Preview

Учёные записки Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова

Расширенный поиск

Толерантность к парадоксальному увеличению двигательной активности, вызванной ингибированием фосфодиэстеразы 10А, на модели гиподофаминергии

https://doi.org/10.24884/1607-4181-2023-30-4-32-42

Аннотация

Введение: Фосфодиэстеразы (ФДЭ) – группа ферментов, гидролизующих фосфодиэфирную связь в циклических нуклеотидах. ФДЭ10A в основном представлена в среднеразмерных шипиковых нейронах стриатума. Функционально ингибирование ФДЭ10A имитирует действие агонистов D1-подобных и антагонистов D2-подобных дофаминовых рецепторов, одновременно модулируя «прямой» и «непрямой» стриато-таламо-кортикальные пути мозга. К настоящему моменту охарактеризованы преимущественно эффекты ингибирования ФДЭ10A, воспроизводящие угнетающее двигательную активность действие антагонистов D2-подобных дофаминовых рецепторов.

Цель работы: оценка стимулирующего двигательную активность действия ингибиторов ФДЭ10А, а также возможного развития толерантности к данным эффектам при их повторном введении.

Методы: Гиподофаминергическое состояние у самцов крыс стока Wistar моделировали введением ингибитора VMAT2 тетрабеназина (3 мг/кг). Эффекты селективных ингибиторов ФДЭ10А, MP-10 (0,3-5 мг/кг) и RO5545965 (0,1-0,9 мг/кг), на двигательную активность крыс оценивали при однократном и повторном введении (5 и 10 дней). 

Результаты: Выключение ФДЭ10А дозозависимо стимулировало двигательную активность крыс после введения тетрабеназина. Однако повторное введение ингибиторов ФДЭ10А сопровождалось развитием толерантности к их парадоксальному стимулирующему действию.

Заключение: Развитие толерантности может ограничивать потенциальное клиническое использование ингибиторов ФДЭ10А с целью коррекции гиподофаминергических симптомов у пациентов с болезнью Паркинсона. Необходимы исследования молекулярных механизмом данного явления.

Об авторах

А. Р. Доротенко
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Доротенко Артем Романович, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной фармакологии аддиктивных состояний отдела психофармакологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана

Санкт-Петербург


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов 



И. М. Суханов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова” Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Суханов Илья Михайлович, доктор медицинских наук, зав. лабораторией фармакологии поведения отдела психофармакологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана

Санкт-Петербург


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов



А. А. Савченко
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова” Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Савченко Артем Алексеевич, старший лаборант фармакологии поведения отдела психофармакологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана

Санкт-Петербург


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов



О. А. Драволина
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова” Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Драволина Ольга Андреевна, кандидат биологических наук, зав. лабораторией экспериментальной фармакологии аддиктивных состояний отдела психофармакологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана

Санкт-Петербург


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов



И. В. Белозерцева
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова” Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Белозерцева Ирина Владимировна, кандидат биологических наук, зав. отделом психофармакологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана

Санкт-Петербург


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии конфликта интересов



Список литературы

1. Bateup, H.S., Svenningsson, P., Kuroiwa, M., Gong, S., Nishi, A., Heintz, N., Greengard, P., 2008. Cell type-specific regulation of DARPP-32 phosphorylation by psychostimulant and antipsychotic drugs. Nat. Neurosci. 11, 932–939. https://doi.org/10.1038/nn.2153

2. Gerfen, C.R., Surmeier, D.J., 2011. Modulation of striatal projection systems by dopamine. Annu. Rev. Neurosci. 34, 441–66. https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-061010-113641

3. Heiman, M., Schaefer, A., Gong, S., Peterson, J.D., Day, M., Ramsey, K.E., Suárez-Fariñas, M., Schwarz, C., Stephan, D.A., Surmeier, D.J., Greengard, P., Heintz, N., 2008. A translational profiling approach for the molecular characterization of CNS cell types. Cell 135, 738–48. https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.10.028

4. Tritsch, N.X., Sabatini, B.L., 2012. Dopaminergic modulation of synaptic transmission in cortex and striatum. Neuron 76, 33–50. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2012.09.023

5. Valjent, E., Bertran-Gonzalez, J., Hervé, D., Fisone, G., Girault, J.A., 2009. Looking BAC at striatal signaling: cell-specific analysis in new transgenic mice. Trends Neurosci. 32, 538–547. https://doi.org/10.1016/j.tins.2009.06.005

6. Calabresi, P., Picconi, B., Tozzi, A., Ghiglieri, V., Di Filippo, M., 2014. Direct and indirect pathways of basal ganglia: A critical reappraisal. Nat. Neurosci. 17, 1022–1030. https://doi.org/10.1038/nn.3743

