Ulyanovsk Medico-biological Journal

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-4-144-156

MORPHOFUNCTIONAL STATE OF PINEALOCYTES DURING DARK DEPRIVATION

L.I. Kondakova, S.A. Kalashnikova

Volgograd State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation, Volgograd, Russia

 

The aim of the study is to investigate the impact of dark deprivation on morphometric parameters of pinealocytes in rats.

Materials and methods. The experiment was conducted on male rats (n=36). Animals of the control group (n=12) were kept under the standard light-dark regime (12/12 h), animals of experimental groups 1 (n=12) and 2 (n=12) were subjected to 24-hour dark deprivation (24/0 h). The dark deprivation lasted for 30 days. After the dark deprivation, rats of experimental group 2 were kept under the standard light-dark regime (12/12 h). After the experiment, pineal gland samples were placed in 10 % buffered formalin solution and subjected to automated histological processing. The prepared sections were stained with hematoxylin and eosin. Immunohistochemical study for antibodies to caspase-3 and Klotho protein was performed according to manufacturers' recommendations. Morphometry of pinealocytes and gliocytes was performed using LAS Software Version 4.7.1.

Results. It was found that 30-day dark deprivation caused a decrease in the number of light pinealocytes by 23.2 %, their hypertrophy by 12.7 % and an increase in nuclei size by 20.5 %. Fourteen days after dark deprivation, the number of light pinealocytes increased by 5.5 %. Morphometric parameters of light pinealocytes of the pineal gland returned to the initial level: the volume of light pinealocytes and their nuclei decreased by 2.8 % and 5.8 %, respectively. Signs of apoptosis appeared under morphofunctional exhaustion: a decrease in Klotho protein activity and an increase in caspase-3 activity.

Conclusion. Dark deprivation should be considered as a factor contributing to accelerated aging of the pineal gland.

Key words: pineal gland, melatonin, Klotho protein, dark deprivation, pinealocytes.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Kondakova L.I., Kalashnikova S.A.

Literature search, participation in research, data processing: Kondakova L.I.

Statistical data processing: Kondakova L.I.

Data analysis and interpretation: Kondakova L.I., Kalashnikova S.A.

Text writing and editing: Kondakova L.I., Kalashnikova S.A.

 

References

  1. Carlomagno G., Minini M., Tilotta M., Unfer V. From Implantation to Birth: Insight into Molecular Melatonin Functions. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19: 2802. DOI: 10.3390/ijms19092802.

  2. Ivanov D.O., Evsyukova I.I., Mironova E.S., Polyakova V.O., Kvetnoy I.M., Nasyrov R.A. Maternal Melatonin Deficiency Leads to Endocrine Pathologies in Children in Early Ontogenesis. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22: 2058. DOI: 10.3390/ijms22042058. 

  3. Opie L.H., Lecour S. Melatonin Has Multiorgan Effects. Eur. Heart J. Cardiovasc. Pharm. 2016; 2: 258–265. DOI: 10.1093/ehjcvp/pvv037. 

  4. Yang C.H., Xu J.H., Ren Q.C., Duan T., Mo F., Zhang W. Melatonin Promotes Secondary Hair Follicle Development of Early Postnatal Cashmere Goat and Improves Cashmere Quantity and Quality by Enhancing Antioxidant Capacity and Suppressing Apoptosis. J. Pineal Res. 2019; 67: e12569. DOI: 10.1111/jpi.12569. 

  5. Yang Y., Wang P., Zheng X., Du X. Therapeutic Strategies of Melatonin in Cancer Patients: A Systematic Review and Meta-Analysis. Oncol. Targets. 2018; 11: 7895–7908. 

  6. Laudon M., Frydman-Marom A. Therapeutic Eects of Melatonin Receptor Agonists on Sleep and Comorbid Disorders. Int. J. Mol. Sci. 2014; 15: 15924–15950. DOI: 10.3390/ijms150915924. 

  7. Barinaga M. How the brain’s clock gets daily enlightenment. Science. 2002; 295: 955–957. DOI: 10.1126/science.295.5557.955. 

  8. Bartsch C., Bartsch H., Seebald E., Küpper H., Mecke D. Modulation of pineal activity during the 23rd sunspot cycle: Melatonin rise during the ascending phase of the cycle is accompanied by an increase of the sympathetic tone. Indian J. Exp. Biol. 2014; 52: 438–447. 

