Metabolism of Melatonin Synthesis-Related Indoles in the Turkey Pineal Organ and Its Modification by Monochromatic Light

Abstract

The metabolism of pineal indoles is closely related to alterations in the light and dark phases of a daily cycle. Recent research showed important interspecies differences in the pineal biochemistry, and a strong impact of monochromatic light on many physiological processes in birds. Therefore, the aims of study were to characterize the metabolism of melatonin-synthesis indoles in the pineal organ of the domestic turkey, and to determine the changes occurring in this metabolism under the influence of different wavelengths and intensities of light. For this purpose, 3-week-old turkeys were kept under 16 lx white light, or under blue, green, and red light with intensities of 16, 32, and 64 lx during the photophase, and after 7 d were sacrificed at 4 h intervals. The activities of melatonin-synthesizing enzymes and the contents of indoles were measured in the same pineal organ. The results revealed that the activities of tryptophan hydroxylase and arylalkylamine N-acetyltransferase, and the levels of all tryptophan derivatives had significant daily changes in birds kept under each light condition used. The profile of pineal indole metabolism in 4-week-old turkeys was characterized by high-amplitude rhythms in the activity of arylalkylamine N-acetyltransferase and the contents of N-acetylserotonin and melatonin, equal relative amounts of serotonin and 5-hydroxyindoleacetic acid, and higher content of melatonin than N-acetylserotonin. The monochromatic light significantly modified the pineal indole metabolism, and its effects were dependent on the color and intensity of light. Pronounced changes occurred in the level of serotonin synthesis and the daily rhythm course of melatonin synthesis.

Norepinephrine Is a Major Regulator of Pineal Gland Secretory Activity in the Domestic Goose (Anser anser)

“…Most studies on mechanisms regulating MLT secretion have been performed with chickens ( Robertson and Takahashi, 1988a , b , Nakahara et al, 1997 ; Csernus et al, 1998 , 1999 ; Zawilska et al, 2000 ; Turkowska et al, 2014 ). In this species, environmental light entrains a diurnal rhythm of MLT secretion in both in vivo and in vitro conditions; light acts as both a synchronizing factor in MLT production and an inhibitor of its production ( Takahashi et al, 1980 ; Robertson and Takahashi, 1988b ; Csernus et al, 2005 ; Martyniuk et al, 2020 ). However, rhythmic MLT secretion, albeit of lower amplitude, persists in chicken pinealocytes kept in constant darkness, suggesting that this rhythm is also endogenously driven ( Nakahara et al, 1997 ).…”

Ethological and immunological interrelations in experimental desynchronosis under fluorescent lighting conditions

“…В настоящее время функция иммунной системы рассматривается вкупе с функцией нервной и эндокринной систем в составе многофункциональной, многокомпонентной нейро-иммунно-эндокринной системы регуляции гомеостаза [18]. Установлено, что кора больших полушарий, базальные ядра, задние и передние гипоталамические поля, лимбическая система, ретикулярная формация, ядра шва, миндалевидный комплекс участвуют в регуляции иммунного ответа [19,20]. ГАМК, серотонин, дофамин, глутамат, бета-эндорфин, энкефалины, цитомедины через взаимодействие со специфическими рецепторами на иммунокомпетентных клетках регулируют функциональную активность, пролиферацию и дифференцировку иммунокомпетентных клеток [21].…”

“…Клетки микроглиии астроциты являются основными иммунными эффекторными клетками мозга и наряду с цитотоксическими Т-клетками играют важную роль в нейрогенезе и формировании пространственной памяти [23]. В присутствии активирующего стимула клетки микроглии модулируют иммунный ответ, через секрецию фактора некроза опухоли-α (TNF-α), IL-1, IL-4, IL-6, INF-γ [19,21,24].…”

“…Отмечено, что повышенный уровень в плазме IL-4 способствует улучшению пространственного обучения, а TNF-γ обладает нейропротекторными свойствами по отношению к нейронам гиппокампа [21]. Цитокины изменяют поведенческие реакции путем снижения обратного захвата серотонина, снижения эксперессии рецептора серотонина 1А, снижения синтеза и обратного захвата дофамина, стимуляции высвобождения глутамата и уменьшения его обратного захвата, что приводит к эксайтотоксичности и снижению производства трофических факторов [19]. IL-1ß и -α активируют стресс-реализующую систему.…”

Embryonic Development of Avian Pineal Secretory Activity—A Lesson from the Goose Pineal Organs in Superfusion Culture

“…Melatonin (MLT) and 5-methoxyindole acetic acid (5-MIAA) are detectable in the pineal organs from ED 18 and show significant daily variations in their contents from ED 20. A recently published study [16] demonstrated that a daily cycle of light and dark phases is insufficient to establish a well-entrained daily rhythm of MLT secretion in the pineal organs of 12-week old geese in superfusion culture. Direct pineal photoreception plays a less important role in regulating MLT secretion in the domestic goose than in the chicken [17][18][19][20] and the domestic turkey [21,22]. These differences may reflect dissimilarities in the histological organization and ultrastructure of the pineal organs in these birds [23][24][25][26][27][28][29].…”