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Item The role of melatonin in the neurodevelopmental etiology of schizophrenia: A study in human olfactory neuronal precursors(WILEY, 2017) Galván-Arrieta, Tania; Trueta, Citlali; Cercós, Montserrat G.; Valdés-Tovar, Marcela; Alarcón, Salvador; Oikawa, Julian; Zamudio-Meza, Horacio; Benítez-King, GloriaItem Melatonin supplementation delays the decline of adult hippocampal neurogenesis during normal aging of mice(ELSEVIER SCIENCE BV, PO BOX 211, 1000 AE AMSTERDAM, NETHERLANDS, 2012) Ramírez-Rodríguez, Gerardo; Vega-Rivera, Nelly M.; Benítez-King, Gloria; Castro-García, Mario; Ortíz-López, Leonardo; Laboratory of Neurogenesis, Division of Clinical Research, National Institute of Psychiatry, México, D.F., Mexico; gbernabe@imp.edu.mxItem ROCK-regulated cytoskeletal dynamics participate in the inhibitory effect of melatonin on cancer cell migration(2009) Ortíz-López, Leonardo; Morales-Mulia, Sandra; Ramírez-Rodríguez, Gerardo; Benítez-King, GloriaCell movement is generated by a driving force provided by dynamic cytoskeletal organization. Two main cytoskeletal-dependent features, essential for migration, are the highly cell polarized structure and focal adhesion complexes. Cell migration and substrate anchorage are finely regulated by external signaling exerted by growth factors and hormones. In particular, the serine threonine kinase activated by the small GTPase Rho, the Rho-associated protein kinase (ROCK), participate in both processes through regulation of actin rearrangements in lamellipodia, filopodia, ruffles, and stress fibers. Melatonin, the main product secreted by the pineal gland has oncostatic properties. In MCF-7 cells, 1 nm melatonin reduces migration and invasiveness through increased expression of two cell surface adhesion proteins, E-cadherin and _1-integrin. In this work, we studied the microfilament and microtubule rearrangements elicited by melatonin in migrating leader MCF-7 cells by a wound-healing assay. Additionally, cell anchorage was estimated by quantification of focal adhesions in MCF-7 cells cultured with melatonin. ROCK participation in the indole effects on anchorage and migration was explored by inhibition of the kinase activity with the specific inhibitor of ROCK, the Y-27632 compound. The results indicate that ROCK participates in the melatonin inhibitory effects on cell migration by changing cytoskeletal organization of leader MCF-7 cells. Also, they indicated that indole increased the number of focal contacts through ROCK. These results support the notion that melatonin inhibits cancer cell invasion and metastasis formation via ROCK-regulated microfilament and microtubule organization that converge in a migration/anchorage switch.Item Melatonin activates PKC-alpha but not PKC-epsilon in N1E-115 cells(2001) Benítez-King, Gloria; Hernández, María Eugenia; Tovar, Rosalinda; Ramírez, Gerardo; Departamento de Neurofarmacolog?a, SIC, Instituto Nacional de Psiquiatr?a, Ramon de la Fuente Muñiz, Calz Mexico-Xochimilco No 101, CP 14370, Col. San Lorenzo Huipulco, D.F., Mexico; bekin@imp.edu.mxItem Neurocytoskeletal Protective Effect of Melatonin: Importance for Morphofunctional Neuronal Polarization(2010) Benítez-King, Gloria; Domínguez-Alonso, Aline; Ramírez-Rodríguez, Gerardo; Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz, Calz, México-Xochimilco 101, Col. Sn Lorenzo Huipulco 14370, México, D.F., Mexico; bekin@imp.edu.mxNeurons have a highly asymmetric shape and they are constituted by two functional domains: the axonal, and the somatodendritic domains. Axons are cellular processes that make contact with target cells to transmit information, while dendrites located in the somatodendritic domain are specialized in the reception of information. During neurodevelopment, neurons acquire the highly morphofunctional polarization through a dynamic cytoskeletal organization. Melatonin, the main indolamine secreted by the pineal gland has two important properties which play a key role in the maintaining of neuron polarization: it is a potent free radical scavenger, and it is a cytoskeletal modulator. Melatonin stimulates cytoskeletal polarization through PKC and ROCK activation by recruiting cells at early stages of neurodevelopment for later differentiation. At later stages, melatonin induces neurite and microtubule enlargement by a calmodulin antagonism. Moreover, melatonin prevents the asymmetric shape lost induced by oxidative stress, a condition present in neuropsychiatric diseases, and abolishes the cytoskeletal damage caused