Низкомолекулярные миметики нейротрофина‑3, отличающиеся паттерном активации пострецепторного сигналинга, по-разному ослабляют проявления синдрома отмены морфина у крыс

Аннотация

Накопленные данные позволяют предположить, что изменяющиеся уровни активности тирозинкиназных рецепторных сигнальных путей могут регулировать связанную с опиатами нейроадаптацию норадренергической системы. Нейротрофин‑3 (NT‑3) взаимодействует с тропомиозиновыми рецепторными киназами (TRK), связываясь преимущественно с TRKC-рецепторами, которые экспрессируются в норадренергических нейронах голубого пятна (locus coeruleus). Учитывая трудности доставки полноразмерных нейротрофинов в ЦНС при системном введении, синтезированы низкомолекулярные миметики четвертой петли NT‑3, гексаметилендиамида бис-(N‑моносукцинил-L‑аспарагинил-L‑аспарагина) (ГТС‑301) и гексаметилендиамида бис-(N‑γ‑оксибутирил-L‑глутамил-L‑аспарагина) (ГТС‑302), активирующие TRKC- и TRKB-рецепторы. Цель исследования – сравнительное изучение влияния дипептидных миметиков NT‑3 на проявления признаков отмены морфина у беспородных белых крыс со сформированной опиатной зависимостью, а также особенностей активации миметиками пострецепторных сигнальных путей. Дипептиды ГТС‑301 и ГТС‑302 при однократном введении (в/б) в дозах 0,1, 1,0 и 10,0 мг/кг оказывали зависимое от дозы влияние на специфические показатели отмены морфина с наиболее эффективной дозой 1,0 мг/кг. Максимальное снижение суммарного индекса синдрома отмены морфина для ГТС‑301 составило 31,3% и для ГТС‑302 – 41,4%. В отличие от ГТС‑301, ГТС‑302 ослаблял индуцированную отменой морфина механическую аллодинию, снижая тактильную чувствительность. При исследовании активации пострецепторных сигнальных путей миметиками NT‑3 на культуре гиппокампальных клеток НТ‑22 показано, что они имеют разную картину пострецепторного сигналинга: ГТС‑302 (10⁻⁶ М), подобно NT‑3, активирует все три MAPK/ERK, PI3K/AKT/mTOR и PLCγ1, в то время как ГТС‑301(10⁻⁶ М) – только MAPK/ERK и PLCγ1. Таким образом, выявленные особенности ослабления проявлений синдрома отмены морфина у крыс под действием ГТС‑301 и ГТС‑302 могут быть связаны с разным паттерном активации пострецепторных путей.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

Л.Г. Колик – руководство работой, обсуждение результатов исследования, написание текста; М.А. Константинопольский – проведение экспериментов in vivo, статистическая обработка данных; С.В. Николаев – проведение экспериментов in vitro, редактирование текста и рисунков; И.О. Логвинов – проведение экспериментов in vitro, биохимические исследования; Т.А. Антипова – статистическая обработка данных и обсуждение полученных результатов исследования in vitro, написание текста; Т.А. Гудашева – концепция и обсуждение результатов исследования.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (тема № FGFG-2022-0002 «Доклиническая оценка безопасности лекарств и экспериментальная разработка средств для здоровье-сбережения и профилактики заболеваний, обусловленных взаимодействием организма с неблагоприятными факторами окружающей среды»).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием животных, соответствовали этическим стандартам и одобрены Комиссией по биомедицинской этике ФГБНУ «НИИ фармакологии имени В.В. Закусова» (Протокол № 01 от 02 февраля 2023 года). Содержание животных соответствовало межгосударственным стандартам серии «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными» ГОСТ 33215-2014 и ГОСТ 33216-2014 (Приложение А к Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых в экспериментах и в других научных целях (ETS N 123)).

Список литературы

1. Frenois, F., Cador, M., Caillé, S., Stinus, L., and Le Moine, C. (2002) Neural correlates of the motivational and somatic components of naloxone-precipitated morphine withdrawal, Eur. J. Neurosci., 16, 1377-1389, https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.2002.02187.x.

2. Alvarez-Bagnarol, Y., Marchette, R. C. N., Francis, C., Morales, M. M., and Vendruscolo, L. F. (2022) Neuronal correlates of hyperalgesia and somatic signs of heroin withdrawal in male and female mice, eNeuro, 9, ENEURO.0106-22.2022, https://doi.org/10.1523/ENEURO.0106-22.2022.

