The established function of thyroid stimulating hormone (TSH) is to promote thyroid follicle development and hormone secretion. The osteoporosis associated with hyperthyroidism is traditionally viewed as a secondary consequence of altered thyroid function. We provide evidence for direct effects of TSH on both components of skeletal remodeling, osteoblastic bone formation, and osteoclastic bone resorption, mediated via the TSH receptor (TSHR) found on osteoblast and osteoclast precursors. Even a 50% reduction in TSHR expression produces profound osteoporosis (bone loss) together with focal osteosclerosis (localized bone formation). TSH inhibits osteoclast formation and survival by attenuating JNK/c-jun and NFκB signaling triggered in response to RANK-L and TNFα. TSH also inhibits osteoblast differentiation and type 1 collagen expression in a Runx-2- and osterix-independent manner by downregulating Wnt (LRP-5) and VEGF (Flk) signaling. These studies define a role for TSH as a single molecular switch in the independent control of both bone formation and resorption.

Recombinant human TSH has been developed to facilitate monitoring for thyroid carcinoma recurrence or persistence without the attendant morbidity of hypothyroidism seen after thyroid hormone withdrawal. The objectives of this study were to compare the effect of administered recombinant human TSH with thyroid hormone withdrawal on the results of radioiodine whole body scanning (WBS) and serum thyroglobulin (Tg) levels. Two hundred and twenty-nine adult patients with differentiated thyroid cancer requiring radioiodine WBS were studied. Radioiodine WBS and serum Tg measurements were performed after administration of recombinant human TSH and again after thyroid hormone withdrawal in each patient. Radioiodine whole body scans were concordant between the recombinant TSH-stimulated and thyroid hormone withdrawal phases in 195 of 220 (89%) patients. Of the discordant scans, 8 (4%) had superior scans after recombinant human TSH administration, and 17 (8%) had superior scans after thyroid hormone withdrawal (P = 0.108). Based on a serum Tg level of 2 ng/mL or more, thyroid tissue or cancer was detected during thyroid hormone therapy in 22%, after recombinant human TSH stimulation in 52%, and after thyroid hormone withdrawal in 56% of patients with disease or tissue limited to the thyroid bed and in 80%, 100%, and 100% of patients, respectively, with metastatic disease. A combination of radioiodine WBS and serum Tg after recombinant human TSH stimulation detected thyroid tissue or cancer in 93% of patients with disease or tissue limited to the thyroid bed and 100% of patients with metastatic disease. In conclusion, recombinant human TSH administration is a safe and effective means of stimulating radioiodine uptake and serum Tg levels in patients undergoing evaluation for thyroid cancer persistence and recurrence.

We screened 552 women who presented to their obstetrician in the first trimester of pregnancy using highly sensitive enzyme-linked immunosorbent assays for the presence of thyroglobulin and thyroid peroxidase autoantibodies and found an incidence of positivity of 19.6%. The tendency to secrete detectable levels of thyroid autoantibodies was significantly correlated with an increased rate of miscarriage. Thyroid autoantibody-positive women miscarried at a rate of 17%, compared with 8.4% for the autoantibody-negative women. Individual levels of thyroglobulin and thyroid peroxidase autoantibodies were similarly related to this increased miscarriage rate, with no evidence of autoantibody specificity in the relationship. Furthermore, the increase in miscarriages could not be explained by differences in thyroid hormone levels, the presence of cardiolipin autoantibodies, maternal age, gestational age at the time of maternal entry into the study, or previous obstetric history. We conclude that thyroid autoantibodies are an independent marker of "at-risk" pregnancy.

To detect recurrent disease in patients who have had differentiated thyroid cancer, periodic withdrawal of thyroid hormone therapy may be required to raise serum thyrotropin concentrations to stimulate thyroid tissue so that radioiodine (iodine-131) scanning can be performed. However, withdrawal of thyroid hormone therapy causes hypothyroidism. Administration of recombinant human thyrotropin stimulates thyroid tissue without requiring the discontinuation of thyroid hormone therapy.

