Effekter av DPTQ, en ny positiv allosterisk modulator av dopamin D1-receptorn, på spontan ögonblinkfrekvens och rumsligt arbetsminne i den icke-mänskliga primaten del 2

Effekter av DPTQ spatial arbetsminnesprestanda vid en förväntad effektiv dos

En enkeldos av DPTQ testades ursprungligen vid 2,5 mg/kg i jämförelse med vehikeln. Separata men överlappande baslinjer användes för de två tillstånden. Fordonsdata visas i fig. 4a för en grupp om 10 djur. Gruppförändringar i prestanda varierade lite från baslinjen under de kommande 2 veckorna med den största avvikelsen för gruppgenomsnittet som endast nådde 5 % (p=0.51, parat t-test inom försökspersonen i jämförelse med baslinjen). Notera att ingen inverkan på prestandan sågs akut på dag 1. DPTQ-data (2,5 mg/kg, IM) visas i fig. 4b för en grupp på 9 djur.

Baslinje hänvisar till de stabila psykologiska egenskaperna och beteendevanorna som bildas i tillväxtprocessen. Minne hänvisar till den mänskliga hjärnans förmåga att ta emot, bearbeta och lagra information. Det finns ett samband mellan baslinje och minne, och i viss mån kan baslinjen påverka en persons minne.

För det första kan en stabil baslinje hjälpa en person att upprätthålla goda vanor och ett sunt tänkesätt, vilket kan bidra till att förbättra minnet. Till exempel kan regelbundna sömnscheman, regelbunden motion, en balanserad kost och en positiv inställning till livet alla förbättra minnet. Detta beror på att dessa goda levnadsvanor kan säkerställa människors fysiska och mentala hälsa och därigenom förbättra hjärnans arbetseffektivitet och minne.

För det andra kan en stabil baslinje också hjälpa en person att hålla sig fokuserad och fokuserad. Detta är mycket viktigt för mottagandet och behandlingen av information. En oorganiserad och oorganiserad livsstil kan påverka en persons förmåga att fokusera och koncentrera sig, vilket kan påverka minnet. En organiserad, regelbunden livsstil kan hjälpa en person att behålla fokus och koncentration och därigenom förbättra minnet.

Slutligen kan en positiv baslinje hålla människor optimistiska och självsäkra, vilket också kan bidra till att förbättra minnet. En positiv baslinje skapar förtroende för dig själv och din framtid, och detta förtroende gör ditt minne skarpare, mer flexibelt och mer effektivt.

Sammanfattningsvis finns det ett visst samband mellan baslinje och minne. En stabil, hälsosam, organiserad och positiv baslinje kan hjälpa människor att upprätthålla goda levnadsvanor och mentalitet och därigenom förbättra minnet. Därför bör vi sträva efter att utveckla vår baslinje för att förbättra vår minnesförmåga. Det kan ses att vi behöver förbättra vårt minne, och Cistanche deserticola kan avsevärt hjälpa oss att förbättra vårt minne eftersom Cistanche deserticola är ett traditionellt kinesiskt läkemedelsmaterial som har många unika effekter, varav en är att förbättra minnet. Effekten av malet kött kommer från de olika aktiva ingredienserna det innehåller, inklusive syra, polysackarider, flavonoider, etc. Dessa ingredienser kan främja hjärnans hälsa på olika sätt.

Klicka på vet kosttillskott för att förbättra minnet

1-way ANOVA visade att den totala datamängden för varje djur för varje dag varierade signifikant från baslinjedata för varje djur (F[10,69]=6.48, s.<0.0001). No immediate acute effect was seen on day 1 but, a slight (10%) diminution of performance was evident by day 2 which became more robust by day 3, more than 48 h post-injection (mean = 61.1; post hoc comparison with baseline, p=0.025). Note that in this first data set those tests on the days following day 1 were originally purely exploratory and therefore have low N values in some cases.

Uppenbara beteendeobservationer tyder på att djuren initialt på dag 2 och 3 aktiverades något av denna dos inklusive hypervaksamhet/uppmärksamhet, men inte motorisk aktivering, vilket skulle kunna påverka deras svar. Denna uppenbara försämring av kognitionen följdes omedelbart av en avsevärd förbättring som observerades nästa dag (medelvärde=84.3) som kvarstod i flera dagar (dag 4, 5 och 6, p.<0.01).

