Spis treści. Ewa Sewerynek Wpływ melatoniny na czynność układu sercowo-naczyniowego Melatonin effects on the cardiovascular system

Transkrypt

1

2

3

4 Spis treści Od Redakcji/Editorial... 1 Marek Pawlikowski... 5 Profesor Michał Karasek ( ) - życie i działalność naukowa Andrzej Lewiński Profesor Michał Karasek starszy kolega, współpracownik i przyjaciel, nauczyciel życiowej roztropności Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski Melatonina, wielofunkcyjna cząsteczka sygnałowa w organizmie ssaka: miejsca biosyntezy, funkcje, mechanizmy działania Melatonin, multifunctional signal molecule in mammals: origin, functions, mechanisms of action Małgorzata Karbownik-Lewińska, Andrzej Lewiński Protective effects of melatonin against oxidative damage of macromolecules caused by selected potential carcinogens Ochronny wpływ melatoniny przed uszkodzeniem oksydacyjnym makrocząsteczek biologicznych wywołanym przez potencjalne czynniki kancerogenne Ewa Sewerynek Wpływ melatoniny na czynność układu sercowo-naczyniowego Melatonin effects on the cardiovascular system Maria Wiśniewska-Jarosińska, Jan Chojnacki Rola melatoniny w chorobach przewodu pokarmowego Role of melatonin in the gastrointestinal tract disease Andrzej Lewiński, Małgorzata Karbownik-Lewińska Znaczenie kliniczne i zastosowanie terapeutyczne melatoniny obecny stan wiedzy Clinical significance and therapeutic application of melatonin current state of art Maria Maksymowicz, Włodzimierz T. Olszewski Przydatność mikroskopii elektronowej w diagnostyce gruczolaków przysadki Usefulness of electron microscopy methods in the diagnostics of pituitary adenomas

5 Folia Medica Lodziensia, 2010, 37/1:1-3 OD REDAKCJI Szanowni Czytelnicy, Piszę do Was po raz pierwszy, bowiem w styczniu bieŝącego roku Zarząd Łódzkiego Towarzystwa Naukowego powołał nowy Zespół Redakcyjny Folia Medica Lodziensia powierzając mi funkcje Redaktora Naczelnego. Pracuję w Uniwersytecie Medycznym w Łodzi i od początku mojej drogi zawodowej byłam związana z Instytutem, a po zmianie nazwy z Katedrą Endokrynologii. Obecnie kieruję Zakładem Neuroendokrynologii, a z wykształcenia jestem lekarzem endokrynologiem. W skład nowego Zespołu Redakcyjnego Folia Medica Lodziensia wchodzą moi współpracownicy mgr Karolina Beda-Maluga i mgr Jacek Świętosławski, który w ciągu ostatnich 15 lat przygotowywał do druku większość zeszytów Czasopisma. Do współpracy zaprosiłam równieŝ znakomitego kardiologa, kierownika Zakładu Elektrokardiologii Katedry Kardiologii i Kardiochirurgii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi - Dr hab. n. med. Jerzego Krzysztofa Wranicza, któremu Zarząd ŁTN powierzył funkcje Zastępcy Redaktora. Jestem zaszczycona i bardzo wdzięczna, Ŝe funkcję Przewodniczącego Rady Naukowej Folia Medica Lodziensia zgodził się nadal pełnić, znany i wielce ceniony nie tylko w łódzkim środowisku naukowym, ale takŝe w kraju i poza jego granicami, Profesor Marek Pawlikowski - członek honorowy Łódzkiego Towarzystwa Naukowego i wieloletni członek Zarządu oraz przewodniczący Wydziału IV Nauk Medycznych ŁTN. Bardzo się cieszę, Ŝe do współpracy z nami przystąpiło wielu znakomitych naukowców i autorytetów w róŝnych dziedzinach medycyny. Doświadczenie i szeroka wiedza Członków Rady Naukowej będzie niezwykle pomocna w redagowaniu Czasopisma.

6 2 Zmiany w składzie osobowym Redakcji podyktowane zostały przez los, bowiem w lutym 2009 odszedł od nas po krótkiej, ale cięŝkiej chorobie Profesor Michał Karasek, które pełnił funkcję Redaktora Naczelnego FML od 1994 roku. Jako nowy Zespół Redakcyjny pragniemy kontynuować wieloletnią tradycję FML (pierwszy tom ukazał się w 1965 roku) - wydawnictwa środowiska medycznego skupionego wokół Łódzkiego Towarzystwa Naukowego. Mamy nadzieję, Ŝe w Folia Medica Lodziensia będą drukowane wartościowe i ciekawe prace oryginalne, a takŝe prace poglądowe autorstwa wybitnych specjalistów z róŝnych dziedzin nauk medycznych. Planujemy równieŝ kontynuować wydawanie, głównie w formie suplementów, rozpraw habilitacyjnych. Pragniemy dać szanse i zachęcić do publikacji prac w naszym Czasopiśmie młodych ludzi, którzy relatywnie niedawno rozpoczęli działalność naukową, a więc osoby przygotowujące się do obrony pracy doktorskiej, a takŝe członków studenckich kół naukowych. Oddajemy w ręce Czytelników pierwszy numer naszego Czasopisma wydany w 2010 roku i dedykowany pamięci Profesora Michała Karaska. Numer ten rozpoczynamy dwoma artykułami Wspomnieniami o Profesorze Michale Karasku napisanymi przez Profesora Marka Pawlikowskiego i Profesora Andrzeja Lewińskiego. Wiadomo, Ŝe głównym przedmiotem zainteresowań i badań Prof. Karaska była szyszynka i jej hormon - melatonina. Pierwszą pracę dotyczącą szyszynki opublikował juŝ w 1965 roku. Badania związane z szyszynką były podstawą Jego pracy doktorskiej, a takŝe rozprawy habilitacyjnej oraz tematem większości spośród 320 Jego publikacji. Profesor Michał Karasek był niekwestionowanym pionierem badań nad szyszynką i melatoniną w Polsce oraz międzynarodowym Autorytetem w tej dziedzinie. W związku z powyŝszym zeszyt poświęcony Jego pamięci prawie w całości dotyczy wielokierunkowego działania melatoniny. W bieŝącym numerze FML zostały zamieszczone publikacje autorstwa wybitnych Znawców tego tematu. Autorzy prac omówili w nich rolę melatoniny jako wielofunkcyjnej cząsteczki sygnałowej, antyoksydacyjne właściwości hormonu oraz znaczenie melatoniny

7 3 w układzie krąŝenia i przewodzie pokarmowym. Ponad pół wieku po odkryciu melatoniny przez Aarona Lernera, szczególnie interesującym, szeroko badanym i dyskutowanym zagadnieniem jest znaczenie kliniczne i właściwości lecznicze tego hormonu, które zostały w sposób szczegółowy i z uwzględnieniem najnowszych doniesień, przedstawione w pracy Prof. Andrzeja Lewińskiego i Prof. Małgorzaty Karbownik-Lewińskiej. Zainteresowania naukowe Profesora Karaska wiązały się takŝe z ultrastrukturą tkanek i wykorzystaniem mikroskopii elektronowej jako techniki badawczej. W tym miejscu naleŝy przypomnieć, Ŝe w Akademii Medycznej w Łodzi Prof. Karasek zorganizował od podstaw, a potem kierował przez prawie 30 lat Pracownią, a następnie Zakładem Mikroskopii Elektronowej. Wiele z Jego bardzo licznych publikacji dotyczy ultrastruktury szyszynki i wpływu róŝnych czynników na pinealocyty. Jako lekarz - endokrynolog zajmował się takŝe moŝliwością wykorzystania mikroskopii elektronowej w diagnostyce chorób gruczołów dokrewnych. W tym wydaniu znajdą więc Czytelnicy niezwykle ciekawy i posiadający waŝny aspekt kliniczny artykuł, autorstwa Dr Marii Maksymowicz i Prof. Włodzimierza Olszewskiego z Centrum Onkologii Instytutu im. Marii Curie-Skłodowskiej w Warszawie, dotyczący znaczenia mikroskopii elektronowej w diagnostyce gruczolaków przysadki. Na zakończenie w imieniu Redakcji Ŝyczę Państwu miłej lektury i mam nadzieję, Ŝe w tym wydaniu Folia Medica Lodziensia, podobnie jak w poprzednich numerach, znajdziecie Państwo wiele interesujących i cennych informacji. Katarzyna Winczyk

