Cannabinoids Modulate Neuronal Activity and Cancer by CB1 and CB2 Receptor-Independent Mechanisms

Cannabinoids include the active constituents of Cannabis or are molecules that mimic the structure and/or function of these Cannabis-derived molecules. Cannabinoids produce many of their cellular and organ system effects by interacting with the well-characterized CB1 and CB2 receptors. However, it has become clear that not all effects of cannabinoid drugs are attributable to their interaction with CB1 and CB2 receptors. Evidence now demonstrates that cannabinoid agents produce effects by modulating activity of the entire array of cellular macromolecules targeted by other drug classes, including: other receptor types; ion channels; transporters; enzymes, and protein- and non-protein cellular structures. This review summarizes evidence for these interactions in the CNS and in cancer, and is organized according to the cellular targets involved. The CNS represents a well-studied area and cancer is emerging in terms of understanding mechanisms by which cannabinoids modulate their activity. Considering the CNS and cancer together allow identification of non-cannabinoid receptor targets that are shared and divergent in both systems. This comparative approach allows the identified targets to be compared and contrasted, suggesting potential new areas of investigation. It also provides insight into the diverse sources of efficacy employed by this interesting class of drugs. Obtaining a comprehensive understanding of the diverse mechanisms of cannabinoid action may lead to the design and development of therapeutic agents with greater efficacy and specificity for their cellular targets

