Estudio de los mecanismos de la regulación de la síntesis, distribución y efectos de la melatonina extrapineal

Resumen

Desde que en 1958 se identificó la melatonina como producto principal de la glándula pineal en mamíferos, se pensó que esta glándula era la única fuente de la hormona en el organismo. Sin embargo, algunos estudios mostraron que la pinealectomía no suprimía totalmente los niveles circulantes de melatonina. Estudios posteriores identificaron a la retina como el primer lugar de producción extrapineal de melatonina, y recientemente se ha descrito la expresión de los enzimas de síntesis de esta indolamina en prácticamente todos los órganos y tejidos del mamífero, incluido el hombre. El carácter inducible de tales enzimas permite sugerir que la síntesis extrapineal de melatonina es controlada por la necesidad particular de estos órganos y tejidos. Por tanto, considerando los efectos antioxidantes y antiinflamatorios de la melatonina, el hecho de que un determinado tejido u órgano pueda producir la hormona en base a sus necesidades nos indica el fuerte papel protector que ejerce la melatonina frente a diversos tipos de daño celular. Puesto que se ha identificado a la mitocondria y núcleo como principales dianas de acción de la melatonina dentro de la célula, la melatonina de origen extrapineal ejercería una importante protección frente a situaciones de estrés oxidativo y/o nitrosativo dentro de estas organelas. Por último, el mencionado papel local de la melatonina queda igualmente sustentado no sólo por la incapacidad de tal hormona de salir desde el órgano en cuestión al torrente circulatorio, a diferencia de la melatonina pineal cuya salida a la circulación y líquido cefalorraquídeo ha sido ampliamente demostrada, sino igualmente por ser su concentración extrapineal 2-3 veces superior a la presente en la glándula pineal. Estudios preliminares han demostrado la presencia y síntesis de melatonina en una amplia variedad de órganos y tejidos diferentes a la glándula pineal. Otros estudios han observado una redistribución de esta melatonina extrapineal en núcleo y mitocondria. No obstante, no se conoce cual es el contenido real de melatonina extrapineal, si su producción cambia con la manipulación del fotoperiodo, y si se afecta por la melatonina exógena. Por otro lado, se ha demostrado la presencia de receptores de membrana y nucleares de melatonina en una amplia gama de tejidos y órganos, pero no se conoce si su expresión sigue un ritmo circadiano, y si dicha expresión está regulada por la melatonina extrapineal. Teniendo en cuenta estas premisas, nuestra hipótesis es que, si bien el fotoperiodo parece no afectar a la producción de melatonina extrapineal, la melatonina circulante si podría tener un papel regulador en dicha síntesis, que podría estar relacionado con los cambios en la expresión de los receptores de membrana y nucleares de la indolamina. En base a todo lo descrito, el objetivo de la tesis será analizar qué mecanismos moleculares son los que dictaminan la síntesis extrapineal de melatonina. Para ello, se procederá a la determinación mediante HPLC de la distribución subcelular de melatonina en hígado y cerebro de ratas Wistar, evaluándose asimismo el efecto que provocan diversos procedimientos experimentales (pinealectomía, luz continua y administración de luzindol y/o melatonina exógena) en la producción y distribución extrapineal de melatonina a lo largo del día. Con este objetivo, se establecerán los siguientes grupos experimentales: a) ratas Wistar controles; b) ratas pinealectomizada; c) ratas sometidas a luz continua; d) ratas tratadas con luzindol y e) ratas tratadas con melatonina y/o vehículo. Finalmente el estudio se completará con la evaluación de los patrones de expresión y niveles proteicos de los principales receptores de membrana y nucleares de melatonina. Para realizar el estudio se utilizaran ratas Wistar macho de tres meses de edad, mantenidas bajo un fotoperiodo de 12:12 h luz/oscuridad. Para medir los parámetros anteriormente indicados se utilizaran diferentes técnicas tales como: HPLC-UV, RT-PCR, WB y técnicas espectrofotométricas. Las conclusiones de este trabajo son las siguientes: - La distribución subcelular de melatonina es distinta en corteza cerebral e hígado de rata, siendo la concentración mayor en la primera. - La melatonina tisular no manifiesta ritmo circadiano como ocurre con la melatonina de origen pineal. - La melatonina pineal ejerce una inhibición tónica sobre la síntesis de melatonina tisular, ya que tras la pinealectomía estos niveles de melatonina aumentan. - Los receptores de membrana, MT1 y MT2, no participan en la regulación de la distribución subcelular de melatonina, ya que esta no se modifica al bloquear dichos receptores con luzindol. - Los receptores de membrana, MT1 y MT2, pero no los receptores nucleares, RORalpha, manifiestan un ritmo circadiano en hígado de rata. Sus ritmos dependen de la pineal, ya que la pinealectomía elimina el ritmo de los receptores de membrana, y aumenta las variaciones rítmicas de los receptores nucleares. - La melatonina no se distribuye uniformemente en la célula. La membrana plasmática posee una alta capacidad para almacenar melatonina, pudiendo actuar como reservorio de ésta para ser usada cuando la célula lo requiera. En consecuencia, debe existir un mecanismo que regule la entrada de melatonina desde la membrana al interior celular, probablemente un transportador específico de membrana. - Núcleo y mitocondria presentan unos niveles basales altos de melatonina que aumentan con su administración exógena, hasta 40 mg/kg, saturándose entonces sus depósitos. Estos datos indican la presencia de algún mecanismo en las membranas mitocondriales y nucleares que regule la transferencia de melatonina desde el citosol. - Teniendo en cuenta que núcleo y mitocondria son las dianas principales de la melatonina, se puede concluir que la dosis terapéutica oscila entre 10 y 40 mg/kg en la rata. - La administración de melatonina, hasta 200 mg/kg, provoca un aumento dosis-dependiente de la expresión y niveles de MT1 y MT2. Por tanto, el uso de altas dosis de melatonina con fines terapéuticos puede tener efectos adicionales al activar sus receptores.