  9. Boden M.J., Varcoe T.J., Kennaway D.J. Circadian regulation of reproduction: From gamete to offspring. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2013; 113: 387–397. DOI: 10.1016/j.pbiomolbio.2013.01.003. 

  10. Zisapel N. New perspectives on the role of melatonin in human sleep, circadian rhythms and their regulation. Br. J. Pharm. 2018; 175: 3190–3199. DOI: 10.1111/bph.14116. 

  11. Ferlazzo N., Andolina G., Cannata A., Costanzo M.G., Rizzo V., Currò M., Ientile R., Caccamo D. Is Melatonin the Cornucopia of the 21st Century? Antioxidants. 2020; 9: 1088. DOI: 10.3390/antiox9111088. 

  12. Acuña-Castroviejo D., López L.C., Escames G., López A., García J.A., Reiter R.J. Melatonin-mitochondria interplay in health and disease. Curr. Top. Med. Chem. 2011; 11: 221–240. DOI: 10.2174/156802611794863517. 

  13. Tamura H., Takasaki A., Miwa I., Taniguchi K., Maekawa R., Asada H., Taketani T., Matsuoka A., Yamagatam Y., Shimamuram K. Oxidative stress impairs oocyte quality and Melatonin protects oocytes from free radical damage and improves fertilization rate. J. Pineal Res. 2008; 44: 280–287. DOI: 10.1111/j.1600-079X.2007.00524.x. 

  14. De Almeida Chuffa L.G., Lupi L.A., Cucielo M.S., Silveira H.S., Reiter R.J., Seiva F.R.F. Melatonin Promotes Uterine and Placental Health: Potential Molecular Mechanisms. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21: 300. DOI: 10.3390/ijms21010300. 

  15. Ahmad S.B., Ali A., Bilal M., Rashid S.M., Wani A.B., Bhat R.R., Rehman M.U. Melatonin and Health: Insights of Melatonin Action, Biological Functions, and Associated Disorders. Cellular and molecular neurobiology. 2023; 43 (6): 2437–2458. DOI: https://doi.org/10.1007/s10571-023-01324-w.

  16. Kvetnoy I.M., Sinitskaya N.S., Kvetnaya T.V. Extrapineal Melatonin Location and Role in Pathological Processes. In: Pandi-Peruumal S.R., Cardinali D.P., editors. Melatonin: Biological Basis of its Function in Health and Disease. Boca Raton, FL, USA: CRC Press; 2005: 148–161.

  17. Muhammad Shahid, Abdul Basit2, Mirza Ali Khan. Prevalence of Brucellosis among the Hospital Patients of Peshawar, Khyber Pakhtunkhwa Journal of Infection and Molecular Biology. 2014; 2 (2): 19–21. DOI: http://dx.doi.org/10.14737/jimb.2307–5465/2.2.19.21

  18. Hryntsova N., Hodorová I., Mikhaylik J., Romanyuk A. A Response of the Pineal Gland in Sexually Mature Rats under Long-term Exposure to Heavy Metal Salts. Prague medical report. 2022; 123 (4): 225–242. DOI: https://doi.org/10.14712/23362936.2022.21.

  19. Kondakova L.I., Bagmetova V.V., Sirotenko V.S., Donika A.D. Vliyanie melatonina na dinamiku massy tela i uroven' belka Kloto v krovi u zhivotnykh s prezhdevremennym stareniem, vyzvannym temnovoy deprivatsiey [The effect of melatonin on the dynamics of body weight and the level of Klotho protein of animals with premature aging caused by dark deprivation]. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2022; 19 (4): 110–117. DOI: 10.19163/1994-9480-2022-19-4-110-117 (in Russian).

Received July 05, 2024; accepted August 07, 2024.

 

Information about the authors

Kondakova Larisa Igorevna, Candidate of Sciences (Medicine), Associate Professor, Chair of Histology, Embryology, and Cytology, Volgograd State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 400066, Russia, Volgograd, Pavshikh Bortsov Sq., 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9028-2993

Kalashnikova Svetlana Aleksandrovna, Doctor of Sciences (Medicine), Head of the Chair of Anatomy, Volgograd State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 400066, Russia, Volgograd, Pavshikh Bortsov Sq., 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-7688-9366

 

For citation

Kondakova L.I., Kalashnikova S.A. Morfofunktsional'noe sostoyanie pinealotsitov na fone temnovoy deprivatsii [Morphofunctional state of pinealocytes during dark deprivation]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 4: 146–156. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-4-144-156 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 611.814.53-576.3

DOI 10.34014/2227-1848-2024-4-144-156

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПИНЕАЛОЦИТОВ НА ФОНЕ ТЕМНОВОЙ ДЕПРИВАЦИИ

Л.И. Кондакова, С.А. Калашникова

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Волгоград, Россия

 

Цель исследования – изучение влияния темновой депривации на изменение морфометрических параметров пинеалоцитов у крыс.