Effekter av upprepad dosering på spatialt arbetsminne

För att undersöka om en upprepad dos skulle resultera i tolerans, summering eller sensibilisering av dessa effekter, administrerades en dos på 2,5 mg/kg akut på dag 1 (1 timme före testning, och sedan antingen vehikel (Fig. 5a) eller ytterligare en dos dos på 2,5 mg/kg (Fig. 5b) administrerades på dag 5 (omedelbart efter testning) Djuren tilldelades slumpmässigt antingen DPTQ på dag 1 och vehikel på dag 5 (vehikelgrupp) eller DPTQ på båda dagarna (DPTQ-grupp) ), passerade sedan över till den andra behandlingsgruppen efter en lämplig tvättperiod. Effekterna av att administrera vehikel som den andra dosen kan ses i Fig. 5a (n=10). Förutom vehikeladministrering på dag 5, är detta ett identiskt experiment med endosstudien för DPTQ som beskrivs ovan, som visas i Fig. 4. Resultaten liknar de som sågs för den tidigare endosstudien (F[10, 94]=5.23, s.<0.0001), except that the deficit on day 3 was small and did not achieve significance (p=0.278 vs baseline) after which an enhancement appeared over the next few days (days 4 and 8, p < 0.001; day 5, p < 0.0001; days 10 and 12, p<0.05 vs baseline). 

En undergrupp av samma djur (n=6) tilldelades senare till DPTQ-gruppen, som fick en upprepad dos på 2,5 mg/kg DPTQ på dag 5 (övergripande statistisk signifikans F[10, 54]=5 .41, sid<0.0001). Following the acute dose of 2.5 mg/kg IM on day 1, a non-significant dip in performance was seen on day 3 which was followed by a rebound enhancement on days 4 and 5 (p<0.01). However, following the repeat of the dose on day 5, there is a reduction in performance to baseline on day 6, followed by enhancement for the subsequent week (days 8 and 12, p<0.05; days 10 and 14, p<0.01). Notably, performance was now significantly improved on the last day.

Effekter av låga doser DPTQ vid {{0}}.1 och 1.0 mg/kg

Baserat på ovanstående data testade vi hypotesen att dosen på 2,5 mg/kg kan vara supraoptimal för positiva effekter på kognition och att en lägre dos kan ge en betydande, bestående förbättring av arbetsminnet samtidigt som man undviker induktion av en tidig tillfälligt underskott. Enligt hypotesen verkade lägre doser (1.0 och 0,1 mg/kg, IM) av DPTQ visa förbättring utan en tidig försämring av det rumsliga minnet (Fig. 6).

Vid dosen {{0}},1 mg/kg (fig. 6a), verkade DPTQ inte ge någon minskning av prestanda på dag 3, men ändå en måttlig förbättring av arbetsminnet som varade i nästan 2 veckor i denna grupp med 10 djur (F[10, 98]=2.39; p {{10}}.014). En signifikant förbättring av kognition observerades på dag 3 (p < 0,01) efter en nära signifikant prestandaökning på dag 2 (p=0.053). Medan prestandan dag 4 återigen närmade sig signifikans (p=0.053), visade följande dagar en tydlig förbättring (dag 5 och 10, p < 0,05; dag 6, 8 och 12, p < 0,01) fram till dag 14. För 8 av dessa djur som sedan testades i dosen 1,0 mg/kg, observerade vi återigen en signifikant förbättring av arbetsminnet under de två veckorna (Fig. 6b; F[10, 74]=2.75, p=0.006).

Intressant nog kunde en tydlig förbättring ses från dag 2 (s<0.01) and although performance on day 3 was still elevated (p<0.05) there was a noticeable reduction in score that day before the strong improvement seen on day 4 (p < 0.0001). This enhancement continued for the next 3 days (day 5, p<0.05; days 6 and 8, p<0.05) and then faded until day 14 (p<0.05). To make a direct comparison between doses we performed an ANOVA across the 3 doses for days 3, 4, and 5. When we compared the effects of each on day 3, where we saw the initial reduction in performance at the high dose, we found a critical effect of dose (F[2,23]=10.18, p<0.001). Both doses of 0.1 and 1.0 mg/kg yielded a significantly higher score than that at 2.5 mg/kg (p < 0.01, p<0.05, respectively). Conversely, by day 4, a significant proportion of the variance in the data was also attributable to dose (F[2,22]=4.547, p<0.05) but this effect was inverted with the score at 2.5 mg/kg now becoming significantly greater than that at 0.1 mg/kg. No difference in scores could be attributed to the difference in dose on day 5.

