Пинеалоциты являются основными клетками, содержащимися в шишковидной железе , расположенной позади третьего желудочка и между двумя полушариями мозга . Основной функцией пинеалоцитов является секреция гормона мелатонина , важного для регуляции циркадных ритмов . [1] У людей супрахиазматическое ядро гипоталамуса передает сообщение о темноте пинеалоцитам и, как следствие, контролирует цикл дня и ночи. [2] Было высказано предположение, что пинеалоциты происходят из фоторецепторных клеток . [3] [4] Исследования также показали снижение количества пинеалоцитов путем апоптоза по мере увеличения возраста организма. [5] Существует два различных типа пинеалоцитов, тип I и тип II, которые были классифицированы на основе определенных свойств, включая форму, наличие или отсутствие инфолдинга ядерной оболочки и состав цитоплазмы .
Пинеалоциты типа 1 также известны как светлые пинеалоциты, потому что они окрашиваются с низкой плотностью при просмотре под световым микроскопом и кажутся более светлыми для человеческого глаза. Эти клетки типа 1 были идентифицированы в ходе исследований как имеющие круглую или овальную форму и диаметр от 7 до 11 микрометров. [6] Пинеалоциты типа 1, как правило, более многочисленны как у детей, так и у взрослых, чем пинеалоциты типа 2. [6] Они также считаются более активными клетками из-за наличия определенного клеточного содержимого, включая высокую концентрацию митохондрий . [7] Другим открытием, согласующимся с пинеалоцитами типа 1, является увеличение количества лизосом и плотных гранул, присутствующих в клетках, по мере увеличения возраста организма, что, возможно, указывает на важность аутофагоцитоза в этих клетках. [6] Исследования также показали, что пинеалоциты типа 1 содержат нейромедиатор серотонин , который позже преобразуется в мелатонин , основной гормон, секретируемый шишковидной железой . [8]
Пинеалоциты типа 2 также известны как темные пинеалоциты, потому что они окрашиваются с высокой плотностью при просмотре под световым микроскопом и кажутся темнее для человеческого глаза. Как показали исследования и микроскопия, они представляют собой круглые, овальные или удлиненные клетки диаметром около 7–11,2 микрометров. [6] Ядро пинеалоцита типа 2 содержит множество складок, которые содержат большое количество грубого эндоплазматического ретикулума и рибосом . [6] В этих клетках типа 2 шишковидной железы также было обнаружено обилие ресничек и центриолей . [7] Уникальным для типа 2 является наличие вакуолей, содержащих 2 слоя мембраны. [7] Поскольку клетки типа 1 содержат серотонин , клетки типа 2 содержат мелатонин и, как полагают, имеют схожие характеристики с эндокринными и нейрональными клетками. [8]
Синаптические ленты — это органеллы, которые можно увидеть в пинеалоцитах с помощью электронной микроскопии . Синаптические ленты обнаружены в пинеалоцитах как у детей, так и у взрослых, но не обнаружены у человеческих плодов. [6] Исследования на крысах выявили больше информации об этих органеллах. Характерным белком синаптических лент является RIBEYE, что было обнаружено с помощью световой и электронной микроскопии. [9] У низших позвоночных синаптические ленты служат фоторецепторным органом, но у высших позвоночных они выполняют секреторные функции внутри клетки. Наличие таких белков, как Munc13-1, указывает на то, что они важны для высвобождения нейротрансмиттера . [9] Ночью синаптические ленты крыс кажутся больше и слегка изогнутыми, но днем они кажутся меньше и похожими на палочки. [9]
Распространенная теория эволюции пинеалоцитов заключается в том, что они произошли от фоторецепторных клеток . Предполагается, что у предковых позвоночных пинеалоциты выполняли ту же функцию, что и фоторецепторные клетки, такие как клетки сетчатки; у многих позвоночных, не относящихся к млекопитающим, пинеальные клетки сетчатки по-прежнему активно фоторецепторны, хотя эти клетки не вносят вклад в зрительное изображение. [10] [11] Между двумя типами клеток существуют структурные, функциональные и генетические сходства. Структурно оба развиваются из области мозга, называемой промежуточным мозгом , а также области, содержащей таламус и гипоталамус , во время эмбрионального развития. [3] Оба типа клеток имеют схожие черты, включая реснички , складчатые мембраны и полярность . [4] Функциональные доказательства этой теории эволюции можно увидеть у позвоночных, не относящихся к млекопитающим. Сохранение светочувствительности пинеалоцитов миног, рыб, амфибий, рептилий и птиц, а также секреция мелатонина некоторыми из этих низших позвоночных предполагает, что пинеалоциты млекопитающих могли когда-то служить фоторецепторными клетками. [3] [4] Исследователи также указали на наличие нескольких фоторецепторных белков, обнаруженных в сетчатке в пинеалоцитах кур и рыб. [3] Генетические данные показывают, что гены фототрансдукции, экспрессируемые в фоторецепторах сетчатки, также присутствуют в пинеалоцитах. [4]
Еще одним доказательством эволюции пинеалоцитов из фоторецепторных клеток является сходство между комплексами лент в двух типах клеток. Наличие белка RIBEYE и других белков как в пинеалоцитах, так и в сенсорных клетках (как фоторецепторах, так и волосковых клетках) предполагает, что эти две клетки связаны друг с другом эволюционно. [9] Различия между двумя синаптическими лентами существуют в присутствии определенных белков, таких как ERC2 /CAST1, и распределении белков внутри комплексов каждой клетки. [9]
Регуляция синтеза мелатонина важна для основной функции мелатонина в циркадных ритмах . Основным молекулярным механизмом контроля, который существует для секреции мелатонина у позвоночных, является фермент AANAT (арилалкиламин N-ацетилтрансфераза). Экспрессия гена AANAT контролируется фактором транскрипции pCREB, и это очевидно, когда клетки, обработанные эпиталоном, пептидом, который влияет на транскрипцию pCREB, имеют результирующее увеличение синтеза мелатонина. [8] AANAT активируется через систему протеинкиназы A , в которой участвует циклический АМФ (цАМФ). [4] Активация AANAT приводит к увеличению продукции мелатонина. [4] Хотя существуют некоторые различия, специфичные для определенных видов позвоночных, влияние цАМФ на AANAT и AANAT на синтез мелатонина остается довольно постоянным. [4]
Синтез мелатонина также регулируется нервной системой. Нервные волокна в ретиногипоталамическом тракте соединяют сетчатку с супрахиазматическим ядром (SCN). SCN стимулирует высвобождение норадреналина из симпатических нервных волокон из верхних шейных ганглиев , которые синапсируют с пинеалоцитами. [1] [4] Норадреналин вызывает выработку мелатонина в пинеалоцитах, стимулируя выработку цАМФ. Поскольку высвобождение норадреналина из нервных волокон происходит ночью, эта система регуляции поддерживает циркадные ритмы организма. [1]
Пинеалоциты синтезируют гормон мелатонин, сначала преобразуя аминокислоту триптофан в серотонин. Затем серотонин ацетилируется ферментом AANAT и превращается в N-ацетилсеротонин . N-ацетилсеротонин превращается в мелатонин ферментом гидроксииндол O-метилтрансферазой (HIOMT), также известным как ацетилсеротонин O-метилтрансфераза (ASMT). [1] Активность этих ферментов высока ночью и регулируется ранее обсуждавшимися механизмами, связанными с норадреналином. [1]
