Melatonin ( MEL) là hormone được tổng hợp và bài tiết bởi tuyến tùng nằm sâu trong não nhằm mục đích đáp ứng các tín hiệu ánh sáng có tính chất chu kỳ xuất phát từ võng mạc thông qua một mạch dao động theo nhịp ngày đêm nội sinh nằm bên trong nhân trên giao thoa thị giác ở vùng hạ đồi. Sự sản xuất và phóng thích melatonin theo nhịp ngày đêm với đặc điểm tăng tiết về đêm và giảm tiết ban ngày là một tín hiệu thời gian quan trọng đối với cơ thể. Melatonin phát huy tác động thông qua các thụ thể ái lực cao khu trú bên trong hệ thần kinh trung ương và trong vô số cơ quan ngoại biên. Người ta đã phân lập được các phân nhóm thụ thể khác nhau là MT1, MT2 ( thụ thể cặp đôi với protein G xuyên màng) và MT3. Tuy nhiên vai trò sinh lý của chúng vẫn còn chưa rõ mặc dù chúng đã có vài ứng dụng trong thực tiễn như kiểm soát sự sinh sản theo mùa và sản xuất sữa. Do có tiềm năng trong ứng dụng điều trị nên melatonin ngoại sinh  hay chất đồng vận melatonin và chất đối kháng chọn lọc thụ thể 5 – hydroxytryptamine ( 5 – HT2C) thí dụ như chất S 20098 có thể được sử dụng nhằm điều chỉnh các tiến trình theo nhịp ngày đêm như chu kỳ thức ngủ vốn thường bị rối loạn trong nhiều tình trạng khác nhau trong đó đáng chú ý nhất là rối loạn cảm xúc theo mùa.

Từ quan trọng : melatonin,  thụ thể melatonin, chức năng theo mùa, chức năng nhịp ngày đêm, chất đồng vận melatonin, chất đối kháng melatonin, tác động sinh thời học, S 20098.

Từ viết tắt :

4P – ADOT : 4 – phenylacetamidotetraline.
cAMP : cyclic adenosine monophosphate.
5 – HT : 5 – hydroxytryptamine ( serotonin).
LD : sáng – tối.
MEL : melatonin.
4P – PDOT : 4 – phenylpropionamidotetraline.
PT : thùy trung gian tuyến yên.
PTX : độc tố ho gà.
SCN : nhân trên giao thoa thị giác.
SP : giai đoạn ánh sáng ngắn.

Các loại nhịp ngày đêm và theo mùa trong các tiến trình nội tiết, sinh lý và hành vi là biểu hiện cơ bản của tất cả các sinh vật sống phản ánh nhu cầu cần phải bảo đảm các chức năng sinh học xảy ra đúng thời điểm trong ngày hay trong năm. Thí dụ rõ rệt nhất về vấn đề này là nhiều loại động vật chỉ hoạt động về ban ngày ( các loài hoạt động ban ngày trong đó có con người) hay về ban đêm ( các loài hoạt động ban đêm) và sẽ nghỉ ngơi trong phần còn lại của ngày ( chu kỳ thức ngủ). Các loại nhịp sinh học khác như là hiện tượng ngủ đông, sự thay đổi màu lông và hiện tượng di trú cũng là các thí dụ tiêu biểu.

Ở loài người sự phá vỡ các quy luật nhịp sinh học này là đặc điểm nổi bậc hay có thể là cơ chế sinh bệnh của nhiều loại bệnh lý. Thí dụ như các loại nhịp ngủ và ngày đêm thường bị rối loạn trong các bệnh lý thần kinh và ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy các thay đổi trong chu kỳ thức ngủ cũng thường kết hợp với các loại bệnh lý này. Hơn nữa sự chậm trễ trong việc tái phục hồi sự đồng bộ giữa nhịp sinh học và thời gian địa phương ( hội chứng di chuyển qua các múi giờ khác nhau – jet lag) hay với sự thay đổi ca làm việc thường kết hợp với sự mệt mỏi chung ( đặc biệt là mất ngủ), sự giảm năng suất công việc và tăng số trường hợp tai nạn.

Thách thức đối với các nhà khoa học là việc tìm hiểu về cơ chế chức năng của hiện tượng này và đề ra biện pháp khắc phục hay điều trị các rối loạn trên ( thí dụ như tìm biện pháp đẩy nhanh tốc độ tái phục hồi sự đồng bộ giữa nhịp sinh học với thời khoá biểu công việc mới hay điều trị các rối loạn giấc ngủ hay trầm cảm nội sinh).