by prolonged treatment with antipsychotics, restoring the morphofunctional polarization. Moreover, in organotypic cultures, melatonin at nanomolar concentrations enhances the number of dendrites and their complexity in hilar neurons of the hippocampus. In addition, melatonin stimulates the formation of new neurons in vitro and in a rodent model. In this review we will describe current evidences indicative of the melatonin participation in the neuronal morphofunctional differentiation as a cytoskeletal modulator. Also we will discuss the implications of the loss of neuronal polarization in neuropsychiatric diseases and the potential therapeutic utility of melatonin for the treatment of these illnesses.Item In Vitro Stimulation of Protein Kinase C by Melatonin(1998) Antón-Tay, Fernando; Ramírez, Gerardo; Martínez, Isabel; Benítez-King, Gloria; Universidad Autonoma Metropolitana - Iztapalapa, Dpto. de Biología de la Reproducción CBS.; fat@xanum.uam.mxIt has been shown that melatonin through binding to calmodulin acts both in vitro and in vivo as a potent calmodulin antagonist. It is known that calmodulin antagonists both bind to the hydrophobic domain of Ca2+ activated calmodulin, and inhibit protein kinase C activity. In this work we explored the effects of melatonin on Ca2+ dependent protein kinase C activity in vitro using both a pure commercial rat brain protein kinase C, and a partially purified enzyme from MDCK and N1E-115 cell homogenates. The results showed that melatonin directly activated protein kinase C with a half stimulatory concentration of 1 nM. In addition the hormone augmented by 30% the phorbol ester stimulated protein kinase C activity and increased [3H] PDBu binding to the kinase. In contrast, calmodulin antagonists (500 _M) and protein kinase C inhibitors (100 _M) abolished the enzyme activity. Melatonin analogs tested were ineffective in increasing either protein kinase C activity or [3H] PDBu binding. Moreover, the hormone stimulated protein kinase C autophosphorylation directly and in the presence of phorbol ester and phosphatidylserine. The results show that besides the melatonin binding to calmodulin, the hormone also interacts with protein kinase C only in the presence of Ca2+. They also suggest that the melatonin mechanism of action may involve interactions with other intracellular hydrophobic and Ca2+ dependent proteins.Item Efecto de la melatonina sobre la actividad de la proteína cinasa C y la distribución de filamentos intermedios en las células N1E-115(1995) Benítez-King, Gloria; Ríos, Amelia; Grimaldo, José Carlos; Antón-Tay, Fernando; Departamento de Neurofarmacología, División de Investigaciones Clínicas, Instituto Mexicano de Psiquiatría, Calz. México-Xochimilco 101 col. San Lorenzo Huipulco, 14370, México D.F.En los años recientes hemos demostrado que uno de los mecanismos de acción de la melatonina (MEL), ocurre a nivel intracelular. La hormona se une a la calmodulina con alta afinidad (188 pM) en presencia de calcio y antagoniza su actividad. Recientemente hemos encontrado que la MEL además de antagonizar la actividad de la calmodulina, activa a la proteína cinasa C (PKC) in vitro y sinergiza la estimulación producida por esteres del forbol. Esta evidencia ha sugerido que la MEL además de unirse a la calmodulina in vivo, también podría unirse a la PKC modulando su actividad. La activación de la PKC citosólica, se acompaña de su traslado al citoesqueleto y a la membrana donde fosforila a la vimentina, causando el desensamble de los filamentos intermedios (IF) y modificando el soporte y la integración del espacio intracelular, así como la transducción de señales. En este trabajo se estudió el efecto de la MEL sobre la actividad de la PKC y la distribución de los IF de vimentina en las células NIE-115. Los resultados señalaron que en condiciones basales, el 99% de actividad de la enzima se encuentra en la fracción citosólica, y que en las células incubadas con MEL 1 nM durante 5-30 min y hasta 3 y 6 hrs, la mayor actividad se encuentra en la fracción citoesqueleto-membranal. Estos resultados sugieren que la hormona activa a la PKC y la traslada del citosol a la membrana y al citoesqueleto. También, por inmunofluorescencia de doble marcaje, se encontró que la MEL modificó la distribución subcelular de la PKC. En las células de neuroblastoma incubadas con 1 nM de la hormona, la enzima se detectó en estructuras filamentosas cortas, en tanto que en las células incubadas con el vehículo la PKC se encontró en estructuras filamentosas delgadas y con un patrón de fluorescencia