JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biologia

Рейтинг L-DOPA-индуцированных дискинезий в одностороннем 6-OHDA-пораженном крысиной модели болезни Паркинсона

Published: October 04, 2021
doi:
10.3791/62924
, , ,
1Department of Psychology, Faculty of Philosophy, Sciences and Letters of Ribeirão Preto,University of São Paulo

Summary

Грызунные модели L-DOPA-индуцированных дискинезий являются бесценными инструментами для выявления терапевтических вмешательств для ослабления развития или облегчения проявлений, возникающих из-за повторного введения L-DOPA. Этот протокол демонстрирует, как индуцировать и анализировать дискинетические движения в одностороннем 6-OHDA-пораженном крысиной модели болезни Паркинсона.

Abstract

L-DOPA-индуцированные дискинезии (LIDs) относятся к двигательным осложнениям, которые возникают в результате длительного введения L-DOPA пациентам с болезнью Паркинсона (PD). Наиболее распространенной картиной, наблюдаемой в клинике, является дискинезия пиковой дозы, которая состоит из клинических проявлений хореиформных, дистонических и баллистических движений. 6-гидроксидофаминовая (6-OHDA) крысиная модель PD имитирует несколько характеристик LID. После повторного введения L-DOPA у крыс с поражением 6-OHDA проявляются дискинетические движения (например, аномальные непроизвольные движения, ИМ). Этот протокол демонстрирует, как индуцировать и анализировать АИМ у крыс с поражением 6-OHDA с 90%-95% дофаминергическим истощением в нигростриатальном пути. Повторное введение (3 недели) L-DOPA (5 мг/кг в сочетании с 12,5 мг/кг бенсеразида) может индуцировать развитие АИМ. Анализ временного курса выявляет значительное увеличение АИМ через 30-90 мин (дискинезия пиковой дозы). Грызунные модели LID являются важным доклиническим инструментом для выявления эффективных антидискинетических вмешательств.

Introduction

Предшественник дофамина L-3,4-дигидроксифенилаланин (L-DOPA) представляет собой наиболее эффективное лечение двигательных симптомов болезни Паркинсона (PD)1. Терапия L-DOPA может улучшить двигательные симптомы, связанные с БП, но со временем теряет эффективность. Двигательные колебания, такие как «флуктуация износа» или «ухудшение в конце дозы», клинически проявляются как укороченная продолжительность эффекта однократных доз L-DOPA2. В других случаях клинические проявления состоят из медленных скручивающих движений и аномальных поз (дистония)3 и возникают, когда уровень дофамина низкий (внепериодическая дистония)4. С другой стороны, L-DOPA-индуцированные дискинезии (LIDs) появляются, когда уровни дофамина в плазме и мозге высоки5.

ЛИДы вызывают изнурительные побочные эффекты, которые включают двигательные осложнения, такие как хореиформные, дистонические и баллистическиедвижения 6. После установки LID возникают после каждого введения L-DOPA. Двигательные осложнения возникают у 40%-50% пациентов с БП, проходящих терапию L-DOPA в течение 5 лет, а заболеваемость увеличивается с течением7 лет. Хотя патофизиологические механизмы, участвующие в развитии LID у пациентов с БП, еще не полностью выяснены, степень дофаминергической денервации, пульсирующее введение L-DOPA, последующие изменения в стриатальных белках и генах, а также аномалии в недофаминовых передающих системах являются факторами, которые способствуют развитию этих нежелательных побочных эффектов 6,8,9,10.

