RESUMEN
Las hormonas tiroideas (HTs) son factores epígenéticos que controlan el desarrollo normal del
sistema nervioso de mamíferos, regulando la expresión de diversos genes, algunos a nivel
transcripcional por unión de la T3 (HT activa) a sus receptores nucleares. Estos genes son
sensibles a la hormona de forma espacio-temporal. RC3 es un gen especifico de neuronas de
expresión fundamentalmente postnatal y cuya sensibilidad a T3 esta restringida a un periodo
determinado del desarrollo, que comienza al final de la primera semana de vida postnatal, y a
algunas de sus Breas de expresión. En esta Tesis hemos estudiado dos de los factores que
modulan la sensibilidad regional del cerebro a HTs, la expresión diferencial de las isoformas del
receptor de T3 (TR) y la disponibilidad de la hormona en este tejido. Para estudiar el primer
factor, hemos evaluado la posible relación entre la presencia de isofonnas concretas del TR y la
sensibilidad de RC3 a la hormona, especialmente en relación a la variante c-erbA a2, a la que
se atribuye una función inhibidora de la acción de T3. Para ello, hemos correlacionado
mediante inmunohistoquimica combinada con hibridación in situ la expresión de las isoformas
del TR con la de RC3 en cerebro de rata de 22 dias postnatales. En cuanto al segundo factor
analizado, las desyodasas representan uno de los principales mecanismos de control de la
disponibilidad de T3. Por tanto, hemos estudiado por hibridación in situ combinada con técnicas
histoquimicas e inmunohistoqulmicas la expresión regional y celular de las desyodasas 2 y 3 (D2
y D3), enzimas responsables de la generación y degradación de T3 en cerebro, respectivamente.
La deprivación de hormona tiroidea incrementa los niveles de D2 como mecanismo
compensador manteniendo los niveles de T3 dentro de limites estrechos. Este mecanismo podrla
ser mas acusado en determinadas regiones del cerebro que resultarlan especialmente protegidas
en situación de hipotiroidismo. Esta hipótesis se ha evaluado el dla 15 de vida postnatal,
momento en el que la actividad D2 y los niveles de T3 son máximos. En relación a D3. hemos
estudiado su expresión a lo largo del desarrollo, especialmente durante el periodo perinatal en el
que se observan los niveles maximos de actividad coincidiendo con un aumento de la
concentración de HTs. Nuestros resultados revelan que ni la expresión de una isoforma concreta
del TR. ni tampoco de D2 o D3 pueden explicar el diferente patrón de sensibilidad regional a T3
mostrado por el cerebro. Hemos descrito la distribución de los TRs en cerebro de rata y hemos
puesto de manifiesto que D3 se encuentra en neuronas mientras que D2 esta en células gliales.
Los datos que mostramos sugieren una posible implicación de las HTs, mediante la regulación
de sus niveles por desyodación, en el desarrollo y10 función de circuitos neuronales que afectan
a la supervivencia y el comportamiento. 02 aumenta en el cerebro hipotiroideo en las estaciones
sinapticas y en los destinos corticales que configuran la vla auditiva y las vlas somatosensorial
lemniscal y espino-talámica, especialmente en su componente trigeminal. D3 se expresa en
nticleos implicados en la diferenciación sexual del cerebro que forman parte del circuito
vomeronasal. La expresión de 03 en algunos de estos núcleos es transitoria y ocurre durante el
periodo perinatal, momento critico para el correcto desarrollo de estas funciones. As1 pues, D2
podrla estar involucrada en el control de la maduración de vlas sensoriales primarias, y D3 en el
programa de diferenciación sexual del cerebro.
SUMMARY
The thyroid hormone is an epigenetic factor in normal mammalian brain maturation, and acts by
modulating gene expression, some of them at the transcriptional level through the binding of T3
to its nuclear receptor. These genes are sensitive to the hormone in a time and region dependent
fashion. RC3 is a neurona1 specific gene whose expression is mainly postnatal and its sensitivity to
T3 is restricted to a specific period beginning at the end of the first postnatal week and at some of
the areas in which it is expressed. In this Thesis we have evaluated two of the facton that
modulate the brain regional sensitivity to thyroid hormones, the differential expression of T3
receptor isoforms (TRs) and T3 availability. Therefore we have evaluated the possible relationship
between the expression of a specific receptor isoform and the sensitivity of RC3 to T3, especially
in relation with the T3 inhibitory c-erbA a2 vanant. To this goal, we have correlated the
expression of the different T3 receptor isoforms and RC3 using immuhistochemistry combined with
in situ hybridization, in the rat brain at postnatal age 22. Because deiodinases are a main
mechanism that modulate T3 availability, we have studied, using in situ hybridization combined
with histochenlistry and immunohistochemistry techniques, the regional and cellular distribution
of the transcnpts encoding type 2 and 3 deiodinases; these ezymes generate and degrade T3,
respectively. Thyroid hormone deprivation induces an increase in D2 expression, regarded as a
protective mechanism that maintain T3 levels under narrow rnargins, and in the face of low T4
availability. This mechanism should operate more efficiently in those neural systems more
critically dependent on thyroid hormone. Therefore, we have studied the regional response of D2
mRNA aner neonatal hypothyroidism with the goal of identifying brain regions preferentialiy
protected from thyroid hormone deprivation. This essay has been performed at postnatal age 15, a
time in which there is a peak expression of D2 activity and T3 concentration. Concerning D3, we
have studied its expression along development, especially during the perinatal period, a time in
which there is a peak expression of D3 activity and T3 levels. Our results show that expression of a
specific receptor isoform or D2 and D3 can not explain the differential T3 sensitivity patterns of
the brain. Here we report the distnbution of T3 receptors in the rat brain and the localization of D3
in neurons versus D2 in glial cells. The data suggest a possible implication of thyroid hormone,
through the regulation of its levels by deiodination, in the development andlor function of neural
circuits, that affect the survival and the behaviour. D2 expression in hypothyroid rats is prominent
in the relay stations and cortical targets of auditory. spino-thalamic and lemniscal sensory
pathways (mainly in the trigeminal component). D3 is expressed in nuclei involved in sexual
differentiation of the brain that are part of the vomeronasal circuit. Expression of D3 in many of
these nuclei is transient and takes place during the critica1 period of sexual differentiation of the
brain. Therefore D2 could be involved in the control of primary sensory pathways maturation and
D3 in the sexual brain differentiation prograrnme.
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