7. Cui, G., Jun, S.B., Jin, X., Pham, M.D., Vogel, S.S., Lovinger, D.M., Costa, R.M., 2013. Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation. Nature 494, 238–242. https://doi.org/10.1038/nature11846

8. Friend, D.M., Kravitz, A. V., 2014. Working together: Basal ganglia pathways in action selection. Trends Neurosci. 37, 301–303. https://doi.org/10.1016/j.tins.2014.04.004

9. Jin, X., Tecuapetla, F., Costa, R.M., 2014. Basal ganglia subcircuits distinctively encode the parsing and concatenation of action sequences. Nat. Neurosci. 17, 423–430. https://doi.org/10.1038/nn.3632

10. Gerfen, C.R., Engber, T.M., Mahan, L.C., Susel, Z., Chase, T.N., Monsma, F.J., Sibley, D.R., 1990. D1 and D2 dopamine receptor-regulated gene expression of striatonigral and striatopallidal neurons. Science 250, 1429–1432. https://doi.org/10.1126/science.2147780

11. Bolger, G.B., 2021. The PDE-Opathies: Diverse Phenotypes Produced by a Functionally Related Multigene Family. Trends Genet. 37, 669–681. https://doi.org/10.1016/j.tig.2021.03.002

12. Baillie, G.S., Tejeda, G.S., Kelly, M.P., 2019. Therapeutic targeting of 3′,5′-cyclic nucleotide phosphodiesterases: inhibition and beyond. Nat. Rev. Drug Discov. 18, 770–796. https://doi.org/10.1038/s41573-019-0033-4

13. Coskran, T.M., Morton, D., Menniti, F.S., Adamowicz, W.O., Kleiman, R.J., Ryan, A.M., Strick, C.A., Schmidt, C.J., Stephenson, D.T., 2006. Immunohistochemical localization of phosphodiesterase 10A in multiple mammalian species. J. Histochem. Cytochem. 54, 1205–1213. https://doi.org/10.1369/jhc.6A6930.2006

14. Kelly, M.P., Adamowicz, W., Bove, S., Hartman, A.J., Mariga, A., Pathak, G., Reinhart, V., Romegialli, A., Kleiman, R.J., 2014. Select 3’,5’-cyclic nucleotide phosphodiesterases exhibit altered expression in the aged rodent brain. Cell. Signal. 26, 383–397. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2013.10.007

15. Lakics, V., Karran, E.H., Boess, F.G., 2010. Quantitative comparison of phosphodiesterase mRNA distribution in human brain and peripheral tissues. Neuropharmacology 59, 367–374. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2010.05.004

16. Seeger, T.F., Bartlett, B., Coskran, T.M., Culp, J.S., James, L.C., Krull, D.L., Lanfear, J., Ryan, A.M., Schmidt, C.J., Strick, C.A., Varghese, A.H., Williams, R.D., Wylie, P.G., Menniti, F.S., 2003. Immunohistochemical localization of PDE10A in the rat brain. Brain Res. 985, 113–126. https://doi.org/10.1016/S0006-8993(03)02754-9

17. Xie, Z., Adamowicz, W.O., Eldred, W.D., Jakowski, A.B., Kleiman, R.J., Morton, D.G., Stephenson, D.T., Strick, C.A., Williams, R.D., Menniti, F.S., 2006. Cellular and subcellular localization of PDE10A, a striatum-enriched phosphodiesterase. Neuroscience 139, 597–607. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2005.12.042

18. García, A.M., Redondo, M., Martinez, A., Gil, C., 2014. Phosphodiesterase 10 inhibitors: New disease modifying drugs for Parkinson’s disease? Curr. Med. Chem. 21, 1171–1187. https://doi.org/10.2174/0929867321666131228221749

19. DeMartinis, N., Lopez, R.N., Pickering, E.H., Schmidt, C.J., Gertsik, L., Walling, D.P., Ogden, A., 2019. A proof-of-concept study evaluating the phosphodiesterase 10A Inhibitor PF-02545920 in the adjunctive treatment of suboptimally controlled symptoms of schizophrenia. J. Clin. Psychopharmacol. 39, 318–328. https://doi.org/10.1097/JCP.0000000000001047

20. Kehler, J., Nielsen, J., 2011. PDE10A inhibitors: Novel therapeutic drugs for schizophrenia. Curr. Pharm. Des. 17, 137–150. https://doi.org/10.2174/138161211795049624

