La melatonina materna es una señal sincronizadora dde relojes periféricos en el feto de rata: papel en la mantención de ritmos circadianos y la función de la glándula adrenal y corazón fetal

El sistema circadiano es definido como un suprasistema fisiológico que permite la adaptación a cambiospredictivos producidos por la alternancia día/noche, generando un orden temporal interno de procesos fisiológicosa lo largo de las 24h (ritmos circadianos). Gran parte del conocimiento acerca de la organización del sistemacircadiano y su papel en procesos fisiológicos y fisiopatológicos han sido descrito en adultos; sin embargo, existeescasa información acerca de lo que ocurre durante la vida fetal, periodo sensible que determina en gran partenuestra futura vida como adultos. Resultados de nuestro gmpo apoyan la existencia de ritmos circadianos en el fetode rata, que preceden la oscilación circadiana funcional del núcleo supraquiasmático fetal (reloj maestro en eladulto). Tanto la adrenal como el corazón fetal, dos órganos clave en la transición feto-recién nacido, expresangenes reloj, y particularmente demostramos que la glándula adrenal es un reloj periférico en el feto de rata.Basados en estos antecedentes, propusimos dos hipótesis integradas: (1) El corazón de feto de rata es un relojperiférico, y (2) La melatonina materna es una señal sincronizadora de relojes periféricos en el feto derata.En esta tesis, por primera vez describimos que el corazón de feto de rata (a los 18 días de gestación) es unreloj periférico que expresa de manera circadiana genes reloj, genes asociados al metabolismo cardiaco y elreceptor de melatonina Mt2. Sin embargo, a diferencia de la adrenal, el ritmo circadiano de genes reloj no semantiene en condiciones de cultivo, apoyando que la presencia de ritmos circadianos en el corazón de feto de ratain vivo, requiere de señales maternas/fetales (melatonina materna o corticosterona fetal) ausentes en cultivo. Aquíexploramos el potencial papel de melatonina y dexametasona (glucocorticoide sintético) en la expresióncircadiana de genes reloj en el corazón de feto de rata en cultivo y, aunque observamos cambios significativos enexpresión, se requieren más experimentos para dilucidar el efecto de estas dos hormonas, tanto en la generacióncomo en la mantención de los ritmos circadianos del corazón fetal.Exploramos además el efecto de la exposición a luz continua (que suprime el ritmo circadiano demelatonina materna) en adrenal y corazón fetal. La supresión crónica de melatonina a partir del décimo día degestación produjo: restricción de crecimiento intrauterino a los 18 días de gestación, alteración del reloj molecularXIIIde la glándula adrenal, disminución y pérdida del ritmo circadiano de corticosterona y pérdida de la respuesta aACTH en glándulas adrenales en cultivo. A nivel del corazón fetal, la exposición a luz continua alteró la expresiónde diversos genes; incluyendo genes reloj, genes asociados al metabolismo cardiaco y receptores de melatonina.Todos estos efectos fueron revertidos por la suplementación con una dosis diaria de melatonina a las madresmantenidas bajo luz continua.En un estudio longitudinal, observamos que la exposición a luz continua durante la gestación inducevarios efectos en la progenie adulta, consistentes con la mantención de efectos a largo plazo. A los 90 días de edad,en animales que fueron gestados en luz continua, encontramos: concentraciones reducidas de corticosteronaplasmática, ausencia de diferencia día/noche y baja concentración de melatonina plasmática, valores elevados deglicemia, test de tolerancia a la glucosa alterado, disminución del tamaño de la glándula adrenal y cambiossignificativos en sus niveles de expresión génica, consistentes con cambios en la función adrenal. En el corazónadulto observamos engrosamiento de la pared del ventrículo izquierdo (con reducción del área de la cavidadventricular izquierda), cardiomiocitos con un diámetro nuclear y área celular aumentados, además de unaalteración de las diferencias día/noche en la expresión de los genes reloj Bmall y Per2. De nuevo, estos efectosfueron parcial o totalmente revertidos cuando la madre sometida a luz continua recibió melatonina durante lagestación, apoyando que la falta de melatonina fue un factor clave en la manifestación de un fenotipo alteradotanto en adrenal como corazón.Sin duda los hallazgos de la presente tesis junto a la evidencia disponible en la literatura, apoyan que laintegridad del sistema circadiano materno-fetal es clave no sólo para una adecuada transición feto-recién nacido,sino también para la adquisición de un fenotipo normal en el individuo adulto. Los esfuerzos recientes en lainvestigación del impacto de alteraciones circadianas sobre la salud humana son relevantes, considerando quecerca de un 20% de la población está expuesta a alteraciones de los ritmos circadianos a causa de la imposición desistemas de turnos rotativos en la sociedad industrial moderna, incluyendo mujeres embarazadas.Finalmente, los presentes resultados sugieren fuertemente que la cronodisrupción gestacional, asociada ala supresión de melatonina materna, es una señal deletérea para el feto e induce alteraciones a largo plazo(programación fetal de enfermedades crónicas del adulto), particularmente a nivel de