Neurohormonal Modulators in the Parathyroid Gland. Localization and regulation.

Abstract

The occurrence and distribution of neurohormonal peptides, neuroendocrine markers and receptors in parathyroid nerve fibers and endocrine cells are described, using immunocytochemistry, in situ hybridization, image analysis and reverse transcriptase polymerase chain reaction. Immunocytochemical studies revealed that parathyroid glands of chicken, rat, guinea-pig, cat, dog and sheep contained adrenergic-, cholinergic-, and peptide-containing nerve fibers. The peptides contained in nerve fibers comprised calcitonin gene-related peptide (CGRP), galanin, neuropeptide Y (NPY), pituitary adenylate cyclase activating peptide (PACAP), substance P (SP) and vasoactive intestinal polypepetide (VIP). Many nerve fibers contained protein gene product 9.5 (PGP 9.5). In human parathyroid glands and adenomas there were a rich supply of NPY-containing nerve fibers. In addition, PGP 9.5, synaptophysin, tyrosine hydroxylase (TH), CGRP, PACAP, SP and VIP were detected. These nerve fibers were located preferentially around blood vessels but they also occurred scattered in the parenchyma or within the capsule. In rat, during development, PGP 9.5- and synaptophysin-containing nerve fibers appeared already before birth. Such fibers and peptide-containing ones gradually increased postnatally. In rat, after parathyroid autotransplantation, nerve fibers containing PGP 9.5 and NPY appeared along blood vessels 1 week after transplantation, whereas CGRP- and VIP-containing nerve fibers could not be detected until 20 weeks after transplantation. In endocrine cells of the rat parathyroid glands, parathyroid hormone (PTH)-, chromogranin A (Cg A)-, pancreastatin- and endothelin-immunoreactivity was detected during ontogeny and after parathyroid autotransplantation. The cells contained PTH, Cg A, pancreastatin and endothelin already before birth. PTH and Cg A mRNA increased stepwise, first at birth and then at the time of weaning. Endothelin mRNA levels were higher during development than in adult rats. After parathyroid transplantation, PTH-, Cg A-, pancreastatin- and endothelin- immunoreactivity was weak. PTH mRNA levels were low during the 20 weeks studied. Cg A mRNA levels were not decreased until 5-10 weeks after grafting. Endothelin mRNA expression was generally lower after transplantation. In human parathyroid glands and adenomas PTH, Cg A, pancreastatin and nitric oxide synthase (NOS) were demonstrated in endocrine cells. PTH and Cg A mRNA levels correlated positively in parathyroid adenomas. NOS was demonstrated in oxyphilic cells, in endothelial and smooth muscle cells and in a subpopulation of chief cells. In addition, expression of endothelin (ETA, ETB) and NPY (Y1) receptor mRNA was demonstrated in normal human parathyroid glands, adenomas and hyperplasias. The findings of several neurohormonal messengers, in addition to PTH, may indicate a potential role as modulators of parathyroid function.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Denna avhandling är en sammanläggningsavhandling och består av åtta delarbeten. Delarbetena är publicerade i internationella vetenskapliga tidskrifter, utom delarbete VI-VIII som är föremål för granskning i sådana tidsskrifter inför möjlig publikation. Alla delarbeten representerar studier av bisköldkörteln.



Bisköldkörtlarna (parathyroidea) är belägna i anslutning till sköldkörtelns sidolober på ömse sidor om luftstrupen. Den svenske anatomen Ivar Sandström, var den förste att beskriva deras anatomi och histologi (1880). Antalet körtlar är hos människa vanligtvis fyra. Bisköldkörtlarna är endokrina organ och producerar ett hormon, parathyroideahormon (PTH), som tillsammans med vitamin D och ett annat hormon, calcitonin, reglerar halten av kalcium och fosfat i blodet. En noggrant reglerad kalciumhalt i blodet är av stor betydelse för nerv- och muskelcellernas funktion. Skelettet är människans största depå av kalcium och fosfat. PTH stimulerar nedbrytning av benvävnad och höjer p g a detta kalciumkoncentrationen i blodet. I tarmen ökar PTH upptaget av kalcium och i njurarna minskas utsöndringen. Kalciumkoncentrationen i blodet styr direkt bisköldkörtlarnas PTH produktion. Låga koncentrationer stimulerar produktion medan höga koncentrationer hämmar körtlarnas aktivitet och samtidigt stimulerar celler i sköldkörteln att frisätta calcitonin som i stort har omvänd verkan jämfört med PTH. Ett samspel mellan dessa två hormoner och vitamin D gör att kalciumkoncentrationen i blodet hålls inom normala gränser. Vid olika sjukdomstillstånd i bisköldkörtlarna kan emellertid hormonproduktionen bli för låg eller för hög. Vid överproduktion (hyperparathyroidism) är orsaken ofta en godartad hormonproducerande tumör (adenom) i körtelvävnaden. Förutom PTH kan även andra biologiskt aktiva substanser som neuropetider, kromograniner och kväveoxid påvisas i bisköldkörteln.



Neuropeptider är en typ av budbärarämnen (transmittor eller hormon) som finns i celler belägna i både nervsystemet och i det endokrina systemet. Huvudcellerna som producerar PTH, är en typ av sådana celler. Kromograniner är granulaproteiner som förekommer i alla neuroendocrina celler och där kromogranin själv eller dess klyvningsprodukter kan utöva sina effekter. Kväveoxid är en nyupptäckt budbärare med effekter på bl a kärl och endokrina organ.