8 4 Profesor Michał Karasek ( )

9 Folia Medica Lodziensia, 2010, 37/1:5-9 Profesor Michał Karasek ( ) - Ŝycie i działalność naukowa MAREK PAWLIKOWSKI Zakład Neuroendokrynologii, Uniwersytet Medyczny w Łodzi W dniu 18 lutego 2009 roku zmarł Prof. Michał Karasek, wybitny morfolog i endokrynolog, członek rzeczywisty Wydziału IV Nauk Medycznych Łódzkiego Towarzystwa Naukowego oraz Redaktor Naczelny czasopisma Folia Medica Lodziensia. Michał Karasek urodził się w Łodzi 26 września 1937 roku. W 1960 roku ukończył Wydział Lekarski Akademii Medycznej w Łodzi. Stopień doktora nauk medycznych uzyskał w 1967 roku (miałem przyjemność i zaszczyt być Jego promotorem), a stopień doktora habilitowanego w 1973 roku. W 1988 roku otrzymał tytuł profesora. Pracę naukową i dydaktyczną Michał Karasek rozpoczął w Zakładzie Histologii i Embriologii swojej macierzystej Uczelni, następnie pracował w Zakładzie Histologii i Embriologii Wojskowej Akademii Medycznej ( ). Równolegle pracował jako lekarz endokrynolog w Wojewódzkiej Poradni Endokrynologicznej ( ). Później przez wiele lat ( ) kierował Pracownią, następnie Zakładem Mikroskopii Elektronowej Akademii Medycznej, afiliowanym kolejno do róŝnych jednostek organizacyjnych Uczelni (Ośrodek Naukowo-Badawczy, Katedra Onkologii, Katedra Patomorfologii). Przez wszystkie te lata blisko współpracował z Instytutem Endokrynologii Akademii Medycznej. Od roku 2004, aŝ do ostatnich dni swego Ŝycia, Prof. Karasek pełnił funkcję kierownika Zakładu Neuroendokrynologii Katedry Endokrynologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, a od roku 2000 takŝe funkcję Zastępcy Kierownika Kliniki Adres do korespondencji: Prof. Marek Pawlikowski; Zakład Neuroendokrynologii, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Łódź, Sterlinga 3, marek.pawlikowski@umed.lodz.pl

10 6 Profesor Michał Karasek ( ) - Ŝycie i działalność naukowa Endokrynologii i Chorób Metabolicznych Instytutu Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi. Przedmiotem szczególnego zainteresowania Prof. Michała Karaska były szyszynka i jej hormon melatonina. Badania nad tym mało wówczas znanym gruczołem podjął juŝ na początku lat sześćdziesiątych, niedługo potem, gdy odkrycie hormonu szyszynki melatoniny przez Lernera (1958) rozstrzygnęło wieloletni spór, czy jest ona gruczołem dokrewnym, czy teŝ jedynie narządem szczątkowym. Był niewątpliwym pionierem badań nad szyszynką w Polsce, autorem pierwszej polskiej monografii poświęconej temu narządowi [1]. Badaniom nad tym gruczołem dokrewnym poświęcona jest większość spośród ponad 300 publikacji naukowych Prof. Karaska. Był uznanym autorytetem światowym w badaniach szyszynki, współpracował niemal ze wszystkimi liczącymi się badaczami tego narządu na świecie, zwłaszcza z Russellem Reiterem, w którego Zakładzie w San Antonio (USA) odbył w latach jeden ze swoich licznych zagranicznych staŝy naukowych. Pierwsze badania Michała Karaska nad szyszynką dotyczyły ultrastruktury tego gruczołu. Jego zasługą w tym przedmiocie było zastosowanie analizy ilościowej elektronogramów, a takŝe wykazanie, Ŝe struktury submikroskopowe pinealocytów podlegają zmianom okołodobowym, będącym odbiciem okołodobowego rytmu biosyntezy i wydzielania melatoniny - patrz podsumowanie [2]. Ze znaczących osiągnięć z tego okresu wymienić naleŝy takŝe wykazanie zmian ultrastruktury szyszynki w wyniku niedoboru (hipofizektomia, dziedziczny hipopituitaryzm) i nadmiaru hormonów przysadkowych [3, 4]. Badania te pozwoliły na sformułowanie hipotezy o wzajemnych bezpośrednich powiązaniach czynnościowych między szyszynką a przednim płatem przysadki [5]. W późniejszym okresie Michał Karasek rozszerza tematykę swoich badań nad szyszynką takŝe na jej główny hormon - melatoninę. Bada jej działanie w róŝnych modelach eksperymentalnych, m.in. przeciwnowotworowe działanie melatoniny na komórki nowotworowe in vitro, wykazując m.in. udział tzw. jądrowego receptora melatoniny - RZR/ROR [6, 7]. Jest takŝe współautorem pionierskiej pracy określającej rolę melatoniny wytwarzanej lokalnie przez limfocyty w kontroli

11 Marek Pawlikowski 7 wydzielania niektórych cytokin [8]. Profesor Karasek badał takŝe wydzielanie melatoniny w róŝnych procesach chorobowych [9, 10], a takŝe zmiany jej wydzielania pod wpływem pola elektromagnetycznego [11, 12]. W ostatnim dziesięcioleciu Prof. Karasek rozszerzył swoje zainteresowania naukowe na neuroendokrynologię starzenia. Ogniwem łączącym tą tematykę z dotychczasowym głównym nurtem Jego badań były obserwacje dotyczące upośledzonego wydzielania melatoniny u ludzi w zaawansowanym wieku [13, 14]. Prof. Michał Karasek był redaktorem i autorem szeregu rozdziałów w dwóch obszernych monografiach poświęconych procesowi starzenia się [15, 16]. Profesor Karasek naleŝał do grona najliczniej cytowanych polskich uczonych z zakresu nauk biomedycznych, z liczbą 1593 cytowań Jego prac. Omawiając dorobek naukowy Prof. Michała Karaska, nie moŝna nie wspomnieć o nim jako autorze podręczników. Był współautorem trzech wydań powszechnie uŝywanego podręcznika histologii [17] oraz atlasu ultrastruktury tkanek i narządów [18]. Prof. Michał Karasek był członkiem, a takŝe zasiadał we władzach wielu towarzystw naukowych, krajowych i międzynarodowych, m.in. Polskiego Towarzystwa Endokrynologicznego - był sekretarzem Zarządu Głównego w latach , członkiem Zarządu Głównego w latach , przez wiele lat, aŝ do końca Ŝycia przewodniczył Sekcji Neuroendokrynologii PTE. Był takŝe członkiem załoŝycielem Polskiego Towarzystwa Neuroendokrynologii i od 2000 roku do końca Ŝycia członkiem Zarządu Głównego. Ponadto był członkiem Zarządu Głównego Europejskiego Towarzystwa Badań nad Szyszynką. Brał takŝe udział w radach redakcyjnych licznych naukowych czasopism krajowych i międzynarodowych. Oprócz wymienionej powyŝej funkcji redaktora naczelnego Folia Medica Lodziensia, był takŝe współredaktorem organu Polskiego Towarzystwa Endokrynologicznego Endokrynologia Polska oraz zastępcą redaktora naczelnego międzynarodowego czasopisma Neuroendocrinology Letters. Przez pewien czas był takŝe zastępca redaktora naczelnego międzynarodowego czasopisma naukowego poświęconego szyszynce - Journal of Pineal Research.