difuso. Junto con los cambios en la distribución y la actividad de la PKC, se observó que la MEL modificó la estructura de los IF. En las celulas incubadas con la hormona, los IF de vimentina se observaron como estructuras filamentosas cortas, rectas y mucho menos densas que en las células incubadas con vehículo, en donde los IF se observaron como estructuras fibrosas onduladas poblando densamente al citoplasma y orientadas del núcleo a la periferia celular. Estos resultados indican que la MEL in vivo, además de unirse a la calmodulina es capaz de interaccionar con otras proteínas intracelulares con actividad funcional y corroboran que la hormona podría modular la actividad de sus células blanco a través de la fosforilación de proteínas. Los resultados también apoyan la hipótesis de que la MEL sincroniza la actividad celular con el fotoperiodo por medio de la modulación cíclica de la arquitectura celular.Item Efecto de la melatonina sobre la actividad de la proteína cinasa C y la multiproteína cinasa II dependiente de calmodulina(1994) Benítez-King, Gloria; Huerto-Delgadillo, Lourdes; Martínez Hernández, Aída; Antón-Tay, Fernando; Departamento de Neurofarmacología. división de Investigaciones Clínicas, Instituto Mexicano de Psiquiatría. Calz. México-Xochimilco 101, San Lorenzo Huipulco, 14370 México.La melatonina actúa como un regulador cronobiológico en los vertebrados, invertebrados y en el ser humano, sincronizando la actividad biológica del organismo con el ciclo luz-oscuridad. De ahí que se ha sugerido que la hormona tiene un papel importante en la fisiopatología de las enfermedades psiquiátricas que se presentan con alteraciones de los ritmos circadianos. En la actualidad, el conocimiento acerca del efecto modulador de la melatonina sobre la fisiología celular se encuentra en expansión, aun cuando la información sobre su mecanismo de acción es escasa. Hay evidencia que indica que la melatonina actúa a nivel celular por medio de varios mecanismos. Uno de ellos, propuesto por nuestro grupo, involucra la modulación intracelular de la actividad de la calmodulina por la melatonina. La calmodulina modula directa o indirectamente un amplio espectro de funciones celulares. En forma directa, activando enzimas tales como la fosfodiesterasa, la adenilato ciclasa, etc. e indirectamente, modulando la fosforilación de sustratos especificos al activar a la multiproteína cinasa II. Esta enzima fosforila una gran variedad de sustratos regulando funciones tales como el metabolismo de lípidos y carbihidratos, la sínteis y liberación de neurotransmisores, la funcionalidad del citoesqueleto, la homeostasis del calcio, y la expresión genética. En este trabajo se estudió el efecto de la melatonina sobre la actividad de la multiproteína cinasa II Ca2+-Calmodulina dependiente. Además, como se ha descrito que otros antagonistas de calmodulina (trifluoperazina y compuesto W-7) inhiben a la proteína cinasa C, se estudiaron los efectos de la hormona sobre la actividad de esta enzima. Los resultados obtenidos señalaron que las concentraciones fisiológicas de la melatonina inhiben la ctividad de la multiproteína cinasa II en un 40% (p < 0.01) y activan directamente a la proteína cinasa C (p < 0.007), en contraste con los antagonistas de la calmodulina (trifluoperazina y W-7), que inhiben la actividad de ambas enzimas. Estos datos confirman que la melatonina actúa como un antagonista de la calmodulina al inhibir la actividad de la multiproteína cinasa II y sugieren que la hormona es también capaz de unirse intracelularmente a otras proteínas funcionales, modulando su actividad. La melatonina podría sincronizar la actividad celular con el fotoperíodo por medio de una modulación selectiva de la fosforilación de proteínas y probablemente modula las respuestas desencadenadas por segundos mensajeros al actuar como un enlace de información cruzada entre dos caminos de traducción de señales, el del calcio y el del fosfatidil inositol.Item Modulación del citoesqueleto microtubular por la interacción de melatonina con calmodulina: sus posibles implicaciones fisiológicas(1993) Benítez-King, Gloria; Huerto-Delgadillo, Lourdes; Antón Tay, Fernando; Departamento de Neurofarmacología, División de Investigaciones Clínicas, Instituto Mexicano de Psiquiatría. Calz. México-Xochimilco 101, Col. San Lorenzo-Huipulco 14370 México, D.F.Varios ritmos corporales se acoplan al fotoperiodo a través de la secreción rítmica de la hormona melatonina. Algunos trastornos mentales se han relacionado con modificaciones del rítmo de secreción de la melatonina por la