Dosberoende effekter på fördröjningstid

Samma data analyserades för att undersöka den dosberoende effekten av D1PAM-behandlingen på fördröjningsberoende fel i uppgiften och hur detta varierade med tiden i förhållande till administreringen av varje dos av DPTQ. För detta ändamål valde vi att jämföra tidpunkten på dag 5 för att jämföra med de fel som sågs efter akut injektion och baslinje eftersom effekterna av DPTQ verkade vara de mest konsekventa över alla doser den dagen. Inga signifikanta effekter av något tillstånd på dag 1 var uppenbara med 2-väg ANOVA. Som visas i fig. 7 gav DPTQ vid den låga dosen 0,1 mg/kg en liten ökning av fel vid både kort (0, 1) N och lång (3, 4) N förseningar i uppgiften när den testades för dess akuta effekter på dag 1. Men 96 timmar senare på dag 5 ledde denna dos av D1 PAM till en liten men icke-signifikant minskning av fel, särskilt under de långa förseningarna i uppgiften. Twoway RMANOVA fann ingen signifikant effekt av dosen och ingen interaktion med fördröjning på dag 5. Vid dosen 1,0 mg/kg gav DPTQ ingen minskning av fel vid korta förseningar på dag 1, men gav en minskning på dag 1 dag 5. Även om det fanns vissa tecken på en minskning av fel vid de långa förseningarna på dag 5, befanns detta vara icke-signifikant förmodligen på grund av den stora variansen i fel genom förseningar i uppgiften.

Diskussion

Positiva allosteriska modulatorer av dopamin D1-receptorn kan möjliggöra farmakologiskt stöd för D1-signalering potentiellt utan nackdelar som ett inverterat U-svar, tolerans och takyfylax som är förknippat med vissa D1-agonistbehandlingar. I transgena hD1-möss har nyligen avslöjade D1PAMs som DETQ och medalerade redan visat sig leva upp till detta löfte i modeller som rörelseaktivitet och nytt objektigenkänning (Svensson et al. 2017; Bruns et al. 2018; Hao et al. 2019 och Meltzer et al. 2019).

Det potentiella kognitiva värdet av D1PAM går dock utöver friheten från dessa begränsningar. Till skillnad från fulla och partiella agonister kan D1PAM inte fungera oberoende av dopaminöverföring. För deras verkan vid D1R måste dopamin frisättas på dessa specifika platser och graden av positiv modulering bör vara beroende av graden av dopaminerg stimulering på dessa platser, såsom på ryggraden av pyramidala neuroner (Smiley et al. 1994) eller dendriterna av hämmande interneuroner (Muly et al. 1998) i regioner som PFC. Detta innebär att D1PAM kan ge funktionellt stöd för pågående D1-signalering utan att strida mot spatiotemporala barriärer i distributionen av den signaleringen, och agera i tandem med dopaminergisk stimulering i realtid av det ortoteriska stället.

Sådana biologiskt lämpliga åtgärder kan ge fördelar för behandling av störningar med insufficiens i D1-signalering, såsom åldersrelaterad kognitiv försämring. Dessutom kan tillgängligheten av D1PAMs som DETQ, DPTQ och medalerade ge verktyg för att reda ut mångfalden av mekanismer som är involverade i övergången mellan bristfällig, optimal och överdriven D1R-stimulering och dess inverkan på neuroplasticitet och kognition (Williams och Castner 2006). Resultaten av denna studie visar betydelsen av D1PAM, inte bara för behandling av neuropsykiatriska störningar utan också som farmakologiska verktyg för dissektion av de neuronala mekanismerna som ligger bakom både de potentiella fördelarna och nackdelarna för optimal kognitiv funktion (Goldman-Rakic ​​et al. 2004; Roberts et al., 2010; Svensson et al., 2019).

DPTQ together with the closely related structural analogs DETQ and mevidalen belong to the tetrahydroisoquinoline series of D1PAMs (Svensson et al., 2017 Hao et al., 2019). These molecules show high potency and specificity for the human D1 receptor vs. other targets including the dopamine D2 receptor. The lack of affinity of DPTQ for the D2 receptor was confirmed in a broad screening study using 3 [H]-raclopride as a ligand where the D2 was found to be Ki>5,6 µM (opublicerade resultat). Detta är i linje med tidigare publicerade data för Mevidalen och DETQ som inte visade någon aktivitet vid 10 µM i funktionella och bindningsstudier för D2-receptorn. DPTQ har signifikant lägre styrka och effekt vid den naturliga D1-receptorn för gnagare.

Detta är relaterat till en gnagarspecifik mutation i den andra intracellulära slingan där dessa molekyler binder (Wang et al., 2018). Som visats tidigare har dessa D1PAM liknande styrka och effekt hos icke-gnagare inklusive människor, hundar och rhesusapor (Svensson et al., 2017, Wang et al., 2018, Hao et al. 2019). För DPTQ finns det ungefär en 40-faldigt högre styrka för människan och apan jämfört med musens D1-receptor (se tabell 1). Eftersom all initial in vivo-karakterisering av D1PAMs gjordes i den humaniserade D1-knock-in-musen, ansåg vi apan som en lämplig högre art för ytterligare farmakologisk utvärdering av denna nya mekanism.

