Mécanismes moléculaires de la régulation thyroïdienne par l’iode : recherche des protéines iodées et application de la métabolomique aux études des pathologies de la thyroïde et d’autres organes

Identification of an iodinated protein involved in thyroid regulation by iodide and metabolomics approach in the study of thyroid disruptors and cancers

• Auteur / Autrice : Lun Jing
• Direction : Thierry Pourcher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 28/06/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie - Mécanismes biologiques des Altérations du Tissu Osseux - Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Sadoul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Sadoul, Stefano Caldarelli, Corinne Dupuy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefano Caldarelli, Corinne Dupuy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer

Métabolomique

Peroxyrédoxine

Iode dans l'organisme

Glande thyroïde

Mots clés libres

Thyroïde

Iodation

Peroxyrédoxine

Métabolomique

Cancer

Classification

Thyroid

Iodination

Peroxiredoxin

Metabolomics

Cancer

Classification

Résumé

La thyroïde est une glande endocrine importante pour le contrôle du métabolisme, le développement et la croissance des mammifères. Sa fonction est stimulée par la « Thyroid Stimulating Hormone » (TSH) mais inhibée par une forte élévation de l’iode plasmatique. Cette inhibition par l’iode a été décrite il y a plus de 70 ans, mais la compréhension des mécanismes sous-jacents reste partielle et controversée. La mise en place de l’effet inhibiteur de l’iode nécessite la génération de composants intermédiaires iodés dont la nature est inconnue. La première partie de cette thèse a eu pour objectif d’étudier si des protéines iodées pourraient avoir un rôle dans la régulation de la thyroïde par l’iode. En combinant le marquage radioactif, l’électrophorèse bidimensionnelle et la spectrométrie de masse, nous avons mis en évidence dans des cellules en culture une iodation spontanée de la Peroxyrédoxine 6 (PRDX6). Nous avons ensuite identifié les positions d’iodation sur la protéine PRDX6 et évalué leurs effets sur son activité enzymatique. De plus, nous avons montré qu’une diminution de l’expression de la PRDX6 par « Short hairpin RNA » amplifie la diminution de la capacité de captation d’iode induite par un excès d’iode. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la PRDX6 exerce un rôle protecteur vis-à-vis d’une exposition aiguë à l’iode. Les résultats obtenus apportent des connaissances originales dans le mécanisme de la régulation thyroïdienne par l’iode et dévoilent un nouveau rôle potentiel de cette peroxydase dans la thyroïde. La deuxième partie de cette thèse a consisté à développer des approches en métabolomique pour les appliquer dans les études sur des dysfonctionnements ou des lésions de la thyroïde. Pour ce faire, nous avons utilisé la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse pour mesurer la variation des métabolites dans les cellules ou les tissus. Grâce à l’exposition à des perturbateurs thyroïdiens d’une lignée de cellules thyroïdiennes de rat, nous avons identifié une liste de métabolites iodés comme étant de potentiels marqueurs d’exposition aux perturbateurs thyroïdiens. Par la suite, grâce aux prélèvements congelés de lésions thyroïdiennes dont le diagnostic de nature avait été réalisé en histologie, nous avons construit un modèle de classification supervisée (de type OPLS-DA) basé sur les données métabolomiques pour discriminer les lésions bénignes des malignes. Les variations des métabolites déterminants pour cette classification indiquent une altération au niveau du cycle de Krebs, du métabolisme du glutathion et du métabolisme des bases puriques. En outre, nous avons montré qu’une liste restreinte de métabolites suffit pour établir un modèle de discrimination statistiquement significatif. Ces résultats ouvrent la possibilité d’affiner le diagnostic sur les prélèvements de cytoponction en ciblant uniquement ces métabolites. Ces approches en métabolomique ont également été appliquées à l’étude d’autres types de tumeurs, notamment la classification des sous-types histologiques de carcinomes du rein.

Thyroid function is stimulated by the thyroid-stimulating hormone TSH while inhibited by iodide. The inhibition of thyroid function by an excess of circulating iodide was first reported more than 70 years ago but our understanding of the underlying molecular mechanisms remains unclear. The inhibitory effect of iodide is due to the presence of oxidized iodide in the thyrocytes and the subsequent generation of iodinated intracellular signaling molecules. The first part of this thesis aimed to study the potential role of iodinated proteins in thyroid regulation by iodide. By combining radioactive labeling, two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry, we showed that the cytosolic enzyme, peroxiredoxin 6 (PRDX6), is spontaneously iodinated in cultured cells in the presence of iodide. We identified the iodinated amino acids in the PRDX6 sequence and studied the effect of the iodination on the protein’s activity. In addition, decreased expression of PRDX6 by short hairpin RNA led to increased cell iodide uptake loss induced by excess iodide. Based on our findings, we propose that PRDX6 is involved in the cellular responses to excess iodide. This novel function for PRDX6 provides new insights into the molecular mechanisms underlying acute regulation by iodide.The second part of this thesis aimed to develop metabolomics approach in the studies of thyroid disruptors and thyroid cancers. To this end, we analyzed metabolite variations in various samples using LC-MS (Liquid chromatography-Mass spectrometry). Firstly, in rat thyroid cell line exposed to different thyroid disruptors, we identified a list of iodinated metabolites, which could serve as potential biomarkers for thyroid disruptor screening. Secondly, we analyzed frozen specimens from thyroid nodules previously diagnosed by histology. Our data allowed us to build a multivariate classification for the discrimination of benign and malignant thyroid nodules. We also detected various metabolic dysregulations in malignant thyroid nodules, including the TCA cycle, the glutathione metabolism and the purine metabolism. Accurate classification was possible by using only a short list of metabolites, allowing for future LC-MS-based thyroid nodule diagnosis on fine-needle aspiration biopsies. Finally, we showed that metabolomics approach could also be helpful for the characterization of other tumors.