För genomförandet av dessa studier har vi använt oss av olika morfologiska metoder. Olika neuromodulatorer har identifierats och lokaliserats med antikroppar (immuncytokemi) och deras mRNA (messenger RNA, ett budbärarämne unikt för varje biologisk substans) har lokaliserats och mätts med hjälp av in situ hybridisering. Korrelationer med biokemiska markörer (ex kalciumkoncentration) har utförts. Vidare har uttrycket av receptorer för individuella neuromodulatorer studerats.



I arbete I har vi studerat förekomst och distribution av neuropeptidinnehållande nervfibrer i bisköldkörtlarna hos olika djur (kyckling, råtta, marsvin, katt, hund och får). Nervfibrer innehållande CGRP, NPY, PACAP, SP och VIP fanns hos alla djur. Galanin förekom hos alla djur utom marsvin. Nervfibrerna var lokaliserade runt blodkärl, bland körtelceller och i bindvävskapseln runt körteln. En del neuropeptider var samlokaliserade: CGRP/SP, CGRP/PACAP, VIP/NPY och VIP/PACAP.



I arbete II studerades förekomsten av neuroendokrina markörer och budbärare i bisköldkörteln hos råtta under utveckling från foster till vuxen med hjälp av immuncytokemi och in situ hybridisering. Med generella nervmarkörer visade vi att nervfibrerna uppträder redan före födelsen för att sedan successivt öka i antal. Neuropeptidinnehållande nervfibrer påvisades först vid födelsen, för att senare öka gradvis. Körtelcellerna uttrycker PTH och kromogranin redan före födelsen. Nivåerna av PTH- och kromogranin mRNA var låga före födelsen och ökar stegvis först vid födelsen och tre veckor därefter, vilket sammanträffar med att diandet upphör.



I arbete III studerade vi förekomst och distribution av peptidinnehållande nerver samt neuropeptiders samlokalisation med hjälp av immunocytokemi i normala körtlar och adenom från patienter som opererats p g a parathyroideaadenom. De normala körtlarna hade måttliga mängder av framför allt NPY-innehållande nerver, lokaliserade runt blodkärl och körtelceller. Mängden nervfibrer varierade mycket mellan olika adenom. En del tumörer hade många NPY-innehållande nervfibrer medan andra bara enstaka. Nervfibrer innehållande CGRP, VIP, PACAP och SP var generellt få i både normal körtelvävnad och i adenom.



I arbete IV har normala parathyroideakörtlar och adenom från patienter med primär hyperparathyroidism undersökts med hjälp av immuncytokemi med antikroppar riktade mot kväveoxid bildande enzym. Denna studie visar förekomst av kväveoxid bildande enzym i en minoritet av körtelcellerna (oxyfila celler). Våra resultat visar att både körtelceller och endotelceller i blodkärl hos normala körtlar och adenom kan bilda kväveoxid.



I arbete V jämförde vi serumnivåer av bl a PTH och kalcium med uttrycket av PTH och kromogranin A i parathyroideaadenom från patienter med primär hyperparathyroidism. PTH och kromogranin A detekterades med hjälp av immuncytokemi och in situ hybridisering. Det fanns en positiv korrelation mellan de cellulära nivåerna av PTH mRNA och kromogranin A mRNA. I vissa av adenomen fann vi dock stora skillnader i uttrycket mellan PTH och kromogranin. Det var låga mängder av PTH och kromogranin mRNA i de oxyfila cellerna i adenomen. Vi konfirmerade att känsligheten för PTH var sänkt hos patienter med primär hyperparathyroidism.



I arbete VI har vi på råtta autotransplanterat parathyroidea till njurkapseln. Transplantaten fick vara kvar mellan 1-20 veckor varefter reinnervation och cellulära förändringar studerades. Nervinväxten i transplantaten hade redan börjat efter en vecka och dominerades av generella nerv markörer samt NPY. PTH mRNA nivåerna sjönk efter transplantation och var fortfarande låga efter 20 veckor. Kromogranin mRNA nivåerna minskade påtagligt först efter 10 veckor och hade i det närmaste återhämtat sig efter 20 veckor.



I arbete VII har vi hos råtta studerat en annan budbärare, endotelin, som har effekter på bl a bisköldkörteln. Vi har visat att endotelinnivåerna var högre under utvecklingen från foster till vuxen jämför med den vuxna råttan. Efter transplantation var endotelinnivåerna generellt låga jämfört med kontrollerna.



I arbete VIII har vi visat att det förekommer receptorer för endotelin och NPY i normala och hyperplastiska körtlar samt i adenom hos människa.



Sammanfattningsvis tyder våra resultat på att det finns många olika budbärare i bisköldkörtlarna och med tanke på deras lokalisering runt blodkärl och i de endokrina cellerna är det tänkbart att de är involverade i regleringen av blodflödet, styrningen av hormon produktionen samt att de eventuellt kan fungera som tillväxtfaktorer.

• author: Luts, Lena
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof. Grimelius, Lars, Akademiska Sjukhuset, Uppsala, Sweden
• organization: Pathology, Malmö (research group)
• publishing date: 1997
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cell and Molecular Biology
• keywords: Receptor, In situ hybridization, Immunocytochemistry, Nitric Oxide Synthase, Endothelin, Neuropeptides, Chromogranin, Parathyroid adenoma, Parathyroid gland, Parathyroid hormone, mRNA, Endocrinology, secreting systems, diabetology, Endokrinologi, sekretion, diabetologi
• pages: 174 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurolab., Sölvegatan 17, Lund, Sweden
• defense date: 1997-09-12 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEFN--1012--SE
• ISBN: 91-628-2624-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Neuroendocrine Cell Biology (013212008), Pathology (Malmö) (013031000)
• id: 5810a1c2-6c32-4cde-aba6-7cd8ea918197 (old id 29489)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:43:36
• date last changed: 2018-11-21 21:06:46