Effect of adenosine A2A receptors antagonists, caffeine and KW 6002 on LPS-induced oxidative stress, dopamine and its metabolites in rat striatum.

Choroba Parkinsona (PD) jest diagnozowana rocznie u około 160 osób w wieku powyżej 65 roku życia. Jej podstawę stanowi postępująca degeneracja neuronów dopaminowych szlaku czarno-prążkowiowego. Wraz z rozwojem choroby dochodzi do coraz większego deficytu dopaminy (DA), a wraz z nim ujawniają się liczne dysfunkcje motoryczne, będące jej głównymi objawami. Do dnia dzisiejszego określono wiele czynników egzo- i endogennych, mogących sprzyjać rozwojowi tej choroby. Skutkiem ich działania jest między innymi rozwój stanu zapalnego tkanki mózgowej, wiążący się z nim stres oksydacyjny oraz aktywacja komórek mikrogleju. Z tego względu od niedawna do modelowania PD wykorzystuje się lipopolisacharyd (LPS), który pośrednio, poprzez aktywację komórek mikrogleju, przyczynia się do rozwoju stanu zapalnego.Skuteczna terapia pozbawiona efektów niepożądanych nie została do tej pory określona. „Złotym standardem” w leczeniu tej choroby jest L 3,4 dihydroksyfenyloala-nina (L-DOPA). Jednak dłuższe stosowanie tego prekursora DA skutkuje między innymi: zaburzeniami snu i rytmu serca oraz dysfunkcjami układu pokarmowego. Liczne badania epidemiologiczne wykazały, że regularne spożycie kofeiny (nieselektywnego antagonisty receptorów adenozynowych A1/A2A) przyczynia się do zmniejszenia ryzyka rozwoju PD. Doświadczenia na modelach zwierzęcych tej choroby wykazały istotny wpływ antagonistów receptorów adenozynowych A2A w ich neuroprotekcyjnym mechanizmie. Największe nadzieje na efektywną terapię pokłada się w będącym na trzecim etapie badań klinicznych KW 6002 (istradefyllina), choć mechanizm jego działania nie został w pełni wyjaśniony.W obecnej pracy przeprowadzono badania w celu określenia roli receptorów adenozynowych A2A w reakcji zapalnej i stresie oksydacyjnym wywołanym przez LPS w prążkowiu szczurów. Eksperymenty wykonano na samcach szczura rasy Wistar-Han techniką mikrodializy pozwalającą na przyżyciowe określenie poziomu substancji zawartych w płynie zewnątrzkomórkowym.Zwierzętom podawano doprążkowiowo LPS w dawce 10 µg/4 µl 0.9% NaCl. Następnie dokonywano pomiaru zewnątrzkomórkowego poziomu DA, glutaminianu (GLU), adenozyny (ADN) oraz produkcji rodnika hydroksylowego (•OH). W celu zbadania wpływu antagonistów receptora adenozynowego A2A na rozwój reakcji zapalnej i towarzyszący jej stres oksydacyjny szczury otrzymywały kofeinę (20 mg/kg/dzień) lub KW 6002 (3 mg/kg/dzień) przez 5 kolejnych dni oraz 2 godziny przed i 4 godziny po domózgowym podaniu LPS. Produkcja rodnika hydroksylowego była określana przy pomocy kwasu salicylowego, który w reakcji z rodnikiem hydroksylowym tworzył elektroaktywne pochodne, mierzone we frakcjach dializatu razem z zewnątrzkomórkowym poziomem DA za pomocą HPLC z detekcją elektrochemiczną. Natomiast poziom GLU i ADN mierzono stosując HPLC z detekcją odpowiednio, w zakresie światła widzialnego i fluorescencyjną. Doprążkowiowe podanie LPS skutkowało spadkiem zewnątrzkomórkowego poziomu DA oraz wzrostem poziomu ADN, GLU i produkcji rodnika hydroksylowego. Zarówno kofeina jak i KW 6002 odwracały ten efekt.Pomiar tkankowego poziomu DA, kwasu 3,4 dihydroksyfenylooctowego (DOPAC), kwasu homowanilinowego (HVA) i rodnika hydroksylowego służył do oceny uszkadzającego działania LPS. Podanie LPS skutkowało spadkiem tkankowego poziomu DA, DOPAC, HVA oraz wzrostem poziomu rodnika hydroksylowego. Kofeina (20 mg/kg/dzień) jak i KW 6002 (3 mg/kg/dzień) podawane przez 6 dni zahamowały spadek zawartości tkankowej DA i wzrost produkcji rodnika hydroksylowego wywołane przez