Mecanismos de tolerancia al receptor de la tirotropina (TSHR): Análisis de su contribución a la respuesta autoinmune en la enfermedad de Graves

Abstract

La generació de l’amplíssim repertori de receptors dels limfòcits T al timus comporta inevitablement la sortida a perifèria de limfòcits autoreactius que, quan els mecanismes de tolerància perifèrica fracassen, poden generar respostes autoimmunitàries que donin lloc a malalties autoimmunitàries. Es coneixen exemples de malalties autoimmunes (p.ex. APECED OMIM # 240300) i de models animals que demostren que els defectes de tolerància central i, concretament, dels punts de control de el desenvolupament dels limfòcits T al timus, donen lloc a malalties autoimmunitàries òrgan-específiques. Els mecanismes millor estudiats són la baixa expressió d’antígens perifèrics per les cèl·lules epitelials de la medul·la tímica (mTEC), conegut com a expressió promíscua, o el processament diferencial dels seus transcrits al timus i a la perifèria. La glàndula tiroide és el teixit diana més freqüent d’aquestes reaccions autoimmunitàries en l’ésser humà, que poden donar lloc, entre altres, a la malaltia de Graves (EG). La EG és una patologia molt prevalent que es caracteritza per la producció d’autoanticossos agonistes contra el receptor de la tirotropina (TSHR) que són els responsables de l’hipertiroïdisme característic d’aquesta malaltia. Si bé el fracàs de la tolerància al TSHR és fonamental per a la patogènesi de la EG, el procés que condueix a aquest fracàs segueix sent poc conegut. Com que l’expressió promíscua d’antígens en les mTEC del timus està en part controlada pel gen AIRE, les mutacions deletèries del qual són responsables de la síndrome APECED, el primer objectiu experimental d’aquesta tesi ha estat analitzar el possible paper dels polimorfismes del gen AIRE a la susceptibilitat a la EG. L’anàlisi de la distribució al·lèlica de 29 variants rellevants d’AIRE en 150 pacients amb EG i en 200 controls no ha demostrat una associació significativa de polimorfismes AIRE amb l’EG, refutant, en principi, aquesta hipòtesi. En canvi, està ben demostrat que els polimorfismes en el intró 1 del TSHR confereixen susceptibilitat a patir la EG. S’han proposat dos mecanismes per explicar aquesta associació: 1) la modulació de l’expressió del TSHR al timus i 2) l’splicing alternatiu diferencial del TSHR a la glàndula tiroide que dóna lloc a les seves diferents isoformes. L’objectiu principal d’aquesta tesi és dilucidar la contribució relativa d’aquests dos mecanismes en la patogènesi de la EG analitzat l’expressió del TSHR i dels seus isoformes al timus i al tiroides i la influència dels SNP de l’intró 1 en aquesta expressió. Els resultats d’una banda confirmen l’efecte d’aquests polimorfismes en l’expressió tímica del TSHR i d’altra banda refuten un efecte sobre el splicing alternatiu. L’alt nivell d’expressió en el timus d’un dels transcrits curts del TSHR i la seva distribució dins del teixit ens han portat a proposar un nou escenari de la presentació del TSHR al timus en què la manca de tolerància central a una gran part de la molècula d’el TSHR podria explicar la freqüència relativament alta de respostes autoimmune contra el TSHR i la seva conseqüència clínica, l’EG.