Cơ chế của hiện tượng thay đổi nhịp sinh học theo ngày đêm hay theo mùa chỉ mới được hiểu biết rất ít tuy nhiên ngày nay chúng ta đều biết là cơ chế này được xây dựng dựa trên 3 thành phần chính :

–      Sự ghi nhận của các thụ thể ánh sáng và sự dẫn truyền các tín hiệu ánh sáng từ môi trường.

–      “ đồng hồ “ phát nhịp theo chu kỳ 24 giờ và có khả năng hoạt động chính xác theo chu kỳ 24 giờ , đặc biệt là chu kỳ sáng – tối ( LD).

–      các cơ quan tiếp nhận kích thích của hệ nội tiết và nội tiết thần kinh sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ đồng hồ sinh học và chuyển chúng thành các đáp ứng hormone hay neurohormone.

Trong vòng vài năm vừa qua đã có vô số công trình nghiên cứu về sinh học phân tử  được thực hiện và đã dẫn đến việc xác định được vài gene đồng hồ sinh học như Per 1, Per 2, Per 3, Clock, BMAL1, Cry 1, Cry 2 và Caseine kinase e . Các phát hiện này đã dẫn đến mô hình phân tử của sự dao động nhịp ngày đêm dựa trên các vòng lập phản hồi phiên dịch , sao chép khớp với nhau.

Thông tin về thời gian được đưa vào đồng hồ thông qua các con đường nội tiết và thần kinh được gởi đến các cấu trúc đặc biệt và một trong số đó là tuyến tùng vốn tiết ra hormone melatonin ( MEL) có vai trò và cơ chế tác động sẽ được phân tích trong bài tổng quan này.

SỰ TỔNG HỢP VÀ SẢN XUẤT MELATONIN.

Năm 1917 McCord và Allen đã ghi nhận rằng tinh chất tuyến tùng bò là một yếu tố làm sáng da ếch mạnh3. Năm 1958 Lerner và cộng sự phân lập được một tác nhân có thể gây kết tập các tế bào hắc tố là chất N – acetyl – 5 – methoxytryptamine và đặt tên nó là melatonin4.

Qúa trình tổng hợp MEL bên trong tuyến tùng được điều hoà chủ yếu bởi các thay đổi theo ngày và theo mùa đối với chu kỳ sáng tối của môi trường. Cho đến nay sự tổng hợp MEL tăng cao rõ rệt vào ban đêm ở tất cả mọi loài được nghiên cứu và không phụ thuộc vào việc đó là loài chuyên hoạt động ban ngày hay ban đêm và thời gian tăng tiết đỉnh điểm về đêm lại liên quan chặt chẻ với độ dài của đêm5,6. Ơ loài động vật có xương sống không có vú thì sự tổng hợp theo nhịp sinh học và sự tiết MEL là sản phẩm trực tiếp của đồng hồ sinh học nằm bên trong tuyến tùng. Tuy nhiên ở động vật có vú thì tuyến tùng không chứa đồng hồ sinh học và các đặc điểm tiếp nhận ánh sáng và sự tổng hợp MEL được chỉ đạo thông qua nhiều con đường thần kinh đa synapse7,8 bởi đồng hồ nhịp ngày đêm nằm trong nhân trên giao thoa thị giác ( SCN) ở vùng hạ đồi và vì thế đó cũng là nơi chứa đồng hồ nhịp ngày đêm.<.p>

MEL được tổng hợp từ amino acid tryptophan. Chất này đầu tiên được chuyển thành 5 – hydroxytryptophan bởi men tryptophan hydroxylase và sau đó chuyển thành serotonin ( 5 – hydroxytryptamine, 5 – HT) qua quá trình khử carboxy ( decarboxylated). Chất 5 – HT sẽ trải qua 2 bước xử lý men chủ yếu khác. Bước đầu tiên là quá trình N – acetyl hoá ( N – acetylation) bởi men arylalkylamine – N – acetyltransferase ( AA – NAT) để sinh ra chất N – acetylserotonin. Người ta đặc biệt chú ý đến sự điều hoà men AA – NAT vốn tăng hoạt động rõ rệt vào ban đêm và xem đây là bước điều hoà chủ yếu đối với quá trình tổng hợp MEL theo nhịp sinh học9,10. Bước thứ hai là chuyển nhóm methyl từ chất 5 – adenosylmethionine sang nhóm 5 – hydroxy chất N – acetylserotonin qua sự xúc tác của men hydroxyindole O – methyltransferase ( HIOMT) để sinh ra MEL11. Việc MEL bị thủy phân nhanh tại gan ( 6 – hydroxylation) cho thấy chất này có thời gian bán hủy ngắn trong tuần hoàn và do đó nồng độ MEL trong máu sẽ phản ánh chính xác sự tổng hợp chất này ở tuyến tùng.

