Régulation de l'expression des DUOX et caractérisation du phénotype thyroïdien des souris transgéniques Thyr-IL-4

Ce travail de thèse vise à l’identification des voies de signalisation cellulaires responsables de la régulation de l’expression des gènes humains DUOX dans la thyroïde. Les protéines DUOX1 et DUOX2 sont exprimées à la membrane apicale du thyrocyte, grâce à leur facteur de maturation DUOXA, et participent à la synthèse des hormones thyroïdiennes à travers la génération de peroxyde d’hydrogène. Les voies de signalisation et les facteurs de transcription contrôlant l’expression des gènes DUOX ne sont pas clairement définis dans les thyroïdes humaines et murines mais plusieurs études ont démontré une augmentation de leur expression via des cytokines inflammatoires dans des lignées cellulaires humaines. L’existence de cytokines susceptibles de réguler positivement l’expression des DUOX dans les thyrocytes a grandement suscité notre intérêt. En effet, il importe de comprendre les mécanismes responsables de leur expression car les protéines DUOX sont de plus en plus associées à des cancers et des maladies inflammatoires chroniques. Dans ce travail de recherche, il a été mis en évidence que les cytokines de type Th2 interleukine-4 et interleukine-13 augmentent la production de peroxyde d’hydrogène dans les thyrocytes humains en culture primaire suite à une induction des protéines DUOX2 et DUOXA2. L’interleukine-4 augmente aussi l’expression des couples de gènes Duox1/Duoxa1 et Duox2/Duoxa2 dans les thyrocytes murins, générant ainsi plus de peroxyde d’hydrogène. La stimulation par l’interleukine-4 et l’interleukine-13 dans les thyrocytes humains est dépendante du récepteur IL4RII et de l’activation de la voie de signalisation JAK1/STAT6. L’effet de l’interleukine-4 est contrecarré par la cytokine de type Th1 interféron-ɣ et est associée à une augmentation de l’expression de la protéine SOCS-1 qui bloque la fonction du facteur de transcription STAT6. L’induction de l’expression des gènes DUOX2/DUOXA2 dans des thyroïdes provenant de patients atteints de la maladie de Graves où le taux d’interleukine-4 sérique est susceptible d’être augmenté n’a pas pu être mise en évidence.In vitro, la mise en culture primaire affecte l’état de différenciation des thyrocytes murins ;en effet l’expression des marqueurs de la fonction thyroïdienne Nis, Tpo, Duox2 et Duoxa2 est diminuée, ce qui n’est pas le cas pour les gènes Duox1 et Duoxa1. Nous avons alors été convaincus de poursuivre l’étude de la régulation des Duox dans un système in vivo. Nous avons généré une nouvelle souris transgénique Thyr-IL-4, dans la souche C57BL/6J, surexprimant spécifiquement l’interleukine-4 dans la thyroïde. Deux lignées indépendantes de souris transgéniques ont été analysées. La souris Thyr-IL-4 a un phénotype euthyroïdien bien que la morphologie de ses follicules thyroïdiens soit altérée par une augmentation inattendue de leur taille. L’analyse du profil d’expression des gènes montre une forte induction de Duox1, Duoxa1 et Slc26a4 (Pendrine) dans les thyroïdes transgéniques ;il n’y a pas de modification de l’expression des gènes Duox2 et Duoxa2, tandis que l’expression du marqueur thyroïdien Slc5a5 (Nis) est diminuée. La surexpression de Duox1 est liée à une augmentation de la production de peroxyde d’hydrogène dans les tissus thyroïdiens transgéniques ex vivo, sans engendrer de dégâts cellulaires in vivo. Nous montrons pour la première fois la régulation de l’expression du gène et de la protéine Pendrine par l’interleukine-4 dans la thyroïde. La diminution de l’expression de Nis est associée à une diminution de captation de l’iode par les thyrocytes et du taux de thyroglobuline liée aux hormones thyroïdiennes T3 et T4 dans les thyroïdes transgéniques. Ces modifications d’expression de marqueurs thyroïdiens n’induisent pas un phénotype hypothyroïdien mais les souris jeunes Thyr-IL-4 sont plus susceptibles que les souris sauvages à développer une hypothyroïdie lorsqu’elles sont carencées en iode. Enfin nous n’observons pas d’infiltration leucocytaire majeure chez nos souris, pourtant l’expression de gènes impliqués dans des voies de signalisation immunitaires est augmentée. Suite à l’induction d’une réaction immunitaire dirigée contre le récepteur de la TSH, nous avons observé une réponse inflammatoire plus marquée dans les souris Thyr-IL-4 par rapport aux souris sauvages caractérisée par une infiltration leucocytaire CD45+ plus importante.Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine)info:eu-repo/semantics/nonPublishe

Interleukin-4 increases the expression of the Dual Oxidase DUOX in mouse thyrocytes

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In vivo regulation of DUOX1/DUOXA1 expression in the thyroid tissue of a novel transgenic mouse overexpressing the interleukin-4

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Induction of hypothyroidism and inflammation in a new animal model overexpressing interleukin-4 in the thyroid

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Thyroid hydrogen peroxide production is enhanced by the Th2 cytokines, IL-4 and IL-13, through increased expression of the dual oxidase 2and its maturation factorDUOXA2.

