МОРФО-ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН ЕПІФІЗА ТА СУПРАХІАЗМАТИЧНОГО ЯДРА ГІПОТАЛАМУСА ЩУРІВ ЗА РІЗНИХ РЕЖИМІВ УВЕДЕННЯ ЕКЗОГЕННОГО МЕЛАТОНІНУ
DOI:
https://doi.org/10.17721/1728_2748.2020.83.17-23Ключові слова:
мелатонін, петля зворотного зв'язку, хронобіологія, пінеалоцити, нейрон, гістологія, циркадна система, побічна діяАнотація
У сучасному суспільстві зростання цифрових технологій пов'язане з перевищенням рівня освітленості в нічну пору – новим типом забруднення. Світло вночі пригнічує синтез ендогенного мелатоніну епіфізом, що впливає на цикли роботи циркадної системи, тому в організмі часто порушуються режими неспання/сну, прийому їжі, фізичної активності. Крім того, показано, що нестача мелатоніну в певний час доби так само, як і його низька концентрація, зумовлює розвиток захворювань шляхом порушення правильної регуляції експресії годинних генів. У зв'язку із цим деякі останні клінічні протоколи або клінічні випробування для терапії багатьох патологій (напр. безсоння, метаболічного синдрому, серцево-судинних захворювань, проблем центральної нервової та імунної систем, раку, вірусних інфекцій) включають використання екзогенного мелатоніну. Оскільки мелатонін виконує свою функцію ендокринними і паракринними шляхами в різних типах клітин, то його застосування відбувається в широкому діапазоні доз і різний час доби (хронотерапевтичний підхід). Тому важливим є контроль стану центральних елементів циркадної системи – епіфіза (основного продуцента ендогенного мелатоніну) і супрахіазматичного ядра (СХЯ) гіпоталамуса (центрального водія ритму циркадної системи) – в умовах лікування екзогенним мелатоніном. Отже, метою нашого дослідження став аналіз морфо-функціонального стану епіфіза і СХЯ гіпоталамуса щурів після щоденного введення мелатоніну в різний час доби (уранці, увечері і безперервно з питною водою). Мелатонін уводили перорально крізь зонд протягом 7 тижнів у дозі 30 мг/кг за 1 год до вимикання світла (M ZT11, вечірнє введення) або 1 год після його увімкнення (M ZT01, ранкове), або безперервно з питною водою протягом дня і ночі (МВ). Після застосування мелатоніну тільки у групі MВ епіфіз демонстрував зміни морфології (ядра пінеалоцитів мали слабке базофільне забарвлення) і даних морфометричного аналізу (збільшення площі поперечного перерізу ядра пінеалоцитів порівняно з контрольною групою). Крім того, аналогічні зміни спостерігалися й у СХЯ: площа поперечного перерізу ядер нейронів СХЯ зросла при використанні кожного окремого режиму введення мелатоніну, а морфологічна характеристика залишилася без змін. Із цього можна припустити наявність у мелатоніну неінгібуючих властивостей у контексті петлі зворотного зв'язку циркадної системи, що передбачає широкий потенціал його використання за відсутності значного побічного ефекту на центральні елементи вищезгаданої системи.
Завантажити
Посилання
Hardeland R. Melatonin–A pleiotropic, orchestrating regulator molecule / R. Hardeland, DP Cardinali, V. Srinivasan [et al.] // Progress in neuro biology. – 2011. – Vol. 93, №. 3. – P. 350-384.
Dubocovich M. L. International Union of Basic and Clinical Pharmacology. LXXV. Nomenclature, classification, and pharmacology of G protein-coupled melatonin receptors / ML Dubocovich, P Delagrange, DN Krause [et al.] // Pharmacological reviews. – 2010. – Vol. 62, №. 3. – P. 343-380.
Nosjean O. Comparative pharmacological studies of melatonin receptors: MT1, MT2 and MT3/QR2. Tissue distribution of MT3/QR2 / O. Nosjean, JP. Nicolas, F. Klupsch[et al.] // Biochemical pharmacology. – 2001. – Vol. 61, №. 11. – P. 1369-1379.
Jetten A. M. Retinoid-related orphan receptors (RORs): critical roles in development, immunity, circadian rhythm, and cellular metabolism / A. M. Jetten // Nuclear receptor signaling. – 2009. – Vol. 7, №. 1. – P. nrs. 07003.
Zhang H. M., Zhang Y. Melatonin: a well‐documented antioxidant with conditional pro‐oxidant actions / H. M. Zhang, Y. Zhang // Journal of pineal research. – 2014. – Vol. 57, №. 2. – P. 131-146.
