mt1 Melatonin Receptor in the Primate Adrenal Gland: Inhibition of Adrenocorticotropin-Stimulated Cortisol Production by Melatonin

Abstract

The pineal hormone melatonin participates in circadian, seasonal, and reproductive physiology. The presence of melatonin binding sites in human brain and peripheral tissues is well documented. However, in the mammalian adrenal gland, low-affinity melatonin binding sites have been detected only in the rat by some but not all authors. Conflicting evidence for a regulatory role of melatonin on adrenal cortisol production, prompted us to investigate this possibility in a New World primate, the capuchin monkey. Expression of melatonin receptors in the adrenal cortex was demonstrated through pharmacological characterization and autoradiographic localization of 2-[125I]iodomelatonin binding sites (dissociation constant = 96.9 +/- 15 pM; maximal binding capacity = 3.8 +/- 0.4 fmol/mg protein). The mt1 identity of these receptors was established by cDNA sequencing. Melatonin treatment of dispersed cells and explants from adrenal gland did not affect basal cortisol production. However, cortisol production stimulated by 100 nM ACTH was significantly inhibited by low melatonin concentrations (0.1-100 nM); this inhibitory effect was reversed by the mt1/MT2 melatonin antagonist luzindole. Melatonin also inhibited dibutyril-cAMP-stimulated cortisol production, suggesting that melatonin acts through a cAMP-independent signaling pathway. The present data demonstrate that the primate adrenal gland cortex expresses functional mt1 melatonin receptors and shows that melatonin inhibits ACTH-stimulated cortisol production.

Interactions between endocrine and circadian systems

“…It is worthy of mention that melatonin is also capable of modulating the production of adrenal GCs. In humans and monkeys, acute melatonin administration suppresses the production of cortisol (Torres-Farfan et al 2003, Campino et al 2011. More recently, it has been demonstrated using foetal rats that timed melatonin application can entrain adrenal gland rhythms .…”

La melatonina reduce la respuesta de cortisol al ACTH en humanos

“…En cambio detectamos la expresión de mARN para el receptor MT1 y MT2 en el tejido humano renal como ha sido previamente publicado 21 y fue usado como control positivo. Estos resultados son similares a los observados por nosotros en la corteza suprarrenal de la rata y del mono capuchino [8][9][10] .…”

“…En humanos, ambos receptores de melatonina están presentes en tejidos esteroidogé-nicos como la placenta y células de la granulosa 4,5 . Adicionalmente, estudios realizados en animales demuestran la presencia solo del receptor MT1 en las células de Leydig de la rata y hamster y en la glándula suprarrenal de rata adulta y de fetos y adultos de primates no humanos [6][7][8][9][10] . En esta última glándula, la melatonina inhibe la expresión de genes circadianos 11 y también la producción de cortisol estimulada por ACTH 9,10 .…”

“…En un caso se removió tejido renal normal adyacente al tumor que fue usado como control positivo 21 . El ARN total fue extraído usando TRIzol y la expresión de mARN de los receptores MT1 y MT2 de melatonina y 18S-rARN en glándula suprarrenal y en tejido renal fue analizada por RT-PCR usando los partidores y la metodología previamente descrita 9,10 . La banda correspondiente al producto de PCR del receptor MT1 fue cortada, reamplificada, purificada y luego secuenciada en el Departamento de Ecología, Facultad de Ciencias Biológicas, Pontificia Universidad Católica de Chile, determinándose la identidad con la secuencia reportada para el receptor MT1 humano usando el programa BLASTN 2.2.1 (www.ncbi.nlm.nih.gov).…”

“…Aunque el diseño experimental del presente estudio no permite establecer si la reducción de la respuesta de cortisol a ACTH in vivo fue debida a acciones directas sobre la glándula suprarrenal como hemos demostrado anteriormente en otras especies 9,10 , el hecho que esta glándula exprese el receptor MT1 de melatonina abre esta posibilidad.…”