MEL được sản xuất chủ yếu ở tuyến tùng và người ta cũng đã xác định có rất nhiều nơi khác cũng sản xuất MEL. Võng mạc là nơi sản xuất MEL quan trọng ở động vật có xương sống không vú, nơi này không chỉ tổng hợp MEL theo nhịp sinh học mà sự phóng thích nó từ đây cũng góp phần tạo ra nhịp sản xuất về đêm của chất MEL trong tuần hoàn. Ơ động vật có vú từ lâu người ta đã ghi nhận được hiện tượng tổng hợp MEL trong võng mạc12. Tuy nhiên chỉ từ khi người ta phát hiện ra sự phóng thích thật sự MEL theo nhịp ngày đêm ở võng mạc chuột trong phòng thí nghiệm ( gợi ý có sự tồn tại đồng hồ sinh học ở võng mạc) thì tầm quan trọng của cấu trúc này như là một nguồn MEL quan trọng ngoài tuyến tùng mới được công nhận13. Trái với động vật có xương sống không vú MEL xuất phát từ võng mạc của động vật có vú không góp phần vào nồng độ MEL trong tuần hoàn. Những vị trí tổng hợp MEL khác đã được ghi nhận là các tuyến lệ và Harderian, hồng cầu, tiểu cầu và tế bào đơn nhân. Tuy nhiên MEL xuất phát từ những nơi này dường như cũng không được phóng thích vào tuần hoàn toàn thân ( tối thiểu là không trong các điều kiện sinh lý bình thường)14. Hơn nữa sự tổng hợp MEL trong các mô này không theo tính chất nhịp sinh học.

MEL không chỉ hiện diện ở động vật có xương sống mà người ta còn tìm thấy nó ở đầu, mắt, thùy thị giác và não của nhiều loại động vật không xương sống khác nhau15. MEL cũng được tạo ra trong các loại nấm, thực vật, tảo đa bào và các vi sinh vật đơn bào16,17.

CÁC VỊ TRÍ TÁC ĐỘNG CỦA MELATONIN VÀ CÁC CON ĐƯỜNG CẢM ỨNG TÍN HIỆU.

Trước khi chúng ta bắt đầu mô tả cơ chế tác động của MEL với kiến thức hiện nay thì điều cần lưu ý là MEL được xem là một chất chuyên thu dọn các gốc tự do mạnh nếu được sử dụng ở liều cao18. Tác động dược lý này có thể được giải thích thông qua sự thu dọn trực tiếp các gốc tự do hay thông qua sự tương tác với các men và làm cải thiện khả năng tự vệ chống oxy hoá. Chúng ta không nên quên tác động này khi khảo sát về tiềm năng điều trị của loại hormone này19 đặc biệt là do gần đây người ta nhận thấy MEL gắn với men quinone reductase ( QR2) là một loại men được biết rõ là có khả năng khử oxy ( oxydoreductive)20.

Việc MEL có tác động tại chổ ( autocrine) hay tại vùng lân cận ( paracrine) cũng là một vấn đề quan trọng. Thật sự MEL có thể gây ra tác động tại chỗ hay gần nơi mà nó được sản xuất ra đặc biệt đối với những nguồn sản xuất ngoài tuyến tùng. Thí dụ như trong võng mạc MEL có tác dụng ức chế phóng thích dopamine21. Việc MEL bị khử acetyl bằng men xảy ra trong võng mạc hay não của nhiều động vật có xương sống22  cùng với việc phát hiện ra nồng độ thấp ARN thông tin của men N – acetyltransferase trong các mô khác tuyến tùng và võng mạc9 cũng nghiêng về quan niệm về vai trò cục bộ của MEL. Do đó người ta có thể tưởng tượng ra một trình tự diễn tiến trong đó MEL có vai trò điều hoà cục bộ bên trong tế bào hay trong các tế bào lân cận ( thí dụ sự thích nghi sáng tối ở võng mạc hay sự thích nghi với thức ăn trong ruột). Bước thứ hai là sử dụng MEL như là một hormone kiểm soát nhiều phản ứng khác nhau. Dù sao đi nửa vai trò cục bộ của MEL có thể vẫn là hiện tượng phổ biến và phần lớn hiểu biết của chúng ta hiện nay xem MEL đóng vai trò như là một chất cảm ứng hormone đối với các tín hiệu ánh sáng / ánh sáng chu kỳ và đây chính là khía cạnh mà chúng ta đang quan tâm.

