8 embryonalt ursprung av sköldkörtel C-celler: ett olöst problem
de parafollikulära cellerna i sköldkörteln har neuroendokrina funktioner som delas av neuroendokrina celler i andra organ, till exempel lungorna, tarmen, prostata och binjurarna. Enligt vår nuvarande förståelse kommer sköldkörtel C-celler från NC som liknar adrenerga kromaffinceller i binjuremedulla. Denna uppfattning är främst baserad på upptäckter på 1970–talet av Le Douarin och medarbetare som använder vaktel-chick chimärer kunde spåra spridningen av NCC till flera organ och vävnader (för en historisk översikt, se Dupin, Creuzet, & Le Douarin (2006), innefattande även CT-producerande celler i ultimobranchialkörtlarna (Le Douarin & Le Lievre, 1970; Polak et al., 1974). Det faktum att MTC, en malign C-cell-härledd sköldkörteltumör, orsakas av germlinemutationer i RET proto-onkogen (c-ret) som företrädesvis uttrycks i NCC (Pachnis, Mankoo, & Costantini, 1993) och att MTC samexisterar med feokromocytom hos patienter med multipel endokrin neoplasi typ 2 (Moline & eng, 2011) överensstämmer med detta antagande. Indicier baserade på ett antal observationer tyder dock på att däggdjurssköldkörtel-C-celler kan ha ett annat förmodligen endoderm-ursprung som argumenterar mot det rådande begreppet MTC som en neuroektodermal tumör.
det ultimobranchiala ursprunget för parafollikulära celler, som ursprungligen föreslogs från lätta mikroskopiska observationer i hundsköldkörtel (Godwin, 1937), dokumenterades först experimentellt 1967 genom det specifika upptaget av fluorescerande amin i embryonala ultimobranchiala celler och i de successiva stadierna till de definitiva sköldkörtelcellerna (Pearse & Carvalheira, 1967). Det visades därefter med samma märkningsteknik att celler som finns i den fjärde svalgpåsen från vilken UB utvecklar uppvisade liknande aminprekursorupptag och dekarboxylering (APUD) egenskaper (Pearse & Polak, 1971a). Baserat på fynd att sådana APUD-celler också påträffades i mesenkymet som ligger mellan neuralröret och epidermis och sträcker sig in i svalgbågarna, postulerades det att påsen endoderm invaderades av NCC i ett tidigt skede, det vill säga innan UB-knopparna av och migrerar, och att dessa celler var de äkta C-cellprekursorerna. Emellertid, såsom visas i en medföljande papper av samma författare, aminupptag var inte begränsad till forth påsen men mer allmänt distribueras i foregut endoderm inklusive hela svalget, vilket tyder på att enteroendokrina celler i allmänhet är NC-härledda (Pearse & Polak, 1971b). Senare har många spårningsstudier diskvalificerat ett NC-ursprung för endokrina celler i tarmen och visat att endodermstamceller kan differentieras till både exokrina och endokrina fenotyper (maj & Kaestner, 2010). Även om C-celler i sköldkörteln tillhör APUD-serien av neuroendokrina celler, är användningen av denna funktion som en markör för embryonalt ursprung uppenbarligen inte hållbar.
Lineage tracing som använder Wnt1CRE för att stabilt spåra embryonal NCC och deras avkomma genom rekombination med en Rosa26 reporter-gen är känd för att troget märka hela pharyngeal arch mesenchyme i musembryon (Jiang et al., 2000). Eftersom Wnt1 uttrycks övergående i neuralplattan, dorsalt neuralrör och migrerande NCC på alla axiella nivåer men ingen annanstans i embryot (Echelard, Vassileva, & McMahon, 1994), är det troligt att alla NC-härledda celler är markerade med denna teknik, vilket framgår av den förväntade fördelningen dessutom i kraniofacial mesenkym, hjärtutflödeskanal, perifert nervsystem, binjurmedulla och melanocyter av huden (Jiang et al., 2000). Intressant, även om UB är alla omgiven av ectomesenchyme av NC ursprung, inga celler som uttrycker reporter genen befanns infiltrera UB i något skede, och dessutom, sköldkörtel C-celler var omärkta (Kameda, Nishimaki, Chisaka, Iseki, & Sucov, 2007). Detta fynd motsäger således tidigare föreställningar om NCC invaderar svalg påsen och antyder att mus C-celler antingen inte NC-härledda eller tillhör en subpopulation som inte delar de typiska stam funktioner i NC.
sköldkörtel C-celler uttrycker Nkx2-1 (Katoh et al., 2000; Mansouri et al., 1998; Suzuki, Kobayashi, Katoh, Kohn, & Kawaoi, 1998) och Nkx2-1 reglerar CT-genuttryck (Suzuki, Lavaroni, et al., 1998; Suzuki, Katagiri, Ueda, & Tanaka, 2007). Detta anmärkningsvärda släktskap med sköldkörtelfollikulära celler gäller också för stamfaderstadiet. Således uttrycks Nkx2-1 i UB och inga C-celler finns i UB-kvarlevan i Nkx2-1 knockout-möss (Kimura et al., 1996). Att UB verkligen har C-cellprogenitorer framgår av differentieringen av CT-producerande C-celler i Pax8-null-möss där median thyroid primordium redan har regresserat (Mansouri et al., 1998). Faktum är att de flesta celler i den återstående UB coexpress Nkx2-1 och CT i denna mutant (Mansouri et al., 1998). Intressant verkar Nkx2-1 inte spela en roll i bildandet och spirandet av UB men krävs för dess fusion med sköldkörteln och långvarig överlevnad av även C-cellprekursorerna som bor där (Kusakabe, Hoshi, & Kimura, 2006). Nkx2-1+/− embryon visar också en fusionsfel där den dåligt integrerade UB bildar cystiska strukturer där Nkx2-1/kalcitonin-positiva celler är rikliga (Kusakabe, Hoshi, & Kimura, 2006). Tillsammans indikerar detta att förökningen av C-celllinjen är starkt beroende av transkriptionsaktiviteten hos Nkx2-1 förmodligen i UB-epitelet.