12 8 Profesor Michał Karasek ( ) - Ŝycie i działalność naukowa Za swoje osiągnięcia naukowe Profesor Karasek otrzymał szereg nagród i wyróŝnień, wśród których szczególnie naleŝy wymienić tytuł doktora honoris causa Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie (2001). Uzyskał takŝe wiele innych wyróŝnień naukowych, w tym nagrodę indywidualną Ministra Zdrowia w 1991 roku oraz nagrodę Łódzkie Eureka. Został takŝe odznaczony KrzyŜem Kawalerskim i Oficerskim Orderu Odrodzenia Polski. Polskie Towarzystwo Endokrynologiczne wyróŝniło go tytułem członka honorowego. Był człowiekiem Ŝyczliwym ludziom, miał licznych przyjaciół nie tylko w Polsce, lecz niemal na wszystkich kontynentach. WraŜliwy na piękno przyrody, wyraŝał to w fotografii artystycznej, która była Jego pozazawodową pasją. Piśmiennictwo 1. Karasek M. Szyszynka. PZWL: Warszawa, Karasek M, Reiter RJ. Functional morphology of the mammalian pineal gland. W: Monographs on pathology of laboratory animals, endocrine system, second edition (Jones TC, Capen CC, Mohr U. red.), Springer, Berlin, 1996; Karasek M, Bartke A, King TS, Hansen JT, Reiter RJ. Effects of hereditary hypopituitarism and ectopic pituitary transplants on pinealocytes of the mouse: a quantitative ultrastructural study. Endocrinology. 1982; 110: Karasek M, Bartke A, Hansen JT. Influence of prolactin on pinealocytes of the mouse with hereditary hypopituitarism: a quantitative ultrastructural study. Mol Cell Endocrinol. 1983; 29: Karasek M, Reiter RJ. A reciprocal relationship between the adenohypophysis and the pineal gland. Medical Hypotheses 1982; 9: Karasek M, Winczyk K, Kunert-Radek J, Wiesenberg I, Pawlikowski M. Antiproliferative effects of melatonin and CGP on the murine Colon 38 adenocarcinoma in vitro and in vivo. Neuroendocrinol Lett. 1998; 19: Winczyk K, Pawlikowski M, Karasek M. Melatonin and RZR/ROR receptor ligand CGP induce apoptosis in the murine colonic cancer. J Pineal Res. 2001, 31:

13 Marek Pawlikowski 9 8. Lardone PJ, Carrillo-Vico A, Naranjo MC, De Filipe B, Vallejo A, Karasek M i wsp. Melatonin synthesized by Jurkat human leukemic T cell line is implicated in IL-2 production. J Cell Physiol. 2006; 206: Karasek M, Pawlikowski M, Nowakowska-Jankiewicz B, Kołodziej-Maciejewska H, Zieleniewski J, Cieslak D i wsp. Circadian variations in plasma melatonin, FSH, LH, prolactin and testosterone levels in infertile men. J Pineal Res. 1990, 9: Karasek M, Kowalski AJ, Zylinska K. Serum melatonin circadian profile in women suffering from the genital tract cancers. Neuroendocrinol Lett. 2000, 21: Karasek M, Stawerska R, Hilczer M, Zylinska K, Lewinski A. Melatonin circadian rhythm in women with idiopathic hyperprolactinemia. Neuroendocrinol Lett. 2004; 25: Karasek M, Woldanska-Okonska M, Czemicki J, Zylinska K, Swietoslawski J. Chronic exposure to 2.9 mt, 40 Hz magnetic field reduces melatonin concentrations in humans. J Pineal Res. 1998, 25: Karasek M, Czernicki J, Woldanska-Okonska M, Zylinska K, Swietoslawski J. Chronic exposure to µt, 200 Hz magnetic field does not influence serum melatonin concentrations in patients with low back pain. J Pineal Res. 2000, 29: Karasek M, Reiter RJ. Melatonin and aging Neuroendocrinol Lett. 2002; 23(Suppl. 1): Karasek M. Melatonin and human aging and age-related diseases. W: Melatonin: Biological Basis of its Function in Health and Disease (Pandi-Perumal SR, Cardinali DP. red.), Georgestown: Landes Bioscience. 2006; Karasek M. (red.) Aging and Age-Related Diseases the Basics. Nova Science: New York, Karasek M. (red.) Medyczne aspekty starzenia się człowieka. ŁTN, Łódź, Pawlikowski T, Karasek M, Pawlikowski M. Podręcznik histologii, PZWL, Warszawa, wyd. III, Karasek M, Pawlikowski M. Atlas ultrastruktury tkanek i narządów. PZWL Warszawa 1979.

14 Folia Medica Lodziensia, 2010, 37/1:11-14 Profesor Michał Karasek starszy kolega, współpracownik i przyjaciel, nauczyciel Ŝyciowej roztropności ANDRZEJ LEWIŃSKI 1,2 1 Klinika Endokrynologii i Chorób Metabolicznych, Uniwersytet Medyczny w Łodzi 2 Klinika Endokrynologii i Chorób Metabolicznych, Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki, Łódź Profesora Michała Karaska znałem od ponad 34 lat, początkowo jako swojego nauczyciela, a zarazem przełoŝonego w pracy organizacyjnej nad Indywidualnym Tokiem Studiów w Akademii Medycznej w Łodzi (od 1975 roku), później jako promotora mojej pracy doktorskiej, a zarazem starszego Kolegę, któremu na początku swojej drogi akademickiej zawdzięczałem niemało, następnie jako współpracownika, z którym dzieliłem wiele wspólnych zainteresowań w pracy naukowej, m.in. zainteresowanie szyszynką, rytmami biologicznymi i zjawiskiem wzrostu tkanek. Ceniłem Jego bezpośredniość oraz chęć pomocy młodszym kolegom w przezwycięŝaniu trudności w pracy naukowej, podziwiałem Jego erudycję w zakresie zagadnień morfologii i endokrynologii oraz niezwykłą lekkość pióra, która umoŝliwiła Mu liczne publikacje, a ze względu na ich wartość naukową pozwoliła stać się jednym z najczęściej cytowanych polskich uczonych w naukach biomedycznych w ostatnim 40-leciu, Profesorem o ogromnym dorobku naukowym. Miał szerokie kontakty międzynarodowe, zwłaszcza w USA, Japonii, Holandii i Hiszpanii, które nierzadko wykorzystywał do promocji swoich młodszych współpracowników w działaniach naukowych, poprzez nawiązywanie współpracy, kierowanie na stypendia zagraniczne, etc. Był znakomitym psychologiem, negocjatorem, wręcz dyplomatą.

