8 embryonale oorsprong van Schildklier-C-cellen: een onopgelost probleem
De parafolliculaire cellen van de schildklier bezitten neuro-endocriene kenmerken die door neuro-endocriene cellen in andere organen worden gedeeld, bijvoorbeeld de longen, de darm, de prostaat en de bijnieren. Volgens ons huidige begrip, schildklier C cellen afkomstig zijn van de NC vergelijkbaar met adrenerge chromaffine cellen van de bijnier medulla. Dit begrip is voornamelijk gebaseerd op ontdekkingen in de jaren zeventig door Le Douarin en collega ‘ s die met behulp van kwartelkuikenchimeras de verspreiding van NCC naar meerdere organen en weefsels konden volgen (voor een historisch overzicht, zie Dupin, Creuzet, & Le Douarin (2006), waaronder ook CT–producerende cellen van de ultimobranchiale klieren (Le Douarin & Le Lievre, 1970; Polak et al., 1974). Het feit dat MTC, een kwaadaardige C-cel-afgeleide schildkliertumor, wordt veroorzaakt door germline mutaties in het RET proto-oncogeen (c-ret) dat bij voorkeur wordt uitgedrukt in NCC (Pachnis, Mankoo, & Costantini, 1993) en dat MTC naast feochromocytoom bestaat bij patiënten met multipele endocriene neoplasie type 2 (Moline & eng, 2011) is in overeenstemming met deze aanname. Echter, indirect bewijs gebaseerd op een aantal observaties suggereert dat zoogdieren schildklier C cellen zou kunnen hebben een andere vermoedelijk endoderm oorsprong argumenteren tegen het heersende concept van MTC zijn een neuroectodermale tumor.
De ultimobranchiale oorsprong van parafolliculaire cellen, oorspronkelijk gesuggereerd door lichtmicroscopische observaties bij honden schildklier (Godwin, 1937), werd voor het eerst experimenteel gedocumenteerd in 1967 door de specifieke opname van fluorescerend amine in embryonale ultimobranchiale cellen en in de opeenvolgende stadia van de definitieve schildklier C cellen (Pearse & Carvalheira, 1967). Vervolgens werd met dezelfde etiketteringstechniek aangetoond dat de cellen die aanwezig zijn in de vierde faryngeale zak waaruit de UB zich ontwikkelt, vergelijkbare aminevoorloperopname-en decarboxylatiekenmerken vertonen (Pearse & Polak, 1971a). Op basis van bevindingen dat dergelijke APUD cellen werden ook aangetroffen in de mesenchyme gelegen tussen de neurale buis en de epidermis en zich uitstrekken tot in de faryngeale bogen, werd gepostuleerd dat de pouch endoderm werd binnengevallen door NCC in een vroeg stadium, dat wil zeggen, voordat de UB knoppen uit en migreert, en dat deze cellen waren de echte C-cel voorlopers. Zoals echter blijkt uit een begeleidend document van dezelfde auteurs, was de amineopname niet beperkt tot de vierde zak, maar breder verspreid in de foregut endoderm met inbegrip van de gehele keelholte, wat suggereert dat entero-endocriene cellen in het algemeen NC-afgeleid zijn (Pearse & Polak, 1971b). Later hebben tal van lijn-tracing studies een NC oorsprong van darm endocriene cellen gediskwalificeerd en bewezen dat endoderm stamcellen kunnen differentiëren in zowel exocriene als endocriene fenotypen (mei & Kaestner, 2010). Hoewel schildklier C-cellen behoren tot de APUD-serie van neuro-endocriene cellen, is het gebruik van deze functie als een marker van embryonale oorsprong blijkbaar niet houdbaar.het is bekend dat het traceren van afstamming met behulp van Wnt1CRE om embryonale NCC en hun nakomelingen stabiel te traceren door recombinatie met een rosa26 reporter-gen het gehele faryngeale boogmesenchym in muizenembryo ‘ s getrouw labelt (Jiang et al., 2000). Aangezien Wnt1 tijdelijk wordt uitgedrukt in de neurale plaat, de dorsale neurale buis en de trekkende NCC op alle axiale niveaus maar nergens anders in het embryo (Echelard, Vassileva, & McMahon, 1994), is het waarschijnlijk dat alle NC-afgeleide cellen door deze techniek worden gemarkeerd, zoals blijkt uit de verwachte extra verdeling in craniofaciale mesenchym, cardiale uitstroomkanaal, perifeer zenuwstelsel, bijniermerg en melanocyten van de huid (Jiang et al., 2000). Interessant is dat, hoewel de UB allemaal omgeven is door ectomesenchyme van NC oorsprong, er geen cellen gevonden werden die het verslaggeversgen uitdrukken om in enig stadium in de UB te infiltreren, en bovendien werden schildklier-C-cellen niet gelabeld (Kameda, Nishimaki, Chisaka, Iseki, & Sucov, 2007). Deze bevinding is dus in tegenspraak met eerdere noties van NCC die de faryngeale zak binnendringen en suggereert dat Muis C cellen ofwel niet NC-afgeleid zijn of behoren tot een subpopulatie die niet de typische stengel kenmerken van NC deelt.