Нейротоксин 6-гидроксидофамин (6-OHDA) является хорошо охарактеризованным инструментом для изучения БП у грызунов 11,12,13,14. Поскольку 6-OHDA не пересекает гематоэнцефалический барьер, его необходимо вводить непосредственно в нигростриатальный путь. 6-OHDA-индуцированное дофаминергическое истощение зависит от концентрации и участка15. Одностороннее введение 6-OHDA в медиальный пучок переднего мозга (MFB) может привести к тяжелому (>90%) нигростриатальному повреждению у грызунов 16,17,18,19. Хроническое введение L-DOPA тяжелым односторонне 6-OHDA-пораженным грызунам вызывает появление дискинетических движений, называемых аномальными непроизвольными движениями (AIMs). Дискинетические движения у грызунов имеют сходные молекулярные, функциональные и фармакологические механизмы, связанные с ЛИД у пациентов с БП5. Таким образом, 6-OHDA-пораженные крысы20 и мыши21 являются ценными доклиническими моделями для изучения LID. При хроническом лечении (7-21 день) терапевтическими дозами L-DOPA (5-20 мг/кг) в одностороннем порядке у крыс и мышей с поражением 6-OHDA наблюдается постепенное развитие АИМ, которые влияют на передние, туловищные и орофациальные мышцы, противоположные поражению 17,18,19,20,22,23,24 . Эти движения представлены на временном курсе, аналогичном L-DOPA-индуцированным дискинезиям пиковой дозы у пациентов с БП25 и характеризуются гиперкинетическими движениями и дистонией5. AIM обычно оцениваются на основе их тяжести (например, когда присутствует определенный AIM) и амплитуды (например, характеризуется амплитудой каждого движения) 5,23,25.

Модели 6-OHDA-пораженных грызунов LID представляют валидность лица (т.е. модель имеет несколько характеристик, которые выглядят как состояние человека)5,11,26,27,28. AIM грызунов, аналогичные тому, что происходит у пациентов с БП, рассматриваются как гиперкинетические (передние и оролингвальные) и дистонические (осевые) движения29 и имитируют дискинезию пиковой дозы. На молекулярном и функциональном уровне модели грызунов имеют много общих патологических характеристик с пациентами с БП5, таких как повышение регуляции FosB/ ΔFosB 19,26,30,31,32,33 и переносчика серотонина (SERT)34,35 . Что касается прогностической валидности, препараты, которые снижают LID у пациентов с БП (например, антагонист рецептора N-метил-D-аспартата (NMDA) амантадин), представляют антидискинетическую эффективность в модели грызунов 22,36,37,38,39.

Рейтинговая шкала AIMs грызунов была создана на основе четырех подтипов AIM, которые включают AIM, влияющие на голову, шею и туловище (осевые AIM), гиперкинетические движения передних конечностей (AIM конечностей) и дискинетические оролингвальные движения (orolingual AIMs). Хотя контралатеральное вращение (локомотивные AIM) также присутствует у односторонне пораженных грызунов 20,22,23,25,40, оно не было оценено как дискинетическое движение, поскольку оно не может представлять собой конкретную меру LID 22,37,41.

Здесь мы опишем, как индуцировать и анализировать дискинетические движения (осевые, конечностные и оролингвальные АИМ) в тяжелой (>90%) односторонне 6-OHDA-пораженной крысиной модели БП. Мы организовали наш протокол на основе предыдущей литературы и нашего лабораторного опыта.

Protocol

Все эксперименты проводились в соответствии с Комитетом по этике факультета философии, наук и литературы Рибейран-Прету (CEUA/FFCLRP 18.5.35.59.5). 1. Поражение 6-OHDA Используют Спрэга-Доули самцы крыс весом 200-250 г в начале экспериментов (6 недель). Размещайте животных (2-3 …

Representative Results

Хотя паттерны AIM, наблюдаемые у крыс, проще и ограничены по сравнению с теми, которые наблюдаются у людей и нечеловеческих приматов, эта модель воспроизводит как гиперкинетические, так и дистонические движения, вызванные хроническим введением L-DOPA. Здесь мы представляем данные, собранны…

Discussion

Этот протокол демонстрирует, как индуцировать и анализировать AIM в крысиной модели PD, индуцированной односторонней микроинъекцией 6-OHDA в MFB. Хроническое ежедневное введение низких доз L-DOPA (5 мг/кг в сочетании с 12,5 мг/кг бенсеразида) приводило к развитию АИМ в течение 3 недель лечения. Врем?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Исследовательским фондом Сан-Паулу (FAPESP, грант 2017/00003-0). Мы благодарны за Координацию по совершенствованию кадров высшего образования (CAPES). Мы благодарим д-ра Энтони Р. Уэста, д-ра Хайнца Штайнера и д-ра Куэй Й. Ценга за поддержку и наставничество.