Материалы и методы. Эксперимент проводился на самцах крыс (n=36). Животные контрольной группы (n=12) содержались при стандартном свето-темновом режиме (12/12 ч), животные экспериментальных групп 1 (n=12) и 2 (n=12) – в условиях круглосуточной темновой депривации (24/0 ч). Длительность темновой депривации составила 30 сут. Далее крысы экспериментальной группы 2 содержались при стандартном свето-темновом режиме (12/12 ч). По окончании эксперимента образцы шишковидной железы были помещены в 10 % раствор забуференного формалина и подвергнуты автоматизированной гистологической обработке, приготовленные срезы окрашены гематоксилином и эозином. Проведено иммуногистохимическое исследование на антитела к каспазе-3 и белку Клото в соответствии с рекомендациями производителей. С помощью программы компьютерного анализа LAS Software Version 4.7.1. осуществляли морфометрию пинеалоцитов и глиоцитов.

Результаты. Установлено, что 30-суточная темновая депривация вызывает снижение количества светлых пинеалоцитов на 23,2 %, их гипертрофию на 12,7 % и увеличение размеров ядер на 20,5 %. Через 14 сут после отмены темновой депривации количество светлых пинеалоцитов увеличилось на 5,5 %. Морфометрические показатели светлых пинеалоцитов шишковидной железы возвращались к исходному уровню: объем светлых пинеалоцитов и их ядер уменьшился на 2,8 % и 5,8 % соответственно. На фоне морфофункционального истощения появляются признаки апоптоза: снижение активности белка Клото и повышение активности каспазы-3.

Выводы. Темновую депривацию следует рассматривать как фактор, способствующий ускоренному старению шишковидной железы.

Ключевые слова: шишковидная железа, мелатонин, белок Клото, темновая депривация, пинеалоциты.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Кондакова Л.И., Калашникова С.А.

Литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала: Кондакова Л.И.

Статистическая обработка данных: Кондакова Л.И.

Анализ и интерпретация данных: Кондакова Л.И., Калашникова С.А.

Написание и редактирование текста: Кондакова Л.И., Калашникова С.А.

 

Литература

  1. Carlomagno G., Minini M., Tilotta M., Unfer V. From Implantation to Birth: Insight into Molecular Melatonin Functions. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19: 2802. DOI: 10.3390/ijms19092802.

  2. Ivanov D.O., Evsyukova I.I., Mironova E.S., Polyakova V.O., Kvetnoy I.M., Nasyrov R.A. Maternal Melatonin Deficiency Leads to Endocrine Pathologies in Children in Early Ontogenesis. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22: 2058. DOI: 10.3390/ijms22042058. 

  3. Opie L.H., Lecour S. Melatonin Has Multiorgan Effects. Eur. Heart J. Cardiovasc. Pharm. 2016; 2: 258–265. DOI: 10.1093/ehjcvp/pvv037. 

  4. Yang C.H., Xu J.H., Ren Q.C., Duan T., Mo F., Zhang W. Melatonin Promotes Secondary Hair Follicle Development of Early Postnatal Cashmere Goat and Improves Cashmere Quantity and Quality by Enhancing Antioxidant Capacity and Suppressing Apoptosis. J. Pineal Res. 2019; 67: e12569. DOI: 10.1111/jpi.12569. 

  5. Yang Y., Wang P., Zheng X., Du X. Therapeutic Strategies of Melatonin in Cancer Patients: A Systematic Review and Meta-Analysis. Oncol. Targets. 2018; 11: 7895–7908. 

  6. Laudon M., Frydman-Marom A. Therapeutic Eects of Melatonin Receptor Agonists on Sleep and Comorbid Disorders. Int. J. Mol. Sci. 2014; 15: 15924–15950. DOI: 10.3390/ijms150915924. 

  7. Barinaga M. How the brain’s clock gets daily enlightenment. Science. 2002; 295: 955–957. DOI: 10.1126/science.295.5557.955. 

