The molecule regulates a neuropeptide involved in controlling reproduction
Charles Q Choi http://www.biomedcentral.com/news/20050209/02
Links for this article
T. Ubuka et al., "Melatonin induces the expression of gonadotropin-inhibitory hormone in the avian brain." PNAS, published online February 7, 2005.
K. Tsutsui et al., "A novel avian hypothalamic peptide inhibiting gonadotropin release," Biochem Biophys Res Commun, 275:661-7, August 28, 2000. []
Martin Wikelski
Michaela Hau
Ученые впервые установили, что melatonin непосредственно действует на нейропептиды в головном мозге человека, February 7 online in PNAS.
"This suggests if melatonin can do this on one neuropeptide system, it could do it on other neuropeptide systems," говорит George Bentley из University of California at Berkeley.
В 2000, Kazuyoshi Tsutsui из Hiroshima University in Japan с коллегами нейропептид, названный GnIH, который ингибировал высвобождение gonadotropin и служил в качестве отсутствующего антагониста для gonadotropin-releasing гормона, прежде всего агониста, контролирующего репродукцию у позвоночных. В поиске регуляторных механизмов, управляющих экспрессией GnIH, исследователи отметили участие melatonin в сезонной секреции gonadotropin.
Чтобы выявить какую-либо связь между melatonin и GnIH, исследователи сконцентрировались на перепеле, который имеет высокую фотопериодичность, и к которого возможно удаление основного источника melatonin, глаз и шишковидной железы. Они изучали количественно экспрессию мРНК предшественника GnIH посредством competitive polymerase chain reaction, измеряли концентрацию GnIH в диэнцефалоне с помощью энзим-сцепленного immunosorbent подхода и измеряли melatonin в диэнцефалоне и плазме с помощью radioimmunoassay.
Уровни мРНК GnIH и GnIH существенно снижались у птиц, у которых циркулирующий в крови мелатонин был удален. Добавление мелатонина ведет к существенному увеличению уровней мРНК и белка GnIH дозово-зависимым способом.
Melatonin секретируется ночью у всех позвоночных. Чтобы проанализировать эффект эндогенного мелатонина, исследователи использовали самцов перепела, экспозированных короткими и длинными дневными фотопериодами. Они установили, что экспрессия в диэнцефалоне мРНК и белка GnIH достоверно увеличивается при коротком дне, как и вес семенников.
Чтобы установить способ действия мелатонина на экспрессию GnIH исследователи изучали экспрессию мелатониновых рецепторов субтипа Me1(1c) в paraventricular ядрах перепела, одной из основных областей экспрессии GnIH. Частично кДНК Me1(1c) перепела была клонирована и с помощью in situ гибридизации выявлена интенсивная экспрессия мРНК Me1(1c), распространяющаяся по всему paraventricular ядру у перепела. С помощью иммуногистохимии было выявлена четкая ко-локализация GnIH нейропептида с мРНК Me1(1c). Ауторадиография рецепторов мелатонина также выявила существенное связывание melatonin в paraventricular ядре. Доказательства совместной локализации GnIH с меланотониновыми рецепторами субтипов Me1(1a) и Me1(1b) не убедительны.
Исследователи клонировали также гомологичную форму GnIH из головного мозга Сибирского хомячка. Экспрессия этого нейропептида также контролируется melatonin. "We suspect this system is extremely widespread," отмечает Bentley.
"Directions from now include examining this system for agriculture, such as cattle and sheep, and for zoos. It's important for the basic understanding of reproduction in pretty much any vertebrate," говорит из Princeton University, который не участвовал в этом исследовании.
"It'd be interesting to look at owls, who hardly have any melatonin rhythm. Do they still use melatonin signals to regulate GnIH?" замечает из Princeton University, также не участвовавшая в этом исследовании. "I'm interested in the use of melatonin in birds in the tropics, who hardly ever shut reproductive activity down. The day lengths don't change much in the tropics."
"One of the big questions, particularly relating to humans, is how metabolism affects reproduction. With diseases like diabetes and anorexia, you see the reproductive system turned off. So these findings could help us understand if the reproductive system is shut down in response to altered nutritional signals because of an increase in GnIH within the brain," заявляет bp Hope College in Holland, Mich., который не участвовал в этом исследовании.
Т.к. GnIH кодируется одним геном, который кодирует полипептид-предшественник, который расщепляется на три, возможно четыре зрелых полипептида.
"We know little about what the other GnIH-related peptides are doing," отмечает Bentley. Более того, "the neurons that produce GnIH have fibers that spread as far back as the brainstem, going into multiple brain areas that control physiological and cognitive processes. So, given that you also have these GnIH-related polypeptides in addition to GnIH, melatonin could have a multitude of downstream effects."