Materials

6-hydroxydopamine hydrobromide Sigma-Aldrich, USA H6507 Neurotoxin that produces degeneration of catecholaminergic terminals
Benzerazide hydrochloride Sigma B7283 Peripheral dopa-decarboxylase inhibitor
Camera Bullet IR Turbo HD (HD-TVI)  2.8mm B HIKVISION DS-2CE16C0T-IRP Camera used to record all behavior
Imipramine hidrochloride Alfa Aesar J63723 Norepinephrine transporter inhibitor (NET) used to protect noradrenergic neurons from 6-OHDA
Ketamine hydrochloride Ceva Animal Health Anesthesia for surgical intervention
L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) methyl ester (hydrochloride) Cayman Chemical Company 16149 Dopamine precursor
Mirrors Used to observe the behavior of animals during experiments in all directions
Needles 0.30 x 13 mm PrecisionGlide Needles used to inject drugs
Sodium chloride (NaCl) Samtec Salt
Syringes 1 ml Sterile BD Plastipak Syringes used to inject drugs
Transparent cylinders Used to record animal behavior during experiments
Xylazine hydrochloride Ceva Animal Health Sedative, analgesic and muscle relaxant for surgical intervention
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Jenner, P. Molecular mechanisms of L-DOPA-induced dyskinesia. Nature Reviews. Neuroscience. 9 (9), 665-677 (2008).
  2. Nutt, J. G. Levodopa-induced dyskinesia: review, observations, and speculations. Neurology. 40 (2), 340-345 (1990).
  3. Luquin, M. R., Scipioni, O., Vaamonde, J., Gershanik, O., Obeso, J. A. Levodopa-induced dyskinesias in Parkinson’s disease: clinical and pharmacological classification. Movement Disorders: Official Journal of the Movement Disorder Society. 7 (2), 117-124 (1992).
  4. Fabbrini, G., Brotchie, J. M., Grandas, F., Nomoto, M., Goetz, C. G. Levodopa-induced dyskinesias. Movement Disorders: Official Journal of the Movement Disorder Society. 22 (10), 1379 (2007).
  5. Cenci, M. A., Crossman, A. R. Animal models of l-dopa-induced dyskinesia in Parkinson’s disease. Movement Disorders: Official Journal of the Movement Disorder Society. 33 (6), 889-899 (2018).
  6. Bastide, M. F., et al. Pathophysiology of L-dopa-induced motor and non-motor complications in Parkinson’s disease. Progress in Neurobiology. 132, 96-168 (2015).
  7. Manson, A., Stirpe, P., Schrag, A. Levodopa-induced-dyskinesias clinical features, incidence, risk factors, management and impact on quality of life. Journal of Parkinson’s Disease. 2 (3), 189-198 (2012).
  8. Grandas, F., Galiano, M. L., Tabernero, C. Risk factors for levodopa-induced dyskinesias in Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 246 (12), 1127-1133 (1999).
  9. Schrag, A., Quinn, N. Dyskinesias and motor fluctuations in Parkinson’s disease. A community-based study. Brain: A Journal of Neurology. 123, 2297-2305 (2000).
  10. Bezard, E., Brotchie, J. M., Gross, C. E. Pathophysiology of levodopa-induced dyskinesia: potential for new therapies. Nature Reviews. Neuroscience. 2 (8), 577-588 (2001).
  11. Tronci, E., Shin, E., Björklund, A., Carta, M. Amphetamine-induced rotation and L-DOPA-induced dyskinesia in the rat 6-OHDA model: a correlation study. Neuroscience Research. 73 (2), 168-172 (2012).
  12. Duty, S., Jenner, P. Animal models of Parkinson’s disease: a source of novel treatments and clues to the cause of the disease. British Journal of Pharmacology. 164 (4), 1357-1391 (2011).
  13. Ungerstedt, U. 6-Hydroxy-dopamine induced degeneration of central monoamine neurons. European Journal of Pharmacology. 5 (1), 107-110 (1968).
  14. Ungerstedt, U. Postsynaptic supersensitivity after 6-hydroxy-dopamine induced degeneration of the nigro-striatal dopamine system. Acta Physiologica Scandinavica. Supplementum. 367, 69-93 (1971).
  15. Kirik, D., Rosenblad, C., Bjorklund, A. Characterization of behavioral and neurodegenerative changes following partial lesions of the nigrostriatal dopamine system induced by intrastriatal 6-hydroxydopamine in the rat. Experimental Neurology. 152, 259-277 (1998).
  16. Zahm, D. S. Compartments in rat dorsal and ventral striatum revealed following injection of 6-hydroxydopamine into the ventral mesencephalon. Brain Research. 552 (1), 164-169 (1991).
  17. Padovan-Neto, F. E., Echeverry, M. B., Tumas, V., Del-Bel, E. A. Nitric oxide synthase inhibition attenuates L-DOPA-induced dyskinesias in a rodent model of Parkinson’s disease. Neurociência. 159 (3), 927-935 (2009).
  18. Padovan-Neto, F. E., et al. Antidyskinetic effect of the neuronal nitric oxide synthase inhibitor is linked to decrease of FosB/deltaFosB expression. Neuroscience Letters. 541, 126-131 (2013).
  19. Padovan-Neto, F. E., Cavalcanti-Kiwiatkoviski, R., Carolino, R. O., Anselmo-Franci, J., Del Bel, E. Effects of prolonged neuronal nitric oxide synthase inhibition on the development and expression of L-DOPA-induced dyskinesia in 6-OHDA-lesioned rats. Neuropharmacology. 89, 87-99 (2015).
  20. Winkler, C., Kirik, D., Björklund, A., Cenci, M. A. L-DOPA-induced dyskinesia in the intrastriatal 6-hydroxydopamine model of parkinson’s disease: relation to motor and cellular parameters of nigrostriatal function. Neurobiology of Disease. 10 (2), 165-186 (2002).
  21. Francardo, V., et al. Impact of the lesion procedure on the profiles of motor impairment and molecular responsiveness to l-DOPA in the 6-hydroxydopamine mouse model of Parkinson’s disease. Neurobiology of Disease. 42, 327-340 (2011).
  22. Lundblad, M., et al. Pharmacological validation of behavioural measures of akinesia and dyskinesia in a rat model of Parkinson’s disease. The European Journal of Neuroscience. 15 (1), 120-132 (2002).
  23. Cenci, M. A., Lee, C. S., Björklund, A. L-DOPA-induced dyskinesia in the rat is associated with striatal overexpression of prodynorphin- and glutamic acid decarboxylase mRNA. The European Journal of Neuroscience. 10 (8), 2694-2706 (1998).
  24. Henry, B., Crossman, A. R., Brotchie, J. M. Characterization of enhanced behavioral responses to L-DOPA following repeated administration in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat model of Parkinson’s disease. Experimental Neurology. 151 (2), 334-342 (1998).
  25. Lee, C. S., Cenci, M. A., Schulzer, M., Björklund, A. Embryonic ventral mesencephalic grafts improve levodopa-induced dyskinesia in a rat model of Parkinson’s disease. Brain: A Journal of Neurology. 123, 1365-1379 (2000).
  26. Andersson, M., Hilbertson, A., Cenci, M. A. Striatal fosB expression is causally linked with l-DOPA-induced abnormal involuntary movements and the associated upregulation of striatal prodynorphin mRNA in a rat model of Parkinson’s disease. Neurobiology of Disease. 6 (6), 461-474 (1999).
  27. Lindgren, H. S., Rylander, D., Ohlin, K. E., Lundblad, M., Cenci, M. A. The “motor complication syndrome” in rats with 6-OHDA lesions treated chronically with L-DOPA: relation to dose and route of administration. Behavioural Brain Research. 177 (1), 150-159 (2007).
  28. Lane, E. L., Dunnett, S. . Animal Models of Movement Disorders: volume I, Neuromethods. 61, (2011).