LPS. Uzyskane wyniki wskazują na rozwój reakcji zapalnej i stresu oksydacyjnego po podaniu LPS, co potwierdza spadek poziomu DA, a wzrost poziomu GLU, ADN i produkcji rodnika hydroksylowego. Hamowanie tego efektu przez antagonistów receptora adenozynowego A2A kofeinę i KW 6002 świadczy o neuroprotekcyjnych własnościach tych związków.Parkinson’s Disease (PD) is diagnosed in about 160 person per year in a group of 65 years or above. PD is caused by progressive lost of dopamine neurons in nigro striatal pathway. Progression of this disease results in further degeneration of dopamine neurons, reduction of dopamine (DA) content and development of several motor dysfunctions. There are many endo- and exogenous factors involved in development of PD. Some of these factors induce brain tissue inflammation, activation of microglial cells and increase of oxidative stress. Lipopolisacharide (LPS) is used as animal model of PD to evoke activation of microglial cells and development of inflammatory reaction. Inflammation is accompanied with oxidative stress, as shown in several findings.L 3,4 dihydroxyfenyloalanine (L DOPA) is a “Gold standard” in therapy of the PD. However, long term treatment with this DA precursor results in appearance of many side effects and development of tolerance.Several epidemiological findings indicate that regular intake of caffeine decrease risk of PD. Experiments in animal models of PD show protective effects of A2A adenosine receptor antagonists. Recently, a new non-dopaminergic therapy with adenosine A2A receptor antagonists is proposed for PD. Moreover, neuroprotective proprieties of A2A receptor antagonists are observed, but neuroprotecive mechanism is not fully understood. The aim of the present study was to determine whether A2A adenosine receptor antagonists, caffeine and KW 6002 suppress oxidative stress induced by inflammatory reaction after intrastriatal administration of LPS. In the study, experiments were carried out on male Wistar-Han rats, using microdialysis technique. LPS was administered intrastriatally at a dose of 10 µg/4 µl of 0.9% NaCl 24 h before microdialysis experiment. Hydroxyl radical was measured in dialysate fractions as product of its reaction with salicylic acid (0.3 mM), 2,3 dihydroxybenzoic acid (2,3-DHBA) and was assayed together with DA by HPLC with electrochemical detection. The extracellular level of adenosine (ADN) and glutamate (GLU) was determined using HPLC with fluorescence and VIS detection, respectively.LPS decreased extracellular level of DA, increased extracellular level of GLU, ADN and production of hydroxyl radical. Caffeine (20 mg/kg/day) and KW 6002 (3 mg/kg/day) given repeatedly for 6 days reversed changes induced by LPS in extracellular level of DA, GLU, ADN and production of hydroxyl radical.The damage of DA terminals after intrastriatal LPS administration was shown by measurement of tissue content of DA, 3,4 dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), homovanillic acid (HVA) as well as hydroxyl radical. LPS decreased striatal content of DA, DOPAC, HVA and hydroxyl radical. Both, caffeine (20 mg/kg x 6 days) and KW 6002 (3 mg/kg x 6 days) attenuated decrease in DA and increase in hydroxyl radical tissue content induced by LPS. Caffeine increased DOPAC and HVA tissue level, while KW 6002 was without effect on these DA metabolites level.These findings demonstrate that LPS induced inflammation and oxidative stress as shown by increase in GLU, ADN and hydroxyl radical level. Reversal of these changes by adenosine A2A receptor antagonists, caffeine and KW 6002 suggests the role of A2A receptors in mechanism of dopamine neurons degeneration

