Maternal Melatonin Programs the Daily Pattern of Energy Metabolism in Adult Offspring

Abstract

BackgroundShift work was recently described as a factor that increases the risk of Type 2 diabetes mellitus. In addition, rats born to mothers subjected to a phase shift throughout pregnancy are glucose intolerant. However, the mechanism by which a phase shift transmits metabolic information to the offspring has not been determined. Among several endocrine secretions, phase shifts in the light/dark cycle were described as altering the circadian profile of melatonin production by the pineal gland. The present study addresses the importance of maternal melatonin for the metabolic programming of the offspring.Methodology/Principal FindingsFemale Wistar rats were submitted to SHAM surgery or pinealectomy (PINX). The PINX rats were divided into two groups and received either melatonin (PM) or vehicle. The SHAM, the PINX vehicle and the PM females were housed with male Wistar rats. Rats were allowed to mate and after weaning, the male and female offspring were subjected to a glucose tolerance test (GTT), a pyruvate tolerance test (PTT) and an insulin tolerance test (ITT). Pancreatic islets were isolated for insulin secretion, and insulin signaling was assessed in the liver and in the skeletal muscle by western blots. We found that male and female rats born to PINX mothers display glucose intolerance at the end of the light phase of the light/dark cycle, but not at the beginning. We further demonstrate that impaired glucose-stimulated insulin secretion and hepatic insulin resistance are mechanisms that may contribute to glucose intolerance in the offspring of PINX mothers. The metabolic programming described here occurs due to an absence of maternal melatonin because the offspring born to PINX mothers treated with melatonin were not glucose intolerant.Conclusions/SignificanceThe present results support the novel concept that maternal melatonin is responsible for the programming of the daily pattern of energy metabolism in their offspring.

Transcriptional Regulation of Programmed Hypertension by Melatonin: An Epigenetic Perspective

“…Emerging evidence indicates that melatonin is beneficial to reverse the adverse programming effects associated with compromised pregnancies, including diabetes, metabolic syndrome, maternal malnutrition, preeclampsia and the effects of dexamethasone exposure [14,22,23,24]. Despite evidence from human and experimental studies showing antihypertensive effects of melatonin on established hypertension [25,26,27], so far, few data are available regarding the protective effects of melatonin on programmed hypertension.…”

Cukrzyca w społeczeństwie 24/7. Związek między pracą zmianową a zaburzeniami metabolicznymi

“…Od czasu wynalezienia przez Thomasa Edisona żarówki w 1879 roku systematycznie rośnie grupa osób zatrudnionych w warunkach pracy zmianowej (shift workers). Obecnie w krajach wysoce uprzemysłowionych, takich jak Polska, odsetek pracowników zmianowych wynosi ponad 20% [2,3]. Wyniki wielu badań wskazują na szkodliwość pracy zmianowej (PZ).…”

“…Zwiększone ryzyko wypadków w pracy, zaburzenia snu [4,5], częste wystę-powanie zmęczenia czy zjawisko jet lag są oczywistymi "powikłaniami " PZ [6]. Uważa się jednak, że PZ jest także czynnikiem ryzyka rozwoju: choroby wrzodowej [6], niektórych nowotworów (raka piersi, jajnika i prostaty) [7,8], a także otyłości, zespołu metabolicznego [2,3,9,10], cukrzycy typu 2 (T2DM) [2,11], dyslipidemii [10], nadciśnienia tętniczego [3,11] i choroby wieńcowej [3,12]. Dotychczas nie udowodniono, by PZ była przyczyną zwiększonej śmiertelności [6].…”

“…Wydzielanie melatoniny podlega kontroli zwoju szyjnego górnego, do którego są przekazywane impulsy z siatkówki oka. Melatonina odgrywa rolę w rytmach dobowych, procesach neuroendokrynnych, wpływa na wychwyt glukozy przez adipocyty i mięśnie [2], stymuluje ekspresję leptyny, wpływa na wydzielanie hormonów płciowych, w tym estrogenów [2,7]. Wyniki badań doświadczalnych przeprowadzonych na szczurach wykazały, że usunięcie szyszynki powoduje nietolerancję glukozy wynikającą z braku melatoniny.…”

“…Wykazano także, że u potomstwa szczurów, którym usunięto szyszynkę, także rozwija się nietolerancja glukozy. Dochodziło u nich do rozwoju insulinooporności komórek wątrobowych i zwiększonej glukoneogenezy [2].…”