La triiodotironina (T3) è un ormone tiroideo, prodotto dalla ghiandola endocrina tiroide insieme alla tiroxina.
Contiene tre atomi di iodio ed è presente nel flusso sanguigno con una concentrazione di 80/180 ng/dL di sangue. Nei tessuti periferici la tiroxina viene trasformata in triiodotironina.
Biosintesi e secrezione della triiodotironina Il processo di biosintesi della triiodotironina coinvolge i seguenti fenomeni:
Captazione attiva di ioduro tramite cotrasportatori di membrana della cellula follicolare tiroidea, direzionamento dello ioduro al lato apicale della cellula e trasporto attraverso la membrana apicale in direzione del lume follicolare Ossidazione dello ioduro nel lume follicolare Iodazione dei residui tirosile della molecola della tireoglobulina, con la formazione di iodotirosine Accoppiamento ossidativo di due iodotirosine, producendo iodotironine ancora legate alla tireoglobulina.
La tiroide capta lo ioduro circolante tramite un processo attivo che richiede energia. Questo processo di captazione è realizzato dalla proteina NIS (Sodium Iodide Symporter), che utilizza l'energia elettrochimica del sodio intracellulare.
La proteina NIS trasporta all'interno della cellula ioni sodio (Na+) e iodio (I-) in proporzione 2:1. L'attività della Na+/K+ ATPasi garantisce l'energia elettrochimica necessaria all'ingresso dello ioduro, tramite trasporto attivo di sodio fuori dalla cellula contro il suo gradiente elettrochimico, richiedendo una spesa di ATP. Questo trasporto di ioduro è inibito da ioni come il perclorato, il tiocianato e il pertecnetato.
Una volta dentro la cellula, lo ioduro si diffonde verso il lato apicale fino al lume del follicolo tiroideo, essendo trasportato attraverso la membrana apicale tramite la proteina pendrina (PDS).
Lo ioduro è infine ossidato dalla ioduro perossidasi (TPO), enzima situato sulla membrana apicale, che ha il sito catalitico all'interno del lume follicolare. Il processo di ossidazione ha come donatore di elettroni il perossido di idrogeno (H2O2), generato dall'enzima della membrana apicale DUOX.
Dopo l'ossidazione lo ioduro sarà incorporato ai residui di tirosina della molecola tireoglobulina. Quando un radicale iodio è incorporato alla tirosina, si produce una monoiodotirosina (MIT). Quando due radicali iodio, invece, sono incorporati alla tirosina, si produce una diiodotirosina (DIT).
Anche l'accoppiamento dei residui tirosile della tireoglobulina, che avviene dopo l'organificazione dello ioduro, è catalizzato dalla TPO. Ancora legate alla tireoglobulina, alcune tirosine (MIT e DIT) si accoppiano, producendo iodotironine. L'accoppiamento di una MIT con una DIT produce triiodotironina (T3), oppure rT3 (triiodotironina inversa, che non è biologicamente attiva, dato che uno dei radicali iodio non è legato al carbonio 5 della molecola bensì al carbonio 5'). L'accoppiamento di due DIT produce tetraiodotironina, altro ormone della ghiandola tiroide (T4). Due MIT producono diiodotironina, che, come la rT3 non possiede attività biologica.
Il colloide del lume follicolare, che contiene le iodotironine ancora legate alla tireoglobulina è endocitato dalla cellula follicolare tramite il processo di pinocitosi. Nel citoplasma, dunque, le vescicole di colloide endocitate si fondono a lisosomi con enzimi di attività proteolitica, che idrolizzano la tireoglobulina, rilasciando molecole libere di T4, T3, rT3, diiodotironina, MIT e DIT. Queste ultime tre molecole, visto che non possiedono attività biologica, perdono i loro radicali iodio grazie all'azione dell'enzima DHAL nel citoplasma.
Circa il 10% della T4 prodotta dalla cellula follicolare è convertita a T3 tramite l'attività dell'enzima 5'-deiodasi ancora nel citoplasma.