15 12 Profesor Michał Karasek starszy kolega, współpracownik i przyjaciel, nauczyciel Ŝyciowej roztropności To właśnie Jemu w niemałym stopniu zawdzięczałem swoje członkostwo w Zarządzie Głównym European Pineal Study Group (EPSG) ( ), gdzie kontynuowałem Jego wieloletnią wcześniejszą misję (był członkiem Zarządu przez kilka kadencji). Lata osiemdziesiąte i dziewięćdziesiąte ubiegłego wieku były zresztą okresem, w którym najczęściej wyjeŝdŝaliśmy wspólnie na wiele konferencji naukowych poświęconych szyszynce, organizowanych przez EPSG. WiąŜą się z tymi wyjazdami dla mnie i mojego zespołu najróŝniejsze miłe wspomnienia, dzisiaj juŝ nieco zatarte, zwłaszcza co do konkretnego miejsca pobytu na konferencji. PodróŜowaliśmy wspólnie (ja i/lub moi współpracownicy) z Prof. Michałem Karaskiem do Pecs, Erice-Trapani, Kopenhagi, Budapesztu kilka razy, Modeny, Sieny, Guilford, ParyŜa, Locarno, Sitges, Tours, a w kraju do Olsztyna, Bydgoszczy, Krakowa, Poznania, Szczecina, Lądka Zdroju i w inne miejsca. Organizowaliśmy takŝe konferencje w rodzinnej Łodzi. Z wyjazdów dalszych - najmilej wspominam chwile spędzone z Prof. Karaskiem w Stanach Zjednoczonych (Texas, 1982) oraz w Hongkongu (1988), choć w przypadku tego ostatniego wyjazdu nie obyło się bez scen humorystycznych, ale takŝe dramatycznych zdarzeń z Jego i moim udziałem. OtóŜ, były to czasy, w których - pomimo merytorycznej strony zaproszenia nas przez instytucję państwową w Hongkongu jako profesorów-ekspertów do wygłoszenia wykładów z dziedziny szyszynki podczas konferencji odbywającej się w superhotelu Marina Hotel, nadal jeszcze byliśmy traktowani w tym azjatyckim mieście (w owym czasie administrowanym przez Wlk. Brytanię) jako ludzie spoza Ŝelaznej kurtyny czy wręcz obywatele komunistycznego państwa i to pomimo, Ŝe czas i wydarzenia zapowiadały nadejście szybko postępujących przemian politycznych. Niestety, załatwiając róŝne formalności związane z wyjazdem, w tym wizę Hongkongu na pobyt kilkudniowy, nie wziąłem tego pod uwagę i nie wzbudziło mojego niepokoju, iŝ powrotny samolot do Polski mam zarezerwowany na czas oddalony o tydzień od wyjazdu i to nie bezpośrednio z Hongkongu, lecz z Pekinu w sąsiadujących Chinach Ludowych, a wizę Hongkongu mam udzieloną jedynie na cztery dni. Wydawało mi się oczywiste, Ŝe po moim zgłoszeniu się do Immigration Office

16 Andrzej Lewiński 13 w Hongkongu otrzymam dwudniowe przedłuŝenie wizy, aŝeby zaczekać na połączenie z Hongkongu do Pekinu, a stamtąd na połączenie LOT-em do Polski (w tamtych czasach - oczywiście samolotem IŁ62). śyłem w przeświadczeniu (jakŝe płonnym), Ŝe dla Hongkongu jestem zaproszonym zagranicznym profesorem (niemalŝe VIP-em). Niestety rzeczywistość okazała się inna, poniewaŝ uznano, Ŝe będąc obywatelem komunistycznego kraju jestem osobą niepoŝądaną w Hongkongu i Ŝadnego przedłuŝenia wizy nie otrzymam (bo niby w jakim celu?), nawet w sytuacji, kiedy zapraszający mnie Uniwersytet oferował dwudniowy pobyt za darmo w ich hotelu asystenckim. Zatem, zmuszony zostałem do opuszczenia Hongkongu i przemieszczenia się na teren Chin Ludowych, tj. państwa, które jakkolwiek takŝe komunistyczne, od obywateli polskich wymagało posiadania waŝnej wizy, z wyjątkiem pobytów tranzytowych, tj. połączeń z przesiadką i krótkim kilkugodzinnym oczekiwaniem na lotnisku w Pekinie. W tej dramatycznej podróŝy towarzyszył mi Prof. Michał Karasek, który - w odróŝnieniu ode mnie - wszystkie formalności miał załatwione właściwie i na czas, tj. po opuszczeniu Hongkongu, gdzie nie musiał na nic czekać i o nic prosić, przesiadał się w Pekinie na samolot do Europy odlatujący o dwa dni wcześniej niŝ mój, a konkretnie leciał liniami NRD (Interflug) do Berlina Wschodniego, na lotnisko Schoenefeld. Zaznaczyć trzeba, Ŝe połączenia Pekinu z Europą w przypadku kaŝdych linii z krajów bloku wschodniego odbywały się raz na tydzień. Czekał mnie zatem dwudniowy nielegalny pobyt na lotnisku w Pekinie w oczekiwaniu na, jak wydawało się, jedyny moŝliwy samolot do Europy (powrót naszym rodzimym LOT-em). Oczywiście nie stać mnie było w owych czasach na doraźne przebukowanie biletu na jakiekolwiek dostępne linie zachodnie. Pobyt nielegalny na lotnisku w Pekinie rysował się jako perspektywa niepewna i wysoce ryzykowna. JuŜ samo wniknięcie (z samolotu przylatującego z Hongkongu) na lotnisko w Pekinie bez waŝnej wizy w paszporcie, co uczyniłem dla zmylenia przeciwnika i ze strachu przez przejście dla dyplomatów, kosztowało mnie wiele nerwów. Skończyło się na następującym dialogu z Ŝołnierzem chińskiej straŝy granicznej: Diplomat? Yes, diplomat

17 14 Profesor Michał Karasek starszy kolega, współpracownik i przyjaciel, nauczyciel Ŝyciowej roztropności (nawet nie zajrzał do mojego paszportu, a dokument zwrócił i wpuścił do Chin). I tu chciałem wreszcie opisać mistrzostwo sytuacyjne Prof. Karaska, który uznał, Ŝe jedyną szansą na wydostanie mnie z tej matni jest złoŝenie oświadczenia odpowiednim przedstawicielom linii lotniczych Interflug, iŝ jestem pacjentem cięŝko chorym na serce, który z powodu zaostrzenia stanu klinicznego musi natychmiast wracać na ojczyzny łono, a to ze względu na wysoce niepewną prognozę. Tylko takie przedstawienie sytuacji mogło spowodować, iŝ nieczuli na sentymenty Niemcy, traktując mnie jako cięŝko chorego, wzięli mnie na pokład swojego samolotu do Berlina właściwie bez biletu albowiem w tamtych czasach nie było Ŝadnych umów między liniami i bilety lotnicze były generalnie not endorsable. Do samolotu byłem niesiony na noszach (pomagał w tym Michał). Po powrocie do kraju byliśmy obaj wykończeni nerwowo, tym niemniej tej przyjacielskiej, aczkolwiek ryzykownej pomocy, której udzielił mi Profesor Michał Karasek, nigdy nie zapomnę. Michał Karasek był zwolennikiem i propagatorem zdrowego stylu Ŝycia we wszystkich znaczeniach tego pojęcia (dieta, turystyka, sport, praca, wypoczynek, harmonia Ŝycia, etc.). Z punktu widzenia rozumowania czysto ludzkiego, w Ŝadnym wypadku to nie On powinien być kandydatem do zachorowania na tak cięŝką chorobę i do naraŝenia na związane z nią cierpienie. MoŜna by powiedzieć, Ŝe Jego odejście niespodziewane i niesprawiedliwe, burzy wymowę dydaktyczną jakichkolwiek rozwaŝań o zaletach profilaktyki róŝnych chorób i korzyściach z niej wynikających. Andrzej Lewiński