Effects of cannabinoids on dopaminergic system of the rat brain

The endocannabinoid system interacts extensively with other neurotransmitter systems and has been implicated in a variety of functions, including regulation of basal ganglia circuits and motor behavior. The present study examined the effects of acute and chronic administration of the nonselective cannabinoid receptor 1 agonist WIN55,212-2 on binding and mRNA levels of dopamine receptors and transporters and GABAA receptors in mesostriatal dopaminergic regions of the rat and the prefrontal cortex (PFC). For this purpose, we used three models of administration. In the first, rats received systemic injections of WIN55,212-2 (0, 0.1, 0.3, or 1 mg/kg, intraperitoneally) for 20 consecutive days when rats were euthanized and prepared for in vitro binding and in situ hybridization experiments for the above dopaminergic and GABAergic markers. Thus, the repeated administration of WIN55,212-2 decreased the mRNA levels of the D2 autoreceptors in substantia nigra and ventral tegmental area and increased D1 receptor mRNA and binding in nucleus accumbens. Furthermore, both dopamine receptor and transporter binding and mRNA levels were decreased in substantia nigra. Moreover, repeated administration of WIN55,212-2 decreased GABAA receptor binding levels in dorsal striatum and substantia nigra.In the second model of administration, we used rats which chronically (20 days) received 1 mg/kg of WIN55,212-2 and then abstained from the agonist for 7 days. The last day of abstinence rats were euthanized and prepared for in vitro binding and in situ hybridization experiments for dopamine receptors and transporter, tyrosine hydroxylase (TH) and CB1 receptor in the regions mentioned above. Our results showed a significant increase in D1 and D2 receptor binding in frontal cortex of the rats. A statistically significant decrease was observed in SNpc and VTA for DAT binding sites in all groups and its mRNA expression following WIN55,212-2 administration but significantly increased following a period of abstinence. The same effect was also observed for TH mRNA expression in the regions mentioned above. Decrease was also shown in mRNA levels for D2S isoform of D2 receptor in SNpc and VTA, while the mRNA expression for D2L isoform was not altered. The mRNA expression for CB1 receptor in striatum and nucleus accumbens (NAc) was significantly reduced after WIN55,212-2 exposure and the abstinence period. In the last model of administration, rats were divided into three groups. In the first group they were administrated a single dose of WIN55,212-2 (1mg/kg), the second group received a vehicle injection, while the last one received an injection of the CB1 receptor antagonist AM251 before the WIN55,212-2 administration. All rats were euthanized 2h after the last injection. In vitro binding and in situ hybridization used in order to estimate binding sites and mRNA levels of dopaminergic markers and CB1 receptors. The acute administration of the cannabinoid receptor agonist decreased binding sites and mRNA levels of DAT, and mRNA levels of TH and D2S isoform in SNpc and the VTA, while remained unchanged in the group which was first administrated with AM251. Specific binding for D1 receptors in striatum and NAc was not affected after cannabinoid administration. CB1 receptor mRNA levels were significantly decreased in rat striatum following WIN55,212-2 administration but increased in the regions of NAc and PFC. The present findings support significant alterations in dopaminergic and GABAergic systems in the rat brain after chronic and acute WIN55,212-2 exposure, which may underlie possible neuroadaptive changes induced in these neurotransmitter systems in a region-, dose-, and neurotransmitter-selective manner.Το ενδογενές σύστημα των κανναβινοειδών αλληλεπιδρά σε μεγάλο βαθμό με τα νευροδιαβιβαστικά συστήματα του εγκεφάλου και φαίνεται να εμπλέκεται σε διάφορες λειτουργίες συμπεριλαμβανομένης της ρύθμισης του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων καθώς και της κινητικής συμπεριφοράς. Με την παρούσα εργασία μελετήσαμε την επίδραση της οξείας και χρόνιας επίδρασης του μη εκλεκτικού αγωνιστή του CB1 υποδοχέα των κανναβινοειδών, WIN55,212-2, στην ειδική δέσμευση καθώς και στα επίπεδα mRNA των υποδοχέων και μεταφορέα της ντοπαμίνης καθώς και των GABAA υποδοχέων στον προμετωπιαίο φλοιό (PFC), το ραβδωτό, τον επικλινή πυρήνα (NΑc), τη μέλαινα ουσία (SN) και το κοιλιακό καλυπτριδικό πεδίο (VTA). Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε τρια μοντέλα χορήγησης του κανναβινοειδικού αγωνιστή. Στο πρώτο μοντέλο, οι επίμυες δέχθηκαν ενδοπεριτοναϊκή ένεση του WIN55,212-2 (0, 0,.1, 0.,3, or ή 1 mg/kg) για 20 συνεχόμενες ημέρες, οπότε και τα πειραματόζωα θυσιάστηκαν, απομονώθηκαν οι εγκέφαλοι και προετοιμάστηκαν για τα πειράματα της in vitro αυτοραδιογραφίας και in situ υβριδοποίησης για τους ανωτέρω ντοπαμινεργικούς και GABAεργικούς δείκτες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η συστηματική χορήγηση του αγωνιστή προκάλεσε μειωμένα επίπεδα mRNA των D2 αυτοϋποδοχέων στις περιοχές της SN και του VTA και αυξημένα επίπεδα ειδικής δέσμευσης και mRNA για τους D1 υποδοχείς στον NAc. Επιπλέον, στην περιοχή της SN παρατηρήθηκαν μειωμένα επίπεδα ειδικής δέσμευσης και mRNA για τον μεταφορέα της ντοπαμίνης (DAT). Στο δεύτερο μοντέλο χορήγησης πραγματοποιήθηκε χρόνια χορήγηση (20 ημέρες) του WIN55,212-2 σε στη δόση 1 mg/kg και εν συνεχεία οι επίμυες απείχαν από τον αγωνιστή για διάστημα 7 ημερών. Την τελευταία ημέρα της αποχής τα πειραματόζωα θυσιάστηκαν και ακολούθησαν πειράματα in vitro αυτοραδιογραφίας και in situ υβριδοποίησης για τους υποδοχείς και μεταφορέα της ντοπαμίνης, την υδροξυλάση της τυροσίνης (ΤΗ) καθώς και για τους CB1 υποδοχείς στις προαναφερθείσες περιοχές. Στα αποτελέσματα μας παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση των ειδικών θέσεων δέσμευσης για τους υποδοχείς ντοπαμίνης D1 και D2 στην περιοχή του μετωπιαίου φλοιούPFC καθώς και στατιστικά σημαντική μείωση των επιπέδων δέσμευσης και mRNA του DAT στις περιοχές της SN/VTA μετά τη χορήγηση του WIN55,212-2. Ωστόσο, μετά το διάστημα αποχής τα συγκεκριμένα επίπεδα αυξήθηκαν. Κατά το τελευταίο μοντέλο, οι επίμυες διαχωρίστηκαν σε τρεις ομάδες. Η πρώτη δέχθηκε μια και μόνο ένεση του WIN55,212-2 (1mg/kg), στη δεύτερη χορηγήθηκε το έκδοχο και αποτελούσε την ομάδα μάρτυρα, ενώ στην τρίτη ομάδα είχε προηγηθεί η χορήγηση του ανταγωνιστή του CB1 υποδοχέα, ΑΜ251. Όλοι οι επίμυες θυσιάστηκαν 2 ώρες μετά την τελευταία ένεση. Πειράματα in vitro αυτοραδιογραφίας και in situ υβριδοποιήσης πραγματοποιήθηκαν και σε αυτό το μοντέλο για τους δείκτες που αναφέρθηκαν και στις άλλες δυο περιπτώσεις. Η οξεία χορήγηση του κανναβινοειδικού αγωνιστή επέδειξε μειωμένα επίπεδα τόσο της ειδικής δέσμευσης όσο και του mRNA του DAT στη SN/VTA καθώς και μειωμένα επίπεδα mRNA για την ΤΗ και την D2S ισομορφή στις ίδιες περιοχές, ενώ παρέμειναν αμετάβλητα στην ομάδα που είχε προηγηθεί η χορήγηση του ανταγωνιστή. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής έδειξαν σημαντικές αλλαγές στο ντοπαμινεργικό και GABAεργικό σύστημα του εγκεφάλου των επίμυων μετά από χρόνια και οξεία χορήγηση του συνθετικού αγωνιστή των CB1 υποδοχέων, WIN55,212-2. Οι αλλαγές αυτές ενδεχομένως να υποδεικνύουν πιθανές νευροπροσαρμοστικές μεταβολές στα ανωτέρω νευροδιαβιβαστικά συστήματα, οι οποίες εξαρτώνται από την περιοχή, το νευροδιαβιβαστή και τη δόση του χορηγούμενου κανναβινοειδούς