Retention av C-celler i UB-rester observeras också i embryon med sköldkörtel–UB-fusionsfel orsakade av radering av gener som inte specifikt uttrycks i sköldkörtelns primordia, till exempel Hoxa3 (Manley & Capecchi, 1998), Eya1 (Xu et al., 2002) och Hes1 (Carre et al., 2011; Kameda et al., 2013). Inga C-celler detekteras i sköldkörteln hos musmutanter där UB saknas relaterat till misslyckande att bilda de nedre svalgbågarna och påsarna, till exempel, som observerats efter radering av Tbx1 (Fagman et al., 2007). Alla dessa studier stöder det ultimobranchiala ursprunget för sköldkörtel C-celler.
hittills finns det inga rapporter om C-celler i sköldkörteln hos möss som saknar UB, vilket indikerar att sköldkörtelprogenitorer från mittlinjen anlage inte kan avvika mot C-celllinjen. Men två papper tyder på att den mänskliga sköldkörteln kan ha denna plasticitet. För det första ablateras inte C-celler i sköldkörteln hos patienter med DiGeorge-syndrom (Pueblitz, Weinberg, & Albores-Saavedra, 1993) där inte bara tymus och parathyroid misslyckas med att utvecklas utan också UB antas saknas på grund av defekt utveckling av alla bakre svalgbågar och påsar (Liao et al., 2004). På senare tid befanns ektopiska lingual thyroids som ligger långt ifrån UB: s Ursprung innehålla C-celler (Abu-Khudir et al., 2010; Vandernoot, Sartelet, Abu-Khudir, Chanoine, & Deladoey, 2012). Även om detta är en spännande möjlighet, kan det inte uteslutas att UB ännu utvecklats normalt och smält med sköldkörteln i dessa situationer. Till exempel är DiGeorge-patienter haploinsufficient av TBX1, medan för att reproducera liknande missbildningar hos möss krävs homozygositet hos den borttagna genen (Liao et al., 2004). Det är således möjligt att DiGeorge-fenotypen är mildare hos människor än möss. Emellertid är den omvända plasticiteten i vilken UB antar egenskaper som är typiska för follikulärt primordium uppenbart, till exempel uttrycks Pax8 ektopiskt i UB i Eya1−/− embryon, vilket kan förklara närvaron av kolloid i UB-kvarlevan (Xu et al., 2002). Att UB kan bidra till både C-celler och follikulära celler i den mänskliga sköldkörteln har tidigare lyfts fram (Williams, Toyn, & Harach, 1989), även om det bör noteras att folliklar som genereras av UB-epitelet är ultrastrukturellt utmärkta och förmodligen funktionellt skiljer sig från folliklar som härrör från mittlinjen anlage åtminstone hos gnagare (Neve & Wollman, 1971; Wollman & Hilfer, 1978; Wollman & Neve, 1971).
sköldkörtel C-celler delar många funktioner i enteroendokrina celler eftersom de är både neuronala och epiteliala, det senare framgår av uttrycket av E-cadherin (Kameda, Nishimaki, Chisaka, Iseki, & Sucov, 2007). I likhet med neuroner kräver neuroendokrina celler transkriptionsaktiviteten hos Mash1 för att differentiera i neuronal riktning (maj & Kaestner, 2010). Vid sköldkörtelutveckling uttrycks Mash1 från E11.5 framåt i ett ökande antal UB-celler, medan tecken på neuronal differentiering sammanfaller med början av CT-uttryck när cellerna redan har infiltrerat sköldkörteln (Kameda, Nishimaki, Miura, Jiang, & Guillemot, 2007). Intressant nog utvecklas UB i Mash1-null-mutanta möss till synes normalt fram till tiden för fusion med mittlinjen sköldkörteln genom vilken UB regresserar fullständigt genom apoptos och C-celler saknas i den mogna sköldkörteln (Kameda, Nishimaki, Miura, Jiang, & Guillemot, 2007). Detta indikerar att Mash1 inte bara är nödvändigt för att C-celler ska förvärva en neuronal fenotyp utan också fungerar som en överlevnadsfaktor för både C-cellprekursorer och UB-epitelet.
RET uttrycks inte bara i NC som invaderar faryngebågarna utan också i den bakre faryngeala endodermen (Pachnis et al., 1993). I en musmodell av MEN2A inducerar mutant RET både MTC och papillär sköldkörtelcancer (PTC) som är känd för att uppstå från sköldkörtelfollikulära epitelceller (Reynolds et al., 2001). Ret-mutation kan också ge upphov till PTC hos MTC-patienter (Melillo et al., 2004). Även om dessa observationer kan vara tillfälliga, föreslår de en mer nära relation mellan C-celler och endoderm/endoderm-härledd follikulär härstamning än vad som kan förväntas om C-cellprekursorer enbart var av NC-ursprung.
Sammanfattningsvis är det embryonala ursprunget för sköldkörtel C-celler oavsett om det är NC eller endoderm eller kanske båda fortfarande en kontrovers. Problemet kan endast lösas genom härstamning spårning av foregut endoderm stamfäder att utesluta eller verifiera att mus C-cell prekursorer och epitelcellerna i UB är identiska.