18 Folia Medica Lodziensia, 2010, 37/1:15-55 Melatonina, wielofunkcyjna cząsteczka sygnałowa w organizmie ssaka: miejsca biosyntezy, funkcje, mechanizmy działania Melatonin, multifunctional signal molecule in mammals: origin, functions, mechanisms of action KRYSTYNA SKWARŁO-SOŃTA, PAWEŁ MAJEWSKI Zakład Fizjologii Zwierząt, Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego Streszczenie: Szyszynka ssaków produkuje i wydziela do krwi melatoninę (MEL) w rytmie dobowym, którego cechą charakterystyczną jest wysoki poziom w nocy niski w dzień, a czas nocnej syntezy zaleŝy od warunków świetlnych otoczenia. Dzięki temu MEL synchronizuje wiele procesów fizjologicznych przebiegających rytmicznie, a jako chemiczny sygnał ciemności przekazuje gatunkom o aktywności dziennej (w tym ludziom) informację o rozpoczęciu pory snu. Gatunki aktywne w nocy inaczej interpretują sygnał melatoninowy. Dla zwierząt rozmnaŝających się sezonowo informacja niesiona przez MEL stanowi sygnał do takiej synchronizacji funkcji rozrodczych z warunkami klimatycznymi, aby potomstwo mogło pojawić się w optymalnym momencie. Melatonina powstaje takŝe pozaszyszynkowo, np. w układzie pokarmowym, gdzie pełni funkcje ochronne, związane z aktywnym zmiataniem wolnych rodników i właściwościami antyoksydacyjnymi. Jako cząsteczka amfifilowa moŝe przekraczać bariery biologiczne, dlatego swoje efekty moŝe wywierać za pośrednictwem wielu róŝnych mechanizmów takich jak: wiązanie z receptorami błonowymi i jądrowymi, białkami cytozolowymi, stabilizowanie błony mitochondrialnej. MEL wykazuje działanie immunomodulacyjne, zaleŝne od wielu czynników, choć zasadniczo wydaje się być czynnikiem wspomagającym odporność, a aktywowane komórki odpornościowe takŝe syntetyzują MEL działającą auto- i parakrynowo. Dzięki właściwościom antyoksydacyjnym pełni istotną rolę przeciwzapalną, z kolei toczący się proces zapalny moduluje aktywność biosyntetyczną szyszynki, dostosowując je do aktualnych warunków w organizmie. Słowa kluczowe: szyszynka, melatonina, receptory, rytm dobowy, przekaźnictwo sygnału, immunomodulacja, zapalenie. Adres do korespondencji: Prof. Krystyna Skwarło-Sońta kss@biol.uw.edu.pl; Dr Paweł Majewski pmajew@biol.uw.edu.pl; Zakład Fizjologii Zwierząt, Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, ul. Miecznikowa 1, tel: , fax:

19 16 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania Abstract: Methoxyindole hormone - melatonin (MEL) is produced and released by the mammalian pineal gland in a circadian rhythm exhibiting a low level during the day and an elevation at night, strictly dependent on the environmental lighting conditions. The main MEL function is, therefore, to synchronize diurnal rhythms of several physiological processes and for the diurnally active species (including humans) it gives information on the beginning of sleepiness. For the nocturnal species, however, elevated MEL level serves as a signal to start locomotor and feeding activity. In seasonal breeders the pineal gland function synchronizes the time of gonadal development and sexual activity with the external conditions in a way that progeny appears in the optimal climatic moment. MEL is produced also extrapineally, e.g. in the gastro-intestinal tract and bone marrow, where it exerts a protective effect due to its activity as an antioxidant and a potent free radical scavenger. Being both lipid and water soluble, MEL is able to cross biological barriers and, therefore, it uses several cellular mechanism to exert its physiological activity, including membrane and nuclear receptors, proteins of the cytoskeleton, mitochondrial membrane stabilization. MEL is also involved in immunomodulation, the effects are different and dependent on numerous factors, nevertheless, its immunostimulatory activity is generally well accepted. Additionally, activated immune cells are able to produce MEL acting in an auto- and paracrine way. As an efficient antioxidant MEL exerts the anti-inflammatory effect, which, reciprocally, modulates the pineal gland biosynthetic activity adapting it to temporary endogenous conditions. Key words: pineal gland, melatonin, receptors, circadian rhythm, signal transduction, immunomodulation, inflammation.

20 Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski 17 Spis skrótów stosowanych w pracy AA-NAT - arylo-alkilo-amino-n-acetylo transferaza serotoninowa ADCC - cytotoksyczność zaleŝna od przeciwciał AFMK - N1-acetylo-N2-formylo-5-metoksykynuramina AMK - N1-acetylo-5-metoksykynuramina amt6s - 6-sulfatoksymelatonina ATP - adenozynotrifosforan CaM - kalmodulina camp - 3'-5'-cykliczny adenozynomonofosforan CaR - kalretikulina CCK - cholecystokinina cgmp - cykliczny guanozynomonofosforan CREB - białko wiąŝące się z elementem odpowiedzi na camp MEL - melatonina CSF - płyn mózgowo-rdzeniowy EC - komórki nabłonka grasicy ER - siateczka śródplazmatyczna GABA - kwas γ-aminomasłowy GIT - przewód pokarmowy GM-CFU - komórki prekursorowe linii mieloidalnej GnRH - podwzgórzowy hormon uwalniający gonadotropiny GR - glukokortykoidy HIOMT - transferaza hydroksyindolo-o-metylowa HPG - oś podwzgórze-przysadka-gonady IFN-γ - interferon γ IL-1β - interleukina 1β IL-2 - interleukina 2 IL-6 - interleukina 6 IL-10 - interleukina 10 IL-12 - interleukina 12 inos - indukowalna syntaza tlenku azotu iprgc - subpopulacja wraŝliwych na światło komórek zwojowych siatkówki IP3 - trifosforan inozytolu LH - przysadkowy hormon luteinizujący

21 18 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania LiB - limfocyty B LiT - limfocyty T LPS - lipopolisacharyd MIIO - endogenne opioidy indukowane przez melatoninę Mo - monocyty mtptp - por w błonie mitochondrialnej N - granulocyty obojętnochłonne (neutrofile) NA - noradrenalia NF-κB - czynnik transkrypcyjny NK - komórki (ang. Natural Killer) naturalni zabójcy nnos - mózgowa syntaza tlenku azotu NO - tlenek azotu NPY - neuropeptyd Y OUN - ośrodkowy układ nerwowy, PACAP - peptyd aktywujący cyklazę adenylową przysadki PBMC - komórki jednojądrzaste krwi obwodowej PET - pozytonowa tomografia emisyjna PGE2 - prostaglandyna E2 PHA - fitohemaglutynina PKA - kinaza białkowa A PKC - kinaza białkowa C PVN - jądra przykomorowe podwzgórza P2Y1 - receptor purynergiczny RHT - szlak siatkówkowo-podwzgórzowy ROR, RZR - jądrowe receptory sieroce ROS - wolne rodniki tlenowe SCN - jądra nadskrzyŝowaniowe podwzgórza T - tymocyty TGF-β - transformujący czynnik wzrostu β Th1 - limfocyty T zaangaŝowane w odpowiedz immunologiczną typu Th1 TNF-α, - czynnik nekrozy nowotworów VIP - wazoaktywny peptyd jelitowy 5-HT - serotonina