DPTQ verkar dosberoende på den infödda primaten D1R för att ändra ögonblinkhastigheten

De initiala experimenten konstaterade att DPTQ kunde påverka hjärnans funktion hos icke-mänskliga primater genom direkt verkan vid naturligt D1R genom att observera dess effekter på ögonblinkhastigheten och bestämma sambandet mellan detta farmakodynamiska svar och farmakokinetiken för plasmaexponering efter IM-administrering. Eftersom detta är den första D1 PAM-studien i NHP använde vi en farmakokinetisk (PK) studie och in vitro-projektioner av obundna hjärnkoncentrationer för dosvalet (5 mg/kg, IM).

De projicerade obundna hjärnkoncentrationerna av DPTQ efter 5 mg/kg, IM DPTQ varierade från 202 nM ner till 38 nM under 2 timmar efter dosering. Detta korrelerade med åttafaldig ned till enfaldig koncentration av DPTQ EC50 i hD1 och apa D1 cAMP-analys. Baserat på detta bör doserna på 5 och 10 mg/kg räcka för in vivo-studien. Detta bekräftades också i ögonblinkhastighetsstudien. Dessutom korrelerar dessa data från fynd i både den humaniserade D1-musen (Svensson et al. 2017; Hao et al. 2019) och friska frivilliga (Wilbraham et al. 2021) där vi har sett att doser av D1PAM som genererar obunden hjärna/CSF koncentrationer vid, eller högre än, EC50 i den humana D1cAMP-analysen resulterar också i signifikanta beteendeaktiverande effekter såsom rörelsestimulering och väckningsfrämjande.

Hos primater, inklusive människor, är ögonblinkhastigheten associerad med uppmärksamhet, kognitivt engagemang och utförande av komplexa beteenden (Jongkees och Colzato 2016; Ranti et al. 2020; Andreu-Sánchez et al. 2021; Dave et al. 2021). Centrala dopaminerga ingångar till frontala cortex och basala ganglier modulerar frivilliga och spontana ögonblinkmekanismer under kognitiva processer (Maffei och Angrilli 2018; Pajkossy et al. 2018; Imburgio et al. 2021). Flera studier har visat att ögonblinkhastigheten hos människor och apor ökar genom selektiv direkt D1-receptorstimulering, medan rollen av en D2-receptormekanism vid blinkning av apögon är mindre tydlig (Kleven och Koek 1996; Czoty et al. 2004; Jutkiewicz och Bergman 2004; Desai et al. 2007; Dang et al. 2017).

Kotani et al. (2016) visade att dopamin verkar specifikt genom D1-receptorn för att påverka ögonblinkhastigheten, inte D2-receptorfamiljen. I den aktuella studien visade icke-mänskliga primater en tydlig ökning av spontan ögonblinkfrekvens efter kumulativ dosering av DPTQ, i överensstämmelse med en liknande effekt som rapporterats tidigare med en D1-agonist SKF82958 och D1PAM DETQ (Bruns et al. 2018). Ökningen av ögonblinkfrekvensen hos D1 PAM-apor antyder därför en potentiell D1-mekanism för att förbättra kognitiva processer (se avsnittet "Spatialt arbetsminne" nästa).

Vi observerade att vehikelkontrollapor blev sömniga på apstolen under ögonblinkstudien, medan apor som fick DPTQ alla var vaksamma, särskilt som svar på den högre kumulativa dosen. EEG-mätningar i transgena hD1-möss har tidigare visat att centrala dopamin D1-receptorer har en viktig roll i beteendemässig vakenhet och vakenhet (Qu et al. 2008; Herrera-Solis et al. 2017; Bruns et al. 2018). Detta D1-beroende vaksamma tillstånd är förmodligen en förutsättning för effektiva kognitiva processer involverade i inlärning och arbetsminne (Dai et al. 2020; Kozak et al. 2020; Zhang et al. 2019). Detta överensstämmer med uppfattningen att kognitiv förbättring, särskilt den som involverar dopamin- och D1-receptorer, kan sträcka sig till kognitiv motivation, incitamentuppsåt (Carli et al. 1989) och beteendeansträngning. Ett kliniskt relevant exempel på denna översättning från kognition till handling har visats hos patienter med Parkinsons sjukdom som visar en signifikant högre nivå av kognitiv motivation, vilket resulterar i ökad beteendeansträngning i "ON" i motsats till "OFF"-tillstånd (McGuigan et al. 2019).

Höga doser av selektiv D1-receptorstimulering har rapporterats orsaka spontant tungutskott hos apor (Bédard och Boucher 1989; Koshikawa et al. 1991; Tomiyama et al. 2012). Vid de högsta kumulativa IM-doserna av DPTQ observerades orala rörelser med spontant tungutsprång hos vissa apor i denna studie. Sådana orala rörelser med utskjutande tunga rapporterades dock inte med den närbesläktade D1PAM-medaljen i nya kliniska studier av vuxna frivilliga (Wilbraham et al. 2021) vilket tyder på att sådana potentiella effekter kanske inte är relevanta för människor.

