Mitochondria of endocrine cells of intestine mucosa epithelium in a melatonin-treated rats (electronic morphometric study)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The ultrastructure of mitochondria of endocrinocytes of the epithelium of the mucous membrane of the duodenum and colon of rats was studied in 2 subgroups of the experiment: with the introduction of 1 and 100 therapeutic doses of melatonin solution. When melatonin was administered in the studied parts of the intestine, it was revealed: a change in the content of 95—90 % endocrine cells in the cytoplasm of the studied organelles, their swelling (85 % of organelles), fragmentation of crystals (70 % of organelles), enlightenment of their matrix (5 % of organelles) and the appearance of myelin-like structures (1—2 % of organelles) were revealed. The detected structural changes may indicate an increase in the metabolic activity of epithelial endocrinocytes in response to experimental exposure, which requires regenerative correction of mitochondrial dynamics.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. L. Churkova

Military Medical Academy named after S. M. Kirov of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: mlchurkova@mail.ru

Department of histology with a course of embryology

Russian Federation, St. Petersburg

S. V. Kostyukevich

North-Western State Medical University named after I. I. Mechnikov

Email: mlchurkova@mail.ru

Department of medical biology

Russian Federation, St. Petersburg

V. F. Ivanova

North-Western State Medical University named after I. I. Mechnikov

Email: mlchurkova@mail.ru

Department of medical biology

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Арешидзе Д. А. 2023. Особенности циркадного ритма размеров митохондрий гепатоцитов крыс в условиях темновой депривации и хронической алкогольной интоксикации. 2023. Морфология. Т. 161. № 4. С. 5. (Areshidze D. A. Features of the circadian rhythm in the size of the mitochondria of rat hepatocytes under conditions of dark deprivation and chronic alcohol intoxication. 2023. Morfologiia. V. 161. No. 4. P. 5). https://doi.org/10.17816/morph.630117
  2. Арешидзе Д. А. 2024. Влияние постоянного освещения и хронической алкогольной интоксикации на структуру митохондрий гепатоцитов крыс Вистар. 2024. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б. В. Петровского. Т. 12. № 2. С. 64. (Areshidze D. A. 2024. The influence of constant lighting and chronic alcohol intoxication on the structure of mitochondria in hepatocytes of Wistar rats. 2024. Clinical and experimental surgery. Journal named after academician B. V. Petrovsky. V. 12. No. 2. P. 64). https://doi.org/10.33029/2308-1198-2024-12-2-64-70
  3. Бакеева Л. Е. 2015. Возраст-зависимые изменения ультраструктуры митохондрий. Действие SkQ1. Биохимия. Т. 80. № 12. С. 1843. (Bakeeva L. E. 2015. Age-dependent changes in the ultrastructure of mitochondria. Action SkQ1. Biochemistry. V. 80. No. 12. P. 1843).
  4. Бархина Т. Г., Али-Риза А.Е., Пархоменко Ю. Г. 1992. Ультраструктурные особенности эндокринных клеток нормальной слепой кишки мыши и при экспериментальном эшерихиозе. Бюлл. эксп. биол. и мед. Т. 114. № 10. С. 429. (Barkhina T. G., Ali-Riza A.E., Parkhomenko Iu.G. 1992. The ultrastructural characteristics of the endocrine cells of the normal murine cecum and in experimental escherichiosis. Bull. Eksp. Biol. Med. V. 114. No. 10. P. 429).
  5. Иванова В. Ф., Пузырев А. А., Костюкевич С. В., Драй Р. В. 2009. Структурные изменения в стенке кишки крыс при голодании. Морфология. Т. 136. № 6. С. 62. (Ivanova V. F., Puzyriov A. A., Kostiukevitch S. V., Drai R. V. 2009. Structural changes in rat intestinal wall during starvation. Morfologiia. V. 136. No. 6. P. 62).
  6. Иванова В. Ф. 2013. Регенерация эндокринной гастроэнтеропанкреатической системы при экспериментальной и клинической патологии: становление концепции и современные проблемы. Морфология. Т. 144. № 6. С. 73. (Ivanova V. F. 2013. Regeneration of endocrine gastroenteropancreatic system in experimental and clinical pathology: concept development and current problems. Morfologiia. V. 144. No. 6. P. 73).
  7. Живодерников И. В., Кириченко Т. В., Козлова М. А., Маркин А. М., Маркина Ю. В. 2023. Митохондриальная дисфункция в патоморфогенезе гипертрофической кардиомиопатии. Морфология. Т. 161. № 4. С. 95. (Zhivodernikov I. V., Kirichenko T. V., Kozlova M. A., Markin A. M., Markina Yu.V. 2023. Mitochondrial dysfunction in the pathogenesis of hypertrophic cardiomyopathy. Morfologiia. V. 161. No. 4. P. 95). https://doi.org/10.17816/morph.631335
  8. Козлова М. А., Арешидзе Д. А., Черников В. П., Мотрева А. П., Евсеев Е. П., Заклязьминская Е. В., Дземешкевич С. Л. 2024. Ультраструктурные характеристики митохондрий миокарда при гипертрофической кардиомиопатии диффузно-генерализованного фенотипа. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б. В. Петровского. Т. 12. № 1. С. 7. (Kozlova M. A., Areshidze D. A., Chernikov V. P., Morova A. P., Evseev E. P., Zaklyazminskaya E. V., Dzemeshkevich S. L. 2024. Ultrastructural characteristics of myocardial mitochondria in hypertrophic cardiomyopathy of a diffusely generalized phenotype. Clinical and experimental surgery. The journal named after Academician B. V. Petrovsky. V. 12. No. 1. P. 7).
  9. Костюкевич С. В., Аничков Н. М., Иванова В. Ф., Орешко Л. С., Кудряшова Г. П., Медведева О. И., Смирнова О. А. 2004. Эндокринные клетки эпителия прямой кишки в норме, при неспецифическом язвенном колите и синдроме раздраженной кишки без лечения и при лечении преднизолоном и салофальком. Архив патологии. Т. 4. С. 23. (Kostyukevich S. V., Anichkov N. M., Ivanova V. F., Oreshko L. S., Kudryashova G. P., Medvedeva O. I., Smirnova O. A. 2004. Endocrine cells of rectal epithelium in health, in nonspecific ulcerative colitis and irritable colon syndrome in the treatment with prednisolone and salofalk and in the absence of treatment. Archive of Pathology. V. 4. P. 23).
