МОРФО-ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН ЕПІФІЗА ТА СУПРАХІАЗМАТИЧНОГО ЯДРА ГІПОТАЛАМУСА ЩУРІВ ЗА РІЗНИХ РЕЖИМІВ УВЕДЕННЯ ЕКЗОГЕННОГО МЕЛАТОНІНУ
DOI 10.17721/1728_2748.2020.83.17-23
Ключові 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.
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