Baekelandt S. Seasonal simulated photoperiods influence melatonin release and immune markers of pike perch Sander lucioperca / S. Baekelandt, S. Milla, V. Cornet [et al.] // Scientific Reports. – 2020. – Vol. 10, №. 1. – P. 1-10.
Cipolla-Neto J., Amaral F. G. Melatonin as a hormone: new physiological and clinical insights / J. Cipolla-Neto, F. G. Amaral//Endocrine Reviews. – 2018. – Vol. 39, №6. – P. 990-1028.
Romero A. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) and its neuroinvasive capacity: Is it time for melatonin? / A. Romero, E. Ramos, F. López-Muñoz [et al.] // Cellular and molecular neurobiology. – 2020. – P. 1-12.
Russart K. L. G., Nelson R. J. Light at night as an environmental endocrine disruptor / K. L. G.Russart, R. J. Nelson // Physiology & behavior. – 2018. – Vol. 190. – P. 82-89.
Tahara Y., Shibata S. Circadian rhythms of liver physiology and disease: experimental and clinical evidence / Y.Tahara, S. Shibata // Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology. – 2016. – Vol. 13, № 4. – P. 217.
Genario R. Melatonin supplementation in the management of obesity and obesity-associated disorders: a review of physiological mechanisms and clinical applications / R. Genario, J. Cipolla-Neto, AA Bueno [et al.] // Pharmacological Research. – 2020. – P. 105254.
De Crescenzo F. Melatonin as a treatment for mood disorders: a systematic review / F. De Crescenzo, A. Lennox, JC Gibson [et al.] //ActaPsychiatricaScandinavica. – 2017. – Vol. 136, № 6. – P. 549-558.
Karamitri A., Jockers R. Melatonin in type 2 diabetes mellitus and obesity / A.Karamitri, R. Jockers//Nature Reviews Endocrinology. – 2019. – Vol. 15, № 2. – P. 105-125.
Li Y. Melatonin for the prevention and treatment of cancer / Y. Li, S. Li, Y. Zhou [et al.] // Oncotarget. – 2017. – Vol. 8, №. 24. – P. 39896.
Pourhanifeh M. H. Clinical Application of Melatonin in the Treatment of Cardiovascular Diseases: Current Evidence and New Insights into the Cardioprotective and Cardiotherapeutic Properties / MH Pourhanifeh, E. Dehdashtian, A. Hosseinzadeh [et al.] // Cardiovascular Drugs and Therapy. – 2020. – P. 1-25.
Chen D., Zhang T., Lee T. H. Cellular Mechanisms of Melatonin: Insight from Neurodegenerative Diseases / D. Chen, T. Zhang, T. H. Lee //Biomolecules. – 2020. – Vol. 10, №8. – P. 1158.
Bondy S. C., Campbell A. Melatonin and Regulation of Immune Function: Impact on Numerous Diseases. – / S. C. Bondy, A. Campbell // Curr Aging Sci. – 2020.
Savage RA, Zafar N, Yohannan S, Miller JMM. Melatonin. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; August 21, 2020.
Cerezo A. B. Quality control and determination of melatonin in food supplements / A. B. Cerezo, Á. Leal, M. A. Álvarez-Fernández[et al.]//Journal of food composition and Analysis. – 2016. – Vol. 45. – P. 80-86.
Soni S. K., Kumar D., Singaravel M. Melatonin-induced phase and dose responses in a diurnal mammal, Funambuluspennantii / S. K. Soni, D. Kumar, M. Singaravel // Chronobiology International. – 2020. – Vol. 37, №5. – P. 641-651.
Valizadeh M. Expression levels of two DNA repair-related genes under 8 Gy ionizing radiation and 100 mg/kg melatonin delivery in rat peripheral blood / M. Valizadeh, A. Shirazi, P. Izadi [et al.] // Journal of biomedical physics & engineering. – 2017. – Vol. 7, №1. – P. 27-36.
Pinato L. Day/night expression of MT1 and MT2 receptors in hypothalamic nuclei of the primate Sapajusapella / L. Pinato, D. Ramos, A. Hataka [et al.] // Journal of chemical neuroanatomy. – 2017. – Vol. 81. – P. 10-17.
Dijk D. J., Duffy J. F. Novel approaches for assessing circadian rhythmicity in humans: A review / D. J. Dijk, J. F. Duffy // Journal of Biological Rhythms. – 2020. – Vol. 35, №. 5. – P. 421-438.