  10. Курбонова Л. М., Орипов Ф. С., Асадова Ф. Ж., Индейкин Ф. А., Андреева А. Н., Деев Р. В. 2023. Эндокринные клетки эпителия толстой кишки как часть диффузной эндокринной системы. Доктор ахборотномаси. № 3 (111). С. 144. (Qurbonova L. M., Oripov F. S., Asadova F. D., Indeykin F. A., Andreeva A. N., Deev R. V. 2023. Endocrine cells of the colon epithelium as a part of the diffuse endocrine system. Doctor Ahborotnomasi. V. 3 (111). P. 144). https://doi.org/10.38095/2181-466X-20231113-144-149
  11. Пальцев М. А., Кветной И. М. 2014. Руководство по нейроиммуноэндокринологии. М.: ЗАО «Шико». (Pal’tsev M.A., Kvetnoy I. M. 2014. Guide to neuroimmunoendocrinology. Moscow: “Shiko”).
  12. Серов В. В., Пауков В. С. 1975. Ультраструктурная патология. М.: Медицина. (Serov V. V., Paukov V. S. 1975. Ultrastructural pathology. Moscow: Medicine).
  13. Толмачева Е. А. (ред). 2019. Справочник Видаль. Лекарственные препараты в России. Москва: Видаль Рус. (Tolmatscheva E. A. 2019. The Vidal Directory. Medicinal products in Russia. Moscow: Vidal Rus).
  14. Чернявский Д. А., Галкин И. И., Павлюченкова А. Н., Федоров А. В., Челомбитько М. А. 2023. Роль митохондрий в нарушении барьерной функции кишечного эпителия при воспалительных заболеваниях кишечника. Молекулярная биология. Т. 57. № 6. С. 1. (Chernyavskij D. A., Galkin I. I., Pavlyuchenkova A. N., Fedorov A. V., Chelombitko M. A. 2023. Role of mitochondria in intestinal epithelial barrier dysfunction in inflammatory bowel disease. Mol. Biol. V. 57. No. 6. P. 1). https://doi.org/10.31857/S0026898423060058
  15. Чуркова М. Л. 2019. Реактивные изменения эндокринных клеток эпителия слизистой оболочки кишки при введении мелатонина или доксиламина сукцината (электронно-микроскопическое исследование). Цитология. Т. 61. № 10. С. 797. (Churkova M. L. 2019. Reactive changes of endocrine cells of intestinal mucosal epithelium with administration of melatonin or doxylamine succinate (electron microscopic study). Cell and Tissue Biology. 2020. V. 14. No. 1. P. 57). https://doi.org/10.1134/S0041377119100031
  16. Эльдаров Ч. М., Вайс В.Б, Вангели И. М., Колосова Н. Г., Бакеева Л. Е. 2015. Морфометрическое исследование ультраструктуры митохондрий кардиомиоцитов при старении. Биохимия. Т. 80. № 5. С. 716. (Eldarov Ch.M., Weiss V. B., Vangeli I. M., Kolosova N. G., Bakeeva L. E. 2015. Morphometric study of the ultrastructure of mitochondria of cardiomyocytes during aging. Biochemistry. V. 80. No. 5. P. 716).
  17. Acuña-Castroviejo D., Martín M., Macías M., Escames G., León J., Khaldy H., Reiter R. J. 2001. Melatonin, mitochondria, and cellular bioenergetics. J. Pineal Res. V. 30. P. 65. https://doi.org/10.1034/j.1600-079x.2001.300201.x
  18. Bourgonje A. R., Feelisch M., Faber K. N., Pasch A., Dijkstra G., van Goor H. 2020. Oxidative stress and redox-modulating therapeutics in inflammatory bowel disease. Trends. Mol. Med. V. 26. P. 1034. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2020.06.006
  19. Brandt T., Mourier A., Tain L. S., Partridge L., Larsson N. G., Kühlbrandt W. 2017. Changes of mitochondrial ultrastructure and function during ageing in mice and Drosophila. Elife. V. 12. P. 246. https://doi.org/10.7554/eLife.24662
  20. Hack L. M., Lockley S. W., Arendt J., Skene D. J. 2003. The effects of low-dose 0.5-mg melatonin on the free-running circadian rhythms of blind subjects. J. Biol. Rhythms. V. 18. P. 420. https://doi.org/10.1177/0748730403256796
  21. Hsieh S. Y., Shih T. C., Yeh C. Y., Lin C.-J., Chou Y.-Y., Leeet Y.-S. 2006. Comparative proteomic studies on the pathogenesis of human ulcerative colitis. Proteomics. V. 6. P. 5322. https://doi.org/10.1002/pmic.200500541
  22. Mandarim-de-Lacerda C.A. 2003 Stereological tools in biomedical research. An. Acad. Bras. Cienc. V. 75. P. 469. https://doi.org/10.1590/s0001-37652003000400006
  23. Novak E. A., Mollen K. P. 2015. Mitochondrial dysfunction in inflammatory bowel disease. Front. Cell Dev. Biol. V. 3. Art. ID: 62. https://doi.org/10.3389/fcell.2015.00062
  24. Söderholm J. D., Olaison G., Peterson K. H., Franzén L. E., Lindmark T., Wirén M., Tagesson C., Sjödahl R. 2002. Augmented increase in tight junction permeability by luminal stimuli in the non-inflamed ileum of Crohn’s disease. Gut. V. 50. P. 307. https://doi.org/10.1136/gut.50.3.307
  25. Rodenburg W., Keijer J., Kramer E., Vink C., van der Meer R., Bovee-Oudenhoven I.M.J. 2008. Impaired barrier function by dietary fructo-oligosaccharides (FOS) in rats is accompanied by increased colonic mitochondrial gene expression. BMC Genomics. V. 9. Article ID: 144. https://doi.org/10.1186/1471-2164-9-144
  26. Solcia E., Capella C., Buffa R., Usellini L., Fiocca R., Frigerio B., Tenti P., Sessa F. 1981. The diffuse endocrine-paracrine system of the gut in health and disease: ultrastructural features. Scand. J. Gastroenterol. Suppl. V. 70. P. 25.
  27. Tasca C. 1976. Introducere in morfologia cantitativa cito-histologica. Bucuresti: Editura academiei R.S.R.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Epithelium of the mucous membrane of the duodenum (a) and colon (b) of rats in the control group. Shown are: D- (a) and EC-cells (b). M — mitochondrion; MK — poorly differentiated cell; SG — secretory granule; N — nucleus; Dg — secretory granule of D-cell; ECg — secretory granule of EC-cell.

