8 Embryonaler Ursprung von Schilddrüsen-C-Zellen: Ein ungelöstes Problem
Die Parafollikelzellen der Schilddrüse besitzen neuroendokrine Merkmale, die neuroendokrine Zellen in anderen Organen, beispielsweise Lunge, Darm, Prostata und Nebennieren, gemeinsam haben. Nach unserem derzeitigen Verständnis stammen Schilddrüsen-C-Zellen aus dem NC ähnlich wie adrenerge Chromaffin-Zellen des Nebennierenmarks. Dieser Begriff basiert in erster Linie auf Entdeckungen in den 1970er Jahren von Le Douarin und Mitarbeitern, die mithilfe von Wachtelkükenchimären die Verbreitung von NCC in mehreren Organen und Geweben verfolgen konnten (für einen historischen Überblick siehe Dupin, Creuzet, & Le Douarin (2006), das auch CT–produzierende Zellen der Ultimobranchialdrüsen umfasst (Le Douarin & Le Lievre, 1970; Polak et al., 1974). Die Tatsache, dass MTC, ein maligner C-Zell-abgeleiteter Schilddrüsentumor, durch Keimbahnmutationen im RET-Protoonkogen (c-ret) verursacht wird, das bevorzugt in NCC exprimiert wird (Pachnis, Mankoo, & Costantini, 1993) und dass MTC bei Patienten mit multipler endokriner Neoplasie Typ 2 mit Phäochromozytom koexistiert (Moline & Eng, 2011) stimmt mit dieser Annahme überein. Indizien, die auf einer Reihe von Beobachtungen beruhen, deuten jedoch darauf hin, dass Säugetier-Schilddrüsen-C-Zellen einen anderen vermutlich endodermen Ursprung haben könnten, der gegen das vorherrschende Konzept von MTC als neuroektodermalem Tumor spricht.
Der ultimobranchiale Ursprung parafollikulärer Zellen, der ursprünglich aus lichtmikroskopischen Beobachtungen in der Hundeschilddrüse (Godwin, 1937) hervorging, wurde erstmals 1967 experimentell durch die spezifische Aufnahme von fluoreszierendem Amin in embryonalen Ultimobranchialzellen und in den aufeinanderfolgenden Stadien zu den endgültigen Schilddrüsen-C-Zellen dokumentiert (Pearse & Carvalheira, 1967). Anschließend wurde unter Verwendung derselben Markierungstechnik gezeigt, dass Zellen, die im vierten Pharynxbeutel vorhanden sind, aus dem sich die UB entwickelt, ähnliche Aminvorläuferaufnahme- und Decarboxylierungseigenschaften (APUD) aufwiesen (Pearse & Polak, 1971a). Basierend auf den Erkenntnissen, dass solche APUD-Zellen auch im Mesenchym zwischen Neuralrohr und Epidermis anzutreffen waren und sich bis in die Pharynxbögen erstreckten, wurde postuliert, dass das Pouch-Endoderm von NCC in einem frühen Stadium befallen wurde, dh bevor die UB abklingt und wandert, und dass diese Zellen die echten C-Zell-Vorläufer waren. Wie jedoch in einem Begleitpapier derselben Autoren gezeigt wurde, war die Aminaufnahme nicht auf den vierten Beutel beschränkt, sondern breiter im Vorderdarm-Endoderm einschließlich des gesamten Pharynx verteilt, was darauf hindeutet, dass enteroendokrine Zellen im Allgemeinen NC-abgeleitet sind (Pearse & Polak, 1971b). Später haben zahlreiche Lineage-Tracing-Studien einen NC-Ursprung von endokrinen Darmzellen disqualifiziert und bewiesen, dass Endoderm-Stammzellen sowohl in exokrine als auch in endokrine Phänotypen differenzieren können (May & Kaestner, 2010). Obwohl Schilddrüsen-C-Zellen zur APUD-Reihe neuroendokriner Zellen gehören, ist die Verwendung dieses Merkmals als Marker embryonalen Ursprungs anscheinend nicht haltbar.