pineal. El mecanismo a nivel celular por medio del cual la melatonina sincroniza los diferentas ritmos corporales no se conoce con exactitud. Recientemente se ha sugerido que la melatonina al actuar como un antagonista de la calmodulina, modula la dinámica de polimerización de los microtúbulos. Esta regulación a su vez explicaría el efecto de la hormona sobre la liberación de neurotransmisores y el transporte axoplásmico en el sistema nervioso central. El ensamble de los microtúbulos es un proceso dinámico que es inhibido por el sistema Ca2+/Calmodulina tanto in vivo como in vitro. Los antagonistas de calmodulina previenen esta inhibición por unión a la calmodulina activada por el calcio, bloqueando de esta manera la formación del complejo Ca2+/Calmodulina/tubulina/MAPs. La melatonina se une a la calmodulina y produce un alargamiento de los microtúbulos y el crecimiento de neuritas in vivo, sugiriendo que tiene un efecto antagonista sobre la actividad de la calmodulina. En este trabajo, estudiamos el efecto de la melatonina sobre la polimerización de microtúbulos in vitro. El ensayo de polimerización se llevó a cabo con tubulina purificada por dos ciclos de polimerización-despolimerización (6 mg/ml). La mezcla de reacción se incubó a 30° C. La polimerización se inició con la adición de GTP. Los cambios en la absorbancia se registraron a 350 nM cada 2 minutos. En condiciones control, la polimerización de microtúbulos progresó linealmente después de un tiempo de latencia de 2 minutos y alcanzó el equilibrio a los 20 minutos de iniciada la reacción. La velocidad de polimerización calculada en la fase lineal fue de 0.014 O.D./min. En presencia de 5 µM de calmodulina y 1 mM de CaCl2, la velocidad de polimerización disminuyo a 0.004 O.D./minuto, el periodo de latencia se alargo a 4 minutos y la polimerización se inhibió un 40% con respecto al control. Se observó que la melatonina 10-9 M, previno completamente el efecto inhibitorio de Ca2+/Calmodulina sobre la polimerización de los microtúbulos de manera semejante a dos antagonistas de calmodulina (10-5 M de trifluoperazina y 1 µg/ml de compuesto 48/80). Estos resultados apoyan que los rearreglos en el citoesqueleto inducidos por melatonina son mediados por su efecto antagonista sobre calmodulina.Item Caracterización de la unión melatonina-calmodulina(1992) Benítez-King, Gloria; Chávez, José Luis; Huerto-Delgadillo, Lourdes; Antón Tay, Fernando; Departamento de Neurofarmacología, División de Investigaciones Clínicas. Instituto Mexicano de Psiquiatría, Calz. México-Xochimilco 101. Col. San Lorenzo Huipulco, 14370 México, D.F.Se ha sugerido que la melatonina está involucrada en la etiología y la fisiopatología de los trastornos afectivos. Sin embargo, no se sabe el papel que juega en estos padecimientos debidos a que aún se desconoce su mecanismo de acción. La melatonina se une a sitios de alta afinidad en varias regiones del cerebro y en órganos periféricos. Algunos receptores de la melatonina están acoplados al sistema de la adenilato ciclasa o al del diacilglicerol, traduciendo la señal de la hormona al medio intracelular. Recientemente hemos descrito que en las células MDCK y NIE-115, la melatonina induce cambios en el citoesqueleto, así como en la proliferación celular. Estos cambios están asociados con las modificaciones en los niveles y la distribución subcelular de la calmodulina. Además, la melatonina inhibe la actividad de la fosfodiesterasa dependiente de Ca++-calmodulina con una IC50 de 1 nM. Estos resultados sugirieron la hipótesis de que la señal de la melatonina podría ser percibida por la calmodulina y a través de la modificación de los niveles, distribución subcelular y actividad funcional de esta proteína: se traduciría la señal de la hormona al medio intracelular. En el presente trabajo, caracterizamos la unión de la melatonina a la calmodulina con un método de ultrafiltración rápida. La melatonina se asocia a la calmodulina con alta afinidad, dicha unión es específica, rápida, estable y reversible. Los estudios de saturación demostraron que la melatonina-H3 se une a un solo sitio en la calmodulina con una constante de afinidad (Kd) de 0.398 nM y una capacidad de unión (Bmax) de 6.25 nM/mg de calmodulina. La unión específica se incrementa 4.8 veces en presencia de calcio. Los resultados confirman la asociación de la melatonina con la calmodulina, y por lo tanto apoyan la hipótesis de que la hormona ejerce sus acciones farmacológicos y fisiológicas a través de su interacción con esta proteína.
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