  29. Carlsson, T., Carta, M., Winkler, C., Björklund, A., Kirik, D. Serotonin neuron transplants exacerbate l-DOPA-induced dyskinesias in a rat model of Parkinson’s disease. Journal of Neuroscience. 27 (30), 8011-8022 (2007).
  30. Lundblad, M., Picconi, B., Lindgren, H., Cenci, M. A. A model of L-DOPA-induced dyskinesia in 6-hydroxydopamine lesioned mice: relation to motor and cellular parameters of nigrostriatal function. Neurobiology of Disease. 16 (1), 110-123 (2004).
  31. Fasano, S., et al. Inhibition of Ras-guanine nucleotide-releasing factor 1 (Ras-GRF1) signaling in the striatum reverts motor symptoms associated with L-dopa-induced dyskinesia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (50), 21824-21829 (2010).
  32. Berton, O., et al. Striatal overexpression of DeltaJunD resets L-DOPA-induced dyskinesia in a primate model of Parkinson disease. Biological Psychiatry. 66 (6), 554-561 (2009).
  33. Lindgren, H. S., et al. Putaminal upregulation of FosB/ΔFosB-like immunoreactivity in Parkinson’s disease patients with dyskinesia. Journal of Parkinson’s Disease. 1 (4), 347-357 (2011).
  34. Rylander, D., et al. Maladaptive plasticity of serotonin axon terminals in levodopa-induced dyskinesia. Annals of Neurology. 68 (5), 619-628 (2010).
  35. Smith, R., et al. The role of pallidal serotonergic function in Parkinson’s disease dyskinesias: a positron emission tomography study. Neurobiology of Aging. 36 (4), 1736-1742 (2015).
  36. Lundblad, M., et al. Pharmacological validation of a mouse model of l-DOPA-induced dyskinesia. Experimental Neurology. 194 (1), 66-75 (2005).
  37. Dekundy, A., Lundblad, M., Danysz, W., Cenci, M. A. Modulation of L-DOPA-induced abnormal involuntary movements by clinically tested compounds: further validation of the rat dyskinesia model. Behavioural Brain Research. 179 (1), 76-89 (2007).
  38. Blanchet, P. J., Konitsiotis, S., Chase, T. N. Amantadine reduces levodopa-induced dyskinesias in parkinsonian monkeys. Movement Disorders: Official Journal of the Movement Disorder Society. 13 (5), 798-802 (1998).
  39. Verhagen Metman, I., et al. Amantadine as treatment for dyskinesias and motor fluctuations in Parkinson’s disease. Neurology. 50 (5), 1323-1326 (1998).
  40. Cenci, M. A., Lundblad, M. Ratings of L-DOPA-induced dyskinesia in the unilateral 6-OHDA lesion model of Parkinson’s disease in rats and mice. Current Protocols in Neuroscience. , 25 (2007).
  41. Dupre, K. B., et al. Effects of coincident 5- HT1A receptor stimulation and NMDA receptor antagonism on L-DOPA-induced dyskinesia and rotational behaviors in the hemi-parkinsonian rat. Psychopharmacology (Berl). 199 (1), 99-108 (2008).
  42. Guimarães, P. R., Bariotto-dos-Santos, K., Ribeiro, D. L., Padovan-Neto, F. E. The 6-hydroxydopamine (6-OHDA) rat model of Parkinson’s disease. Journal of Visualized Experiments: JoVE. , (2021).
  43. Paxinos, G., Watson, C. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1998).
  44. Tseng, K. Y., et al. Inhibition of striatal soluble guanylyl cyclase-cGMP signaling reverses basal ganglia dysfunction and akinesia in experimental parkinsonism. PloS One. 6 (11), 27187 (2011).
  45. Padovan-Neto, F. E., et al. Selective regulation of 5-HT1B serotonin receptor expression in the striatum by dopamine depletion and repeated L-DOPA treatment: Relationship to L-DOPA-induced dyskinesias. Molecular Neurobiology. 57 (2), 736-751 (2020).
  46. Olsson, M., Nikkhah, G., Bentlage, C., Bjorklund, A. Forelimb akinesia in the rat Parkinson model: Differential effects of dopamine agonists and nigral transplants as assessed by a new stepping test. Journal of Neuroscience. 15, 3863-3875 (1995).