22 Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski 19 Wstęp Szyszynka (łac. glandula pinealis), nieparzysty gruczoł neuroendokrynowy zlokalizowany w ścianie trzeciej komory mózgu, z racji połoŝenia w szczytowej części głowy człowieka i prawie wszystkich kręgowców, od zawsze przyciągała uwagę uczonych. Byli nimi zarówno przyrodnicy, medycy i filozofowie jak i twórcy oraz wyznawcy wielu systemów religijnych, lokalizujących w niej szczególne moce i właściwości. Prawie zawsze szczególna domniemana rola szyszynki wiązała się z szeroko rozumianymi kontaktami jej nosiciela, człowieka i zwierzęcia, ze światem zewnętrznym. Szczytowym wyrazem tych intuicyjnych przypuszczeń był zaproponowany przez wybitnego XVII-wiecznego filozofa francuskiego Kartezjusza schemat, ilustrujący hipotetyczną drogę światła od oczu do szyszynki (w której uczony dodatkowo umieścił siedlisko duszy). Dziś wiemy, Ŝe szyszynka odbiera nie tylko informację o warunkach świetlnych środowiska zewnętrznego, ale jako jeden z narządów okołokomorowych o rozluźnionej barierze krew-mózg, moŝe otrzymywać takŝe informacje chemiczne, pochodzące zarówno z krwi jak i z płynu mózgowordzeniowego (CSF). Jednak szybki rozwój wiedzy o funkcji szyszynki zaczął się dopiero w latach 60. XX wieku, od momentu zidentyfikowania przez Aarona Lernera melatoniny (MEL), głównego produktu jej aktywności biosyntetycznej [1]. W gruncie rzeczy jest więc to zaledwie 50 lat, ale postęp w zakresie stanu wiedzy o szyszynce i MEL, jaki nastąpił w tym czasie, jest znaczący i ciągle przynosi nowe odkrycia. MoŜna zatem zgodzić się z obiegowym w fizjologii określeniem, Ŝe jest to najstarszy gruczoł neuroendokrynowy z najkrótszą historią naukową. Odbiór informacji świetlnej przez szyszynkę ssaka Intensywnie prowadzone w ubiegłym stuleciu badania morfologiczne i ultrastrukturalne [2] ujawniły szereg właściwości pinealocytów, głównych

23 20 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania komórek budujących gruczoł szyszynkowy, z których najwaŝniejsza wydaje się być bezpośrednia wraŝliwość na światło, charakterystyczna dla szyszynek kręgowców niŝszych (ryby, płazy) i jej utrata przez pinealocyty ssaków [3]. JednakŜe i do nich, choć nie bezpośrednio, dociera informacja o warunkach świetlnych otoczenia, która jest dostarczana skomplikowanymi drogami nerwowymi, daleko bardziej złoŝonymi od tych, jakie w swoim przeczuciu wytyczył Kartezjusz. Co więcej, reminiscencje tej utraconej zdolności reagowania na światło odnajdujemy w pinealocytach ssaków w postaci mechanizmów biochemicznych, związanych z transdukcją informacji świetlnej. Szczególną pozycję zajmują gady i ptaki, których szyszynki obficie unerwione adrenergicznie, odbierają informację środowiskową drogą nerwową, mając zarazem zdolność bezpośredniego reagowania na światło, docierające do nich przez stosunkowo cienkie kości czaszki [4]. U ssaków biosyntezę MEL szyszynkowej reguluje główny oscylator okołodobowy czyli nadrzędny zegar biologiczny (ang. master clock), zlokalizowany w jądrach nadskrzyŝowaniowych podwzgórza (ang. suprachiasmatici nuclei, SCN). Jego spontaniczna aktywność elektryczna, wysoka w ciągu dnia i niska w nocy, podlega synchronizacji z zewnętrznymi warunkami oświetleniowymi pod wpływem informacji środowiskowych, docierających tu szlakiem siatkówkowo-podwzgórzowym (ang. retino-hypothalamic tract, RHT). Przez wiele lat uwaŝano, Ŝe do synchronizacji rytmów dobowych SCN niezbędne są indukowane światłem przekształcenia molekularne w światłoczułych czopkach i pręcikach siatkówki, inicjujące proces widzenia. Gromadziły się jednak dowody wskazujące na to, Ŝe nawet znaczne uszkodzenie fotoreceptorów siatkówkowych nie chroni, zarówno doświadczalnych zwierząt laboratoryjnych jak i osób z pewnymi typami ociemniałości, przed hamowaniem nocnej syntezy MEL pod wpływem wystarczająco silnych pulsów światła zastosowanych w ciemności [5]. Doprowadziło to w ostatniej dekadzie do wykrycia w siatkówce ssaków, obok klasycznych fotoreceptorów, takŝe niewielkiej subpopulacji wraŝliwych na światło komórek zwojowych (ang. intrinsically photoreceptive retinal ganglion cells, iprgc). Komórki te, w odróŝnieniu

24 Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski 21 od pozostałych komórek zwojowych siatkówki, pod wpływem światła ulegają depolaryzacji nawet wówczas, gdy czopki i pręciki są zablokowane [6]. Te wyjątkowe komórki zwojowe średniej wielkości, z charakterystycznym układem dendrytów i aksonem docierającym do SCN, są z rzadka rozmieszczone na powierzchni siatkówki, a na światło reagują niezwykle powolną, toniczną odpowiedzią depolaryzacyjną. Pełnią one funkcje pierwotnych receptorów, zaangaŝowanych w synchronizację zegara SCN ze środowiskowymi warunkami świetlnymi. Występujące w nich białko fotorecepcyjne, melanopsyna, naleŝy do rodziny opsyn niekanonicznych, bo nie zaangaŝowanych w proces widzenia (ang. non-visual). Melanopsyna pełni zarazem funkcję fotoizomerazy, przekształcającej obecny takŝe w tych komórkach chromoforowy całkowicie trans retinal w izomer 11-cis, niezbędny do aktywacji kaskady transdukcji sygnału świetlnego [7]. Nie tylko liczba tych komórek jest niewielka (< 2% całej populacji komórek siatkówki u gryzoni laboratoryjnych), ale takŝe tylko pewna długość fali świetlnej pobudza melanopsynę, wpływając w ten sposób na rytm dobowy i produkcję MEL szyszynkowej. Melanopsyna jest wraŝliwa na światło niebieskie o długości fali ok nm, a więc takie, którego dostarcza słońce i większość sztucznych źródeł światła. Oznacza to, Ŝe ekspozycja w nocy na wystarczająco intensywne oświetlenie pobudza melanopsynę w iprgc, uruchamiając cały szlak informacyjny, prowadząc do obniŝenia syntezy MEL szyszynkowej oraz wszystkich tego konsekwencji fizjologicznych w postaci zaburzeń rytmu dobowego (ang. chronodisruption) [5]. Droga nerwowa, prowadząca u ssaków od oka do szyszynki nie jest tak prosta, jak to sobie wyobraŝał Kartezjusz [ryc. 1A]. Rozpoczyna się w opisanych powyŝej komórkach iprgc, skąd szlak RHT prowadzi do jąder SCN, w których zlokalizowany jest centralny zegar okołodobowy. Włókna nerwowe opuszczające SCN przechodzą przez jądra przykomorowe (paraventricular nuclei, PVN), przyśrodkową wiązkę przodomózgowia, twór siatkowaty, pokrywę międzymózgowia i docierają do jąder pośrednio-bocznych rdzenia kręgowego, skąd wychodzą przedzwojowe włókna współczulne

25 22 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania unerwiające zwoje szyjne górne. Zazwojowe włókna współczulne kończą się w pobliŝu pinealocytów i uwalniają noradrenalinę (NA), regulującą syntezę MEL [8]. Ryc. 1. Droga informacji świetlnej od siatkówki do szyszynki (A) i jej wpływ na biosyntezę melatoniny u ssaków (B). SCN - jądra nadskrzyŝowaniowe podwzgórza, RHT - szlak siatkówkowo-podwzgórzowy, PVN - jądra przykomorowe, SCG - zwoje szyjne górne, NA noradrenalina, TPH1 hydroksylaza tryptofanu 1, AADC - dekarboksylaza L-aminokwasów aromatycznych, AA-NAT - aryloalkilo-amino-n-acetylo transferaza serotoninowa, HIOMT - transferaza hydroksyindolo-o-metylowa, AC - cyklaza adenylanowa, α 1 i β 1 receptory adrenergiczne, P2Y1 receptor purynergiczny. Fig. 1. Information pathway from the retina to the pineal gland (A) and its effect on the melatonin biosynthesis in mammals (B). SCN suprahiasmaticus nucleus, RHT retinohypothalamic tract, PVN paraventricular nucleus, SCG superior cervical ganglion, NA noradrenaline, TPH1 tryptophan hydroxylase 1, AADC aromatic amino acid decarboxylase, AA-NAT Arylalkilamine-N-Acetyltransferase, HIOMT hydroxyindole-o-methyl transferase, AC adenyl cyclase, α 1 i β 1 adrenergic receptors, P2Y1 - purinergic receptor.

