Melatonin influences the proliferative and differentiative activity of neural stem cells

Abstract

Though melatonin has a wide variety of biological functions, its effects on the neural stem cells (NSCs) is still unknown. In this study, we examined the effects of melatonin at either physiological (0.01-10 nm) or pharmacological concentrations (1-100 microM) on the proliferation and neural and astroglial differentiation of NSCs derived from the mouse embryo striatum using an in vitro culture system. We found that melatonin at pharmacological concentrations, but not at physiological concentrations, suppressed epidermal growth factor (EGF)-stimulated NSC proliferation (increment of viable cells, DNA synthesis and neurosphere formation) in a concentration-dependent manner. Furthermore, treatment with melatonin at a pharmacological concentration during the proliferation period facilitated 1% FBS-induced neural differentiation of NSCs without affecting the astroglial differentiation. In contrast, the treatment with melatonin at pharmacological concentrations during the differentiation period decreased the neural differentiation of the NSCs. As with melatonin, MCI-186, an antioxidant, suppressed EGF-stimulated NSC proliferation and facilitated the subsequent neural differentiation of NSCs. These results suggest that melatonin exerts potent modulatory effects on NSC functions including the suppression of the proliferation and facilitation of neuronal differentiation, likely via its antioxidant activity. As neurogenesis is thought to play an important role in ameliorating the deficit in neurodegenerative diseases, melatonin might be beneficially used for the treatment diseases such as cerebral infarction.

International Union of Basic and Clinical Pharmacology. LXXV. Nomenclature, Classification, and Pharmacology of G Protein-Coupled Melatonin Receptors

“…More recently it has been reported that exogenous melatonin could increase the survival of neuronal progenitor cells and postmitotic immature neurons in the hippocampus of adult mice (Ramírez-Rodríguez et al, 2009), consistent with melatonin actions on proliferative activity in the rat dentate gyrus and embryonic neural stem cells (Kim et al, 2004;Moriya et al, 2007). These findings are particularly interesting in view of the recent reports that melatonin can reduce learning and memory deficits in mice models of Alzheimer disease (Feng et al, 2004;Olcese et al, 2009).…”

Effects of Melatonin on Nervous System Aging: Neurogenesis and Neurodegeneration

“…High concentrations of melatonin in an exposure-timing-dependent manner (104) and at physiologic concentration, particularly through MT 1 receptors in the SVZ, have a modulatory effect on neural stem cell proliferation and differentiation (86). Recent studies have identified functions in neurogenesis for MT 1 and MT 2 agonists, including agomelatine (105,106), buspirone in combination with melatonin in major depressive disorder (107), and Nacetylserotonin, an intermediate of melatonin synthesis (108).…”

Thymic Hormones, Antioxidant Enzymes and Neurogenesis of Bulbus Olfactorius in Rats With Parkinsonism: The Effect of Melatonin

“…Крім того, встановлено його позитивний вплив на порушений функціональний стан тимуса, баланс регуляторних субпопуляцій Т-лімфо-цитів і активність макрофагів [25,26]. Є дані щодо підсилення під впливом мелатоніну проліферативного потенціалу НСК головно-го мозку та їх диференціювання у напрямку нейронів [22,27,28].…”

“…Ми припустили, що застосування при паркінсонізмі фармакологічних засобів, які спроможні одночасно вплинути на актив-ність факторів імунної системи та анти-оксидантного захисту, може спричинити і нейропротекторний ефект. Так, за даними літератури, позитивний вплив мелатоніну на етапи нейрогенезу у головному мозку пов'язаний не тільки з комбінацією анти-оксидантного і антиапоптотичного ефек-тів, але й посиленням проліферативного потенціалу НСК та їх диференціювання у нейрони, зміною активності та/або вмісту деяких факторів мікрооточення (зокрема, BDNF, нейротрофічний фактор головного мозку), які важливі для виживання нейраль-них клітин та утворення нових нейронів [22,27]. Дійсно, нами встановлено, що курсове введення мелатоніну підтримує підвищений вміст НСК у нюховій цибулині дослідних щурів без рухової асиметрії.…”