21. Macek, T.A., McCue, M., Dong, X., Hanson, E., Goldsmith, P., Affinito, J., Mahableshwarkar, A.R., 2019. A phase 2, randomized, placebo-controlled study of the efficacy and safety of TAK-063 in subjects with an acute exacerbation of schizophrenia. Schizophr. Res. 204, 289–294. https://doi.org/10.1016/j.schres.2018.08.028

22. Schmidt, C.J., Chapin, D.S., Cianfrogna, J., Corman, M.L., Hajos, M., Harms, J.F., Hoffman, W.E., Lebel, L.A., McCarthy, S.A., Nelson, F.R., Proulx-LaFrance, C., Majchrzak, M.J., Ramirez, A.D., Schmidt, K., Seymour, P.A., Siuciak, J.A., Tingley, F.D., Williams, R.D., Verhoest, P.R., Menniti, F.S., 2008. Preclinical characterization of selective phosphodiesterase 10A inhibitors: A new therapeutic approach to the treatment of schizophrenia. J. Pharmacol. Exp. Ther. 325, 681–690. https://doi.org/10.1124/jpet.107.132910

23. Siuciak, J.A., Chapin, D.S., Harms, J.F., Lebel, L.A., McCarthy, S.A., Chambers, L., Shrikhande, A., Wong, S., Menniti, F.S., Schmidt, C.J., 2006. Inhibition of the striatum-enriched phosphodiesterase PDE10A: A novel approach to the treatment of psychosis. Neuropharmacology 51, 386–396. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2006.04.013

24. Megens, A.A.H.P., Hendrickx, H.M.R., Mahieu, M.M.A., Wellens, A.L.Y., de Boer, P., Vanhoof, G., 2014b. PDE10A inhibitors stimulate or suppress motor behavior dependent on the relative activation state of the direct and indirect striatal output pathways. Pharmacol. Res. Perspect. 2, 1–21. https://doi.org/10.1002/prp2.57

25. Sukhanov, I., Dorotenko, A., Fesenko, Z., Savchenko, A., Efimova, E. V., Mor, M.S., Belozertseva, I. V., Sotnikova, T.D., Gainetdinov, R.R., 2022a. Inhibition of PDE10A in a new rat model of severe dopamine depletion suggests new approach to non‐dopamine Parkinson’s disease therapy. Biomolecules 13, 9. https://doi.org/10.3390/biom13010009

26. Arakawa, K., Maehara, S., Yuge, N., Ishikawa, M., Miyazaki, Y., Naba, H., Kato, Y., Nakao, K., 2016. Pharmacological characterization of a novel potent, selective, and orally active phosphodiesterase 10A inhibitor, PDM-042 [(E)-4-(2-(2-(5,8-dimethyl-[1,2,4]triazolo[1,5-a]pyrazin-2-yl)vinyl)-6-(pyrrolidin-1-yl)pyrimidin-4-yl)morpholine] in rats: potential. Pharmacol. Res. Perspect. 4, 1–12. https://doi.org/10.1002/prp2.241

27. Suzuki, K., Harada, A., Suzuki, H., Capuani, C., Ugolini, A., Corsi, M., Kimura, H., 2018. Combined treatment with a selective PDE10A inhibitor TAK-063 and either haloperidol or olanzapine at subeffective doses produces potent antipsychotic-like effects without affecting plasma prolactin levels and cataleptic responses in rodents. Pharmacol. Res. Perspect. 6, e00372. https://doi.org/10.1002/prp2.372

28. Langen, B., Dost, R., Egerland, U., Stange, H., Hoefgen, N., 2012. Effect of PDE10A inhibitors on MK-801-induced immobility in the forced swim test. Psychopharmacology (Berl). 221, 249–259. https://doi.org/10.1007/s00213-011-2567-y

29. Megens, A.A.H.P., Hendrickx, H.M.R., Hens, K.A., Fonteyn, I., Langlois, X., Lenaerts, I., Somers, M.V.F., De Boer, P., Vanhoof, G., 2014a. Pharmacology of JNJ-42314415, a centrally active phosphodiesterase 10A (PDE10A) inhibitor: A comparison of PDE10A inhibitors with D2 receptor blockers as potential antipsychotic drugs. J. Pharmacol. Exp. Ther. 349, 138–154. https://doi.org/10.1124/jpet.113.211904

30. Mango, D., Bonito-Oliva, A., Ledonne, A., Nisticò, R., Castelli, V., Giorgi, M., Sancesario, G., Fisone, G., Berretta, N., Mercuri, N.B., 2014. Phosphodiesterase 10A controls D1-mediated facilitation of GABA release from striato-nigral projections under normal and dopamine-depleted conditions. Neuropharmacology 76, 127–136. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2013.08.010