schildklier C-cellen express Nkx2-1 (Katoh et al., 2000; Mansouri et al., 1998; Suzuki, Kobayashi, Katoh, Kohn, & Kawaoi, 1998) en Nkx2-1 reguleert CT genexpressie (Suzuki, Lavaroni, et al., 1998; Suzuki, Katagiri, Ueda, & Tanaka, 2007). Deze opmerkelijke verwantschap met schildklier folliculaire cellen is ook van toepassing op de stamvader Stadium. Dus, Nkx2-1 wordt uitgedrukt in de UB en geen C-cellen worden gevonden in de UB-restant in nkx2-1 knockout muizen (Kimura et al., 1996). Dat de UB inderdaad C-cel voorlopercellen herbergt, blijkt uit de differentiatie van CT-producerende C-cellen in pax8-nul-muizen waarbij de mediane schildklierprimordium reeds achteruit is gegaan (Mansouri et al., 1998). In feite, de meeste cellen van de resterende UB coexpress Nkx2-1 en CT in deze mutant (Mansouri et al., 1998). Interessant is dat Nkx2-1 geen rol lijkt te spelen in de vorming en ontluiking van de UB, maar nodig is voor de fusie met de schildklier en de overleving op lange termijn van ook de C-celvoorlopers die daar verblijven (Kusakabe, Hoshi, & Kimura, 2006). Nkx2-1+/− embryo ‘ s vertonen ook een fusiedefect waarbij de slecht geïntegreerde UB cystische structuren vormt waarin nkx2-1/calcitonine-positieve cellen overvloedig aanwezig zijn (Kusakabe, Hoshi, & Kimura, 2006). Samen geeft dit aan dat de voortplanting van de C-cellijn sterk afhankelijk is van de transcriptionele activiteit van nkx2-1 vermoedelijk in het UB-epitheel.
retentie van C-cellen in het UB-restant wordt ook waargenomen bij embryo ‘ s met schildklier–UB-fusiedefecten veroorzaakt door deletie van genen die niet specifiek tot expressie komen in de schildklierprimordia, bijvoorbeeld Hoxa3 (Manley & Capecchi, 1998), Eya1 (Xu et al., 2002), en Hes1 (Carre et al., 2011; Kameda et al., 2013). Er worden geen C-cellen gedetecteerd in de schildklier van muismutanten waarin de UB ontbreekt in verband met het niet vormen van de lagere faryngeale bogen en pouches, bijvoorbeeld, zoals waargenomen na verwijdering van Tbx1 (Fagman et al., 2007). Al deze studies ondersteunen de ultimobranchiale oorsprong van Schildklier-C-cellen.