Giống như các loại hormone thông thường khác MEL tác động chủ yếu thông qua các thụ thể protein đặc hiệu ( xem dưới đây). Tuy nhiên đặc điểm ái tính với chất béo cao của hormone cho phép nó xâm nhập vào tất cả các cơ quan bên trong cơ thể, tất cả các cấu trúc bên trong não cũng như tất cả các thành phần bên trong tế bào. Người ta đã ghi nhận được sự tương tác giữa các protein nội bào đặc hiệu như calmodulin hay tubutin23 và ngay cả khi kiến thức của chúng ta trong lãnh vực này còn thiếu thì hiện tượng này cũng có thể là một phần trong cơ chế tác động.
Các thụ thể melatonin.

Các thực nghiệm đầu tiên về các thụ thể MEL trong não được thực hiện vào cuối những năm 1970 24 – 26. Khả năng tái hiện kém về mặt chất lượng chất gắn kết phóng xạ đã làm cho những thử nghiệm này không được phát triển thêm. Chính nhờ sự giới thiệu của chất 2 – [ 125 I ] iodomelatonin ( [ 125 I ] MEL) lần đầu tiên được sử dụng như một chất gắn kết đối với kỹ thuật miễn dịch phóng xạ MEL27 đã mở đường cho sự phát triển gần đây đối với lãnh vực thụ thể MEL. Chất đồng vận mạnh mẽ thụ thể MEL này là công cụ dược lý đầu tiên giúp hướng đến việc phát hiện các vị trí gắn kết hoạt động đặc hiệu cao đầu tiên ở phần màng tế bào trong toàn bộ não chuột28 và kế đến bằng kỹ thuật đồ thị tự phóng xạ đối với các phần não chuột khác nhau29.

Đầu tiên các vị trí gắn [ 125 I ] MEL sẽ được phân loại trên nền tảng các khác biệt về động học và dược lý đối với 2 loại tiểu thụ thể là ML – 1 ( bây giờ gọi là MT1 , MT2  và Mel1C) và ML – 2. * Vị trí gắn ML – 1 có các thụ thể ái tính cao với MEL ( Kd < 200 pM) kèm theo hệ thống thứ bậc đã được thống nhất về độ mạnh của thuốc trong việc ức chế sự gắn [ 125 I ] MEL theo thứ tự  sau : 2 – iodomelatonin > 6 – chloromelatonin ³ MEL > 6 – hydroxymelatonin > N – acetylserotonin >> 5 – hydroxytryptamine. Các vị trí gắn ML – 2 có đặc điểm là Kd  nằm trong giới hạn phân tử nano với các đặc điểm dược lý riêng biệt đáng chú ý là ái tính tương tự nhau đối với MEL và N – acetylserotonin33,34. Do các khó khăn liên quan đến đặc điểm tính chất và do ái tính thấp của chúng dường như không tương hợp với lượng MEL tuần hoàn nên người ta ít chú ý đến các vị trí gắn ML – 2. Việc xác định các thụ thể MT – 3 gần đây đã làm cho vấn đề này được tiếp tục trở lại ( xem dưới đây).

*  Các phân loại này do Uy Ban Thuật Ngữ  IUPHAR quy định 30 – 32. Thuật ngữ IUPHAR không bao gồm các thụ thể ở các loài động vật không có vú nhằm giải thích cho thuật ngữ MEL1C . Các thuật ngữ xưa hơn như ML1 / ML2 không nên lẫn lộn với các thuật ngữ mới. MT1 , MT2  và Mel1C tương ứng với ML1 ; thuật ngữ cũ ML2 bây giờ gọi là MT3 .

Sự xác định về mặt phân tử  các tiểu thụ thể MEL.

Kỹ thuật nhân bản vô tính thụ thể MEL có ái tính cao đầu tiên là một bước tiến trong lịch sử nghiên cứu thụ thể MEL. Người ta đạt được điều này qua việc sử dụng chiến lược nhân bản vô tính biểu hiện ( expression cloning strategy) nhằm cách ly quá trình mã hoá ADN bổ sung đối với thụ thể MEL của các tế bào da hắc tố Xenopus laevis35. ADNC của thụ thể MEL Xenopus này có nhiệm vụ mã hoá một loại protein có 7 vùng xuyên màng giả định dẫn đến sự phân loại chúng nằm trong liên họ ( superfamily) các thụ thể kết nối protein G35. Việc xác định trình tự thụ thể Xenopus sử dụng phương pháp tầm soát dựa trên tính tương đồng đã dẫn đến sự xác nhận 3 loại thụ thể MEL ở động vật có xương sống. Hai loại tiểu thụ thể có ái tính cao với MEL ( ban đầu gọi là Mel1a và Mel1b nhưng bây giờ gọi là MT1 và MT2) đã được nhân bản vô tính và đã được mô tả ở thùy trung gian tuyến yên cừu, nhân trên giao thoa thị giác ở người và hạ đồi của chuột cống và chuột lang36,37. Người ta cũng đã xác nhận được các đồng dạng allen ( allelic isoforms) ( gọi là Mel1a(a) và Mel1a(b) theo thứ tự) ở PT cừu38. 1/3 các tiểu thụ thể ái tính cao với MEL được nhân bản vô tính từ  não gà con và được gọi là Mel1c 39. Thụ thể Xenopus đầu tiên được cách ly là thụ thể Mel1c  vốn tồn tại ở hai đồng dạng allen là Mel1c(a) và Mel1c(b). Cho đến nay vẫn chưa có cấu trúc tương đồng nào với thụ thể Mel1c  ở động vật có vú được phân lập nhưng người ta đã phát hiện thấy các mảnh ANDC của Mel1b ở động vật không có vú. Tất cả các nghiên cứu phân tử này cũng đã cho thấy các đặc trưng của các thụ thể ái tính cao đều xuất hiện trong mỗi một trong số 3 loại thụ thể liên quan ( MT1 , MT2  và Mel1C).