Abstract The receptor for thyroid stimulating hormone (TSHR), a GPCR, is of particular interest as the primary antigen in autoimmune hyperthyroidism (Graves’ disease) caused by stimulating TSHR antibodies. To date, only one domain of the extracellular region of the TSHR has been crystallized. We have now generated a model of the entire TSHR by merging the extracellular region of the receptor, obtained using artificial intelligence, with our recent homology model of the transmembrane domain, embedded it in a lipid membrane solvated it with water and counterions, and performed 1000ns Molecular Dynamic simulations on it. The simulations showed that the structure of the transmembrane and leucine-rich domains were remarkably constant while the linking region (LR), known more commonly as the “hinge region”, showed significant flexibility, forming several transient secondary structural elements. Furthermore, the relative orientation of the leucine-rich domain with the rest of the receptor was also seen to be variable. These data suggest that this linker region is an intrinsically disordered protein (IDP). Furthermore, preliminary data simulating the full TSHR model complexed with its ligand (TSH) showed that (a) there is a strong affinity between the linker region and TSH ligand and (b) the association of the linker region and the TSH ligand reduces the structural fluctuations in the linker region. This full-length model illustrates the importance of the linker region in responding to ligand binding and lays the foundation for studies of pathologic TSHR autoantibodies complexed with the TSHR to give further insight into their interaction with the flexible linker region.

Abstract The TSH receptor (TSHR) and its many forms are the primary antigens of Graves’ disease as evidenced by the presence of TSHR antibodies of differing biological activity. The TSH holoreceptor undergoes complex post-translational changes including cleavage of its ectodomain and oligomer formation. We have previously shown that the TSHR exists in both monomeric and dimeric structures in the thyroid cell membrane and have demonstrated, by modeling, that the transmembrane domains (TMD) can form stable dimeric structures. Based on these earlier simulations of the TSHR-TMD structure and our most recent model of the full-length TSHR we have now built models of full length TSHR multimers with and without TSH ligand in addition to multimers of the extracellular leucine-rich domain (LRD) – the site of TSH and autoantibody binding. Starting from these models we ran molecular dynamics (MD) simulation of the receptor oligomers solvated with water and counterions; the full-length oligomers also were embedded in a DPPC bilayer. The full length TSHR dimer and trimer models stayed in the same relative orientation and distance during 2000 ns (or longer) MD simulation in keeping with our earlier report of TMD dimerization. Simulations were also performed to model oligomers of the LRD alone; we found a trimeric complex to be even more stable than the dimers. These data provide further evidence that different forms of the TSHR add to the complexity of the immune response to this antigen which in patients with autoimmune thyroid disease generate an autoantibody reactome with multiple types of autoantibody to the TSHR.

The proliferation of derivative and redundant studies in endocrinology due to the application of Mendelian Randomisation and other methods to open databases

ABSTRACT There is increasing evidence that anterior pituitary hormones, traditionally thought to have unitary functions in regulating single endocrine targets, act on multiple somatic tissues, such as bone, fat, and liver. There is also emerging evidence for anterior pituitary hormone action on brain receptors in mediating central neural and peripheral somatic functions. Here, we have created the most comprehensive neuroanatomical atlas on the expression of TSHRs, LHCGRs and FSHRs. We have used RNAscope, a technology that allows the detection of mRNA at single-transcript level, together with protein level validation, to document Tshr expression in 173 and Fshr expression in 353 brain regions, nuclei and sub–nuclei identified using the Atlas for the Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates . We also identified Lhcgr transcripts in 401 brain regions, nuclei and sub–nuclei. Complementarily, we used ViewRNA, another single-transcript detection technology, to establish the expression of FSHRs in human brain samples, where transcripts were co–localized in MALAT1–positive neurons. In addition, we show high expression for all three receptors in the ventricular region—with yet unknown functions. Intriguingly, Tshr and Fshr expression in the ependymal layer of the third ventricle was similar to that of the thyroid follicular cells and testicular Sertoli cells, respectively. TSHRs were expressed specifically in tanycytes. In contrast, Fshrs were localized to NeuN–positive neurons in the granular layer of the dentate gyrus in murine and human brain—both are Alzheimer’s disease vulnerable regions. Our atlas thus provides a vital resource for scientists to explore the link between the stimulation or inactivation of brain glycoprotein hormone receptors on somatic function. New actionable pathways for human disease may be unmasked through further studies.