Immunohistochemical study of human pineal vessels

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: The pineal gland is a neuroendocrine organ located in the epithalamic area of the brain. By using the melatonin, a pineal hormone, the pineal gland synchronizes the work of the internal physiological systems of the body with the circadian light-darkness cycle. Melatonin is synthesized in pinealocytes, the endocrine cells of the pineal gland, and secreted into the bloodstream. However, the structural features of the blood vessels in the pineal gland are still not well understood.

AIM: The purpose of this study was to elucidate the intraorgan localization and immunohistochemical pattern of the blood vessels of the pineal gland of human, which had not been previously studied.

MATERIALS AND METHODS: In the research, immunohistochemistry methods were applied using two selective markers of blood vessels, the antibodies to von Willebrand factor and type IV collagen. Von Willebrand factor is expressed selectively in endothelial cells that form blood vessels, including small capillaries, while type IV collagen is inherent to the basement membrane that separates the vascular endothelium from the underlying tissue.

RESULTS: The immunohistochemical reaction to both markers clearly visualize the blood vessels of the human pineal gland, which in both cases were observed mainly in the connective tissue septa (trabeculae), or, in the absence of a regular lobular structure, in the connective tissue layers. In lobules surrounded by connective tissue trabeculae and containing a large number of densely packed pinealocytes, von Willebrand factor- and type IV collagen-immunoreactive structures were very rare, and in many cases were not observed. The found phenomenon of distribution of blood vessels in the human pineal gland is described for the first time.

CONCLUSIONS: Since blood vessel markers with well-proven selectivity were used, the results obtained with their usage can be considered reliable; this gives grounds with a high degree of probability to assert that the majority of pinealocytes in the human pineal gland do not have direct contact with blood vessels and, accordingly, cannot secrete melatonin directly into the bloodstream. On the basis of the results obtained, a hypothesis is proposed that the hormone secretion from pinealocytes into blood vessels is mediated by astroglial cells.

About the authors

Dina A. Sufieva

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: dinobrione@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0048-2981
SPIN-code: 3034-3137
Scopus Author ID: 56479139700
ResearcherId: O-1825-2017

Research Associate, Department of General and Particular Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Elena A. Fedorova

Institute of Experimental Medicine

Email: el-fedorova2014@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0190-885X
SPIN-code: 5414-4122
Scopus Author ID: 36901775900
ResearcherId: B-1671-2012

Cand. Sci. (Biol.), Research Associate, Department of General and Particular Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Vladislav S. Yakovlev

Institute of Experimental Medicine

Email: 1547053@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2136-6717
SPIN-code: 7524-9870

Research Laboratory Associate, Department of General and Particular Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Igor P. Grigorev

Institute of Experimental Medicine

Email: ipg-iem@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3535-7638
SPIN-code: 1306-4860
Scopus Author ID: 7102851509