Rất có khả năng đây chỉ là sự bắt đầu của một danh sách dài. Người ta đã phân lập được một loại thụ thể có liên quan về mặt cấu trúc với thụ thể MEL 40,41 xuất hiện khá nhiều trong các mô thần kinh nội tiết42. Các gắn kết tự nhiên đối với thụ thể này chưa được xác định ( có thể nó là một chất chuyển hoá của MEL ?). Gần đây hơn người ta đã phân lập được một loại thụ thể MEL có ái tính phân tử nano là MT3. Vị trí của MT3 không phải là thụ thể cặp đôi với protein G nhưng tương ứng với sự gắn men quinone reductase20. Hơn nữa nếu xét về bản chất ưa lipid của hormone thì khả năng vị trí tác động của MEL ở nhân tế bào là rất cao và một vị trí như thế sẽ được xác định vào một ngày gần đây.

Sự khu trú các thụ thể melatonin.

Từ năm 1987 việc sử dụng MEL[ I125 ] như là một chất kết gắn có hoạt tính đặc hiệu cao đã cho phép thực hiện các nghiên cứu nhằm khu trú các thụ thể MEL ( hay chính xác hơn là các vị trí gắn)  của nhóm thụ thể MEL – 1 ( MT1, MT2 và Mel1C). Ơ động vật có xương sống các vị trí gắn này dường như phân bố khắp nơi. Các nghiên cứu so sánh về độ phân bố ghi nhận sự xuất hiện của các vị trí gắn MEL trong não của 5 nhóm động vật có xương sống ( cá, loài lưỡng thê, loài bò sát, chim và động vật có vú). Dữ kiện tìm thấy thích đáng nhất là sự phân bố các vị trí gắn MEL ở động vật có xương sống cấp thấp rộng lớn hơn nhiều so với động vật có vú và chúng luôn được tìm thấy trong những vùng kết hợp với các  cấu trúc tiếp nhận võng mạc và tích hợp của hệ thống thị giác43. Ơ động vật có vú thì tình hình lại có phần ngược lại là các thụ thể MEL xuất hiện trong rất nhiều cấu trúc cụ thể là người ta đã ghi nhận sự xuất hiện của chúng ở hơn 110 cấu trúc não thí dụ như ở lớp hạt trong và lớp dạng đám rối ngoài của bầu khứu, vách bên, nhân vách hải mã, nhân vỏ hến đuôi của tận cùng thể vân, nhân trên giao thoa thị giác, nhân cạnh não thất ở hạ đồi, nhân cạnh não thất ở đồi thị, lá liên thể gối, nhân dạng hạnh nhân giữa và trung ương,ụ lồi dưới, bó gập sau, chất đen và vỏ não vùng trán, hốc mắt trán và đỉnh44 46. Tuy nhiên người ta cũng ghi nhận có sự khác biệt rất lớn về mặt số lượng và vị trí của các cấu trúc gắn kết giữa các loài khác nhau cũng như về mật độ thụ thể của các cấu trúc khác nhau và đối với cùng loại cấu trúc giữa các loài khác nhau. Có vài cấu trúc thường gặp ngay cả trong các loài của cùng một họ 44 và rất có khả năng điều này có liên quan đến hoặc là do nhiều phản ứng chu kỳ ánh sáng khác nhau vốn khác nhau giữa các loài hoặc là do nhiều tác động khác nhau của MEL ( xem phần dưới đây).

