Regulación del metabolismo indólico y la síntesis de melatonina en el órgano pineal de la trucha arco iris, por el fotoperíodo y la alimentación

Resumen

La hormona melatonina es sintetizada por el órgano/glándula pineal a través de un ritmo diario y estacional bajo el control de un oscilador circadiano localizado en el núcleo supraquiasmático del hipotálamo en mamíferos, o en el interior del órgano pineal en la mayoría de los peces, a excepción de los salmónidos como la trucha arco iris. En los peces, el órgano pineal posee capacidad fotorreceptora elaborando, junto a la respuesta hormonal, una respuesta nerviosa. La síntesis de melatonina tiene lugar durante la noche, ya que la enzima limitante en su ruta de síntesis, la arilaquilamina N-acetil transferasa (AANAT) es fuertemente inhibida por la luz. La melatonina es de naturaleza lipofílica, siendo liberada inmediatamente a la circulación tras su síntesis. La producción de la hormona tiene lugar a partir de la serotonina (5-HT) en dos etapas. 1) La 5-HT es N-acetilada por la AANAT originando N-acetilserotonina (NAS), 2) la NAS es metilada por la enzima hidroxindol-O-metiltransferasa (HIOMT) dando lugar a melatonina. Sin embargo la 5-HT pineal también puede ser convertida, aunque en menor5 medida que la hormona, en otros índoles (5-HIAA y 5-HTOL) y 5-metoxindoles (5-MT, 5-MIAA y 5-MTOL). Debido al patrón de síntesis de la hormona, proporcional a la duración de la noche, sus niveles circulantes son portadores del mensaje circadiano y estacional en sus tejidos diana, entre las que se eencuentra el propio reloj biológico. Por todo ello, los objetivos generales de la tesis doctoral consistieron en: -Profundizar en la regulación lumínica del metabolismo indólico y metoxindólico en el órgano pineal de la trucha arco iris y estudiar los efectos de la hormona sobre el propio tejido pineal. -Estudiar la influencia de otros factores externos como la alimentación sobre la síntesis rítmica de melatonina en el órgano pineal de la trucha arco iris. Los resultados obtenidos indican que los cambios lumínicos afectan a la actividad enzimática AANAT, inhibiendo su actividad durante la fase de luz y con ello la síntesis de la hormona. Al ser la 5-HT el precursor de la misma sus ritmos presentaron un perfil diario inverso a los de actividad AANAT y melatonina, encontrando mayores niveles durante el día que durante la noche. Asimismo, el resto de índoles y metoxíndoles derivados de la 5-HT también sufrieron fuertes cambios diarios al verse afectada la disponibilidad de su precursor. El estudio in vivo e in vitro de la administración de melatonina exógena, mostró efectos inhibidores sobre la actividad nocturna de la AANAT y niveles de melatonina pineal, aunque no sobre los niveles circulantes. Esto sugiere que la melatonina podría actuar de manera auto/paracrinamente sobre el órgano pineal, modulando su propia síntesis. El estudio de la alimentación sobre el metabolismo pineal, mostró que un ayuno a corto plazo puede atenuar los niveles diurnos y nocturnos de melatonina y actividad AANAT, sin por ello verse afectados los niveles de serotonina y 5-HIAA que en esta situación se incrementaron a lo largo de todo un ciclo de luz/oscuridad. Por consiguiente, parece que cambios en la disponibilidad de alimento pueden alterar específicamente el ritmo diario de melatonina, sin deberse a limitaciones en los niveles de su precursor la 5-HT. La administración de dietas suplementadas con el aminoácido esencial L-Triptófano (Trp), metabolito precursor de la síntesis de 5-HT, provocó una disminución significativa en los niveles de melatonina pineal y actividad AANAT, aunque este efecto no fue reflejado en los niveles de melatonina circulante. Esto sugiere que otras regiones distintas a la pineal que sintetizan melatonina, como el tracto gastrointestinal, podrían contribuir con sus niveles al plasma, tamponando los efectos inhibitorios del Trp sobre los niveles de melatonina circulante liberados desde la pineal. Asímismo, el cultivo organotípico de pineales con Trp, mostró los mismos efectos inhibitorios sobre la actividad AANAT y niveles de melatonina que en el estudio in vivo, sugiriendo que los efectos del Trp se ejercen directamente sobre el órgano y no a través del metabolismo.