1
|
Wiprich MT, da Rosa Vasques R, Gusso D, Rübensam G, Kist LW, Bogo MR, Bonan CD. Locomotor Behavior and Memory Dysfunction Induced by 3-Nitropropionic Acid in Adult Zebrafish: Modulation of Dopaminergic Signaling. Mol Neurobiol 2024; 61:609-621. [PMID: 37648841 DOI: 10.1007/s12035-023-03584-5] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/23/2022] [Accepted: 08/15/2023] [Indexed: 09/01/2023]
Abstract
Huntington's disease (HD) is a progressive neurodegenerative disease characterized by neuropsychiatric disturbance, cognitive impairment, and locomotor dysfunction. In the early stage (chorea) of HD, expression of dopamine D2 receptors (D2R) is reduced, whereas dopamine (DA) levels are increased. Contrary, in the late stage (bradykinesia), DA levels and the expression of D2R and dopamine D1 receptors (D1R) are reduced. 3-Nitropropionic acid (3-NPA) is a toxin that may replicate HD behavioral phenotypes and biochemical aspects. This study assessed the neurotransmitter levels, dopamine receptor gene expression, and the effect of acute exposure to quinpirole (D2R agonist) and eticlopride (D2R antagonist) in an HD model induced by 3-NPA in adult zebrafish. Quinpirole and eticlopride were acutely applied by i.p. injection in adult zebrafish after chronic treatment of 3-NPA (60 mg/kg). 3-NPA treatment caused a reduction in DA, glutamate, and serotonin levels. Quinpirole reversed the bradykinesia and memory loss induced by 3-NPA. Together, these data showed that 3-NPA acts on the dopaminergic system and causes biochemical alterations similar to late-stage HD. These data reinforce the hypothesis that DA levels are linked with locomotor and memory deficits. Thus, these findings may suggest that the use of DA agonists could be a pharmacological strategy to improve the bradykinesia and memory deficits in the late-stage HD.
Collapse
Affiliation(s)
- Melissa Talita Wiprich
- Programa de Pós-Graduação Em Medicina E Ciências da Saúde, Escola de Medicina, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Laboratório de Neuroquímica E Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência E Tecnologia Em Doenças Cerebrais, Excitotoxicidade E Neuroproteção, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Rafaela da Rosa Vasques
- Laboratório de Neuroquímica E Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Darlan Gusso
- Laboratório de Neuroquímica E Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Gabriel Rübensam
- Centro de Pesquisa Em Toxicologia E Farmacologia, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Luiza Wilges Kist
- Programa de Pós-Graduação Em Biologia Celular E Molecular, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Laboratório de Biologia Genômica E Molecular, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Mauricio Reis Bogo
- Programa de Pós-Graduação Em Medicina E Ciências da Saúde, Escola de Medicina, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação Em Biologia Celular E Molecular, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Laboratório de Biologia Genômica E Molecular, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carla Denise Bonan
- Programa de Pós-Graduação Em Medicina E Ciências da Saúde, Escola de Medicina, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Laboratório de Neuroquímica E Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Instituto Nacional de Ciência E Tecnologia Em Doenças Cerebrais, Excitotoxicidade E Neuroproteção, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Programa de Pós-Graduação Em Biologia Celular E Molecular, Escola de Ciências da Saúde E da Vida, Pontifícia Universidade Católica Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| |
Collapse
|
2
|
Couto GT, Caetano HA, da Silva GP, Rockenbach L, Silva JSD, Vianna MR, Da Silva RS. Functioning and Gene Expression of Adenosine A 1 Receptor During Zebrafish ( Danio rerio) Development. Zebrafish 2023; 20:210-220. [PMID: 37856674 DOI: 10.1089/zeb.2023.0002] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 10/21/2023] Open
Abstract
The A1 adenosine receptor is the most widely expressed P1 receptor in vertebrates, performing inhibitory tone of the nervous system. Increased levels of adenosine are crucial to promote tissue protection in threatening situations, such as convulsion and hypoxia. Zebrafish is an established model organism for studies on health and disease. In this study, we evaluated the functionality of A1 adenosine receptor through development of zebrafish (6-7-day-, 3-, 8-, and 24-month-old), assessing: (I) the effects of the agonist N6-cyclopenthyladenosine (CPA) over locomotor parameters, (II) the anticonvulsant properties of CPA and adenosine per se in the pentylenetetrazol-induced seizure, and (III) the gene expression of adora1b through development. CPA promoted decreased distance traveled in the highest concentrations/doses tested (larvae: 75 to 500 μM; adults: 20 mg.kg-1), altered mean velocity (larvae: 50-500 μM; adults: 20 mg.kg-1) and time in the bottom zone of apparatus (adults: decrease in 20 mg.kg-1). Adenosine increased the latency of the larvae to reach stage II at 5 and 10 μM. CPA anticonvulsant effect against convulsive stage II was reached at 75 μM, although it decreased basal locomotor activity in larvae. For adults, CPA 10 mg.kg-1 was effective as anticonvulsant without locomotory effects. Adenosine had minor anticonvulsant effects in the concentration tested (larvae: 5 and 10 μM). The level of gene expression of adora1b was stable in brain from adult animals (8- and 24-month-old animals). These results suggest that zebrafish has similar responses to CPA as mammals. To avoid confounding factors, such as locomotor effects, during any brain function investigation using A1 adenosine receptor as a target, the concentration below 75 μM or below the dose of 20 mg.kg-1 of CPA is ideal for zebrafish at larval and adult stages, respectively.