Trong số tất cả những cấu trúc này thì phần thùy trung gian tuyến yên có mật độ thụ thể MEL cao nhất và là cấu trúc duy nhất luôn xuất hiện sự kết gắn trong tất cả động vật có vú được nghiên cứu cho đến nay và nhân trên giao thoa thị giác vốn có chứa thụ thể MEL ở nhiều loài được xem là hai vị trí tác động MEL chủ yếu ( xem phần dưới đây). Tuy nhiên cũng cần phải nói rõ rằng các thụ thể / vị trí gắn MEL cũng được xác định trong nhiều cơ quan ngoại biên. Vai trò của các thụ thể này vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng nhưng sự xuất hiện của chúng giải thích cho việc ghi nhận tác động trực tiếp của MEL thí dụ như lên các mạch máu47 – 49 cũng như lên chức năng miễn dịch thể dịch và trung gian tế bào trên tế bào hoàng thể và Leydig50. Chúng cũng cho thấy là các thông điệp của MEL có thể được đọc ở nhiều cấp độ cơ quan khác nhau mà ta cần phải quan tâm khi xem xét đến các đặc tính tiềm năng điều trị của MEL hay chất tương đương với MEL đặc biệt là khi người ta đã phát hiện được vài vị trí gắn kết đặc hiệu trong vài loại mô ung thư khác nhau52 – 53.

Khả năng nhận được những công cụ phân tử mới sau khi cho nhân bản vô tính các tiểu thụ thể MEL khác nhau đã cho phép phân tích chính xác hơn sự phân bố của chúng. Sử dụng kỹ thuật lai giống tại chổ ( in situ hybridization) ở loài chuột người ta thấy xuất hiện ARN thông tin của thụ thể MT1 trong nhân trên giao thoa thị giác, nhân cạnh não thất ở đồi thị và thùy trung gian tuyến yên54. Tiểu thụ thể MT2 dường như xuất hiện chủ yếu trong võng mạc ( cũng thấy ở hải mã)31,32,37,55 là nơi sự biều lộ của nó liên kết với hiện tượng ức chế bài tiết dopamine do MEL vốn đã được biết rõ. Sự biểu lộ của nó trong nhân trên giao thoa thị giác còn chưa rõ ràng. Người ta cũng ghi nhận rằng các oligonucleotides đặc hiệu với MT2 có sinh ra một tín hiệu trong nhân trên giao thoa thị giác ở chuột nhắt qua kỹ thuật lai giống tại chổ không hoạt hoá phóng xạ 32 mà sử dụng riboprobe dài 0,6 – kb. Poirel và cộng sự56 đã không thể phát hiện ra bất kỳ tín hiệu nào qua áp dụng kỹ thuật lai giống tại chổ trong nhân trên giao thoa thị giác ở chuột cống. Hơn nửa hai chất 4 – phenyl – propionamidotetraline ( 4P – PDOT) và 4 – phenyl – acetamidotetraline ( 4P – ADOT) vốn là hai phân tử thay thế đặc hiệu sự kết nối 2 – iodomelatonin ở các vị trí gắn MT2 đã biểu hiện trong các tế bào chuyển đổi trong nhân trên giao thoa thị giác55. Vì sự làm rối loạn các phân tử đích của thụ thể MT1 ở chuột nhắt sẽ gây ra sự biến mất hoàn toàn các kết nối 2 – iodomelatonin trong mô não ( bao gồm cả nhân trên giao thoa thị giác) nên dường như là các vị trí gắn 2 – iodomelatonin trong nhân trên giao thoa thị giác vốn đã được mô tả rất rõ được chuyển từ ARN thông tin của thụ thể MT1.

Tuy nhiên mặc dù rất khó phát hiện thụ thể MT2 trong nhân trên giao thoa thị giác dù bằng phương pháp gắn kết dược lý hay thông qua biểu hiện của ARN thông tin thì hai chất đối kháng đã được biết của tiểu thụ thể này ( 4 – PDOT và 4 – ADOT) dường như có tác động về mặt chức năng lên đồng hồ sinh học ngày đêm của nhân trên giao thoa thị giác và trong phòng thí nghiệm thì ức chế giai đoạn cảm ứng bởi MEL thúc đẩy hoạt động của nhân trên giao thoa thị giác32. Các dữ kiện khác nhau rõ rệt này gợi ý rằng có sự tham gia của một tiểu thụ thể thứ ba đã biểu lộ trong nhân trên giao thoa thị giác và gắn với MEL và có ái tính cao với 4 – PDOT / 4 – ADOT nhưng ái tính thấp với 2 – iodomelatonin. Khi đáp ứng chuyển pha ở loài chuột nhắt khiếm khuyết thụ thể MT1 bị phong bế bởi độc tố ho gà ( PTX)55 thì tiểu thụ thể này có thể cũng là thụ thể cặp đôi protein G.

Sự chuyển đổi tín hiệu.