De höga plasmaexponeringarna för DPTQ efter IM-dosen på 5 mg/kg antyder potentiella hjärnnivåer som uppfyller eller överstiger EC50-värdet för D1-receptorn hos människa eller apa i cAMP-analysen för potentiering av dopamin. Ökningen i ögonblinkrespons vid denna dos är tydliga bevis på central D1-receptoraktivering som också stöddes av uppenbara observationer av ökad vakenhet jämfört med vehikelbehandlade djur. Sammantaget är dessa fynd i linje med resultat från hD1-musen, där D1PAMs konsekvent har visat beteendeaktivering med rörelsestimulering vid doser som producerar obundna hjärnkoncentrationer på eller över in vitro hD1 EC50-nivån i cAMP-analysen (Svensson et al. 2017 och Hao et al. 2019).

Som visas här uppnås projicerade obundna hjärnkoncentrationer mycket större än apans EC50 för cAMP efter dosen 5 mg/kg, IM men inte den lägsta dosen på 0,1 mg/kg, IM. Som diskuteras nedan antyder detta att kognitiv förbättring sker vid doser (hjärnkoncentrationer) som är betydligt lägre än vad som krävs för motorisk stimulering och faktiskt för stimulering av cAMP-produktion. Det finns flera exempel på sådana ultralåga doser av D1-agonister i litteraturen (Cai och Arnsten 1994; Castner et al. 2000; Roberts et al. 2010) och nikotiniska Alpha7-agonister (Castner et al. 2011). Dessa effekter tyder på en mycket känslig mekanism som verkar direkt på vissa synaptiska platser som sedan fortsätter att påverka synaptisk plasticitet som kan involvera omedelbart tidigt genuttryck.

Dosberoende effekter av DPTQ på arbetsminnet hos primaten

Resultaten visar att det fanns en helt noll akut effekt av DTPQ på det rumsliga arbetsminnet 1 timme efter injektionen, oavsett administrerad dos. Detta var även om vi kan sluta oss till att viss neuronal påverkan inträffade vid 1 timme efter administrering från de observerade effekterna på ögonblinkhastigheten. Farmakokinetiken visar att det praktiskt taget inte fanns någon kvarvarande plasmaexponering efter den första dagen. Men många neuroaktiva medel har effekter som varar dagar eller veckor efter exponering (till exempel ketamins antidepressiva aktivitet). Den aktuella studien fann att DPTQ verkligen hade en stark signifikant effekt på arbetsminnet - en betydande försämring av arbetsminnet observerades 49 timmar efter IM-administrering med en dos på bara 2,5 mg/kg. Denna dos skulle definitivt ha förväntats inducera en akut ökning av ögonblinkhastigheten men inducerade inte det kognitiva underskottet på ytterligare 48 timmar. Det finns faktiskt en studie som indikerar att ögonblinkningar kan ha en skadlig effekt på arbetsminnet (Irwin 2014), även om doserna som används här inte förväntas ha en dramatisk effekt på ögonblinkhastigheten, absolut inte 49 timmar senare.

Dessutom har en nyligen genomförd studie visat att mänskliga försökspersoners spontana ögonblinkningar under fördröjda perioder av arbetsminnet var starkt korrelerade med deras rumsliga arbetsminnesprestanda (Ortega et al. 2022). Dessutom fann de ett samband med ökade ögonblinkningar under både stimuluskodning och hämtning under uppgiften, vilket potentiellt återspeglar förhöjd visuell uppmärksamhet. Som sådan kan det rimligen antas att någon långsiktig mekanism för neuroplasticitet måste ha varit involverad i genereringen av kognitiv funktionsnedsättning. Implikationen av neuroplasticitet i effekterna av DPTQ vid denna dos gjordes desto säkrare av det faktum att bara en dag senare prestation på uppgiften blev avsevärt förbättrad och denna kognitiva förbättring verkade bestå under följande vecka. Vi undersökte vidare dessa neuroplastiska effekter av DPTQ på kognitiv funktion genom administrering av upprepade doser på dag 1 och dag 5. Vid undersökning av effekten av upprepad dosering, var det uppenbart att minskningen som sågs i prestation på dag 3 efter den initiala dosen i tidigare experiment var inte längre signifikant, vilket kan tyda på några ihållande effekter i den involverade verkningsmekanismen. Trots detta resultat observerades det att en andra, upprepad dos av DPTQ vid 2,5 mg/kg på dag 5 gav en påtaglig försämring av prestationsförmågan redan nästa dag, vilket löste sig inom de kommande två dagarna för att ge en signifikant förbättring av prestanda för hela veckan efter. Sålunda, trots de återstående effekterna på dag 3, kan upprepning av denna dos på dag 5 ha lett till en viss summering av dess fördelaktiga verkan.