Tan D. X., Manchester L. C., Reiter R. J. CSF generation by pineal gland results in a robust melatonin circadian rhythm in the third ventricle as an unique light/dark signal / D. X. Tan, L. C. Manchester, R. J. Reiter //Medical hypotheses. – 2016. – Vol. 86. – P. 3-9.
Herzog E. D. Regulating the suprachiasmatic nucleus (SCN) circadian clockwork: interplay between cell-autonomous and circuit-level mechanisms / ED Herzog, T. Hermanstyne, NJ Smyllie [et al.] // Cold Spring Harbor perspectives in biology. – 2017. – Vol. 9, № 1. – P. a027706.
Kalmukova O. Effect of melatonin different time administration on the development of diet-induced obesity in rats / O. Kalmukova, A. Pustovalov, I. Vareniuk [et al.] // Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv-Problems of Physiological Functions Regulation. – 2018. – Vol. 23, №. 2. – P. 20-27.
Szewczyk‐Golec K., Woźniak A., Reiter R. J. Inter‐relationships of the chronobiotic, melatonin, with leptin and adiponectin: implications for obesity / K. Szewczyk‐Golec, A. Woźniak, R. J. Reiter // Journal of pineal research. – 2015. – Vol. 59, №. 3. – P. 277-291.
Foley H. M., Steel A. E. Adverse events associated with oral administration of melatonin: A critical systematic review of clinical evidence / H. M. Foley, A. E. Steel //Complementary therapies in medicine. – 2019. – Vol. 42. – P. 65-81.
Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates: hard cover edition. – Elsevier, 2006.
Manno F. A. M., Lau C. The pineal gland of the shrew (Blarinabrevicauda and Blarinacarolinensis): a light and electron microscopic study of pinealocytes / F. A. M. Manno, C. Lau // Cell and tissue research. – 2018. – Vol. 374, № 3. – P. 595-605.
Brunner P. Pineal and cortical melatonin receptors MT1 and MT2 are decreased in Alzheimer's disease / P. Brunner, N. Sözer-Topcular, R. Jockers [et al.] // European Journal of Histochemistry. – 2006. – Vol. 50, № 4. – P. 311-316.
Gorman M. R. Temporal organization of pineal melatonin signaling in mammals / M. R. Gorman // Molecular and Cellular Endocrinology. – 2020. – Vol. 503. – P. 110687.
Harpsøe N. G. Clinical pharmacokinetics of melatonin: a systematic review / NGHarpsøe, LPAndersen, IGögenur [et al.] // European journal of clinical pharmacology. – 2015. – Vol. 71, № 8. – P. 901-909.
Liu C. Molecular dissection of two distinct actions of melatonin on the suprachiasmatic circadian clock / C. Liu, DR Weaver, X. Jin [et al. // Neuron. – 1997. – Vol. 19, № 1. – P. 91-102.
Kandalepas P. C., Mitchell J. W., Gillette M. U. Melatonin signal transduction pathways require E-box-mediated transcription of Per1 and Per2 to reset the SCN clock at dusk / P. C. Kandalepas, J. W. Mitchell, M. U. Gillette // PLoS One. – 2016. – Vol. 11, №6. – P. e0157824.
Mendoza-Viveros L. miR-132/212 modulates seasonal adaptation and dendritic morphology of the central circadian clock / L. Mendoza-Viveros, CK Chiang, JLK Ong [et al.] // Cell reports. – 2017. – Vol. 19, № 3. – P. 505-520.
Reiter R. J., Rosales-Corral S., Sharma R. Circadian disruption, melatonin rhythm perturbations and their contributions to chaotic physiology / R. J. Reiter, S. Rosales-Corral, R. Sharma // Advances in medical sciences. – 2020. – Vol. 65, № 2. – P. 394-402.
Abbott S. M., Malkani R. G., Zee P. C. Circadian disruption and human health: A bidirectional relationship / S. M. Abbott, R. G. Malkani, P. C. Zee // European Journal of Neuroscience. – 2020. – Vol. 51, №. 1. – P. 567-583.
Dallaspezia S. Chronotype influences response to antidepressant chronotherapeutics in bipolar patients / Dallaspezia S, Suzuki M, Clara L [et al.] // Chronobiology International. – 2018. – Vol. 35, № 9. – P. 1319-1325.
Aulinas A. Physiology of the Pineal Gland and Melatonin // Endotext [Internet]. – MDText. com, Inc., 2019