La generación de un amplísimo repertorio de receptores de antígeno de los linfocitos T en el timo conlleva inevitablemente la salida a periferia de algunos linfocitos autorreactivos que, cuando la tolerancia periférica falla, pueden generar respuestas autoinmunitarias. Se conocen ejemplos de enfermedades autoinmunes (p.ej. APECED OMIM #240300) y de modelos animales que demuestran que los defectos de tolerancia central y, concretamente, de los puntos de control del desarrollo de los linfocitos T en el timo, dan lugar a enfermedades autoinmunitarias órgano-específicas. Los mecanismos mejor estudiados son la baja expresión de antígenos periféricos por las células epiteliales de la médula tímica, conocido como expresión promiscua, o el procesamiento diferencial de los transcritos de autoantígenos en timo y periferia. La glándula tiroidea es el tejido diana más frecuente de autoinmunidad en el ser humano, dando lugar, entre otras, a la enfermedad de Graves (EG). La EG es una patología muy prevalente que se caracteriza por la producción de autoanticuerpos agonistas contra el receptor de la tirotropina (TSHR) que son los responsables del hipertiroidismo característico de esta enfermedad. Si bien el fallo de la tolerancia al TSHR es fundamental para la patogénesis de la EG, el proceso que conduce a este fallo sigue siendo poco conocido. Como la expresión promiscua de antígenos en las en el timo está en parte controlada por el gen AIRE, cuyas mutaciones deletéreas son responsables del síndrome APECED, el primer objetivo experimental de esta tesis ha sido analizar el posible papel de los polimorfismos del gen AIRE en la susceptibilidad a la EG. El análisis de la distribución alélica de 29 variantes relevantes de AIRE en 150 pacientes con EG y en 200 controles no ha demostrado una asociación significativa de polimorfismos AIRE con la EG, refutando, en principio, esta hipótesis. En cambio, es sabido que los polimorfismos en el intrón 1 del TSHR confieren susceptibilidad a padecer la EG. Se han propuesto dos mecanismos para explicar esta asociación: 1) la modulación de la expresión del TSHR en el timo y 2) el splicing alternativo diferencial de los transcritos de TSHR en el tiroides que dan lugar a sus diferentes isoformas. El objetivo principal de esta tesis es dilucidar la contribución relativa de estos dos mecanismos en la patogénesis de la EG analizado la expresión del TSHR y de sus isoformas en el timo y en tiroides y la influencia de los SNP del intrón 1 en dicha expresión. Los resultados por un lado confirman el efecto de dichos polimorfismos en la expresión tímica de TSHR y por otro lado refutan un efecto sobre el splicing alternativo. El alto nivel de expresión en el timo de uno de los tránscritos cortos del TSHR y su distribución dentro del tejido nos han llevado a proponer un nuevo escenario de la presentación del TSHR en el timo en el que la falta de tolerancia central a una gran parte de la molécula del TSHR podría explicar la frecuencia relativamente alta de respuestas autoinmune contra el TSHR y su consecuencia clínica, la EG.

The generation an extremely wide repertoire of T-lymphocyte antigen receptor in the thymus inevitably leads to the escape to the periphery of some self-reactive lymphocytes that, when peripheral tolerance fail, can generate autoimmune responses. There are autoimmune diseases (e.g. APECED OMIM #240300) and animal models that demonstrate that defects in the checkpoints of T lymphocyte development in the thymus (e.g., low expression of peripheral antigens by medullary thymic epithelial cells -promiscuous gene expression- or differential processing of their transcripts in thymus and periphery) lead to the generation of autoimmune diseases. The thyroid gland is the most frequent target tissue of autoimmune responses and diseases in humans. Graves’ disease (GD) is a frequent autoimmune thyroid disease characterized by the production of agonist autoantibodies against the thyrotropin receptor (TSHR) that are responsible for the characteristic hyperthyroidism of this disease. While the failure of TSHR tolerance is critical to the pathogenesis of GD, the process that leads to this failure remains poorly understood. As the promiscuous expression of antigens in thymus thymic medullary epithelial cells (mTEC) is in part controlled by the gene AIRE, whose deleterious mutations are responsible for APECED, the first experimental objective of this thesis has been to analyze the possible role of AIRE polymorphisms in susceptibility to GD. The analysis of the allelic distribution of 29 relevant AIRE variants in 150 patients with GD and 200 control samples failed to demonstrate a significant association of AIRE polymorphisms with the GD, thus refuting, in principle, this hypothesis. By contrast, it is well known that polymorphisms in intron 1 of TSHR confer susceptibility to GD. Two mechanisms have been proposed to explain this association: 1) modulation of the of TSHR expression in the thymus and 2) differential alternative splicing of TSHR in the thyroid. The main objective of this thesis is to elucidate the relative contribution of these two mechanisms in the pathogenesis of GD by analyzing the expression of TSHR and its isoforms in the thymus and thyroid and the influence of SNP of intron 1 in their expression. The results confirm the effect of these polymorphisms on the thymic expression of TSHR and refute their effect on the relative expression of the isoforms. The high level of expression in thymus of one of the short transcripts of the TSHR and its distribution within the tissue led to propose a new scenario for the presentation of the TSHR within the thymus in which the lack of central tolerance to a large part of the TSHR molecule could explain the relatively high frequency of autoimmunity related to TSHR and its clinical consequence, GD.