Vi försökte sedan upprepa den kognitiva förbättringen utan att inducera en tidigare kognitiv defekt med ännu lägre doser av {{0}}.1 och 1.0 mg/kg. Vad vi observerade är att vi inte bara uppnådde en signifikant nivå av kognitiv förbättring utan detta inträffade nu bara 1 eller 2 dagar efter DPTQ-administrering utan några intermittenta försämringar i prestationsförmågan i uppgiften. Även om denna förbättring inte var så dramatisk som den som visades för dosen 2,5 mg/kg, verkade den fortfarande kvarstå under de kommande dagarna. Noterbart såg vi återigen tecken på en minskning av prestationsförmågan på dag 3 vid den mellanliggande dosen på 1,0 mg/kg.

Dessa fynd över alla doseringsregimer antydde att en mekanism av långvarig neuroplasticitet var involverad och även om detta kan ha förstärkts av en process som inducerade en tillfällig defekt, var den inte helt beroende av den.

Det finns flera neuronala mekanismer och signaltransduktionsvägar som kan ha varit involverade i dessa effekter. Även om plasmakoncentrationerna av DPTQ är försumbara efter 12 eller 24 timmar, är det möjligt att viss bindning till det intracellulära allosteriska stället kan ha bestått avsevärt längre och detta kan så småningom ha lett till desensibilisering och/eller internalisering av D1-receptorer och en efterföljande period av bristfällig D1-signalering. Det finns dock inga bevis för detta och det är osannolikt, med tanke på den måttliga styrkan hos DPTQ för det allosteriska bindningsstället (Hao et al. 2019). Även om det finns vissa bevis för att vissa D1-agonister kan påverka PKC-signalering vid högre doser (Lee et al. 2014; Glovaci och Chapman 2015), kan en mer trolig signalväg som ses vid de låga doser som testas här vara genom ERK1-signalering som härrör från D{ {9}}underlättat rekrytering av beta-arrestin (se Yang 2021 för granskning). Det har visats att under förhållanden med dopaminutarmning sker en viktig förändring i D1R-signalering till en väg som sker genom extracellulärt signalreglerat kinas/mitogenaktiverat proteinkinas (ERK1/2/MAP-kinas; Gerfen et al. 2002 ; Haberny et al. 2004; Papadeas et al. 2004).

I en studie av PFC från gnagare gav exponering för nya föremål en omedelbar ökning av fosforylerad ERK1/2. Hämning av ERK-kinas försämrade långtidsminnet för objektet 24 timmar senare men inte det "kortare" minnet 1 timme efter initial exponering (Nagai et al. 2007). ERK1/2-fosforylering in vivo och in vitro ökade genom administrering av SKF38393 och långtidsminnet försämrades genom direktinjektion av SCH23390 men inte rakloprid direkt i PFC. I unilaterala 6-OHDA-skadade råttskivor minskar antagonister av PLC-, PKC- och IP3-receptorer dramatiskt SKF38393:s förmåga att inducera aktiveringen av ERK1/2 (Fieblinger et al. 2014). Dessa fynd ger det starka förslaget att D1R-stimulering under förhållanden med dopaminbrist kan vara mer kapabel att signalera genom ERK1/2-vägen och ha ett mer kraftfullt inflytande på proteinsyntes, synaptisk plasticitet och långtidsminne, av det slag som kan förklara de fördröjda effekterna av DPTQ på arbetsminnet som belyses i denna studie som härrör från lokal översättning i dendriter av prefrontala neuroner (Sutton och Schuman 2005).

Det kan finnas flera mekanismer involverade i effekterna av DPTQ vid dosen 2,5 mg/kg. En som är ansvarig för den tidiga minskningen av arbetsminnets prestanda och en annan som står för följande förbättring. Sålunda är det tänkbart att styrkan av denna fördelaktiga effekt på neuronal plasticitet kan ha varit beroende av styrkan hos den ursprungliga potentieringen av D1-signalering men fortfarande kan inträffa även om den potentieringen inte var så stark att den resulterade i en försämring av kognition. Därför, särskilt när det gäller de initiala resultaten med denna dos, finns möjligheten att den inverterade U-hypotesen om D1R-beroende dopaminsignalering inte bara kan vara ett statiskt fenomen utan också kan ha viktiga tidsmässiga komponenter. Dessa temporala komponenter kan faktiskt vara mycket betydelsefulla för behandlingen av motoriska kontra kognitiva störningar. Dessutom, vad våra data antyder är att det inverterade U-formade fenomenet vid höga doser kanske inte är en betydande nackdel med denna mekanism eftersom prekognitiva effekter observerades över ett brett dosintervall (minst 25-faldigt). Detta kan även gälla D1-agonister som diskuteras nedan.

