Extrapineal melatonin: analysis of its subcellular distribution and daily fluctuations

Abstract

We studied the subcellular levels of melatonin in cerebral cortex and liver of rats under several conditions. The results show that melatonin levels in the cell membrane, cytosol, nucleus, and mitochondrion vary over a 24-hr cycle, although these variations do not exhibit circadian rhythms. The cell membrane has the highest concentration of melatonin followed by mitochondria, nucleus, and cytosol. Pinealectomy significantly increased the content of melatonin in all subcellular compartments, whereas luzindole treatment had little effect on melatonin levels. Administration of 10 mg/kg bw melatonin to sham-pinealectomized, pinealectomized, or continuous light-exposed rats increased the content of melatonin in all subcellular compartments. Melatonin in doses ranging from 40 to 200 mg/kg bw increased in a dose-dependent manner the accumulation of melatonin on cell membrane and cytosol, although the accumulations were 10 times greater in the former than in the latter. Melatonin levels in the nucleus and mitochondria reached saturation with a dose of 40 mg/kg bw; higher doses of injected melatonin did not further cause additional accumulation of melatonin in these organelles. The results suggest some control of extrapineal accumulation or extrapineal production of melatonin and support the existence of regulatory mechanisms in cellular organelles, which prevent the intracellular equilibration of the indolamine. Seemingly, different concentrations of melatonin can be maintained in different subcellular compartments. The data also seem to support a requirement of high doses of melatonin to obtain therapeutic effects. Together, these results add information that assists in explaining the physiology and pharmacology of melatonin.

Alleviating effects of melatonin on oxidative changes in the testes and pituitary glands evoked by subacute chlorpyrifos administration in Wistar rats

“…Its lipophilic nature enhances the easiness at which it crosses the morphophysiological barriers, such as the bloodbrain barrier, and then effectively enters the cells and subcellular compartments [47,48] . It distributes in all cell compartments, being especially high in the nucleus and mitochondria [49,50] . Furthermore, several metabolites such as 6-hydroxymelatonin and N-acetyl-N-formyl-5-methoxykynurenamine that are formed when melatonin neutralizes damaging reactants are themselves scavengers suggesting that there is a cascade of reactions that greatly increase the efficacy of melatonin in stymieing oxidative mutilation.…”

Efeito de diferentes concentrações de melatonina em espermatozoides de carneiros sobre estresse oxidativo após criopreservação

“…Como a melatonina é uma molécula anfifílica, ela é capaz de atravessar as membranas celulares com facilidade e, assim, atingir compartimentos subcelulares, podendo acumular-se em concentrações elevadas nas organelas, como a mitocôndria (Venegas et al 2012). Com essa propriedade, a melatonina é capaz de eliminar os radicais livres gerados na mitocôndria, além de reduzir a fuga de elétrons a partir da cadeia respiratória, diminuindo a formação de EROs (Leon et al 2004).…”

Avaliação dos impactos do trabalho em turnos noturnos na produção de citocinas inflamatórias salivares e na secreção dos hormônios rítmicos melatonina e cortisol

“…Mas há evidência controversa entre a associação do trabalho em turnos a desordens osteomusculares, especialmente devido a limitações na metodologia dos estudos (TUCKER; FOLKARD, 2012 CHAZOT, 2005;HARDELAND et al, 2011;VENEGAS et al, 2012), conhecidas coletivamente como fontes extrapineais de melatonina. A melatonina derivada dessas fontes secundárias, aparentemente, contribui pouco para a melatonina sistêmica, possuindo uma distribuição e ação muito mais locais (HARDELAND et al, 2011).…”

“…A secreção da melatonina pela glândula pineal segue um ritmo circadiano gerado pelo oscilador central, via núcleo paraventricular do hipotálamo, sendo assim diretamente controlada pelo ciclo claro/escuro (CLAUSTRAT; BRUN; CHAZOT, 2005;COOGAN;WYSE, 2008;HARDELAND et al, 2011;VENEGAS et al, 2012). Como a glândula pineal não retém a melatonina secretada (PANDI-PERUMAL et al, 2006), a quantidade circulante reflete diretamente seu ritmo circadiano e a influência do ciclo claro/escuro (VENEGAS et al, 2012).…”

“…Como a glândula pineal não retém a melatonina secretada (PANDI-PERUMAL et al, 2006), a quantidade circulante reflete diretamente seu ritmo circadiano e a influência do ciclo claro/escuro (VENEGAS et al, 2012). O ciclo claro/escuro expresso pela melatonina na circulação está envolvido na regulação de outros ritmos biológicos circadianos, como o ciclo vigília/sono, e representa a sinalização temporal do oscilador central para outros tecidos do corpo e constitui, ele próprio, também um oscilador periférico (HARDELAND et al, 2011;VENEGAS et al, 2012 (ARENDT, 2010;FOLKARD, 2008). Seu pico está fortemente associado aos menores níveis de temperatura corporal, alerta e desempenho (ARENDT, 2010).…”