26 Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski 23 Noradrenalina uwalniana u ssaków w ciemności, wiąŝąc się z błonowymi receptorami β 1 -adrenergicznymi pinealocytów aktywuje cyklazę adenylanową, co prowadzi do wzrostu syntezy MEL [ryc. 1B]. To działanie NA jest wzmacniane przez jej wiązanie z obecnymi tam mniej licznymi receptorami α 1 -adrenergicznymi, których pobudzenie skutkuje wzrostem wewnątrzkomórkowego stęŝenia Ca 2+ i aktywacją kinazy białkowej C (PKC). W fazie jasnej fotoperiodu wysoka aktywność elektryczna SCN hamuje wydzielanie NA, natomiast w ciemności (w skotofazie) niska aktywność SCN sprawia, Ŝe wzrastające wydzielanie NA stymuluje syntezę MEL szyszynkowej. Oprócz dróg współczulnych inicjujących syntezę MEL, aktywność szyszynki modulują projekcje nerwowe z centralnych obszarów mózgu. Biorą w tym udział róŝne neurotransmitery, takie jak glutaminian, GABA, acetylocholina, ATP, VIP, PACAP, NPY i substancja P. Powstała MEL nie jest magazynowana w szyszynce, ale dyfunduje natychmiast do naczyń włosowatych i płynu mózgowo-rdzeniowego [9]. Wydzielanie MEL jest zatem zsynchronizowane z cyklami światła i ciemności, osiągając w krwi młodych osób wartości od ok. 10 pg/ml w dzień do ok. 200 pg/ml w nocnym szczycie. Biosynteza melatoniny, jej regulacja i metabolizm Inspiracją do poszukiwania w szyszynce aktywnej biologicznie substancji były poczynione jeszcze w latach 20. ubiegłego wieku obserwacje, iŝ pod wpływem homogenatu szyszynki skóra ryb rozjaśnia się, a ekspozycja zwierząt na światło cofa ten efekt. Lekarz-dermatolog Aaron Lerner spodziewał się znaleźć w szyszynce związek naturalny, działający w podobny sposób na skórę ludzi. Wyizolowana z szyszynki i nazwana melatoniną (od greckich słów oznaczających skupianie melanoforów) cząsteczka o budowie metoksyindolu zrobiła karierę w wielu dziedzinach fizjologii [1], ale zawiodła oczekiwania odkrywcy. MoŜna jednak sądzić, Ŝe liczne inne funkcje MEL, w których odkryciu i badaniu przez wiele lat Lerner uczestniczył osobiście (zmarł

27 24 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania w podeszłym wieku w roku 2006 [10]), zrekompensowały temu wielkiemu uczonemu brak spodziewanych efektów rozjaśniania skóry u ludzi. Substratem do biosyntezy MEL jest pochodzący z pokarmu aminokwas tryptofan, który w dwu kolejnych reakcjach (hydroksylacji i dekarboksy- lacji) zostaje przekształcony w serotoninę (5-hydroksytryptamina, 5-HT). Z serotoniny MEL powstaje w wyniku kolejnego działania dwu enzymów: arylo-alkilo-amino-n-acetylotransferazy serotoninowej (AA-NAT) i transferazy hydroksyindolo-o-metylowej (HIOMT) [ryc. 1B]. Transkrypcja genu i/lub aktywność enzymu AA-NAT są precyzyjnie regulowane przez NA, działającą u ssaków za pośrednictwem receptorów β 1 -adrenergicznych i wewnątrzkomórkową ścieŝkę regulacyjną: camp kinaza białkowa PKA CREB (ang. camp response element binding). Jest modulowana takŝe przez inne receptory, które uruchamiają szlak Ca 2+ /PKC, takie jak adrenergiczne α 1 i P2Y1 purynergiczne, bowiem ATP jest wspólnie z NA uwalniany przez aktywowane neurony współczulne (unerwiające np. szyszynkę szczura) [11]. Regulacja syntezy MEL jest złoŝonym mechanizmem, obejmującym takŝe aktywację AA-NAT przez fosforylację zaleŝną od camp oraz jej stabilizację przez białko Podlega ona takŝe regulacji zwrotnej pod wpływem zaleŝnego od camp indukowanego wczesnego represora 3,5 -camp oraz przez zaleŝne od Ca 2+ powstawanie antagonistycznego modulatora [12]. Wydzielona do krwi MEL jest metabolizowana głównie w wątrobie, gdzie najpierw podlega hydroksylacji w pozycji C6 przy udziale monooksygenaz cytochromowych P450, a następnie jest sulfonowana i wydalana głównie w postaci 6-sulfatoksymelatoniny (amt6s). Bardzo małe jej ilości są sprzęgane z kwasem glukuronowym, bywa takŝe poddawana demetylacji, przechodząc w prekursorową cząsteczkę N-acetyloserotoniny. Enzymatyczne przekształcenia MEL w innych tkankach są zróŝnicowane, np. tkanki pochodzenia nerwowego, łącznie z szyszynką i siatkówką, zawierają enzymy deacetylujące MEL do 5-metoksytryptaminy [12]. Śladowe ilości MEL usuwane są z moczem w postaci niezmienionej [13]. MEL jest metabolizowana takŝe nieenzymatycznie we wszystkich komórkach i pozakomórkowo pod wpływem wolnych

28 Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski 25 rodników i innych utleniaczy. Po zneutralizowaniu dwóch rodników hydroksylowych (OH*) przekształca się w cykliczną 3-OH-MEL, zaś w mózgu znaczne jej ilości są metabolizowane do pochodnych kynuraminowych, które takŝe mają aktywność antywolnorodnikową. Są to: N1-acetylo-N2-formylo-5- metoksykynuramina (AFMK) i w mniejszym stopniu N1-acetylo-5-metoksykynuramina (AMK) [14]. Wbrew początkowym doniesieniom, Ŝe prawie cała syntetyzowana przez szyszynkę MEL ulega enzymatycznemu rozkładowi w wątrobie, obecnie wiadomo, Ŝe ok. 30% ogólnej degradacji MEL odbywa się przez otwarcie pierścienia pirolowego i wytworzenie pochodnej kynuraminowej, AFMK [12]. W niektórych tkankach pozawątrobowych proces ten jest nawet bardziej intensywny, bowiem przy niskiej aktywności monooksygenazy P450 powstają małe ilości amt6s, a głównym produktem utleniania MEL staje się AFMK. Kynuraminowy szlak metabolizmu MEL obejmuje powstawanie serii zmiataczy wolnych rodników: MEL cykliczna 3-OH-MEL AFMK AMK, a przekształcenie MEL AFMK jest związane z inaktywacją nawet czterech wolnych rodników. Kompletna kaskada przekształceń ma jednak miejsce jedynie w warunkach powstawania znacznych ilości rodnika OH*; w innych przypadkach procesy wolnorodnikowe kończą się na AFMK, a jej przekształcenie w AMK ma charakter enzymatyczny. Pozaszyszynkowa synteza melatoniny Powszechność występowania MEL w świecie oŝywionym sugeruje, Ŝe jest to jedna z najstarszych cząsteczek sygnałowych na Ziemi [8]. Wykryto ją we wszystkich głównych jednostkach taksonomicznych, łącznie z bakteriami i jednokomórkowymi eukariota. Występuje u bezkręgowców i kręgowców, a takŝe w róŝnych częściach roślin, takich jak: korzenie, stoŝek wzrostu, kwiaty czy nasiona. W niektórych roślinach MEL występuje szczególnie obficie. Do chwili obecnej wykryto ją w ponad 20 gatunkach roślin jednoi dwuliściennych, a w ziołach uŝywanych w chińskiej medycynie jej zawartość