Le cellule follicolari esprimono a livello della membrana baso-laterale un trasportatore appartenente alla famiglia dei trasportatori di monocarbossilato (MCT). Nel caso dei tireociti questo trasportatore è indicato come MCT8. Dati recenti indicano che MCT8 sia coinvolto nella secrezione degli ormoni tiroidei in circolo.
Trasporto di triiodotironina nel sangue
La concentrazione totale di triiodotironina nel sangue è di 2,3 nmol/L. Comunque, una piccola frazione si trova libera nel plasma (fT3), dato che la maggior parte dell'ormone si trova legato a proteine plasmatiche, come la proteina legante di tiroxina (TBG), la transtiretina (TTR), l'albumina e le lipoproteine.
Essendo un equilibrio chimico, espresso dalla formula:
si può definire la costante:
La concentrazione libera di T3 sarà quindi:
Metabolismo periferico della triiodotironina
La ghiandola tiroide produce maggiori quantità di tiroxina rispetto a triiodotironina. La triiodotironina è inoltre metabolicamente più attiva. Così, nei tessuti periferici la tiroxina viene trasformata in triiodotironina (80% della triiodotironina viene prodotta dalla tiroxina perifericamente e 20% viene prodotta nella ghiandola tiroide).
La trasformazione di tiroxina a triiodotironina avviene grazie alle deiodasi, enzimi che contengono selenocisteina e che rimuovono il radicale iodio della tiroxina, producendo triiodotironina e triiodotironina inversa (dipende dal radicale rimosso). Anche la triiodotironina può perdere radicali iodio, diventando diiodotironina. Questi meccanismi di produzione di rT3 e T2 sono realizzati dalla deiodasi 3 (D3) e costituiscono un metodo di inattivazione della T3 quando i suoi livelli plasmatici sono troppo alti (in situazioni di ipertiroidismo questo meccanismo non è sufficiente).
Da queste informazioni, si conclude, dunque, che la potenziale attività della triiodotironina si trova non nella T3 plasmatica (che è bassa), ma nella T4 plasmatica, che costituisce un "serbatoio" di T3 grazie alla successiva azione delle deiodasi periferiche.
La mancanza di selenio può diminuire l'attività delle deiodasi. Anche il propiltiouracile inibisce le deiodasi, causando ipotiroidismo.
Captazione cellulare della triiodotironina
La captazione cellulare della triiodotironina è realizzata da trasportatori di membrana. Sono due le famiglie di queste trasportatori: "trasportatori di anioni organici" e "trasportatori di aminoacidi".
È di speciale interesse medico la famiglia di trasportatori di aminoacidi che trasporta iodotironine, visto che esse sono costituite da due residui dell'aminoacido tirosina. Il trasportatore di aminoacido responsabile di questa azione è il MCT8 (Monocarboxylate transporter), che trasporta aminoacidi aromatici, come la tirosina.
Nel sistema nervoso, l'azione del MCT8 è di grande importanza per i neuroni perché questo tipo cellulare non ha la deiodasi D2 sulla membrana e la captazione di triiodotironina accade grazie all'azione della D2 degli astrociti. Il MCT8 è, quindi, fondamentale per la captazione neuronale della triiodotironina convertita dall'astrocito. Una mutazione di questo trasportatore causa una sindrome legata al cromosoma X, caratterizzata da un grave ritardo psicomotore e da alti livelli di T3 plasmatica, la sindrome di Allan-Herndon-Dudley.
Regolazione della sintesi di triiodotironina
Dal TSH
L'ormone TSH, prodotto nell'ipofisi è il principale regolatore dell'attività della tiroide. Comunque, anche il TSH è regolato tramite l'ormone ipotalamico TRH (TSH Releasing Hormone), costituendo un meccanismo di retroazione negativa.
Questo meccanismo è spiegato dalla responsività delle cellule dell'ipofisi che producono il TSH alle variazioni di ormoni tiroidei nel sangue. Quando i livelli sono bassi, c'è una sintesi maggiore di recettori di TRH da queste cellule, aumenta la recettività verso il TRH e quindi si produce più TSH. Il contrario succede quando i livelli plasmatici di ormoni tiroidei sono alti.