The dual oxidases (DUOX) 1and 2constitute the major components of the thyroid H(2)O(2)-generating system required for thyroid hormone synthesis. With their maturation factor, DUOXA1 or DUOXA2, they share the same bidirectional promoter allowing coexpression of DUOX/DUOXA in the same tissue. However, the molecular mechanisms regulating their transcription in the human thyroid gland are not well characterized yet. Inflammatory molecules associated with autoimmune thyroid diseases have been shown to repress the thyroid function by down-regulating the expression of the major thyroid differentiation markers. These findings led us to investigate the effects of the main cytokines involved in Hashimoto thyroiditis (IFN-γ) and Graves' diseases (IL-4/IL-13) on the transcriptional regulation of DUOX and their corresponding DUOXA genes in thyroid cells. Human thyrocytes exposed to the Th2 cytokines IL-4 and IL-13 showed up-regulation of DUOX2 and DUOXA2 genes but not DUOX1/DUOXA1. The DUOX2/DUOXA2 induction was rapid and associated with a significant increase of calcium-stimulated extracellular H(2)O(2) generation. IFN-γ treatment inhibited DUOX gene expression and repressed the Th2 cytokine-dependent DUOX2/DUOXA2 expression. In another DUOX-expressing model, the human intestinal Caco-2 cell line, expression of DUOX2 and DUOXA2 mRNA was also positively modulated by IL-4 and IL-13. Analysis of the IL-4 signaling pathway revealed that the JAK1-STAT6 cascade activated by the IL-4 type 2receptor is required for DUOX2/DUOXA2 induction. The present data open new perspectives for a better understanding of the pathophysiology of thyroid autoimmune diseases considering DUOX2-mediated oxidative damages.JOURNAL ARTICLESCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

The thyroid oxidative capacity is enhanced by the Th2 cytokines, IL-4 and IL-13, through increased expression of the dual oxidase 2 and its maturation factor DUOXA2

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Overexpression of Interleukin-4 in the Thyroid of Transgenic Mice Upregulates the Expression of Duox1 and the Anion Transporter Pendrin

Background: The dual oxidases (Duox) are involved in hydrogen peroxide generation, which is essential for thyroid hormone synthesis, and therefore they are markers of thyroid function. During inflammation, cytokines upregulate DUOX gene expression in the airway and the intestine, suggesting a role for these proteins in innate immunity. It was previously demonstrated that interleukin-4 (IL-4) upregulates DUOX gene expression in thyrocytes. Although the role of IL-4 in autoimmune thyroid diseases has been studied extensively, the effects of IL-4 on thyroid physiology remain largely unknown. Therefore, a new animal model was generated to study the impact of IL-4 on thyroid function. Methods: Transgenic (Thyr-IL-4) mice with thyroid-targeted expression of murine IL-4 were generated. Transgene expression was verified at the mRNA and protein level in thyroid tissues and primary cultures. The phenotype of the Thyr-IL-4 animals was characterized by measuring serum thyroxine (T4) and thyrotropin levels and performing thyroid morphometric analysis, immunohistochemistry, whole transcriptome sequencing, quantitative reverse transcription polymerase chain reaction, and ex vivo thyroid function assays. Results: Thyrocytes from two Thyr-IL-4 mouse lines (30 and 52) expressed IL-4, which was secreted into the extracellular space. Although 10-month-old transgenic animals had T4 and thyrotropin serum levels in the normal range, they had altered thyroid follicular structure with enlarged follicles composed of elongated thyrocytes containing numerous endocytic vesicles. These follicles were positive for T4 staining the colloid, indicating their capacity to produce thyroid hormones. RNA profiling of Thyr-IL-4 thyroid samples revealed modulation of multiple genes involved in inflammation, while no major leukocyte infiltration could be detected. Upregulated expression of Duox1, Duoxa1, and the pendrin anion exchanger gene (Slc26a4) was detected. In contrast, the iodide symporter gene Slc5a5 was markedly downregulated resulting in impaired iodide uptake and reduced thyroid hormone levels in transgenic thyroid tissue. Hydrogen peroxide production was increased in Thyr-IL-4 thyroid tissue compared with wild-type animals, but no significant oxidative stress could be detected. Conclusions: This is the first study to show that ectopic expression of IL-4 in thyroid tissue upregulates Duox1/Duoxa1 and Slc26a4 expression in the thyroid. The present data demonstrate that IL-4 could affect thyroid morphology and function, mainly by downregulating Slc5a5 expression, while maintaining a normal euthyroid phenotype.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe