Context
Aquestes dues hormones, complementàries i oposades en molts aspectes, reben la seva denominació perquè participen en la regulació i producció del pigment Melanina que protegeix especialment la pell i la retina d’una franja de radiació electromagnètica. No sols això, però, perquè la Melatonina (MT) està implicada en més funcions. La producció de totes dues hormones respon al nivell d’il·luminació detectat per la visió i el seu estudi il·lustra la col·laboració de la comunicació neural i endocrina amb els punts forts de cada una.
1. Melatonina
La melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina) és sintetitzada principalment a la glàndula pineal (epífisi). El precursor és el triptòfan, un aminoàcid essencial.
El mecanisme molecular de producció s’inicia amb la descarboxilació del triptòfan (per un enzim triptòfan descarboxilasa) per donar lloc a l’amina 5 hidroxitriptamina (serotonina, important molècula que per si sola és un rellevant neurotransmissor). Tot seguit la serotonina és acetilada per l’enzim N-acetiltransferasa (principal enzim regulador del procés) amb la col·laboració d’un donador del grup acetil (acetil-coenzim A) per donar lloc a N-acetil-5-hidroxitriptamina. Finalment, aquesta molècula és metilada per l’enzim Hidroxiindol O metiltransferasa per produir N acetil 5 metoxitriptamina que és la Melatonina.
La regulació del procés segueix un ritme circadiari, nictemeral, d’alternança de llum–foscor.
La seqüència neuronal (numerada) és la següent: La llum és captada per cèl·lules ganglionars específiques (1) de la retina que són fotosensibles (amb el pigment melanopsina que detecta nivells de llum; l’elevada il·luminació promou la despolarització d’aquestes cèl·lules -al revés del mecanisme dels conus i bastons).
A través del nervi òptic, els axons d’aquestes particulars cèl·lules ganglionars segueix la via retino-hipotalàmica fins al nucli supraquiasmàtic (NSQ) de l’hipotàlem per fer sinapsis en les seves neurones (2). Aquest nucli és considerat el principal responsable com a rellotge biològic. Les seves neurones envien els seus axons a certes neurones simpàtiques preganglionars (3) de les banyes laterals de la medul·la toràcica (fent sinapsis, abans de passada, en neurones neurosecretòries del nucli paraventricular hipotalàmic productor d’hormona antidiürètica, HAD), i les inhibeixen si el circuit 1-2 detecta llum i les deixa actives en descendir el nivell de lluminositat de l’entorn. D’aquí els axons de les neurones 3 simpàtiques projecten cap al gangli cervical superior i les seves neurones (4), també simpàtiques, envien els seus axons a la glàndula pineal de l’encèfal per innervar, alliberant noradrenalina, a les seves cèl·lules (neurosecretòries) anomenades Pinealòcits (5) que produeixen la Melatonina que, essent una hormona passarà a la circulació venosa local i sistèmica.
Així, amb llum, es produeix la inhibició de la part simpàtica del circuit, disminueix el to simpàtic per dir-ho així, la transmissió noradrenèrgica i l’activitat de l’enzim N-acetiltransferasa és baixa en la pineal, mentre que amb poca o gens de llum el sistema està actiu i el resultat és la secreció de noradrenalina en la pineal i l’activació dels pinealòcits que secreten Melatonina.
El mecanisme molecular en els pinealòcits amb la disminució de llum comença amb l’activació de receptors β₁-adrenèrgics per la noradrenalina, l’activació d’una proteïna G, una ciclasa adenílica, un increment de la producció de cAMP i, de la proteïna cinasa A (PKA) i la fosforilació i augment de l’activitat de l’enzim limitant N acetiltransferasa per la producció i alliberament de Melatonina. La llum produeix l’efecte contrari.
La Melatonina actua, en primer lloc, sobre neurones de circuits del tronc de l’encèfal (6) modulant la seva activitat relacionada amb la regulació del ritme són–vigília i sincronització neural dels ritmes circadiaris. També i molt important realitza efectes cronobiòtics com la regulació de la temperatura corporal, l’emissió d’orina (al través de connexions de les neurones del nucli supraquiasmàtic amb les del nucli paraventricular productor d’hormona antidiürètica), la pressió sanguínia i la producció d’hormones com el cortisol.
Resum visual. Imatge de Copilot modificada amb el circuit neuronal.
La glàndula pineal és l’efector endocrí principal del senyal circadiari central i, el nucli supraquiasmàtic (NSQ) de l’hipotàlem, és el rellotge principal. Tanmateix, la glàndula pineal expressa un rellotge molecular propi, local, que no inicia el procés, però determina quan la glàndula pineal és sensible a la noradrenalina. L’acció de la llum en la retina seguida de la senyalització del nucli supraquiasmàtic és necessària, però no suficient, també intervé el rellotge molecular local.
Així, els pinealòcits segueixen també un ritme propi (d’unes 24 hores) en què expressen de forma alternada factors de transcripció activadors (anomenats CLOCK i BMAL1) i repressors (PER i CRY) que amb feedback negatiu regulen rítmicament la producció dels enzims productors de melatonina (N-acetiltransferasa i Hidroxiindol O metiltransferasa) com hem vist.
Mentre els factors CLOCK–BMAL1, estimulats per l’acció de la noradrenalina, promouen la síntesi dels enzims i la producció de melatonina, només durant la nit, l’acumulació nocturna de PER–CRY inhibeix CLOCK–BMAL1. El resultat és un pols nocturn de melatonina ben definit.
2. Hormona estimulant dels melanòcits (MSH)
Aquesta hormona regula l’activitat productora del pigment melanina en les cèl·lules pigmentàries de la pell, els melanòcits (no sols en la pell però). En la pell, els melanòcits cedeixen els grànuls (melanosomes) que contenen el pigment a les altres cèl·lules de l’epiteli, als queratinòcits, amb la finalitat de formar una coberta protectora de la radiació sobre el seu nucli i ADN.
La melatonina pot modular indirectament la pigmentació i les dues hormones, melatonina i MSH, estan influïdes pel sistema circadiari sota la influència de la llum indirecta via hipotàlem.
La MSH (α‑MSH, β‑MSH, γ‑MSH) deriva de la molècula precursora POMC (proopiomelanocortina) i es produeix en la hipòfisi anterior, la intermèdia i també al SNC quan les cèl·lules productores són estimulades des de l’hipotàlem per l’hormona estimulant de l’alliberament de corticotropina. La molècula precursora és activada per convertases per donar lloc a mediadors tan importants com la corticotropina (l’ACTH), la α-MSH i la β-endorfina.
En els melanòcits, la MSH actua sobre receptors de melanocortina (MC1R i MC5R) que estan acoblats a una proteïna Gs (estimuladora) amb l’activació de la cataracta intracel·lular vista tantes vegades. L’increment del segon missatger cAMP, l’activació de la PKA i la fosforilació dels factors de transcripció CREB i MITF amb l’estimulació de gens de la melanogènesi i la producció per exemple de l’enzim tirosinasa que inicia la transformació de l’aminoàcid tirosina en Melanina. A les persones o animals albins els falta la tirosinasa.