la función del ejehipotálamo-hipófisis-adrenal y cardiovascular.XIVABSTRACTThe circadian system is seen as a supra-physiological system that ensures a predictive adaptation tochanges induced by the day/night variation. Therefore, it generates an interna! temporal order throughout 24h(circadian rhythms), preduding the occurrence of incompatible functions at the same time. Mounting evidencesupports that the organization of the circadian system is key for physiological and pathophysiological events inadults; however, little is known about the actual role of the circadian system on fetallife, which is a crucial perioddefining our future health and disease status as adults. In this context, results of our group support the existence ofcircadian rhythms in the rat fetus, which precedes the functional circadian oscillation of the fetal suprachiasmaticnudeus (ie., the master dock in adults). The adrenal and fetal heart, key organs for the fetus-newborn transition,both expressed dock genes, and we further demonstrated that the fetal adrenal gland is a peripheral dock in thefetal rat. Hence, we proposed two integrated hypotheses: (1) The rat fetal heart is a peripheral dock, and(2) Maternal melatonin is a synchronizing signal for peripheral clocks in the fetal rat.In this thesis, we describe that the rat fetal heart (at 18 days of gestation) is a peripheral dock expressingdock genes associated with cardiac metabolism and Mt2 melatonin receptor in a circadian fashion. However, incontrast to our observations in the fetal adrenal, the cardiac circadian dock gene expression was not maintainedunder in vítro conditions. These results support that the circadian rhythms in the rat fetal heart in vivo requireadittional maternal /fetal signals (maternal melatonin or fetal corticosterone), which were absent in culture.Hence, we explored the potential role of melatonin and dexamethasone (synthetic glucocorticoid) in the circadianexpression of dock genes in the rat fetal heatt in culture. Although we observed significant changes in dock geneexpression with melatonin and glucococrticoid pulses, more experiments are required to elucidate the effect of thesetwo hormones, regarding the generation as well as the maintenance of circadian rhythms in the fetal heart.We also explored the effects of exposure to constant light (which suppresses the circadian rhythm ofmaternal melatonin) on the fetal adrenal and heart. It is important to note that chronic suppression of maternalmelatonin during gestation, induced: intrauterine growth restriction, altered dock gene expression in the fetaladrenal, decreased production together with loss of circadian rhythm of corticosterone, as well as blunted fetalXVadrenal corticosterone response to ACTH in culture. In the fetal heart, we observed that maternal melatoninsuppression modified the expression of dock genes and genes associated with cardiac metabolism. The effects ofmaternal exposure to constant light were reversed by maternal supplementation with a daily dose of melatonin.In a longitudinal study, we determined severallong-term effects on the offspring, secondary to gestationalexposure to constant light. In adult individuals at 90 days of age, which had been gestated under contant light, wefound decreased plasma corticosterone concentrations, together with low plasma melatonin levels which in turndid not display day/night differences. These animals also featured higher plasma glucose levels and increasedglucose tolerance. At the morphologicallevel, we found a decreased adrenal size and significant changes in geneexpression, consistent with altered adrenal function. On the other hand, in the adult heart, we observed athickening of the left ventricle's wall associated with a smaller ventricular cavity. In addition, the cardiomyocytesdisplayed an increase in both, nuclear diameter and cellular area. These morphometric alterations in the adultheart of offspring coming from pregnant dams kept under constant light, were accompanied by a significantmodification in the expression of the dock genes Bmall and Per2. Of note, all these effects of gestationalchronodisruption were partially or fully reversed when the mothers received melatonin, supporting that the lack ofmelatonin was a key factor in the manifestation of an altered phenotype in both, adren al and heart.Certainly, the present findings and the evidence from the literature, support that the integrity of thematernal-fetal circadian system is critica! not only for an appropriate fetal-newborn transition, but also for theadquisition of a normal phenotype in the adult individual. The recent efforts in the research about the impact ofcircadian alterations over human health are relevant, considering that about 20% of the population -includingpregnant women- is exposed to disturbances of the circadian rhythms imposed by shift-work systems of our modern24/7 industrial society. Finally, the present findings strongly suggest that gestational cronodisruption, associated tomaternal melatonin suppression, is a deleterious signal for the fetus and it induces long-term alterations (fetalprogramrning of adult chronic disease), particularly at the hypothalamus-pituitary-adrenal axis andcardiovascular levels. Doctor en Ciencias TERMINADA PFCHA-Becas 168p. PFCHA-Becas