Các xét nghiệm sinh học chủ yếu được sử dụng để khảo sát sự chuyển đổi tín hiệu bao gồm sự cô đặc các hạt sắc tố trong lớp sắc tố melanin ở loài lưỡng thê57; sự phóng thích H3 – dopamine được kích thích bởi điện trường phụ thuộc calcium từ võng mạc thỏ 34; các thay đổi chất thông tin thứ hai trong thùy trung gian tuyến yên cừu58,59; sự tiết hormone ở phần xa của chuột cống60; sự ức chế cấp tính và sự chuyển gia đoạn tốc độ dẫn truyền thần kinh ở các lát cắt nhân trên giao thoa thị giác của chuột cống / chuột nhắt trong phòng thí nghiệm và sự co mạch máu ở động mạch đuôi chuột cống.

Trong lớp sắc tố melanin ở da loài lưỡng thê MEL tác động đến sự vận chuyển melanin thông qua protein G nhạy cảm với độc tố ho gà 61 và hormone tuyến tùng sẽ gây giảm sự tích tụ AMP vòng62( cyclic adenosine monophosphate). Cùng một con đường tín hiệu như trên cũng được sử dụng trong thùy trung gian tuyến yên59. Thật sự MEL không có tác động lên nồng độ cơ bản của AMP vòng  trong thùy trung gian tuyến yên ở chuột hamster và cừu nhưng lại ức chế sự tích tụ AMP vòng do forskolin gây ra59,63,64 cũng như sự phosphoryl hoá do forskolin gây ra đối với chất hoạt hoá sự sao chép protein gắn với yếu tố phản ứng AMP vòng ( CREB)64,65. Tác động này của MEL thì nhạy cảm với nhân trên giao thoa thị giác cho thấy có sự gắn cặp của thụ thể với protein Gi 63,64. Tuy nhiên một thành phần nhạy cảm với độc tố tả cũng làm trung gian ức chế sự tích tụ AMP vòng do forskolin gây ra58 có liên quan đến sự gắn cặp thông qua protein G0. Điều lý thú là điều trị trước với MEL sẽ gây ra sự nhạy cảm men adenylate cyclase và một đáp ứng AMP vòng tăng cường đối với kích thích bằng forskolin66,67. Trong phần tiền yên của chuột mới sanh MEL có tác động lên vô số những đường chuyển đổi tín hiệu ( ức chế AMP vòng và tích tụ GMP vòng) ( cyclic guanosine monophosphate), ức chế tổng hợp diacylglycerol và phóng thích acid arachidonic, giảm nồng độ calcium nội bào và tăng điện thế màng60,68. Người ta cũng ghi nhận MEL có ảnh hưởng đến men phospholipase C và sự hoạt hoá men protein kinase C qua trung gian diacylglycerol31,69.

Sự nhân bản vô tính thụ thể MEL ADNC cho phép phát triển các hàng tế bào mà tại đó các thụ thể tái kết hợp MT1 hay MT2 được biểu lộ. Vì thế ta có khả năng liên kết các tiểu thụ thể MEL đặc hiệu với các đáp ứng chuyển đổi tín hiệu đặc hiệu. Nói một cách chức năng là khi các tiểu thụ thể sinh sản vô tính ( hMT1 và hMT2) được biểu lộ trong những hàng tế bào thử nghiệm khác nhau  ( COS – 7, NIH – 3T3, CHO, HEK293 người, HeLa người và tế bào Ltk chuột) thì chúng sẽ ức chế sự tích tụ AMP vòng do forskolin gây ra và điều này xác nhận sự gắn cặp của thụ thể MEL với con đường chuyển đổi này như đã quan sát trong các mô trước đó. Hơn nữa các nghiên cứu về sự biểu lộ không đồng nhất của các thụ thể MEL ở động vật có vú đã giúp cho việc mô tả đặc điểm các đường chuyển đổi tín hiệu phụ. Tóm lại sự hoạt hoá các thụ thể MT1 tái kết hợp ở người sẽ gây ra nhiều đáp ứng tế bào thông qua trung gian của cả hai loại protein G nhạy cảm với độc tố ho gà và không nhạy cảm với độc tố ho gà. Người ta không chỉ quan sát thấy sự ức chế sự tích tụ AMP vòng được cảm ứng bởi forskolin70 – 72 mà còn đẩy mạnh sự phóng thích arachidonate được cảm ứng bởi prostaglandin F2a và cả sự thủy phân phosphoinositide70. Ý nghĩa chức năng của việc gắn cặp với các protein G khác nhau này đã được giải đoán xa hơn : protein Gi2 và Gi3 gây ra sự ức chế men adenylyl cyclase thông qua cơ chế nhạy cảm với độc tố ho gà trong khi protein Gq/11 không nhạy cảm với độc tố ho gà thì gắn cặp với hoạt động men phospholipase Cb. Hơn nửa sự hoạt hoá thụ thể MT1 sẽ gây tăng thoáng qua nồng độ ion calcium trong bào tương và sự tích tụ inositol phosphate71,72.

