Regulation of Melanopsins andPer1byα-MSH and Melatonin in PhotosensitiveXenopus laevisMelanophores

Abstract

α-MSH and light exert a dispersing effect on pigment granules of Xenopus laevis melanophores; however, the intracellular signaling pathways are different. Melatonin, a hormone that functions as an internal signal of darkness for the organism, has opposite effects, aggregating the melanin granules. Because light functions as an important synchronizing signal for circadian rhythms, we further investigated the effects of both hormones on genes related to the circadian system, namely, Per1 (one of the clock genes) and the melanopsins, Opn4x and Opn4m (photopigments). Per1 showed temporal oscillations, regardless of the presence of melatonin or α-MSH, which slightly inhibited its expression. Melatonin effects on melanopsins depend on the time of application: if applied in the photophase it dramatically decreased Opn4x and Opn4m expressions, and abolished their temporal oscillations, opposite to α-MSH, which increased the melanopsins' expressions. Our results demonstrate that unlike what has been reported for other peripheral clocks and cultured cells, medium changes or hormones do not play a major role in synchronizing the Xenopus melanophore population. This difference is probably due to the fact that X. laevis melanophores possess functional photopigments (melanopsins) that enable these cells to primarily respond to light, which triggers melanin dispersion and modulates gene expression.

Dexamethasone Modulates Nonvisual Opsins, Glucocorticoid Receptor, and Clock Genes inDanio rerioZEM-2S Cells

“…Sánchez-Bretaño and colleagues demonstrated, in a very elegant work in Carassius auratus , that, similarly to what we found in D. rerio cultured embryonic cells, DEX induces per genes in the liver in in vivo assays as well as in cultured hepatocytes [70]. In light responsive peripheral clocks, light has been demonstrated to prevail in regulating opsins and clock genes, as compared to many hormones, such as melatonin, α -MSH [13], and endothelin [15]. Despite the fact that D. rerio ZEM-2S cells are also photosensitive, glucocorticoids seem to be as relevant as light to regulate photoreception and the circadian system.…”

Efeitos de glicocorticoide sobre a expressão de genes de relógio nas células ZEM-2S de Danio rerio

“…A entrada do sinal luminoso é mediada pelo fotopigmento circadiano inserido na membrana (no modelo proposto pelo autor, ainda há controvérsia sobre a natureza desse fotopigmento, porém, a literatura vem confirmando a melanopsina como a molécula que desempenha tal função O funcionamento das alças de retroalimentação, por sua vez, sofre a influência de fatores humorais, que conseguem exercer modulação sobre a expressão dos genes de relógio em diferentes modelos de relógios periféricos mantidos em cultura (Martins, 2007;Balsalobre et al, 2000;Farhat et al, 2009;Moraes et al, 2014a;2014b). Entretanto, embora não seja uma ideia recente a sugestão de que haja regulação hormonal sobre o relógio biológico, ainda hoje, poucos estudos têm procurado demonstrar por quais mecanismos e vias de sinalização essa regulação ocorre.…”

“…Corroborando essa ideia, a modulação por neurotransmissores, como glutamato (Lima et al, 2011), ou por diferentes hormônios, como melatonina (Martins, 2007;Moraes et al, 2014a), endotelina (Farhat et al, 2009;Moraes et al, 2014b) e α-MSH (Moraes et al, 2014a), exercida sobre a expressão de genes de relógio em diferentes linhagens de vertebrados não-mamíferos tem sido demonstrada pelo nosso laboratório.…”

Efeito da luz e endotelina no mecanismo molecular do relógio em melanóforos de Xenopus laevis

“…De fato os melanóforos embrionários de Xenopus, modelo utilizado nesta tese, apresentam respostas diretas a estimulação por luz (Rollag, 1993), fenômeno este que, como já mencionado, envolve a participação da melanopsina (Isoldi et al, 2005). Posteriormente foi identificada a presença da maquinaria molecular dos genes do relógio neste modelo, colocando-o como um possível candidato a relógio periférico (Bluhm et al, 2012;Moraes et al, 2014b).…”

“…Posteriormente, Isoldi e colaboradores (2010) continuaram investindo no estudo dos mecanismos intracelulares da pigmentação, porém agora, na tentativa de entender os possíveis crosstalk entre as vias de sinalização da luz e do hormônio α-MSH, uma vez que estes dois estímulos promovem o mesmo efeito sobre a pigmentação, ou seja, dispersam grânulos de melanina neste modelo, entretanto ativando diferentes mensageiros intracelulares. Recentemente, foi avaliado o efeito da endotelina sobre as melanopsinas (Moraes et al, 20014a), da melatonina e do α-MSH sobre os genes do relógio e melanopsinas (Bluhm et al, 2012;Moraes et al, 2014b). Melanopsinas, Opn4x e Opn4m, exibem uma robusta variação temporal em ciclos claro-escuro.…”