The antipsychotic-like effects in rodents of the positive allosteric modulator Lu AF21934 involve 5-HTA receptor signaling : mechanistic studies

RATIONALE: Diverse preclinical studies suggest the potential therapeutic utility of the modulation of the glutamatergic system in brain via metabotropic glutamate (mGlu) receptors. Lu AF21934, a positive allosteric modulator of the mGlu4 receptor, was previously shown to reverse behavioral phenotypes in animal models thought to mimic positive, negative, and cognitive symptoms of schizophrenia. OBJECTIVES: To begin elucidating the brain circuitry involved in mGlu4 receptor pharmacology and add mechanistic support to Lu AF21934-induced phenotypic responses, the potential involvement of 5-HT(1A) receptors in these antipsychotic-like effects was explored. The tests used were the following: MK-801-induced hyperactivity and 2,5-dimethoxy-4-iodoamphetamine (DOI)-induced head twitches in mice, for positive symptoms; MK-801-induced disruptions of social interactions for negative symptoms; and novel object recognition and spatial delayed alteration test for cognitive symptoms. The microdialysis studies in which the effect of Lu AF21934 on MK-801-induced dopamine and serotonin release was investigated. RESULTS: The effects caused by Lu AF2193 were inhibited by administration of the selective 5-HT(1A) receptor antagonist WAY100635 (0.1 mg/kg). That inhibition was observed across all models used. Moreover, the concomitant administration of sub-effective doses of Lu AF21934 and a sub-effective dose of the selective 5-HT(1A) receptor agonist tool compound (R)-(+)-8-hydroxy-DPAT hydrobromide (0.01 mg/kg) induced a clear antipsychotic-like effect in all the procedures used. Lu AF21934 (5 mg/kg) also inhibited MK-801-induced increase in dopamine and 5-HT release. CONCLUSIONS: The actions of Lu AF21934 are 5-HT(1A) receptor-dependent. Activation of the mGlu4 receptor may be a promising mechanism for the development of novel antipsychotic drugs, efficacious toward positive, negative, and cognitive symptoms. ELECTRONIC SUPPLEMENTARY MATERIAL: The online version of this article (doi:10.1007/s00213-014-3657-4) contains supplementary material, which is available to authorized users

Alterations of bio-elements, oxidative, and inflammatory status in the zinc deficiency model in rats

Our previous study showed that dietary zinc restriction induces depression-like behavior with concomitant up-regulation of the N-methyl-d-aspartate receptor (NMDAR). Because metal ions, oxidative stress, and inflammation are involved in depression/NMDAR function, in the present study, bio-elements (zinc, copper, iron, magnesium, and calcium), oxidative (thiobarbituric acid-reactive substances; protein carbonyl content), and inflammatory (IL-1α, IL-1β) factors were measured in serum, hippocampus (Hp), and prefrontal cortex (PFC) of male Sprague–Dawley rats subjected to a zinc-adequate (ZnA) (50 mg Zn/kg) or a zinc-deficient (ZnD) (3 mg Zn/kg) diet for 4 or 6 weeks. Both periods of dietary zinc restriction reduced serum zinc and increased serum iron levels. At 4 weeks, lowered zinc level in the PFC and Hp as well as lowered iron level in the PFC of the ZnD rats was observed. At 6 weeks, however, iron level was increased in the PFC of these rats. Although at 6 weeks zinc level in the PFC did not differ between the ZnA and ZnD rats, extracellular zinc concentration after 100 mM KCl stimulation was reduced in the PFC of the ZnD rats and was accompanied by increased extracellular iron and glutamate levels (as measured by the in vivo microdialysis). The examined oxidative and inflammatory parameters were generally enhanced in the tissue of the ZnD animals. The obtained data suggest dynamic redistribution of bio-elements and enhancement of oxidative/inflammatory parameters after dietary zinc restriction, which may have a link with depression-like behavior/NMDAR function/neurodegeneration