Исследователи из Центра исследований мозга RIKEN и Исследовательского центра биоресурсов RIKEN в Японии вместе с сотрудниками из Университета штата Нью-Йорк в Буффало создали модель мыши, которая позволяет изучать встречающийся в природе мелатонин. Эти первые эксперименты с новыми мышами, опубликованные в Journal of Pineal Research, показали, что естественный мелатонин был связан с состоянием перед гибернацией, которое позволяет мышам замедлять свой метаболизм и выживать, когда пищи мало или температура низкая.
Мелатонин называют «гормоном тьмы», потому что он вырабатывается мозгом в темноте, то есть ночью. Он сообщает телу, когда на улице темно, чтобы тело могло переключиться в «ночной режим». Хотя другие гормоны легко изучать в лаборатории, было трудно изучить, как организм реагирует на мелатонин, потому что у лабораторных мышей его на самом деле нет. Чтобы решить эту проблему, исследователи скрестили лабораторных мышей с дикими мышами, которые действительно производят мелатонин, и вывели новых лабораторных мышей, которые могут производить мелатонин врожденно. Это было намного сложнее, чем кажется, и потребовало более 10 поколений мышей.
После того, как у них появились лабораторные мыши, вырабатывающие мелатонин, исследователи смогли изучить, как гормон влияет на увлечение - синхронизацию биологических часов с внешним миром. Мыши любят регулярно бегать на колесах, и исследователи могут использовать это для измерения увлечения после внезапного изменения цикла свет/темнота, что имитирует внезапные изменения часовых поясов. По сравнению с обычными лабораторными мышами, мыши с врожденным мелатонином быстрее адаптировали свое время вращения колеса к темноте, начиная с шести часов раньше, подобно «перелету на восток».
Исследователи также смогли разрешить спор о том, влияет ли мелатонин на продолжительность жизни, что было трудно изучить из-за отсутствия мелатонина у лабораторных мышей. «Теперь у нас наконец есть ответ: эндогенный мелатонин не продлевает жизнь», - говорит Такаока Касахара, старший автор нового исследования.
Несмотря на многие сходства, мыши с врожденным мелатонином несколько отличались от обычных лабораторных мышей. Обычные лабораторные мыши были тяжелее, имели более крупные репродуктивные органы и более успешно спаривались, производя больше детенышей. С другой стороны, самки мышей, вырабатывающие мелатонин, были способны входить в состояние, называемое ежедневным оцепенением, что-то вроде режима с низким энергопотреблением, похожего на спячку, который может длиться несколько часов в день. Ежедневное оцепенение - это способ для мышей справиться с нехваткой пищи и низкими температурами за счет сохранения энергии.
«Выработка мелатонина имеет эволюционное преимущество, потому что он защищает диких мышей от потери веса, когда они не могут найти достаточно еды. Однако лабораторные мыши обычно получают неограниченное количество еды и живут в теплых клетках», - Касахара. наблюдает. «Наш вывод о том, что мыши, лишенные мелатонина, более успешно размножаются, может объяснить, почему лабораторным мышам не хватает мелатонина. На протяжении многих лет, отбирая мышей, которые воспроизводят наибольшее количество детенышей, мы могли также непреднамеренно отбирать мышей с более низким и более низким уровнем мелатонина.."
Показав, что мелатонин может влиять на циркадные ритмы, специально выведенные мыши, обладающие мелатонином, будут полезны для изучения подробных молекулярных и нейронных механизмов передачи сигналов мелатонина на циркадные часы и сон, а также эффектов мелатонина на иммунитет и костеобразование. Эти отношения были предложены, но еще не были тщательно изучены.
Дальнейшие исследования взаимосвязи мелатонина с ежедневным оцепенением и гибернацией также важны. Мелатонин необходим для сезонного размножения у некоторых животных, сигнализируя о продолжительности ночи, которая указывает на сезон. «Это исследование вполне может привести к лучшему пониманию сезонного аффективного расстройства или зимней депрессии у людей», - говорит Касахара. «Действительно, один из новейших антидепрессантов, агомелатин, активирует рецепторы мелатонина».
Авторами исследования выступили следующие исследователи: Чонгян Чжан, Шеннон Дж. Клаф, Экуэ Б. Адама-Биасси, Мишель Х. Свейнссон, Энтони Дж. Хатчинсон, Икуо Миура, Тамио Фурусе, Шигехару Вакана, Юи К. Мацумото, Кадзуо Оканоя, Рэндалл Л. Хадсон, Тадафуми Като, Маргарита Л. Дубокович и Такаоки Касахара