tot nu toe zijn er geen meldingen van C-cellen in de schildklier van muizen zonder UB, wat erop wijst dat schildkliervoorlopercellen uit de middellijnanlage niet kunnen afwijken naar de C-cellijn. Echter, twee documenten suggereren dat de menselijke schildklier deze plasticiteit zou kunnen hebben. Ten eerste worden schildklier-C-cellen niet ablated bij patiënten met het syndroom van DiGeorge (Pueblitz, Weinberg, & Albores-Saavedra, 1993), waarbij niet alleen thymus en bijschildklier zich niet ontwikkelen, maar ook de UB wordt verondersteld afwezig te zijn als gevolg van een gebrekkige ontwikkeling van alle posterieure faryngeale bogen en pouches (Liao et al., 2004). Meer recent, ectopische linguale schildklieren gelegen ver weg van de oorsprong van de UB werden gevonden om C-cellen bevatten (Abu-Khudir et al., 2010; Vandernoot, Sartelet, Abu-Khudir, Chanoine, & Deladoey, 2012). Hoewel dit een intrigerende mogelijkheid is, kan niet worden uitgesloten dat de UB nog normaal ontwikkelde en fuseerde met de schildklier in deze situaties. DiGeorge-patiënten zijn bijvoorbeeld haploinvoldoende van TBX1, terwijl om soortgelijke misvormingen bij muizen te reproduceren, homozygositeit van het verwijderde gen vereist is (Liao et al., 2004). Het is dus mogelijk dat het DiGeorge fenotype milder is bij mensen dan bij muizen. Nochtans, is de omgekeerde plasticiteit waarin de UB kenmerkende eigenschappen van het folliculair primordium aanneemt duidelijk, bijvoorbeeld, wordt Pax8 ectopically uitgedrukt in de UB in Eya1 – / – embryo ‘ s, die de aanwezigheid van colloïde in het UB-overblijfsel zouden kunnen verklaren (Xu et al., 2002). Dat UB kan bijdragen aan zowel de C-cellen en folliculaire cellen in de menselijke schildklier is eerder al gemarkeerd is (Williams, Toyn, & Harach, 1989), hoewel opgemerkt moet worden dat de follikels gegenereerd door de UB epitheel zijn ultrastructurally onderscheiden en waarschijnlijk functioneel verschillend van follikels afgeleid van de middellijn anlage ten minste in knaagdieren (Neve & Wollman, 1971; Wollman & Hilfer, 1978; Wollman & Neve, 1971).
schildklier-C-cellen hebben veel kenmerken van entero-endocriene cellen, aangezien ze zowel neuronaal als epitheliaal zijn, dit laatste blijkt uit de expressie van E-cadherine (Kameda, Nishimaki, Chisaka, Iseki, & Sucov, 2007). Net als neuronen vereisen neuroendocrine cellen de transcriptionele activiteit van Mash1 om te differentiëren in neuronale richting (mei & Kaestner, 2010). In schildklierontwikkeling wordt Mash1 uitgedrukt uit E11.5 verder in een toenemend aantal UB-cellen, terwijl tekenen van neuronale differentiatie samenvallen met het begin van CT-expressie wanneer de cellen al in de schildklier zijn geïnfiltreerd (Kameda, Nishimaki, Miura, Jiang, & Guillemot, 2007). Interessant is dat bij Mash1-null mutant muizen, de UB zich schijnbaar normaal ontwikkelt tot het moment van fusie met de middellijn schildklier waardoor de UB volledig afneemt door apoptose en C-cellen ontbreken in de volwassen schildklier (Kameda, Nishimaki, Miura, Jiang, & Guillemot, 2007). Dit wijst erop dat Mash1 niet alleen nodig is voor C-cellen om een neuronaal fenotype te verwerven, maar ook fungeert als een overlevingsfactor voor zowel C-cel voorlopers als het UB-epitheel.
RET wordt niet alleen uitgedrukt in NC die de faryngeale bogen binnendringt, maar ook in de posterieure faryngeale endoderm (Pachnis et al., 1993). In een muismodel van MEN2A induceert mutant RET zowel MTC als papillaire schildklierkanker (PTC) waarvan bekend is dat ze ontstaan uit folliculaire epitheliale cellen van de schildklier (Reynolds et al., 2001). RET-mutatie kan ook leiden tot PTC bij MTC-patiënten (Melillo et al., 2004). Hoewel deze waarnemingen toevallig kunnen zijn, suggereren ze een nauwere relatie tussen C-cellen en endoderm/endoderm-afgeleide folliculaire afstamming dan zou kunnen worden verwacht als C-cel voorlopers uitsluitend van NC oorsprong waren.
samengevat blijft de embryonale oorsprong van Schildklier-C-cellen, of het nu NC of endoderm is of misschien beide, een controverse. Het probleem kan alleen worden opgelost door lineage tracing van foregut endoderm voorlopercellen uit te sluiten of te verifiëren dat de muis C-cel voorlopers en de epitheliale cellen van UB identiek zijn.