Come l'espressione del TSH e di recettori del TRH è regolata dai livelli intracellulari di triiodotironina, i livelli plasmatici di tiroxina hanno un effetto più forte su questa regolazione, visto che la tiroxina plasmatica è la risorsa fondamentale di triiodotironina intracellulare (80% del totale), grazie all'azione della deiodasi D2 della cellula ipofisaria. I livelli di tiroxina plasmatica sono, quindi, importantissimi per la clinica.
Il TSH agisce direttamente sulla cellula follicolare della tiroide, promuovendo la sua crescita, proliferazione e la sua attività. I recettori del TSH nella cellula follicolare, tramite la trasduzione del segnale e l'azione della proteina G fanno aumentare i livelli plasmatici di AMP ciclico. I geni del trasportatore NIS e della tireoglobulina hanno siti regolatori mediati dai livelli di AMP ciclico e, quando essi sono elevati, la sintesi di NIS e tireoglobulina è aumentata. Così, il TSH fa aumentare l'attività degli enzimi responsabili per la sintesi degli ormoni tiroidei.
Dai livelli intracellulari di iodio organificato
Il meccanismo auto-regolatore della sintesi della triiodotironina è dovuto alla responsività da parte della cellula follicolare ai livelli intracellulari di iodio organificato. Lo iodio organificato intracellulare inibisce l'attività dell'enzima DUOX, che fornisce il perossido di idrogeno all'ossidazione dello ioduro. Diminuisce così la sintesi di iodio organificato. Quando i livelli plasmatici di ioduro sono alti, causano un effetto di diminuzione della sintesi di ormoni tiroidei, l'effetto Wolff-Chaikoff.
L'effetto Wolff-Chaikoff ha una durata di alcuni giorni, dopodiché l'effetto termina quando la sintesi degli ormoni ritorna al normale.
Meccanismo molecolare di azione
Genomico
L'azione genomica della triiodotironina promuove la modificazione dell'espressione genica della cellula bersaglio. La T3 viene dal sangue o dal metabolismo intracellulare della tiroxina da parte delle desiodasi. Il recettore degli ormoni della tiroide (TR, dall'inglese thyroid-hormone receptor) è nucleare e si accoppia a regioni di regolazione del gene-bersaglio. Queste regioni sono denominate TRE (dall'inglese thyroid-hormone responsive element).
Il recettore TR si lega al DNA del gene-bersaglio come un monomero, omodimero o anche eterodimero. La situazione principale è la formazione dell'eterodimero del TR con il recettore nucleare RXR (dall'inglese Retinoid X Receptor, Recettore X Retinoide). Il TR può ancora formare eterodimeri con altri recettori. Comunque il complesso più stabile e con maggiore affinità per le regioni TRE è il complesso TR-RXR.
La triiodotironina genera diversi segnali cellulari che dipendono dai geni e dai tessuti, regolando tanto l'attivazione come la repressione della trascrizione del mRNA.
Repressione della trascrizione in assenza della triiodotironina
Il legame chimico del TR con le regioni TRE del DNA avviene indipendentemente dalla presenza della triiodotironina. Molte proteine di regolazione si legano all'omodimero TR-TR o all'eterodimero TR-RXR, come la proteina HDAC (deacetilasi di istone). Questo complesso repressore promuove la deacetilazione degli istoni, rendendo compatta la cromatina e, così, inibendo l'azione dell'enzima di trascrizione RNA polimerasi.
Repressione della trascrizione in presenza di triiodotironina
La presenza della triiodotironina può anche reprimere la trascrizione di alcuni geni. Questo fenomeno è importante nell'ipotalamo e nell'ipofisi per garantire la retroazione negativa che regola la secrezione della triiodotironina: la repressione della trascrizione è fondamentale per diminuire la secrezione di TSH e TRH quando i livelli di ormoni tiroidei solo alti.
Il processo di repressione verificato in questo meccanismo di retroazione è realizzato da parte del recettore TRβ2, che è espresso dalle cellule ipotalamiche e ipofisarie coinvolte nel processo di regolazione dell'attività della tiroide. Il recettore TRβ, quindi, diminuisce la trascrizione quando legato alla triiodotironina.
Attivazione della trascrizione in presenza di triiodotironina