31. Threlfell, S., Sammut, S., Menniti, F.S., Schmidt, C.J., West, A.R., 2009. Inhibition of phosphodiesterase 10A increases the responsiveness of striatal projection neurons to cortical stimulation. J. Pharmacol. Exp. Ther. 328, 785–795. https://doi.org/10.1124/jpet.108.146332

32. Lee, S.J., Lodder, B., Chen, Y., Patriarchi, T., Tian, L., Sabatini, B.L. 2021. Cell-Type-Specific Asynchronous Modulation of PKA by Dopamine in Learning. Nature 590, 451–456. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03050-5

33. Martel, J.C., Gatti McArthur, S., 2020. Dopamine Receptor Subtypes, Physiology and Pharmacology: New Ligands and Concepts in Schizophrenia. Front. Pharmacol. 11, 1003. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.01003

34. Sukhanov, I., Dorotenko, A., Savchenko, A., Dravolina, O.A., 2022b. Tolerance to a paradoxical increase in motor activity induced by PDE10A inhibition under hypodopaminergic conditions [WWW Document]. Authorea. https://doi.org/10.22541/au.166024983.30383141/v1

35. Hornykiewicz, O., 2017. L-DOPA. J. Parkinsons. Dis. 7, S3–S10. https://doi.org/10.3233/JPD-179004

36. Gancher, S.T., Woodward, W.R., Nutt, J.G., 1996. Apomorphine tolerance in Parkinson’s disease: Lack of a dose effect. Clin. Neuropharmacol. 19, 59–64. https://doi.org/10.1097/00002826-199619010-00004

37. Nutt, J.G., Carter, J.H., Woodward, W.R., 1994. Effect of brief levodopa holidays on the short-duration response to levodopa: Evidence for tolerance to the antiparkinsonian effects. Neurology 44, 1617–1617. https://doi.org/10.1212/WNL.44.9.1617

38. Lewis, M.M., Huang, X., Nichols, D.E., Mailman, R.B., 2008. D1 and functionally selective dopamine agonists as neuroprotective agents in Parkinsons disease. CNS Neurol. Disord. - Drug Targets 5, 345–353. https://doi.org/10.2174/187152706777452245

39. Mailman, R., Huang, X., Nichols, D.E., 2001. Parkinson’s disease and D1 dopamine receptors. Curr. Opin. Investig. Drugs 2, 1582–1591

40. Zhang, J., Xiong, B., Zhen, X., Zhang, A., 2009. Dopamine D1 receptor ligands: where are we now and where are we going. Med. Res. Rev. 29, 272–294. https://doi.org/10.1002/med.20130

41. Lewis, M.M. Van Scoy Sol De Jesus, L.J., Hakun, J.G., Eslinger, P.J., Fernandez-Mendoza, J., Yang Yang, L. K., Snyder, B.L., Loktionova, N., Duvvuri, S., Gray, D.L., Huang, X., Mailman, R.B. 2023. Dopamine D1 Agonists: First Potential Treatment for Late-Stage Parkinson’s Disease. Biomolecules. - 13. 829. https://doi.org/10.3390/biom13050829

42. Threlfell, S., West, A.R., 2013. Modulation of striatal neuron activity by cyclic nucleotide signalling and phosphodiesterase inhibition. Basal Ganglia 3, 137–146. https://doi.org/10.1016/j.baga.2013.08.001

43. Hufgard, J.R., Williams, M.T., Skelton, M.R., Grubisha, O., Ferreira, F.M., Sanger, H., Wright, M.E., Reed-Kessler, T.M., Rasmussen, K., Duman, R.S., Vorhees, C. V., 2017. Phosphodiesterase-1b (Pde1b) knockout mice are resistant to forced swim and tail suspension induced immobility and show upregulation of Pde10a. Psychopharmacology (Berl). 234, 1803–1813. https://doi.org/10.1007/s00213-017-4587-8


Рецензия

Для цитирования:


Доротенко А.Р., Суханов И.М., Савченко А.А., Драволина О.А., Белозерцева И.В. Толерантность к парадоксальному увеличению двигательной активности, вызванной ингибированием фосфодиэстеразы 10А, на модели гиподофаминергии. Учёные записки Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова. 2023;30(4):32-42. https://doi.org/10.24884/1607-4181-2023-30-4-32-42

For citation:


Dorotenko A.R., Sukhanov I.M., Savchenko A.A., Dravolina O.A., Belozertseva I.V. Tolerance to paradoxical increase in motor activity caused by inhibition of phosphodiesterase 10a in a model of hypodopaminergy. The Scientific Notes of the Pavlov University. 2023;30(4):32-42. (In Russ.) https://doi.org/10.24884/1607-4181-2023-30-4-32-42

Просмотров: 435


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1607-4181 (Print)
ISSN 2541-8807 (Online)