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Associate, Department of General and Particular Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Anisimov VN. Pineal gland, biorhythms and aging of an organism. Progress in Physiological Sciences. 2008;39(4):40–65. (In Russ.)
  2. Galano A, Tan DX, Reiter RJ. Melatonin as a natural ally against oxidative stress: a physicochemical examination. J Pineal Res. 2011;51(1):1–16. doi: 10.1111/j.1600-079X.2011.00916.x
  3. Markus RP, Fernandes PA, Kinker GS, et al. Immune-pineal axis – acute inflammatory responses coordinate melatonin synthesis by pinealocytes and phagocytes. Br J Pharmacol. 2018;175(16):3239–3250. doi: 10.1111/bph.14083
  4. Norman AW, Henry HL. The Pineal Gland. In: Hormones. 3rd ed. London, England: Academic Press; 2015. P. 351–361. doi: 10.1016/B978-0-08-091906-5.00016-1
  5. Hodde KC. The vascularization of the rat pineal organ. Prog Brain Res. 1979;52:39–44. doi: 10.1016/S0079-6123(08)62910-6
  6. Selin YuM. Blood vessels of the epiphysis in comparative-anatomical aspect. Arkh Anat Gistol Embriol. 1977;72(5):90–96. (In Russ.)
  7. Duvernoy HM, Parratte B, Tatu L, et al. The human pineal gland: Relationships with surrounding structures and blood supply. Neurol Res. 2000;22(8):747–790. doi: 10.1080/01616412.2000.11740753
  8. Cho ZH, Choi SH, Chi JG, et al. Classification of the venous architecture of the pineal gland by 7T MRI. J Neuroradiol. 2011;38(4):238–241. doi: 10.1016/j.neurad.2011.02.010
  9. Kahilogullari G, Ugur HC, Comert A, et al. Arterial vascularization of the pineal gland. Childs Nerv Syst. 2013;29(10):1835–1841. doi: 10.1007/s00381-012-2018-z
  10. Bukreeva I, Junemann O, Cedola A, et al. Investigation of the human pineal gland 3D organization by X-ray phase contrast tomography. J Struct Biol. 2020;212(3):107659. doi: 10.1016/j.jsb.2020.107659
  11. Korzhevskii DE, Kirik OV, Sukhorukova EG, et al. Von Willebrand factor of endotheliocytes of blood vessels and its use in the course of immunomorphologycal research. Medical Academic Journal. 2017;17(1):34–40. (In Russ.) doi: 10.17816/MAJ17134-40
  12. Pusztaszeri MP, Seelentag W, Bosman FT. Immunohistochemical expression of endothelial markers CD31, CD34, von Willebrand factor, and Fli-1 in normal human tissues. J Histochem Cytochem. 2006;54(4):385–395. doi: 10.1369/jhc.4A6514.2005
  13. Braak H, Feldengut S, Kassubek J, et al. Two histological methods for recognition and study of cortical microinfarcts in thick sections. Eur J Histochem. 2018;62(4):2989. doi: 10.4081/ejh.2018.2989
  14. Xu L, Nirwane A, Yao Y. Basement membrane and blood-brain barrier. Stroke Vasc Neurol. 2018;4(2):78–82. doi: 10.1136/svn-2018-000198
  15. Grigorev IP, Korzhevskii DE. Current technologies for fixation of biological material for immunohistochemical analysis (review). Modern technologies in medicine. 2018;10(2):156–165. doi: 10.17691/stm2018.10.2.19
  16. Morfologicheskaya diagnostika. Podgotovka materiala dlya gistologicheskogo issledovaniya i elektronnoj mikroskopii. Rukovodstvo. Ed. by D.E. Korzhevskii. Saint Petersburg: SpecLit; 2013. (In Russ.)
  17. Ageychenko FE. Vozrastnye izmeneniya epifiza. In: Anatomo-fiziologicheskie osobennosti detskogo vozrasta. Moscow; Leningrad: Medizdat; 1935. P. 229–266. (In Russ.)
  18. Khelimskii AM. Epifiz (shishkovidnaya zheleza). Moscow: Meditsina; 1969. (In Russ.)
  19. Khavinson VKh, Kvetnoi IM, Ingel’ IE, Mar’ianovich AT. Age-related involution of organs and tissues. Usp Fiziol Nauk. 2003;34(1):78–91. (In Russ.)
  20. Paltsev MA, Polyakova VO, Kvetnoi IM, et al. Morphofunctional and signaling molecules overlap of the pineal gland and thymus: role and significance in aging. Oncotarget. 2016;7(11):11972–11983. doi: 10.18632/oncotarget.7863
  21. Tapp E, Huxley M. The histological appearance of the human pineal gland from puberty to old age. J Pathol. 1972;108(2):137–144. doi: 10.1002/path.1711080207
  22. Chumasov EI, Petrova ES, Korzhevskii DE. Structural and functional peculiarities of the endothelium of heart vessels of mature rats according to immunistochemical studies. Regional blood circulation and microcirculation. 2019;18(2):70–77. (In Russ.) doi: 10.24884/1682-6655-2019-18-2-70-77
  23. Zanetta L, Marcus SG, Vasile J, et al. Expression of Von Willebrand factor, an endothelial cell marker, is up-regulated by angiogenesis factors: a potential method for objective assessment of tumor angiogenesis. Int J Cancer. 2000;85(2):281–288. doi: 10.1002/(SICI)1097-0215(20000115)85:2<281::AID-IJC21>3.0.CO;2-3