Download (400KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Epithelium of the mucous membrane of the colon (a) and duodenum (b) of rats after daily chronic administration of one therapeutic dose of melatonin. Shown are: D1- (a) and EC-cells (a, b). M — mitochondria; MC — myelin-like structures; N — nucleus; D1g — secretory granule of D1-cell; ECg — secretory granule of EC-cell.

Download (463KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Epithelium of the duodenal mucosa in rats after acute administration of 100 mg/dL melatonin. Shown are a D1 cell (a) and a poorly differentiated endocrine cell (b). M — mitochondrion; MK — poorly differentiated cell; P — polysomes; Cr — secretory granule; N — nucleus; D1g — secretory granule of D1 cell.

Download (375KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Average cross-sectional area of ​​mitochondria (a) and inner mitochondrial membrane per unit mitochondrial volume (b). (*) — Significant differences from control group parameters (P < 0.05); vertical segments — standard error values. 12pk_MT1 — duodenum, chronic daily administration of one therapeutic dose of melatonin (pale gray column); 12pk_MT100 — duodenum, single administration of 100 td melatonin (dark gray column); 12pk_K — duodenum, control group (white column); Ob_MT1 — colon, chronic daily administration of 1 td melatonin (pale gray column); Ob_MT100 — colon, single administration of 100 td melatonin (dark gray column); Ob_K — colon, control group (white column).

Download (283KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Epithelium of the duodenal mucosa in rats after daily chronic administration of one therapeutic dose of melatonin. Shown are: the apical part of the absorptive cells (a); goblet and absorptive cells (b). GC — goblet cell; V — vacuole; VC — absorptive cell; M — mitochondrion; MV — microvilli; N — nucleus.

Download (537KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences