Most central nervous system D2 dopamine receptors are coupled to their effectors by Go

We reported previously that Go-deficient mice develop severe neurological defects that include hyperalgesia, a generalized tremor, lack of coordination, and a turning syndrome somewhat reminiscent of unilateral lesions of the dopaminergic nigro-striatal pathway. By using frozen coronal sections of serially sectioned brains of normal and Go-deficient mice, we studied the ability of several G protein coupled receptors to promote binding of GTPγS to G proteins and the ability of GTP to promote a shift in the affinity of D2 dopamine receptor for its physiologic agonist dopamine. We found a generalized, but not abolished reduction in agonist-stimulated binding of GTPγS to frozen brain sections, with no significant left–right differences. Unexpectedly, the ability of GTP to regulate the binding affinity of dopamine to D2 receptors (as seen in in situ [35S]sulpiride displacement curves) that was robust in control mice, was absent in Go-deficient mice. The data suggest that most of the effects of the Gi/Go-coupled D2 receptors in the central nervous system are mediated by Go instead of Gi1, Gi2, or Gi3. In agreement with this, the effect of GTP on dopamine binding to D2 receptors in double Gi1 plus Gi2- and Gi1 plus Gi3-deficient mice was essentially unaffected.

Étude du mécanisme d'inhibition de la libération de dopamine par les autorécepteurs D2

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude du mécanisme d'inhibition de la libération de dopamine par les autorécepteurs D2

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Actions of angiotensin II and dopamine in the medial preoptic area on prolactin secretion

Dopamine (DA) is known as a primary regulator of prolactin secretion (PRL) and angiotensin II (Ang II) has been recognized as one brain inhibitory factor of this secretion. In this work, estrogen-primed or unprimed ovariectornized rats were submitted to the microinjection of saline or Ang II after previous microinjection of saline or of DA antagonist (haloperidol, sulpiride or SCH) both in the medial preoptic area (MPOA). Our study of these interactions has shown that 1) estrogen-induced PRL secretion is mediated by Ang II and DA actions in the MPOA, i.e. very high plasma PRL would be prevented by inhibitory action of Ang II, while very low levels would be prevented in part by stimulatory action of DA through D-2 receptors, 2) the inhibitory action of Ang II depends on estrogen and is mediated in part by inhibitory action of DA through D, receptors and in other part by inhibition of stimulatory action of DA through D2 receptors.

The therapeutic potential of dopamine modulators on the cardiovascular and renal systems

In the periphery, physiological dopamine increases renal blood flow, decreases renal resistance and acts on the kidney tubule to enhance natriuresis and diuresis. The loss of dopamine function may be involoved in the deterioration in kidney function associated with ageing and may have a role in the pathogenesis of hypertension and diabetes. Intravenous dopamine is used as a positive inotrope in the treatment of acute heart failure and cardiogenic shock and as a diuretic in renal failure. The clinical uses of dopamine are limited, as it must be given intravenously, and also has widespread effects. The levels of peripheral dopamine can be increased by the administration of L-dopa to increase synthesis, prodrugs to release dopamine (docarpamine, glu-dopa) or by inhibiting the breakdown of dopamine (nitecapone). Preliminary clinical trials suggest that docarpamine may be useful in patients with low cardiac output syndrome after cardiac surgery and in refractory cirrhotic ascites. Ibopamine is an agonist at dopamine D1 and D2 receptors, which may retard the progression of chronic renal failure. Gludopa is selective for the kidney thus avoiding widespread side effects. The early clinical studies with ibopamine as a diuretic in heart failure were favourable but the subsequent large mortality study showed that ibopamine increased mortality. Fenoldopam is a selective dopamine D1 receptor agonist. Intravenous fenoldopam may be useful in the treatment of hypertension associated with coronary artery bypass surgery or in hypertensive emergencies. Although our understanding of physiological and pathological roles of peripheral dopamine has been increasing rapidly in recent times, we still need more information to allow the design of clinically useful drugs that modify these roles. One priority is an orally-active selective dopamine D1 receptor agonist.

Stress induced risk-aversion is reverted by D2/D3 agonist in the rat

Stress exposure triggers cognitive and behavioral impairments that influence decision-making processes. Decisions under a context of uncertainty require complex reward-prediction processes that are known to be mediated by the mesocorticolimbic dopamine (DA) system in brain areas sensitive to the deleterious effects of chronic stress, in particular the orbitofrontal cortex (OFC). Using a decision-making task, we show that chronic stress biases risk-based decision-making to safer behaviors. This decision-making pattern is associated with an increased activation of the lateral part of the OFC and with morphological changes in pyramidal neurons specifically recruited by this task. Additionally, stress exposure induces a hypodopaminergic status accompanied by increased mRNA levels of the dopamine receptor type 2 (Drd2) in the OFC; importantly, treatment with a D2/D3 agonist quinpirole reverts the shift to safer behaviors induced by stress on risky decision-making. These results suggest that the brain mechanisms related to risk-based decision-making are altered after chronic stress, but can be modulated by manipulation of dopaminergic transmission.

Synthesis, binding affinity and SAR of new benzolactam derivatives as dopamine D3 receptor ligands

A series of new benzolactam derivatives was synthesized and the derivatives were evaluated for theiraffinities at the dopamine D1, D2, and D3 receptors. Some of these compounds showed high D2 and/orD3 affinity and selectivity over the D1 receptor. The SAR study of these compounds revealed structuralcharacteristics that decisively influenced their D2 and D3 affinities. Structural models of the complexesbetween some of the most representative compounds of this series and the D2 and D3 receptors wereobtained with the aim of rationalizing the observed experimental results. Moreover, selected compoundsshowed moderate binding affinity on 5-HT2A which could contribute to reducing the occurrence of extrapyramidalside effects as potential antipsychotics.

Involvement of dopamine receptors in diethylpropion-induced conditioning place preference

Diethylpropion (DEP) is an amphetamine-like agent used as an anorectic drug. Abuse of DEP has been reported and some restrictions of its use have been recently imposed. The conditioning place preference (CPP) paradigm was used to evaluate the reinforcing properties of DEP in adult male Wistar rats. After initial preferences were determined, animals weighing 250-300 g (N = 7 per group) were conditioned with DEP (10, 15 or 20 mg/kg). Only the dose of 15 mg/kg produced a significant place preference (358 ± 39 vs 565 ± 48 s). Pretreatment with the D1 antagonist SCH 23390 (0.05 mg/kg, sc) 10 min before DEP (15 mg/kg, ip) blocked DEP-induced CPP (418 ± 37 vs 389 ± 31 s) while haloperidol (0.5 mg/kg, ip), a D2 antagonist, 15 min before DEP was ineffective in modifying place conditioning produced by DEP (385 ± 36 vs 536 ± 41 s). These results suggest that dopamine D1 receptors mediate the reinforcing effect of DEP

Étude du rôle de la dopamine et de la sérotonine dans l’effet atténuateur des antipsychotiques et de l’OSU-6162 sur la récompense induite par la stimulation du faisceau médian prosencéphalique chez le rongeur