En betydande inverkan av underlättandet av D1R-signalering på plasticitetsmekanismer involverade i kognition överensstämmer med våra tidigare studier på icke-mänskliga primater. Således har vi visat att upprepade anfall av en ultralåg dos av den fulla D1-agonisten ABT-431 kan resultera i ett långsiktigt återställande av normal arbetsminnesprestanda hos djur som behandlas med kronisk haloperidol för att producera en nedreglering av D1R (Castner et al. 2000). Samma regim gav en förbättring av arbetsminnet hos åldrade rhesusapor som varade i upp till ett år och kunde återinföras senare genom upprepning på samma regim (Castner och Goldman-Rakic ​​2004). Mekanismerna för neuroplasticitet som är involverade måste vara funktionellt specifika och potentiellt omfatta utvecklingen av dendritiska ryggraden och rekryteringen av AMPA- och NMDA-receptorer till det postsynaptiska membranet på dessa ryggrader (Buonarati et al. 2019; Delint-Ramírez et al. 2008; Mahan et al. . 1990; Neve et al. 2004). Vi har nyligen visat att D1PAM DETQ ökar hjärnnivåerna av både pCREB och AMPA-receptorn pGluR1 i hD1-musen, liknande det som observerades för D1-agonisten SKF82958 (Bruns et al. 2018), vilket ger ytterligare neurokemiska bevis för förbättrad synaptisk plasticitet . Ytterligare forskning krävs för att undersöka rollen av denna mekanism i de långsiktiga effekterna av kognitiv förbättring inducerad av D1PAMs såsom DPTQ.

När vi undersökte de fördröjningsberoende effekterna av låga och mellanliggande doser av DPTQ fann vi att den kognitiva förbättringen gällde både de korta och långa förseningar som enskilda djur upplevde i uppgiften på dag 4. Detta fynd överensstämmer med bevisen för att D1-signalering är involverad i både induktionen av ihållande aktivitet i prefrontala pyramidceller som kan representera de inblandade arbetsminnesbuffertarna (Durstewitz et al. 2000). Detta fick dock endast betydelse för effekten av dosen 1,0 mg/kg vid korta fördröjningar, vilket väcker frågan om hur långt någon av hypervigilansen och ökad uppmärksamhet var mer observerbar vid den högre dosen kan ha bidragit till den förbättrade kognitionen. Oavsett vilka faktiska mekanismer som är involverade verkar det som om den kombinerade minskningen av antalet fel vid både korta och långa förseningar bidrog till förbättringarna av arbetsminnet.

Den föreliggande studien fastställer att D1PAM DPTQ har framträdande biologiska effekter som är ett resultat av underlättandet av infödda D1-receptorer i den icke-mänskliga primaten. Dessa fynd är ett stort steg framåt för att ytterligare förstå D1PAM-mekanismen och potentialen, eftersom de utgör grunden för translationell forskning som inte tidigare varit möjlig, utöver anställningen av humaniserade D1 knock-in möss. Medan observerbara motoriska effekter inträffade vid doser på 5–10 mg/kg im, i ögonblinktestet, sågs både långsiktiga fördelaktiga och mycket kortsiktiga skadliga effekter av DPTQ på den rumsliga fördröjda responsuppgiften i ett lägre dosintervall, som sträcker sig ner till bara 0,1 mg/kg. De låga plasmanivåerna av DPTQ vid dosen 0,1 mg/kg med projicerad låg obunden hjärnexponering stödjer avsaknaden av synliga motoriska effekter vid denna dos som kan vara skadliga för kognition.

Med tanke på att exponeringen vid denna dos skulle falla långt under EC50 för ackumulering av cAMP, verkar det som om alternativa signaltransduktionsvägar sannolikt är involverade i dess effekter på kognition vid denna dos. Detta fynd överensstämmer med litteraturen som tyder på att ultralåga doser av D1-agonister kan vara optimala för att förbättra arbetsminnet och pekar på den potentiella terapeutiska fördelen med en D1PAM jämfört med fullständiga och partiella D1-agonister (Cai och Arnsten 1997; Castner et al. 2 000; Castner och Goldman-Rakic ​​2004; Kozak et al. 2020). Dessa resultat visar att kognitiv förbättring med denna D1PAM kan uppnås utan induktion av något befintligt underskott när låga doser av DPTQ används. Det återstår att se om upprepad dosering av D1 PAM vid 0,1 eller 1,0 mg/kg kan inducera en varaktig förbättring av kognition som potentiellt kan vara till terapeutisk fördel för denna mekanism. Sammantaget visar beteendeändpunkterna flera potentiella fördelar med D1PAM (DETQ), inklusive brist på inverterad U-formad dosrespons och snabb toleransutveckling. Dessa fynd bekräftades också med de nära strukturella analogerna medalerade/LY3154207 (Hao et al. 2019) och LY314885 (Hao et al. 2022). Vi drar slutsatsen att DPTQ och liknande strukturella analoger kan ha stora fördelar för behandling av kognitiva defekter i flera neuropsykiatriska störningar inklusive kognitiv nedgång på grund av åldrande eller neurodegeneration.