Lineage Tracing Die Verwendung von Wnt1CRE zur stabilen Verfolgung embryonaler NCC und ihrer Nachkommen durch Rekombination mit einem Rosa26-Reportergen ist dafür bekannt, das gesamte Rachenbogenmesenchym in Mausembryonen getreu zu markieren (Jiang et al., 2000). Da Wnt1 transient in der Neuralplatte, dem dorsalen Neuralrohr und dem wandernden NCC auf allen axialen Ebenen exprimiert wird, aber nirgendwo sonst im Embryo (Echelard, Vassileva, & McMahon, 1994), ist es wahrscheinlich, dass alle NC-abgeleiteten Zellen durch diese Technik markiert sind, wie die erwartete Verteilung zusätzlich im kraniofazialen Mesenchym, im kardialen Ausflusstrakt, im peripheren Nervensystem, im Nebennierenmark und in den Melanozyten der Haut zeigt (Jiang et al., 2000). Interessanterweise, obwohl die UB alle von Ektomesenchym NC-Ursprungs umgeben ist, wurden keine Zellen, die das Reportergen exprimieren, gefunden, um die UB in irgendeinem Stadium zu infiltrieren, und außerdem waren Schilddrüsen-C-Zellen unmarkiert (Kameda, Nishimaki, Chisaka, Iseki, & Sucov, 2007). Dieser Befund widerspricht somit früheren Vorstellungen von NCC, die in den Pharynxbeutel eindringen, und legt nahe, dass Maus-C-Zellen entweder nicht NC-abgeleitet sind oder zu einer Subpopulation gehören, die nicht die typischen Stammmerkmale von NC teilt.
Schilddrüsen-C-Zellen exprimieren Nkx2-1 (Katoh et al., 2000; Mansouri et al., 1998; Suzuki, Kobayashi, Katoh, Kohn, & Kawaoi, 1998) und Nkx2-1 reguliert die CT-Genexpression (Suzuki, Lavaroni, et al., 1998; Suzuki, Katagiri, Ueda, & Tanaka, 2007). Diese bemerkenswerte Verwandtschaft mit Schilddrüsenfollikelzellen gilt auch für das Vorläuferstadium. Somit wird Nkx2-1 in der UB exprimiert und es werden keine C-Zellen im UB-Rest in Nkx2-1-Knockout-Mäusen gefunden (Kimura et al., 1996). Dass die UB tatsächlich C-Zell-Vorläuferzellen beherbergt, zeigt die Differenzierung CT-produzierender C-Zellen in Pax8-Null-Mäusen, bei denen sich das mediane Schilddrüsenprimordium bereits zurückgebildet hat (Mansouri et al., 1998). Tatsächlich exprimieren die meisten Zellen des verbleibenden UB Nkx2-1 und CT in dieser Mutante (Mansouri et al., 1998). Interessanterweise scheint Nkx2-1 keine Rolle bei der Bildung und Knospung der UB zu spielen, sondern ist für ihre Fusion mit der Schilddrüse und das langfristige Überleben auch der dort lebenden C-Zell-Vorläufer erforderlich (Kusakabe, Hoshi, & Kimura, 2006). NKX2-1+/− embryonen zeigen auch einen Fusionsdefekt, bei dem die schlecht integrierte UB zystische Strukturen bildet, in denen Nkx2-1 / Calcitonin-positive Zellen reichlich vorhanden sind (Kusakabe, Hoshi, & Kimura, 2006). Zusammengenommen deutet dies darauf hin, dass die Vermehrung der C-Zell-Linie stark von der transkriptionellen Aktivität von Nkx2-1 vermutlich im UB-Epithel abhängt.
Die Retention von C-Zellen im UB–Rest wird auch bei Embryonen mit Schilddrüsen-UB-Fusionsdefekten beobachtet, die durch Deletion von Genen verursacht werden, die nicht spezifisch in den Schilddrüsen-Primordien exprimiert werden, beispielsweise Hoxa3 (Manley & Capecchi, 1998), Eya1 (Xu et al., 2002) und Hes1 (Carre et al., 2011; Kameda et al., 2013). In der Schilddrüse von Mausmutanten, bei denen die UB fehlt, werden beispielsweise keine C-Zellen nachgewiesen, die mit dem Versagen der Bildung der unteren Pharynxbögen und Beutel zusammenhängen, wie nach Deletion von Tbx1 beobachtet (Fagman et al., 2007). Alle diese Studien unterstützen den endobranchialen Ursprung von Schilddrüsen-C-Zellen.