Collapse
Affiliation(s)
- Giovanna Trevisan Couto
- Laboratório de Neuroquímica e Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontificia Universidade, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Higor Arruda Caetano
- Laboratório de Neuroquímica e Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontificia Universidade, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Guilherme Pietro da Silva
- Laboratório de Neuroquímica e Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontificia Universidade, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Liliana Rockenbach
- Programa de Pós-Graduação me Medician e Ciências da Saúde, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Jéssica Scheid da Silva
- Laboratório de Neuroquímica e Psicofarmacologia, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontificia Universidade, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Monica Ryff Vianna
- Laboratório de Biologia do Desenvolvimento do Sistema Nervoso, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Rosane Souza Da Silva
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil
| |
Collapse
|
3
|
Bertoncello KT, Bonan CD. The Effect of Adenosine Signaling on Memory Impairment Induced by Pentylenetetrazole in Zebrafish. Neurochem Res 2023; 48:1889-1899. [PMID: 36729312 DOI: 10.1007/s11064-023-03867-2] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/08/2022] [Revised: 01/16/2023] [Accepted: 01/21/2023] [Indexed: 02/03/2023]
Abstract
Epilepsy is characterized by the manifestation of spontaneous and recurrent seizures. The high prevalence of comorbidities associated with epilepsy, such as cognitive dysfunction, affects the patients quality of life. Adenosine signaling modulation might be an effective alternative to control seizures and epilepsy-associated comorbidities. This study aimed to verify the role of adenosine modulation on the seizure development and cognitive impairment induced by pentylenetetrazole (PTZ) in zebrafish. At first, animals were submitted to a training session in the inhibitory avoidance test and, after 10 min, they received an intraperitoneal injection of valproate, adenosine A1 receptor agonist cyclopentyladenosine (CPA), adenosine A1 receptor antagonist 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX), adenosine A2A receptor antagonist ZM 241385, adenosine deaminase inhibitor erythro-9-(2-hydroxy-3-nony1)-adenine hydrochloride (EHNA) or the nucleoside transporter inhibitor dipyridamole. Thirty min after the intraperitoneal injection, the animals were exposed to 7.5 mM PTZ for 10 min, where they were evaluated for latency to reach the seizure stages (I, II, and III). Finally, 24 h after the training session, the animals were submitted to the inhibitory avoidance test to verify their cognitive performance during the test session. Valproate, CPA, and EHNA showed antiseizure effects and prevented the memory impairment induced by PTZ exposure. DPCPX, ZM 241385, and dipyridamole pretreatments caused no changes in seizure development; however, these drugs prevented memory impairment without altering locomotion. Our results reinforce the antiseizure effects of adenosine signaling and support the idea that the involvement of adenosine in memory processes may be a target for preventive strategies against cognitive impairment associated with epilepsy.
Collapse
Affiliation(s)
- Kanandra Taisa Bertoncello
- Laboratório de Neuroquímica e Psicofarmacologia, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carla Denise Bonan
- Laboratório de Neuroquímica e Psicofarmacologia, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Escola de Ciências da Saúde e da Vida, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil. .,Programa de Pós-Graduação em Medicina e Ciências da Saúde, Escola de Medicina, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| |
Collapse
|