3. Maldonado, R. (1997) Participation of noradrenergic pathways in the expression of opiate withdrawal: biochemical and pharmacological evidence, Neurosci. Biobehav. Rev., 21, 91-104, https://doi.org/10.1016/0149-7634(95)00061-5.

4. Numan, S., Lane-Ladd, S. B., Zhang, L., Lundgren, K. H., Russell, D. S., Seroogy, K. B, and Nestler, E. J. (1998) Differential regulation of neurotrophin and TRK receptor mRNAs in catecholaminergic nuclei during chronic opiate treatment and withdrawal, J. Neurosci., 18, 10700-10708, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.18-24-10700.1998.

5. Smith, M. A., Makino, S., Altemus, M., Michelson, D., Hong, S. K., Kvetnansky R, and Post, R. M. (1995) Stress and antidepressants differentially regulate neurotrophin 3 mRNA expression in the locus coeruleus, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 8788-8792, https://doi.org/10.1073/pnas.92.19.8788.

6. Zhang, C., Guo, Y. Q., Qiao, J. T., and Dafny, N. (1998) Locus coeruleus modulates thalamic nociceptive responses via adrenoceptors, Brain Res., 784, 116-122, https://doi.org/10.1016/s0006-8993(97)01197-9.

7. Sklair-Tavron, L., and Nestler, E. J. (1995) Opposing effects of morphine and the neurotrophins, NT-3, NT-4, and BDNF, on locus coeruleus neurons in vitro, Brain Res., 702, 117-125, https://doi.org/10.1016/0006-8993(95)01029-8.

8. Sklair-Tavron, L., Shi, W. X., Lane, S. B., Harris, H. W., Bunney, B. S., and Nestler, E. J. (1996) Chronic morphine induces visible changes in the morphology of mesolimbic dopamine neurons, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 11202-11207, https://doi.org/10.1073/pnas.93.20.11202.

9. Gallego, X., Murtra, P., Zamalloa, T., Canals, J. M., Pineda, J., Amador-Arjona, A, Maldonado, R, and Dierssen, M. (2010) Increased opioid dependence in a mouse model of panic disorder, Front. Behav. Neurosci., 3, 60, https://doi.org/10.3389/neuro.08.060.2009.

10. Gudasheva, T. A., Povarnina, P. Y., Tarasiuk, A. V., and Seredenin, S. B. (2021) Low-molecular mimetics of nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor: design and pharmacological properties, Med. Res. Rev., 41, 2746-2774, https://doi.org/10.1002/med.21721.

11. Sazonova, N. M., Tarasiuk, A. V., Melnikova, M. V., Zhanataev I. A., Logvinov, I. O., Nikolaev, S. V., Nikiforov, D. M., Antipova, T. A., Povarnina, P. Yu., Gudasheva, T. A., and Seredenin, S. B. (2024). Stereospecificity of the cytoprotective and antidepressant-like activities of GTS-301, a dimeric dipeptide mimetic of neurotrophin-3, Pharmaceut. Chem. J., 57, 1888–1897, https://doi.org/10.1007/s11094-024-03093-2.

12. Tarasiuk, A. V., Sazonova, N. M., Melnikova, M. V., Pomogaybo, S. V., Logvinov, I. O., Nikolaev, S.V., Nikiforov, D. M., Antipova, T. A., Povarnina, P. Yu, Vakhitova, Yu. V., Gudasheva, T. A., and Seredenin, S. B. (2023) Design and synthesis of a novel dipeptide mimetic of the 4th loop of neurotrophin-3 and its pharmacological effects, Mendeleev Commun., 33, 786-789, https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.10.016.

13. Kolik, L. G., and Konstantinopolsky, M. A. (2019) Comparative assessment of the effectiveness of noncompetitive NMDA receptor antagonists amantadine and hemantane in morphine withdrawal syndrome model, Bull. Exp. Biol. Med., 166, 739-743, https://doi.org/10.1007/s10517-019-04430-2.

14. Freshney, R. I. (2010) Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique and Specialized Applications, Wiley.

15. Noble, J. E., and Bailey, M. J. A. (2009) Chapter 8 Quantitation of Protein. B, in Methods in Enzymology, Elsevier, pp. 73-95.

16. Towbin, H., Staehelin, T., and Gordon, J. (1979) Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 4350-4354, https://doi.org/10.1073/pnas.76.9.4350.