29 26 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania bywa ogromna, od 10 do ok ng/g suchej masy. Jest znamienne, Ŝe te zioła, które w tradycyjnej medycynie chińskiej stosowano jako skutecznie opóźniające proces starzenia i w leczeniu chorób związanych z powstawaniem wolnych rodników, odznaczają się znaczną zawartością MEL [12]. Chroni ona przede wszystkim same rośliny przed uszkodzeniami oksydacyjnymi i niekorzystnymi czynnikami środowiskowymi, moŝe takŝe pełnić podobną funkcję u spoŝywających je osób. Z kolei MEL znajdująca się w nasionach przypuszczalnie dostarcza ochrony zarodkowi, pozostającemu w bardziej lub mniej suchym środowisku, w którym enzymy antyoksydacyjne nie mogą skutecznie działać ani podlegać aktywacji. Dlatego waŝna staje się rola niewielkiej cząsteczki MEL jako skutecznego antyoksydanta, co znajduje potwierdzenie w fakcie wykrywania wysokiej zawartości MEL takŝe w ziołach oraz innych roślinach regionu alpejskiego i śródziemnomorskiego. Rośliny te, naraŝone na skrajne temperatury i promieniowanie UV o znacznej intensywności, mogą wykorzystywać właściwości antyoksydacyjne MEL do ochrony przed uszkodzeniami wywołanymi przez te czynniki. Podobnie jak zioła uŝywane w medycynie chińskiej, znajdują takŝe zastosowanie w medycynie niekonwencjonalnej [15]. U kręgowców głównym miejscem syntezy MEL jest szyszynka, ale jako pochodna innej wszechobecnej cząsteczki, serotoniny (5-HT), powstaje równieŝ w innych narządach i komórkach, takich jak: siatkówka, szpik kostny, przewód pokarmowy, skóra, płytki krwi czy limfocyty [16-21]. O ile jednak synteza i wydzielanie MEL przez szyszynkę są zsynchronizowane z cyklami światła i ciemności, a jej rytm znika po pinealektomii, to synteza pozaszyszynkowa moŝe mieć charakter konstytutywny lub indukowany i nie przyczynia się do kształtowania mierzonego w krwi rytmu dobowego. Oznacza to, Ŝe ta część MEL nie słuŝy zwierzęciu jako chemiczny sygnał ciemności, bowiem do synchronizacji rytmu dobowego wielu procesów w organizmie najwyraźniej wystarczają działające drogą endokrynową te stosunkowo niewielkie jej ilości, które produkuje szyszynka. Natomiast MEL pochodzenia pozaszyszynkowego jest odpowiedzialna za, bardzo znaczny niekiedy, lokalny wzrost stęŝenia i działa na miejscu (intra-, auto- i parakrynowo) jako lokalny przeciw-

30 Krystyna Skwarło-Sońta, Paweł Majewski 27 utleniacz i przeciwzapalny czynnik, chroniący przed stresem oksydacyjnym, infekcjami, toksynami, pasoŝytami i innymi zagroŝeniami [22]. Na przykład: produkcja MEL w przewodzie pokarmowym (ang. gastro-intestinal tract, GIT) jest nierytmicznie konstytutywna, jej źródłem są przypuszczalnie bogate w 5-HT komórki enterochromafinowe śluzówki i wydaje się pełnić rolę w ochronie śluzówki Ŝołądka przed kwaśnym środowiskiem. Jej poziom w jelicie cienkim człowieka przekracza 500 pg/ml, natomiast w osoczu maksimum nocne osiąga pg/ml [23]. Z kolei dobrym przykładem indukowanej syntezy MEL są komórki immunokompetentne, bowiem np. aktywacja mono- i wielojądrzastych komórek krwi i siary (ang. colostrum) ludzi i szczurów indukuje syntezę MEL. Fagocyty siary produkują MEL wyłącznie pod wpływem czynnika uszkadzającego, a czasowy profil produkcji MEL idzie w ślad za fagocytozą i zabijaniem bakterii (tj. synteza MEL kończy się po sfagocytowaniu bakterii [24]). Rola MEL w układzie odpornościowym zostanie szczegółowo omówiona w dalszej części tego opracowania. Melatonina jest znakomicie rozpuszczalna w tłuszczach, gorzej w wodzie (współczynnik podziału oktanol: woda wynosi ok. 13), co jej znacznie ułatwia przekraczanie barier biologicznych. Dlatego po uwolnieniu do krąŝenia łatwo przenika do płynów ustrojowych, tkanek i przedziałów komórkowych (ślina, mocz, CSF, Ŝółć, pęcherzyki przedowulacyjne, nasienie, płyn owodniowy, mleko). PoniewaŜ nie jest magazynowana w szyszynce, to jej poziom w osoczu w pełni odzwierciedla aktywność biosyntetyczną gruczołu. Jej biosynteza i wydzielanie ma miejsce w nocy; u ludzi, zaleŝnie od chronotypu, osiąga maksimum ok. 3-4 nad ranem, zaś poziom dzienny jest niewykrywalny lub bardzo niski u osób nieaktywnych fizycznie. Amplituda rytmu MEL w krwi ludzi jest bardzo wysoka i zaliczana do najlepiej wyraŝonych rytmów hormonalnych (nawet bardziej wyrazista niŝ rytm kortyzolu). Jeśli zaś oznaczenia MEL w krwi prowadzi się wystarczająco często (co min.), to wykrywa się pulsacyjne zmiany jej poziomu. Jak dotąd nie wiadomo, czy te krótkotrwałe wahania stęŝenia MEL mają jakikolwiek związek z fazami snu. Tempo nocnej produkcji MEL u człowieka, wyliczone na podstawie analizy

31 28 Melatonina u ssaków, funkcje i mechanizm działania seryjnych oznaczeń stęŝenia w osoczu waha się między 10 a 80 µg w ciągu nocy, co jest najniŝszą wartością dla sekrecji hormonów [8]. Melatonina w Ŝyciu człowieka Przekraczająca barierę łoŝyskową MEL stanowi jeden z pochodzących od matki sygnałów, synchronizujących zegar biologiczny płodu, a po porodzie wpływ taki wywiera MEL zawarta w mleku matki. Wyraźny rytm dobowy MEL kształtuje się u noworodka w ciągu 3-4 początkowych miesięcy Ŝycia, po czym jej poziom nocny wzrasta, osiągając najwyŝsze wartości w wieku 3-6 lat [25]. Ryc. 2. Kształtowanie się rytmu dobowego MEL u ludzi w okresie niemowlęcym (A) i jego zmiany związane z wiekiem (B). Rytm dobowy wyraŝony jest jako nocno/dzienny stosunek (względny poziom) zawartości metabolitu 6-sulfatoksy-melatoniny (amt6s) w moczu niemowląt (A) i względne stęŝenie MEL w osoczu (B) dzieci i osób dorosłych. Fig. 2. Development of the circadian rhythm of MEL in humans: during infancy (A) and subsequent age-related changes in adolescents and adults (B). Rhythmical changes are expressed as nocturnal/diurnal ratio (relative increase) of the 6-sulfatoxymelatonin (amt6s) content in urine (A) and relative serum MEL concentration (B).