La voie mésocorticolimbique est constitutée d’un ensemble d’éléments nerveux issus de l’aire tegmentaire ventrale mésencéphalique et projettant vers des régions corticales et sous-corticales. Les neurones à dopamine (DA) qui en font partie modulent plusieurs fonctions cognitives dont l’attention, l’apprentissage et la récompense. L’activité nerveuse des cellules à DA augmente lorsque l’organisme anticipe et reçoit une récompense, ainsi qu’au cours de la phase d’apprentissage des comportements d’appétence. Or, si l’activité dopaminergique de la voie mésocorticolimbique est désordonnée, voire aberrante, des stimuli neutres deviennent saillants et prennent une signification erronée. Cette anomalie fonctionnelle du système dopaminergique pourrait être à l’origine des symptômes psychotiques observés dans la schizophrénie. Cette hypothèse est renforcée par le fait que les médicaments antipsychotiques efficaces ont tous une activité antagoniste aux récepteurs à DA de type 2 (D2); les antipsychotiques dits classiques (i.e. halopéridole) possèdent une forte affinité pour les récepteurs D2 tandis que les antipsychotiques dits atypiques (i.e. clozapine) présentent une plus forte affinité pour les récepteurs à sérotonine de type 2a (5-HT2a) que pour les récepteurs D2. Les antipsychotiques atypiques semblent plus efficaces contre les symptômes négatifs (i.e. anhédonie) de la schizophrénie et induisent moins d’effets moteurs extrapyramidaux et de dysphorie que les antipsychotiques classiques. Il a été proposé que l’efficacité des antipsychotiques atypiques soit expliqué par leur double action antagoniste aux récepteurs 5-HT2a et D2. Afin de mieux comprendre les mécanismes de ces médicaments, nous avons étudié leurs effets sur la récompense en utilisant le modèle d’autostimulation intracérébrale (ASI) chez le rongeur. Le but de la première étude était d’évaluer l’effet d’un antagoniste sélectif des récepteurs 5-HT2a, le M100907, sur la récompense et sur l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. L’hypothèse était que l’atténuation de la récompense induite par l’ajout du M100907 à l’halopéridole serait similaire à celle induite par la clozapine. Dans une seconde étude, l’effet sur la récompense d’un agoniste partiel aux récepteurs D2, l’OSU-6162, a été caractérisé sous deux conditions : i) en condition de base et ii) lorsque la neurotransmission dopaminergique est altérée par l’administration systémique de quinpirole, un agoniste des récepteurs D2/D3. Les hypothèses étaient que l’OSU-6162 i) atténuerait la récompense induite par la stimulation et ii) empêcherait l’atténuation et la facilitation de la récompense induites par le quinpirole. Les données obtenues montrent que le M100907 n’altère pas la récompense par lui-même mais réduit l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. La co-administration du M100907 et de l’halopéridole induit une atténuation de la récompense d’amplitude similaire à celle induite par la clozapine, ce qui suggère que l’activité antagoniste aux récepteurs 5-HT2a de la clozapine contribue à son efficacité. Les données de la seconde étude montrent que l’OSU-6162 atténue la récompense, de manière dose-dépendante, ainsi que la facilitation, mais pas l’atténuation de la récompense induite par le quinpirole. Cette dernière observation suggère que l’OSU-6162 agit comme un antagoniste fonctionnel aux récepteurs D2 post-synaptiques. Un ensemble de données suggèrent que le comportement d’ASI constitue un modèle valide permettant d’évaluer l’efficacité antipsychotique potentielle de nouvelles molécules. Le comportement d’ASI est atténué par les antipsychotiques cliniquement efficaces mais est peu ou pas modifié par des molécules dépourvues d’activité antipsychotique. Les données obtenues dans cette thèse permettent de supposer que l’OSU-6162 possède une activité antipsychotique de nature atypique, et cela sans altérer la neurotransmission sérotoninergique.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Dopamine Receptor Subtypes,IP3, cAMP and cGMP Functional Regulation in Parkinsonism Induced by Unilateral Infusion of Rotenone in Rats: Recovery with Bone Marrow Cells,Serotonin and GABA Supplementation

