность открывать новые гены, играющие ключевую роль в щитовидной железе, и, следовательно, поддерживать дальнейшие исследования гена заболевания щитовидной железы. Однако следует отметить, что также мутации генов, экспрессируемых на низком уровне, например, для некоторых факторов транскрипции или регулирующих РНК, могут иметь сильное влияние на фенотип.

Экспрессия генов с учетом пола в щитовидной железе человека

Мы провели исследование экспрессии генов с учетом пола во всей щитовидной железе, чтобы выяснить, оказывает ли пол значительное влияние на профиль экспрессии генов щитовидной железы, наблюдаемый в нашем анализе.С этой целью была получена дополнительная карта дифференциальных транскриптомов для исследования специфических моделей экспрессии генов с учетом пола.

Интересно, что при сортировке по значениям экспрессии пула A.1 (мужская щитовидная железа) мы отметили, что более экспрессированные гены имеют сходный паттерн экспрессии у обоих полов с дифференциальными соотношениями, близкими к 1 (дополнительный файл 6). Эти результаты являются дополнительным подтверждением надежности данных, полученных с помощью нашей карты, и подтверждают высокую дифференциальную экспрессию в основном небольшого процента генов, которые, как известно, имеют различную экспрессию у мужчин и женщин, большинство из которых связаны с полом, в то время как гены, важные для функции щитовидной железы, одинаково экспрессируются у представителей обоих полов (рис.2). Melé et al. [16] недавно продемонстрировали, что вариация в экспрессии генов больше среди тканей (47%), чем среди людей (4%).

Экспериментальная проверка карты транскриптома щитовидной железы

Чтобы доказать надежность карты транскриптома щитовидной железы, созданной с помощью программного обеспечения TRAM, мы провели экспериментальную проверку полученных данных. Отличная корреляция между ожидаемыми и наблюдаемыми данными ( r = 0,93, p -значение <0,0001) (рис.3) позволяет нам рассматривать все другие промежуточные значения среди выбранных нами точек как истинные значения, таким образом, впервые обеспечивая надежное и количественное представление значений эталонных выражений для 27 275 сопоставленных транскриптов и 13 002 не охарактеризованных (неотображенных) транскриптов всего нормальная щитовидная железа человека. Эти данные предполагают, что наша систематическая карта транскриптомов, выделяя интересные аспекты структуры и функции нормальной щитовидной железы человека, может быть полезным инструментом в качестве количественного ориентира для исследований экспрессии генов, связанных с этой железой в целом, в физиологически нормальном состоянии. условие.

Количественные результаты, обычно предоставляемые подходом TRAM, выгодно отличаются от результатов, предоставляемых другими доступными инструментами, способными извлекать информацию об уровнях экспрессии генов из опубликованных наборов данных, поскольку расширенный процесс присвоения зонда локусу максимизирует количество транскриптов для что позволяет получить значение выражения, в то время как мощный алгоритм интеграции данных с различных экспериментальных платформ ослабляет систематические ошибки, связанные с отдельными платформами.Ранее мы показали, в случае карты транскриптома мозга, что карта TRAM предлагает определенные преимущества перед атласом экспрессии специфических генов мозга [12]. Чтобы просто, но наглядно сравнить данные, представленные здесь для щитовидной железы человека, с данными, предоставленными Атласом экспрессии генов EBI [42] (https://www.ebi.ac.uk/gxa/home), мы извлекли из этого браузера численные значения уровня экспрессии 16 генов, которые мы успешно измерили с помощью ОТ-ПЦР (дополнительный файл 8), выбрав « Homo sapiens » в качестве организма и «Щитовидную железу» в качестве ткани, а затем рассмотрев первые два предложенных набора данных: « GTEx »[43] и« Illumina Body Map »(основанные на RNA-Seq и нормализованные с помощью метода RPKM (чтения на миллион килобаз)).Коэффициент корреляции с подтвержденными in vitro значениями составил 0,70 и 0,59, соответственно, по сравнению с 0,93, наблюдаемыми с результатами TRAM (дополнительный файл 8). Это лучше подходит за счет дополнительной ручной настройки на начальных этапах настройки анализа TRAM, что не требуется для атласов, автоматически поддерживаемых в веб-среде; аналогичные результаты были получены при поиске в BioGPS [44] (данные не показаны). В случае TRAM значения меньше коррелируют с экспериментально определенным показателем при приближении к нижнему пределу обнаружения, как и ожидалось, из-за основанной на гибридизации природы платформ микрочипов.

Наконец, стоит отметить, что этот эффективный и проверенный количественный подход к определению значений эталонной экспрессии для локусов, выраженных в транскриптоме, распространяется на способность TRAM обеспечивать анализ на основе хромосомных областей путем поиска статистически значимой избыточной / недостаточной экспрессии. геномных сегментов, не на основе простого обогащения в сегменте избыточно / недоэкспрессированных генов, содержащихся в сегменте, а на фактическом определении значения экспрессии для всего геномного сегмента, полученного путем суммирования количественных значений экспрессии генов, содержащихся в Это.

Поиск референсных генов для изучения экспрессии генов в щитовидной железе человека

Наличие систематизированной и подробной карты экспрессии, представленной здесь для щитовидной железы, стало прекрасным поводом для исследования, среди многих особенностей транскриптома, пригодности отдельных генов как лучшие стабильные эталонные гены для нормализации данных в исследованиях экспрессии генов. Это потому, что они соответствуют критериям, включая широко распространенное, постоянное и высокое выражение [45].

Лучшим геном, который ведет себя как ген домашнего хозяйства в щитовидной железе, является ACTG1 , кодирующий актин гамма 1, цитоплазматический актин, обнаруженный в немышечных клетках в качестве цитоскелетного компонента (таблица 4). Другая форма немышечного цитоскелетного актина — это ACTB (актин бета). Вебер и др. показали, что между 6 типичными референсными генами ACTB является наиболее стабильным и подходящим в качестве домашнего хозяйства в нормальных тканях щитовидной железы и зоба человека [46].