  8. Bartsch C., Bartsch H., Seebald E., Küpper H., Mecke D. Modulation of pineal activity during the 23rd sunspot cycle: Melatonin rise during the ascending phase of the cycle is accompanied by an increase of the sympathetic tone. Indian J. Exp. Biol. 2014; 52: 438–447. 

  9. Boden M.J., Varcoe T.J., Kennaway D.J. Circadian regulation of reproduction: From gamete to offspring. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2013; 113: 387–397. DOI: 10.1016/j.pbiomolbio.2013.01.003. 

  10. Zisapel N. New perspectives on the role of melatonin in human sleep, circadian rhythms and their regulation. Br. J. Pharm. 2018; 175: 3190–3199. DOI: 10.1111/bph.14116. 

  11. Ferlazzo N., Andolina G., Cannata A., Costanzo M.G., Rizzo V., Currò M., Ientile R., Caccamo D. Is Melatonin the Cornucopia of the 21st Century? Antioxidants. 2020; 9: 1088. DOI: 10.3390/antiox9111088. 

  12. Acuña-Castroviejo D., López L.C., Escames G., López A., García J.A., Reiter R.J. Melatonin-mitochondria interplay in health and disease. Curr. Top. Med. Chem. 2011; 11: 221–240. DOI: 10.2174/156802611794863517. 

  13. Tamura H., Takasaki A., Miwa I., Taniguchi K., Maekawa R., Asada H., Taketani T., Matsuoka A., Yamagatam Y., Shimamuram K. Oxidative stress impairs oocyte quality and Melatonin protects oocytes from free radical damage and improves fertilization rate. J. Pineal Res. 2008; 44: 280–287. DOI: 10.1111/j.1600-079X.2007.00524.x. 

  14. De Almeida Chuffa L.G., Lupi L.A., Cucielo M.S., Silveira H.S., Reiter R.J., Seiva F.R.F. Melatonin Promotes Uterine and Placental Health: Potential Molecular Mechanisms. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21: 300. DOI: 10.3390/ijms21010300. 

  15. Ahmad S.B., Ali A., Bilal M., Rashid S.M., Wani A.B., Bhat R.R., Rehman M.U. Melatonin and Health: Insights of Melatonin Action, Biological Functions, and Associated Disorders. Cellular and molecular neurobiology. 2023; 43 (6): 2437–2458. DOI: https://doi.org/10.1007/s10571-023-01324-w.

  16. Kvetnoy I.M., Sinitskaya N.S., Kvetnaya T.V. Extrapineal Melatonin Location and Role in Pathological Processes. In: Pandi-Peruumal S.R., Cardinali D.P., editors. Melatonin: Biological Basis of its Function in Health and Disease. Boca Raton, FL, USA: CRC Press; 2005: 148–161.

  17. Muhammad Shahid, Abdul Basit2, Mirza Ali Khan. Prevalence of Brucellosis among the Hospital Patients of Peshawar, Khyber Pakhtunkhwa Journal of Infection and Molecular Biology. 2014; 2 (2): 19–21. DOI: http://dx.doi.org/10.14737/jimb.2307–5465/2.2.19.21

  18. Hryntsova N., Hodorová I., Mikhaylik J., Romanyuk A. A Response of the Pineal Gland in Sexually Mature Rats under Long-term Exposure to Heavy Metal Salts. Prague medical report. 2022; 123 (4): 225–242. DOI: https://doi.org/10.14712/23362936.2022.21.

  19. Кондакова Л.И., Багметова В.В., Сиротенко В.С., Доника А.Д. Влияние мелатонина на динамику массы тела и уровень белка Клото в крови у животных с преждевременным старением, вызванным темновой депривацией. Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2022; 19 (4): 110–117. DOI: 10.19163/1994-9480-2022-19-4-110-117.

Поступила в редакцию 05.07.2024; принята 07.08.2024.

 

Авторский коллектив

Кондакова Лариса Игоревна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры гистологии, эмбриологии, цитологии, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 400066, Россия, г. Волгоград, пл. Павших Борцов, 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9028-2993

Калашникова Светлана Александровна – доктор медицинских наук, заведующий кафедрой анатомии, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 400066, Россия, г. Волгоград, пл. Павших Борцов, 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-7688-9366

 

Образец цитирования

Кондакова Л.И., Калашникова С.А. Морфофункциональное состояние пинеалоцитов на фоне темновой депривации. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 4: 146–156. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-4-144-156.