Development of a non-radioactive screening assay to detect chemicals disrupting the human sodium iodide symporter activity

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dc.contributor.author

Dong, Hongyan

Atlas, Ella

Wade, Michael G.

dc.date.accessioned

2024-03-27T16:09:04Z

dc.date.available

2024-03-27T16:09:04Z

dc.date.issued

2019-02-07

dc.description - en

As a part of its mandate to assess and manage the risks to the health of Canadians due to exposures to environmental chemicals, Health Canada contributed to an international review, through the Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD), of testing approaches needed to identify chemicals that interfere with thyroid hormones (TH) to cause health problems. One of the important needs identified through this exercise was for a test that can identify chemicals that inhibit iodide uptake into the thyroid gland cells (thyrocytes) where iodide is incorporated to produce thyroid hormones. Sodium Iodide Symporter (NIS) is the important enzyme regulating iodide uptake in thyrocytes. In this method development work, Health Canada scientists used two cell lines in which the human NIS gene was inserted and found they were able to measure the amount of iodide uptake into these cells. By testing a broad range of chemicals that have previously known to be NIS active or inactive inhibitors, these assays are demonstrated to be highly specific at detecting iodide inhibitors. These new assays can contribute to methods to screen chemicals and provide scientific support for assessments of the health impacts of chemicals.

dc.description.abstract - en

Adequate concentration of iodide ions within thyroid epithelial cells, which is mediated by the sodium iodide symporter (NIS), is essential for proper thyroid hormone synthesis. Inhibition of NIS activity represents a potential mechanism by which goitrogens/toxicants can disrupt thyroid hormone physiology. It is necessary to develop a rapid, simple, inexpensive and sensitive screening assay to identify chemicals affecting NIS function. The current study compares the sensitivities of non-radioactive Sandell-Kolthoff (SK) reaction and radioactive iodide uptake (RAIU) in a previously described NIS assay. The EPAhNIS cell line (HEK293T stably transfected to over-express the human NIS) was tested with the reference NIS inhibitor (sodium perchlorate) across multiple log concentration range. The results from SK reaction in EPAhNIS cells showed similar performance to published RAIU results from the same cell line, in terms of assay screening coefficient (Z′) and variability (CV). Results from the reference chemicals tested in EPAhNIS cells revealed that SK reaction yielded IC50 and selectivity scores consistent with those observed for RAIU. However, RAIU seems marginally more sensitive than the SK reaction, as RAIU consistently detected weaker NIS inhibitors among the test chemicals. We developed a second hNIS assay based on the MCF-7 cell line. Applying reference anions and chemicals to MCF7hNIS cells, we found that in comparison with results from EPAhNIS cells, the SK reaction with MCF7hNIS: 1) yielded similar Z′ and CV; 2) had similar IC50 and selectivity scores for reference chemicals; 3) identified more NIS inhibitors among reference chemicals than SK reaction, but less than the RAIU assay in EPAhNIS cells. In conclusion, the SK reaction can be used with both EPAhNIS and MCF7hNIS cells to measure iodide uptake and identify NIS inhibitors, except for those presenting an extremely weak potency.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Une concentration adéquate d’ions iodure dans les cellules épithéliales thyroïdiennes, médiée par le symporteur de l’iodure de sodium (NIS), est essentielle à la synthèse correcte des hormones thyroïdiennes. L'inhibition de l'activité du NIS représente un mécanisme potentiel par lequel les goitrogènes/substances toxiques peuvent perturber la physiologie des hormones thyroïdiennes. Il est nécessaire de développer un test de dépistage rapide, simple, peu coûteux et sensible pour identifier les produits chimiques affectant la fonction NIS. La présente étude compare les sensibilités de la réaction non radioactive de Sandell-Kolthoff (SK) et de l'absorption d'iodure radioactif (RAIU) dans un test NIS décrit précédemment. La lignée cellulaire EPahNIS (HEK293T transfectée de manière stable pour surexprimer le NIS humain) a été testée avec l'inhibiteur NIS de référence (perchlorate de sodium) sur une plage de concentrations logarithmiques multiples. Les résultats de la réaction SK dans les cellules EPahNIS ont montré des performances similaires aux résultats publiés du RAIU provenant de la même lignée cellulaire, en termes de coefficient de sélection (Z ') et de variabilité (CV). Les résultats des produits chimiques de référence testés dans les cellules EPahNIS ont révélé que la réaction SK donnait des scores de CI50 et de sélectivité cohérents avec ceux observés pour RAIU. Cependant, la réaction RAIU semble légèrement plus sensible que la réaction SK, car la RAIU a systématiquement détecté des inhibiteurs NIS plus faibles parmi les produits chimiques testés. Nous avons développé un deuxième test hNIS basé sur la lignée cellulaire MCF-7. En appliquant des anions et des produits chimiques de référence aux cellules MCF7hNIS, nous avons constaté qu'en comparaison avec les résultats des cellules EPAhNIS, la réaction SK avec MCF7hNIS : 1) donnait des valeurs Z' et CV similaires ; 2) avaient des scores de CI50 et de sélectivité similaires pour les produits chimiques de référence ; 3) a identifié plus d'inhibiteurs de NIS parmi les produits chimiques de référence que la réaction SK, mais moins que le test RAIU dans les cellules EPahNIS. En conclusion, la réaction SK peut être utilisée avec les cellules EPAhNIS et MCF7hNIS pour mesurer l'absorption d'iodure et identifier les inhibiteurs de NIS, à l'exception de ceux présentant une puissance extrêmement faible.

dc.description.fosrctranslation - fr

Dans le cadre de son mandat d'évaluer et de gérer les risques pour la santé des Canadiens dus à l'exposition à des produits chimiques environnementaux, Santé Canada a contribué à un examen international, par l'intermédiaire de l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), des approches d'essai nécessaires pour identifier produits chimiques qui interfèrent avec les hormones thyroïdiennes (TH) et provoquent des problèmes de santé. L'un des besoins importants identifiés lors de cet exercice concernait un test permettant d'identifier les produits chimiques qui inhibent l'absorption de l'iodure dans les cellules de la glande thyroïde (thyrocytes) où l'iodure est incorporé pour produire des hormones thyroïdiennes. Le symporteur d'iodure de sodium (NIS) est l'enzyme importante régulant l'absorption de l'iodure dans les thyrocytes. Dans le cadre de ce travail de développement de méthodes, les scientifiques de Santé Canada ont utilisé deux lignées cellulaires dans lesquelles le gène NIS humain était inséré et ont découvert qu'ils étaient capables de mesurer la quantité d'iode absorbée par ces cellules. En testant une large gamme de produits chimiques précédemment connus pour être des inhibiteurs actifs ou inactifs du NIS, ces tests se révèlent très spécifiques dans la détection des inhibiteurs d'iodure. Ces nouveaux tests peuvent contribuer aux méthodes de dépistage des produits chimiques et fournir un soutien scientifique aux évaluations des impacts des produits chimiques sur la santé.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.tiv.2019.01.021

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2204

dc.language.iso

en

dc.publisher

Elsevier

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Development of a non-radioactive screening assay to detect chemicals disrupting the human sodium iodide symporter activity

dc.type - en

Article

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