Protective Effects of Currants (<i>Vitis vinifera</i>) on Corticolimbic Serotoninergic Alterations and Anxiety-like Comorbidity in a Rat Model of Parkinson’s Disease

Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by the loss of nigral dopaminergic neurons. Increasing evidence supports that PD is not simply a motor disorder but a systemic disease leading to motor and non-motor symptoms, including memory loss and neuropsychiatric conditions, with poor management of the non-motor deficits by the existing dopaminergic medication. Oxidative stress is considered a contributing factor for nigrostriatal degeneration, while antioxidant/anti-inflammatory properties of natural phyto-polyphenols have been suggested to have beneficial effects. The present study aimed to determine the contribution of monoaminergic neurotransmission on the anxiety-like phenotype in a rat rotenone PD model and evaluate the possible neuroprotective effects of black Corinthian currant, Vitis vinifera, consisting of antioxidant polyphenols. Rotenone-treated rats showed anxiety-like behavior and exploratory deficits, accompanied by changes in 5-HT, SERT and β2-ARs expression in the prefrontal cortices, hippocampus and basolateral amygdala. Importantly, the motor and non-motor behavior, as well as 5-HT, SERT and β2-ARs expression patterns of the PD-like phenotype were partially recovered by a supplementary diet with currants. Overall, our results suggest that the neuroprotective effects of Corinthian currants in rotenone-induced anxiety-like behavior may be mediated via corticolimbic serotonergic transmission

A QUBO Model for the Traveling Salesman Problem with Time Windows

This work focuses on expressing the TSP with Time Windows (TSPTW for short) as a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) problem. The time windows impose time constraints that a feasible solution must satisfy. These take the form of inequality constraints, which are known to be particularly difficult to articulate within the QUBO framework. This is, we believe, the first time this major obstacle is overcome and the TSPTW is cast in the QUBO formulation. We have every reason to anticipate that this development will lead to the actual execution of small scale TSPTW instances on the D-Wave platform