  47. Chang, J. W., Wachtel, S. R., Young, D., Kang, U. J. Biochemical and anatomical characterization of forepaw adjusting steps in rat models of Parkinson’s disease lesions. Neurociência. 88, 617-628 (1995).
  48. Jayasinghe, V. R., Flores-Barrera, E., West, A. R., Tseng, K. Y. Frequency-dependent corticostriatal disinhibition resulting from chronic dopamine depletion: Role of local striatal cGMP and GABAAR signaling. Cerebral Cortex. 27, 625-634 (2017).
  49. Picconi, B., et al. Loss of bidirectional striatal synaptic plasticity in L-DOPA-induced dyskinesia. Nature Neuroscience. 6 (5), 501-506 (2003).
  50. Carta, M., et al. Role of striatal L-DOPA in the production of dyskinesia in 6-hydroxydopamine lesioned rats. Journal of Neurochemistry. 96 (6), 1718-1727 (2006).
  51. Westin, J. E., Andersson, M., Lundblad, M., Cenci, M. A. Persistent changes in striatal gene expression induced by long-term L-DOPA treatment in a rat model of Parkinson’s disease. The European Journal of Neuroscience. 14 (7), 1171-1176 (2001).
  52. Bariotto-Dos-Santos, K., et al. Repurposing an established drug: an emerging role for methylene blue in L-DOPA-induced dyskinesia. The European Journal of Neuroscience. 49 (6), 869-882 (2018).
  53. Lindgren, H. S., Lane, E. L., Lane, E., Dunnett, S. Rodent Models of l-DOPA-Induced Dyskinesia. Animal Models of Movement Disorders. Neuromethods. 61, (2011).
  54. Doucet, J., et al. Drug-drug interactions related to hospital admissions in older adults: A prospective study of 1000 patients. Journal of the American Geriatrics Society. 44, 944-948 (1996).
  55. Ohlin, K. E., et al. Vascular endothelial growth factor is upregulated by L-dopa in the parkinsonian brain: implications for the development of dyskinesia. Brain: A Journal of Neurology. 134, 2339-2357 (2011).
  56. Jourdain, V. A., et al. Increased putamen hypercapnic vasoreactivity in levodopa-induced dyskinesia. JCI insight. 2 (20), 96411 (2017).
  57. Thiele, S. L., et al. Generation of a model of l-DOPA-induced dyskinesia in two different mouse strains. Journal of Neuroscience Methods. 197 (2), 193-208 (2011).
  58. Dos-Santos-Pereira, M., et al. Contributive role of TNF-α to L-DOPA-induced dyskinesia in a unilateral 6-OHDA lesion model of Parkinson’s disease. Frontiers in Pharmacology. 11, 617085 (2021).
  59. Cenci, M. A., Ohlin, K. E., Odin, P. Current options and future possibilities for the treatment of dyskinesia and motor fluctuations in Parkinson’s disease. CNS & Neurological Disorders Drug Targets. 10 (6), 670-684 (2011).
  60. Cenci, M. A. Presynaptic mechanisms of l-DOPA-induced dyskinesia: The findings, the debate, and the therapeutic implications. Frontiers in Neurology. 5, 242 (2014).
  61. Langston, J. W., Quik, M., Petzinger, G., Jakowec, M., Di Monte, D. A. Investigating levodopa-induced dyskinesias in the parkinsonian primate. Annals of Neurology. 47 (4), 79-89 (2000).
  62. Chase, T. N. Levodopa therapy: consequences of the nonphysiologic replacement of dopamine. Neurology. 50 (5), 17-25 (1998).

Tags

6-OHDAParkinson’s DiseaseL-DOPA-induced DyskinesiasRat ModelStereotaxic SurgeryStepping TestAbnormal Involuntary Movements
check_url/pt/62924?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Bariotto-dos-Santos, K., Ribeiro, D. L., Guimarães, R. P., Padovan-Neto, F. E. Rating L-DOPA-Induced Dyskinesias in the Unilaterally 6-OHDA-Lesioned Rat Model of Parkinson’s Disease. J. Vis. Exp. (176), e62924, doi:10.3791/62924 (2021).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image