Het effect van dejodase-deficiëntie op de ontwikkeling en voortplanting van de zebravis

Schildklierhormonen (TH’s) zijn belangrijke regulatoren voor tal van essentiële processen in het lichaam. Ontwikkeling, groei en voortplanting staan onder strikte controle van de TH activiteit en vormen de focus van deze thesis. De schildklier produceert vooral het prohormoon 3,5,3’,5’-tetraiodothyronine (T4), terwijl het receptoractieve 3,5,3’-triiodothyronine (T3) in veel mindere mate wordt gesecreteerd. De correcte T3-beschikbaarheid wordt lokaal gereguleerd door dejodasen (Dio1, Dio2, Dio3), enzymen die TH’s activeren en inactiveren. Om de functie van dejodasen tijdens voorgenoemde processen te ontrafelen, maken we gebruik van knockdown en knockout technologieën in het zebravismodel.
Op basis van een transcriptoomanalyse in dejodase knockdown embryo’s, waar een sterke neerregulatie van genen gerelateerd aan fototransductie, oogontwikkeling en visuele perceptie werd waargenomen, hebben we een diepgaande analyse uitgevoerd met betrekking tot gentranscriptie, retinale morfologie en oogfunctie. De expressie van alle componenten van de fototransductie- en retinoïde recyclagesignaalweg was negatief beïnvloed. Dit ging gepaard met een afname in ooggrootte, een verstoorde retinale laagvorming en een sterke vermindering in het aantal staafjes en de 4 types kegelfotoreceptoren. Deze defecten waren prominenter en persistenter in Dio3-deficiënte vissen, terwijl het Dio1+Dio2 knockdown fenotype vooral een vertraging in algemene ontwikkeling weerspiegelde. Bijkomend vertoonden Dio3-deficiënte larven een verstoorde visuele functie en waren ze minder gevoelig aan een lichtstimulus.
Aangezien morfolino’s enkel een transiënte knockdown veroorzaken, gebruikten we de zinkvinger nucleasetechnologie om het eerste niet-zoogdiermodel met permanente dejodase-deficiëntie te genereren. De focus lag hierbij op Dio2, het voornaamste TH-activerend dejodase in de zebravis. Twee verschillende homozygote Dio2 mutante lijnen werden aangemaakt, respectievelijk de deletie- en insertiemutant. Beide lijnen vertonen een specifieke en volledige uitschakeling van Dio2-activiteit, wat resulteerde in een sterke reductie in T3-abundantie in alle geteste weefsels. Bovendien is Dio3 niet in staat om te compenseren voor deze verlaagde T3-waarden en samen met de neerregulatie in TR-expressie wijst dit op een verstoorde TH-signalering in de mutante vissen.
De vroege ontwikkeling van deze mutante dieren was duidelijk verstoord, zoals aangetoond werd via een diverse set aan morfometrische parameters, defecten in zwemblaasinflatie en verstoorde locomotoractiviteit tot de leeftijd van 7 dagen. Er werden ook langdurige defecten waargenomen met betrekking tot groei, voornamelijk in de mannetjes.
Het meest opvallend langdurig defect werd waargenomen voor de voortplanting. Mutante vissen begonnen zich pas op een latere leeftijd voort te planten en hun voortplantingsperiode was enorm ingekort. Bovendien legden vrouwtjes significant minder eitjes en vertoonden de mannetjes problemen met bevruchting. Een diepgaandere analyse van de gametogenese bracht geen grote problemen aan het licht voor vrouwelijke oögenese, maar leek te wijzen in de richting van ovulatieproblemen. Spermatogenese in de mannetjes bleek daarentegen sterker beïnvloed, met mogelijks ejaculatiestoornissen en problemen met spermakwaliteit. In de zoektocht naar onderliggende oorzaken werd een neerregulatie van gametogenese- en steroïdogenese-gerelateerde genen gevonden, en dit sterker bij de mannetjes dan de vrouwtjes. Uit een eerste reeks experimenten konden we ook afleiden dat er waarschijnlijk problemen zijn in het paaigedrag bij mutante vissen wat gecorreleerd kan zijn aan verstoorde of gewijzigde feromoonproductie in één of beide geslachten. Voor de mannetjes leidde dit mogelijks tot een verminderd typisch mannelijk gedrag.
Samengevat tonen deze resultaten aan dat een nauwkeurige balans tussen TH-activatie en –inactivatie onmisbaar is om processen zoals ontwikkeling, groei en voortplanting correct te laten verlopen. Bovendien demonstreren we duidelijk dat de zebravis een uitstekend model is om de rol van dejodasen verder te onderzoeken. De nieuwe Dio2 mutante lijnen kunnen in de nabije toekomst aangewend worden voor verder onderzoek om het TH-metabolisme van vertebraten beter te begrijpen en om de implicaties van TH’s en dejodasen in humane ziektes uit te diepen.