Thụ thể tái kết hợp MT2 cũng được gắn cặp với hiện tượng ức chế hoạt động men adenylyl cyclase thông qua protein G nhạy cảm với nhạy cảm với độc tố ho gà37. Ngoài ra sự hoạt hoá thụ thể tái kết hợp MT2 cũng gây ức chế đặc hiệu nồng độ GMP vòng thông qua con đường men guanylyl cyclase hoà tan73.

Tính đa dạng trong tác động của MEL có ý nghĩa gì đối với các thụ thể MEL trong cơ thể ? Sự biểu lộ quá mức không đồng nhất chỉ cho thấy khả năng gắn cặp với các con đường chuyển đổi tín hiệu đặc hiệu. Đối với những tác động bên trong cơ thể điều này nên được giải thích theo nghĩa các con đường chuyển đổi được xác định đối với mỗi loại mô đặc hiệu. Nếu muốn biết thêm chi tiết các đồng nghiệp nên tham khảo bài tổng quan gần đây của Masana và Dubocovich74 và von Gall cùng cộng sư 75.

Dược lý học.

Các tiểu thụ thể MEL khác nhau được nhân bản vô tính nhằm thực hiện các chức năng đặc biệt sẽ có những đặc điểm khác biệt nội tại. Điều này được chứng minh trên cả hai mặt phân bố mô và các đường chuyển đổi tín hiệu. Trong vài năm sắp tới việc xác định mối liên hệ giữa các vị trí đích đặc hiệu của MEL, các tiểu thụ thể MEL đặc hiệu và các tác động sinh lý đặc hiệu sẽ là một thách thức to lớn do đó ta cần nhiều khảo sát dược lý học hơn. Đây là một nhu cầu cần thiết đặc biệt đối với các chất đối kháng và đồng vận chọn lọc.

Có nhiều nghiên cứu dược lý học như thế đã được thực hiện31,32,45,57 và vẫn còn đang thực hiện trong các mô hình mô bản xứ  đặc biệt là các tế bào thùy trung gian tuyến yên của cừu và lớp hắc tố của loài lưỡng thê. Tuy nhiên các tiến bộ trong sinh học phân tử  của các tiểu thụ thể MEL đã cho phép phát triển sự sinh sản vô tính gien và các kỹ thuật biểu hiện. Những dòng tế bào khác nhau ( COS – 7, NIH – 3T3 và CHO) ghi nhận nồng độ cao các thụ thể tái kết hợp đặc biệt ( hMT1 hay hMT2) cung cấp các phương tiện phân loại nhanh các kết nối gắn thông qua thụ thể và các đáp ứng chức năng.

Hiện người ta đã tìm ra vô số chất đồng vận và đối kháng ( Bảng I và II)34,57,46,76 – 92 và sự phát triển sâu hơn trong việc xây dựng hệ thống tế bào sẽ nhanh chóng làm tăng số lượng những chất này. Ngoài ích lợi của chúng như là những công cụ dược lý nhằm nghiên cứu vai trò sinh lý của các tiểu thụ thể MEL người ta đã bắt đầu tiến hành các thử nghiệm lâm sàng phần lớn ở các rối loạn về nhịp ngày đêm. Tuy nhiên hiện tại trong tất cả các hệ thống tái kết hợp được sử dụng người ta chưa tìm ra chất đồng vận thụ thể MEL nào với tốc độ chọn lọc trên 100 các tiểu thụ thể MEL trong các mô còn nguyên80. Tuy nhiên vài chất đồng vận hay đối kháng một phần có tính chọn lọc trên 100 và có thể xem như chất đồng dạng chọn lọc MT2  sẽ được sử dụng để phân biệt thụ thể MT2 với MT1  trong mô của động vật có vú.

Bảng  I : các chất đồng vận thụ thể melatonin. Các chất đặc hiệu và hiện đang sử dụng được in đậm. Chất đồng vận được xem là đặc hiệu khi tỷ lệ MT1 / MT2 hay MT2 / MT1 đạt được trong các thụ thể melatonin tái kết hợp > 100.

THAM KHẢO:

Paul Pévet, PhD.
Phòng thí nghiệm nhịp sinh học thần kinh, UMR 7518, CNRS – Đại học Louis Pasteur, Strasbourg, Pháp.
Dialogues in clinical neuroscience, 2002, Vol 4, N01, p 57 – 72