In the present study, the effects of 5-HT, GABA and Bone Marrow Cells infused intranigrally to substantia nigra individually and in combinations on unilateral rotenone infused Parkinsonism induced rats. Scatchard analysis of DA, DA D1 and D2 receptors in the corpus striatum, cerebral cortex, cerebellum, brain stem and hippocampus showed a significant increase in the Brain regions of rotenone infused rat compared to control. Real Time PCR amplification of DA D1, D2, Bax and ubiquitin carboxy-terminal hydrolase were up regulated in the brain regions of rotenone infused rats compared to control. Gene expression studies of -Synuclien, cGMP and Cyclic AMP response element-binding protein showed a significant down regulation in Rotenone infused rats compared to control. Behavioural studies were carried out to confirm the biochemical and molecular studies.Our study demonstrated that BMC administration alone cannot reverse the above said molecular changes occurring in PD rat. 5-HT and GABA acting through their specific receptors in combination with bone marrow cells play a crucial role in the functional recovery of PD rats. 5-HT, GABA and Bone marrow cells treated PD rats showed significant reversal to control in DA receptor binding and gene expression. 5-HT and GABA have co-mitogenic property. Proliferation and differentiation of cells re-establishing the connections in Parkinson's disease facilitates the functional recovery. Thus, it is evident that 5-HT and GABA along with BMC to rotenone infused rats renders protection against oxidative, related motor and cognitive deficits which makes them clinically significant for cellbased therapy. The BMC transformed to neurons when co-transplanted with 5-HT and GABA which was confirmed with PKH2GL and nestin. These newly formed neurons have functional significance in the therapeutic recovery of Parkinson’s disease.

Agonist-dependent internalization of D2 receptors: imaging quantification by confocal microscopy

In positron emission tomography and single photon emission computed tomography studies using D2 dopamine (DA) receptor radiotracers, a decrease in radiotracer binding potential (BP) is usually interpreted in terms of increased competition with synaptic DA. However, some data suggest that this signal may also reflect agonist (DA)-induced increases in D2 receptor (D2R) internalization, a process which would presumably also decrease the population of receptors available for binding to hydrophilic radioligands. To advance interpretation of alterations in D2 radiotracer BP, direct methods of assessment of D2R internalization are required. Here, we describe a confocal microscopy-based approach for the quantification of agonist-dependent receptor internalization. The method relies upon double-labeling of the receptors with antibodies directed against intracellular as well as extracellular epitopes. Following agonist stimulation, DA D2R internalization was quantified by differentiating, in optical cell sections, the signal due to the staining of the extracellular from intracellular epitopes of D2Rs. Receptor internalization was increased in the presence of the D2 agonists DA and bromocriptine, but not the D1 agonist SKF38393. Pretreatment with either the D2 antagonist sulpiride, or inhibitors of internalization (phenylarsine oxide and high molarity sucrose), blocked D2-agonist induced receptor internalization, thus validating this method in vitro. This approach therefore provides a direct and streamlined methodology for investigating the pharmacological and mechanistic aspects of D2R internalization, and should inform the interpretation of results from in vivo receptor imaging studies.

Assays for enhanced activity of low efficacy partial agonists at the D-2 dopamine receptor

Background and purpose: Low efficacy partial agonists at the D-2 dopamine receptor may be useful for treating schizophrenia. In this report we describe a method for assessing the efficacy of these compounds based on stimulation of [S-35]GTP gamma S binding. Experimental approach: Agonist efficacy was assessed from [S-35]GTP gamma S binding to membranes of CHO cells expressing D2 dopamine receptors in buffers with and without Na+. Effects of Na+ on receptor/G protein coupling were assessed using agonist/[H-3] spiperone competition binding assays. Key results: When [S-35]GTP gamma S binding assays were performed in buffers containing Na+, some agonists (aripiprazole, AJ-76, UH-232) exhibited very low efficacy whereas other agonists exhibited measurable efficacy. When Na+ was substituted by N-methyl D-glucamine, the efficacy of all agonists increased (relative to that of dopamine) but particularly for aripiprazole, aplindore, AJ-76, (-)-3-PPP and UH-232. In ligand binding assays, substitution of Na+ by N-methyl D-glucamine increased receptor/G protein coupling for some agonists -. aplindore, dopamine and (-)-3-PPP-but for aripiprazole, AJ-76 and UH-232 there was little effect on receptor/G protein coupling. Conclusions and implications: Substitution of Na+ by NMDG increases sensitivity in [S-35] GTPgS binding assays so that very low efficacy agonists were detected clearly. For some agonists the effect seems to be mediated via enhanced receptor/G protein coupling whereas for others the effect is mediated at another point in the G protein activation cycle. AJ-76, aripiprazole and UH-232 seem particularly sensitive to this change in assay conditions. This work provides a new method to discover these very low efficacy agonists.