17. Gudasheva, T. A., Sazonova, N. M., Tarasiuk, A. V., Logvinov, I. O., Antipova, T. A., Nikiforov, D. M., Povarnina, P. Yu., and Seredenin, S. B. (2022) The first dipeptide mimetic of neurotrofin-3: design and pharmacological properties, Dokl. Biochem. Biophys., 505, 160-165, https://doi.org/10.1134/S1607672922040032.

18. Fdez Espejo, E., Cador, M., and Stinus, L. (1995) Ethopharmacological analysis of naloxone-precipitated morphine withdrawal syndrome in rats: a newly-developed “etho-score”, Psychopharmacology (Berl), 122, 122-130, https://doi.org/10.1007/BF02246086.

19. Berhow, M. T., Russell, D. S., Terwilliger, R. Z., Beitner-Johnson, D., Self, D. W., Lindsay, R. M., and Nestler, E. J. (1995) Influence of neurotrophic factors on morphine- and cocaine-induced biochemical changes in the mesolimbic dopamine system, Neuroscience, 68, 969-979, https://doi.org/10.1016/0306-4522(95)00207-y.

20. Akbarian, S., Bates, B., Liu, R. J., Skirboll, S. L., Pejchal, T., Coppola, V., Sun, L. D., Fan, G., Kucera, J., Wilson, M. A., Tessarollo, L., Kosofsky, B. E., Taylor, J. R., Bothwell, M., Nestler, E. J., Aghajanian, G. K., and Jaenisch, R. (2001) Neurotrophin-3 modulates noradrenergic neuron function and opiate withdrawal, Mol. Psychiatry, 6, 593-604, https://doi.org/10.1038/sj.mp.4000897.

21. Kolik, L. G., Konstantinopolsky, M. A., Nadorova, A. V., Kruglov, S. V., Antipova, T. A., Gudasheva, T. A., and Seredenin, S. B. (2020) Peptide mimetic of BDNF loop 4 blocks Behavioral signs of morphine withdrawal syndrome and prevents the increase in ΔFosB level in the striatum of rats, Bull. Exp. Biol. Med., 170, 30-34, https://doi.org/10.1007/s10517-020-04998-0.

22. Kokaia, Z., Metsis, M., Kokaia, M., Elmér, E., and Lindvall, O. (1995) Co-expression of TRKB and TRKC receptors in CNS neurones suggests regulation by multiple neurotrophins, Neuroreport, 6, 769-772, https://doi.org/10.1097/00001756-199503270-00016.

23. Ucha, M., Roura-Martínez, D., Ambrosio, E., and Higuera-Matas, A (2020) The role of the mTOR pathway in models of drug-induced reward and the behavioral constituents of addiction, J. Psychopharmacol. (Oxf), 34, 1176-1199, https://doi.org/10.1177/0269881120944159.

24. Zhu, H., Zhuang, D., Lou, Z., Lai, M., Fu, D., Hong, Q., Liu, H., and Zhou, W. (2021) AKT and its phosphorylation in nucleus accumbens mediate heroin-seeking behavior induced by cues in rats, Addict Biol., 26, e13013, https://doi.org/10.1111/adb.13013.

25. Khalifa, F. N., Hussein, R. F., Mekawy, D. M., Elwi, H. M., Alsaeed, S. A., Elnawawy, Y., and Shaheen, S. H. (2024) Potential role of the lncRNA “HOTAIR”/miRNA “206”/BDNF network in the alteration in expression of synaptic plasticity gene arc and BDNF level in sera of patients with heroin use disorder through the PI3K/AKT/mTOR pathway compared to the controls, Mol. Biol. Rep., 51, 293, https://doi.org/10.1007/s11033-024-09265-3.

26. Zhang, X., Liang, Z., Zhou, Y., Wang, F., Wei, S., Tan, B., and Guo, Y. (2023) Artesunate inhibits apoptosis and promotes survival in Schwann cells via the PI3K/AKT/mTOR axis in diabetic peripheral neuropathy, Biol. Pharm. Bull., 46, 764-772, https://doi.org/10.1248/bpb.b22-00619.

27. Huang, J., Chen, D., Yan, F., Wu, S., Kang, S., Xing, W., Zeng, W., and Xie, J. (2020) JTC-801 alleviates mechanical allodynia in paclitaxel-induced neuropathic pain through the PI3K/AKT/mTOR pathway, Eur. J. Pharmacol., 883, 173306, https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2020.173306.