Bisher gibt es keine Berichte über C-Zellen in der Schilddrüse von Mäusen, denen UB fehlt, was darauf hindeutet, dass Schilddrüsen-Vorläuferzellen aus der Midline-Anlage nicht in Richtung der C-Zell-Linie divergieren können. Zwei Arbeiten legen jedoch nahe, dass die menschliche Schilddrüse diese Plastizität aufweisen könnte. Erstens werden Schilddrüsen-C-Zellen bei Patienten mit DiGeorge-Syndrom nicht abgetragen (Pueblitz, Weinberg, & Albores-Saavedra, 1993), bei denen sich nicht nur Thymus und Nebenschilddrüse nicht entwickeln, sondern auch angenommen wird, dass die UB aufgrund einer fehlerhaften Entwicklung aller hinteren Pharynxbögen und Beutel fehlt (Liao et al., 2004). In jüngerer Zeit wurde festgestellt, dass ektopische linguale Schilddrüsen, die weit vom Ursprung der UB entfernt liegen, C-Zellen enthalten (Abu-Khudir et al., 2010; Vandernoot, Sartelet, Abu-Khudir, Chanoine, & Deladoey, 2012). Obwohl dies eine faszinierende Möglichkeit ist, kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich die UB in diesen Situationen normal entwickelt und mit der Schilddrüse verschmolzen hat. Beispielsweise sind DiGeorge-Patienten haploinsuffizient an TBX1, während zur Reproduktion ähnlicher Missbildungen bei Mäusen eine Homozygotie des deletierten Gens erforderlich ist (Liao et al., 2004). Es ist daher möglich, dass der DiGeorge-Phänotyp beim Menschen milder ist als bei Mäusen. Die umgekehrte Plastizität, bei der die UB typische Merkmale des follikulären Primordiums annehmen, ist jedoch offensichtlich, zum Beispiel wird Pax8 ektopisch in der UB in Eya1− / −Embryonen exprimiert, was das Vorhandensein von Kolloid im UB-Rest erklären könnte (Xu et al., 2002). Dass UB sowohl zu C-Zellen als auch zu Follikelzellen in der menschlichen Schilddrüse beitragen kann, wurde zuvor hervorgehoben (Williams, Toyn, & Harach, 1989), obwohl anzumerken ist, dass Follikel, die durch das UB-Epithel erzeugt werden, ultrastrukturell unterschieden sind und sich wahrscheinlich funktionell von Follikeln unterscheiden, die zumindest bei Nagetieren aus der Midline-Anlage stammen (Neve & Wollman, 1971 ; Wollman & Hilfer, 1978; Wollman & Neve, 1971).
Schilddrüsen-C-Zellen weisen viele Merkmale enteroendokriner Zellen auf, da sie sowohl neuronal als auch epithelial sind, was durch die Expression von E-Cadherin belegt wird (Kameda, Nishimaki, Chisaka, Iseki, & Sucov, 2007). Ähnlich wie Neuronen benötigen neuroendokrine Zellen die Transkriptionsaktivität von Mash1, um sich in neuronaler Richtung zu differenzieren (May & Kaestner, 2010). In der Schilddrüsenentwicklung wird Mash1 aus E11 exprimiert.5 weiter in einer zunehmenden Anzahl von UB-Zellen, während Anzeichen einer neuronalen Differenzierung mit dem Beginn der CT-Expression zusammenfallen, wenn die Zellen bereits die Schilddrüse infiltriert haben (Kameda, Nishimaki, Miura, Jiang, & Guillemot, 2007). Interessanterweise entwickelt sich die UB bei Mash1-Null-mutierten Mäusen scheinbar normal bis zum Zeitpunkt der Fusion mit der Mittellinie der Schilddrüse, wodurch sich die UB vollständig durch Apoptose zurückbildet und C-Zellen in der reifen Schilddrüse fehlen (Kameda, Nishimaki, Miura, Jiang, & Guillemot, 2007). Dies deutet darauf hin, dass Mash1 nicht nur für C-Zellen notwendig ist, um einen neuronalen Phänotyp zu erwerben, sondern auch als Überlebensfaktor sowohl für C-Zell-Vorläufer als auch für das UB-Epithel fungiert.
RET äußert sich nicht nur in NC, die in die Pharynxbögen eindringen, sondern auch im hinteren Pharynxendoderm (Pachnis et al., 1993). In einem Mausmodell von MEN2A induziert mutante RET sowohl MTC als auch papillären Schilddrüsenkrebs (PTC), von dem bekannt ist, dass er aus follikulären Epithelzellen der Schilddrüse stammt (Reynolds et al., 2001). Eine RET-Mutation kann auch bei MTC-Patienten zu PTC führen (Melillo et al., 2004). Obwohl diese Beobachtungen zufällig sein können, deuten sie auf eine engere Beziehung zwischen C-Zellen und Endoderm / Endoderm-abgeleiteten follikulären Linie hin, als erwartet werden könnte, wenn C-Zell-Vorläufer ausschließlich NC-Ursprungs wären.Zusammenfassend bleibt der embryonale Ursprung von Schilddrüsen-C-Zellen, ob es NC oder Endoderm oder vielleicht beides ist, eine Kontroverse. Das Problem kann nur durch Abstammungsverfolgung von Vorläuferzellen des Vorderdarms gelöst werden, um auszuschließen oder zu überprüfen, ob Maus-C-Zell-Vorläufer und die Epithelzellen von UB identisch sind.