  24. Magaki S, Tang Z, Tung S, et al. The effects of cerebral amyloid angiopathy on integrity of the blood-brain barrier. Neurobiol Aging. 2018;70:70–77. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.004
  25. Scharenberg K, Liss L. The histologic structure of the human pineal body. Prog Brain Res. 1965;10:193–217. doi: 10.1016/s0079-6123(08)63452-4
  26. Calvo J, Boya J. Ultrastructural study of the embryonic development in the rat pineal gland. Anat Rec. 1981;199(4):543–553. doi: 10.1002/ar.1091990410
  27. Tan DX, Xu B, Zhou X, et al. Pineal calcification, melatonin production, aging, associated health consequences and rejuvenation of the pineal gland. Molecules. 2018;23(2):301. doi: 10.3390/molecules23020301
  28. Chekhonin VP. Development of blood-brain barrier conception. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2021;171(4):400–412. (In Russ.) doi: 10.47056/0365-9615-2021-171-4-400-412
  29. Sufieva DA, Fedorova EA, Yakovlev VS, et al. GFAP- and vimentin-containing stuctures in human pineal gland. Tsitologiya. 2023;65(2):1–9. (In Russ.) doi: 10.31857/S0041377123020104
  30. Taugner R, Schiller A, Rix E. Gap junctions between pinealocytes. A freeze-fracture study of the pineal gland in rats. Cell Tissue Res. 1981;218(2):303–314. doi: 10.1007/BF00210346
  31. Wartenberg H. The mammalian pineal organ: electron microscopic studies on the fine structure of pinealocytes, glial cells and on the perivascular compartment. Z Zellforsch Mikrosk Anat. 1968;86(1):74–97. doi: 10.1007/BF00340360
  32. Johnson JE Jr. Fine structural alterations in the aging rat pineal gland. Exp Aging Res. 1980;6(2):189–211. doi: 10.1080/03610738008258357
  33. Redecker P. Synaptic-like microvesicles in mammalian pinealocytes. Int Rev Cytol. 1999;191:201–255. doi: 10.1016/s0074-7696(08)60160-6
  34. De Oliveira Marques L, de Carvalho AF, Mançanares ACF, et al. Morphological study of the pineal gland of (crab eater raccoon) Procyon cancrivorus (Cuvier, 1798). Biotemas. 2010;23(2):163–171. (In Brazil) doi: 10.5007/2175-7925.2010v23n2p163
  35. Favaron PO, Mançanares CA, De Carvalho AF, et al. Gross and microscopic anatomy of the pineal gland in Nasua nasua – coati (Linnaeus, 1766). Anat Histol Embryol. 2008;37(6):464–468. doi: 10.1111/j.1439-0264.2008.00883.x
  36. Carvalho AF, Ambrosio CE, Miglino MA, et al. Macro-microscopical aspects of the buffalo (Bubalus bubalis Linnaeus, 1758) pineal gland. Biotemas. 2009;22(2):127–135. doi: 10.5007/2175-7925.2009v22n2p127
  37. Ebada S. Morphological and Immunohistochemical studies on the pineal gland of the donkey (Equus asinus). J Vet Anatomy. 2012;5(1):47–74. doi: 10.21608/jva.2012.44883
  38. McNulty JA, Fox LM, Lisco SJ. Pinealocyte dense-cored vesicles and synaptic ribbons: a correlative ultrastructural-biochemical investigation in rats and mice. J Pineal Res. 1987;4(1):45–59. doi: 10.1111/j.1600-079x.1987.tb00840.x
  39. Wohlsein P, Deschl U, Baumgärtner W. Nonlesions, unusual cell types, and postmortem artifacts in the central nervous system of domestic animals. Vet Pathol. 2013;50(1):122–143. doi: 10.1177/0300985812450719
  40. Karasek M, Reiter RJ. Morphofunctional aspects of the mammalian pineal gland. Microsc Res Tech. 1992;21(2):136–157. doi: 10.1002/jemt.1070210206

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Immunohistochemical reaction for von Willebrand factor (dark areas) in the human pineal gland: a — low magnification, the lobulation of the pineal gland is clearly visible. Von Willebrand factor marks vessels that are located in connective tissue trabeculae, but are not visible inside the lobules; b — higher magnification, stained vessels localized in connective tissue trabeculae are clearly visible; c, d — stained vessels are selectively located only in the layers of connective tissue, Alcian blue counterstaining stains mucosal-type mast cells in connective tissue trabeculae. Arrows point to blood vessels; double arrow — pinealocytes localized inside the lobules; arrow head — mast cells. The asterisk marks the parenchyma of the epiphysis. Alcian blue counterstaining. Scale bar: 200 (а) and 50 µm (b–d)

Download (728KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Immunohistochemical reaction for type IV collagen: a — type IV collagen in the basal lamina of the blood vessels of a brain area; b–d — distribution patterns of type IV collagen in human pineal trabeculae. Arrows point to blood vessels (a) and collagen IV+ structures in pineal trabeculae (b–d), asterisks indicate pineal lobules. Nuclei counterstaining with alum hematoxylin. Scale bar: 50 µm

Download (626KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».