Erkännanden

Vi tackar Xin Zhou på Eli Lilly för stöd med PK-analyser och Maria Shanabrough på Institutionen för jämförande medicin vid Yale School of Medicine för stöd med PK-prover.

Deklarationer

Intressekonflikt

Detta arbete finansierades av ett forskningskontrakt från Eli Lilly & Co. till Drs. Stacy Castner och Graham Williams. Alla andra författare var anställda eller kontrakterade av Eli Lilly & Co. vid den tiden eller har fortfarande aktier i företaget.

Fri tillgång

Den här artikeln är licensierad under en Creative Commons Attribution 4.0 internationell licens, som tillåter användning, delning, anpassning, distribution och reproduktion i vilket medium eller format som helst, så länge du ger lämplig kredit till den ursprungliga författaren/författarna ) och källan, tillhandahåll en länk till Creative Commons-licensen och ange om ändringar har gjorts. Bilderna eller annat material från tredje part i denna artikel ingår i artikelns Creative Commons-licens om inte annat anges i en kreditgräns till materialet. Om material inte ingår i artikelns Creative Commons-licens och din avsedda användning inte är tillåten enligt lagstadgade regler eller överskrider den tillåtna användningen, måste du få tillstånd direkt från upphovsrättsinnehavaren.

Referenser

1. Andreu-Sánchez C, Martín-Pascual MÁ, Gruart A, Delgado-García JM (2021) Tittare ändrar ögonblinkfrekvens genom att förutsäga berättande innehåll. Brain Sci 11(4):422. https://doi.org/10.3390/brainsci11 040422

2. Asin K, Wirtshafter D (1993) Effekter av upprepad dopamin D1-receptorstimulering på rotation och c-fos-uttryck. Eur J Pharmacol 235:167-168.https://doi.org/10.1016/0014-2999(93)90840-e

3. Balice-Gordon R, Honey GD, Chatham C, Arce E, Duvvuri S, Naylor MG, Liu W, Xie Z, DeMartinis N, Harel BT, Braley GH, Kozak R, Park L, Gray DL (2020) En neurofunktionell domäner för att utvärdera D1/D5-dopaminreceptorpartiell agonism på kognition och motivation hos friska frivilliga med låg arbetsminneskapacitet. Int J Neuropsychopharmacol 23(5):287–299.

4.Bédard PJ, Boucher R (1989) Effekt av D1-receptorstimulering hos normala apor och MPTP-apor. Neuroscience Lett 104(1–2):223–228.

5. Benjamini Y, Krieger AM, Yekutieli D (2006) Adaptiva linjära steg-up-procedurer som kontrollerar den falska upptäcktshastigheten. Biometrika 93:491–507.

6. Biglan K, Munsie L, Svensson KA, Ardayfo P, Pugh M, Sims J, Brys M (2022) Safety and efficacy of medaled in Lewy body dementia: a phase 2, randomized, placebo-controlled trial. Mov Disord 37(3):513–524.

7. Blanchet PJ, Grondin R, Bédard PJ, Shiosaki K, Britton DR (1996) Dopamin D1-receptordesensibiliseringsprofil hos MPTP-skadade primater. Eur J Pharmacol 309(1):13–20.

8. Bodnar M, Malla A, Joober R, Lepage M (2008) Kognitiva markörer för kortsiktigt kliniskt utfall vid psykos i första avsnittet. Br J Psychiatry 193(4):297–304.

9. Bruns RF, Mitchell SN, Watford KA, Harper AJ, Shanks EA, Carter G, O'Neill MJ, Murray TK, Eastwood BJ, Schaus JM, Beck JP, Hao J, Witkin JM, Li X, Chernet E, Katner JS, Wang H, Ryder JW, Masquelin ME, Thompson LK, Love PL, Maren DL, Falcone JF, Menezes MM, Zhang L, Yang CR, Svensson KA (2018) Preklinisk profil av en dopamin D1-potentiator tyder på terapeutisk användbarhet i neurologiska och psykiatriska störningar. Neurofarmakologi 128:351–365.

10. Buonarati OR, Hammes EA, Watson JF, Greger IH, Hell JW (2019) Mekanismer för postsynaptisk lokalisering av glutamatreceptorer av AMPA-typ och deras reglering under långvarig potentiering. Sci Signal 12(562):eaar6889.
11. Cai JX, Arnsten AF (1994) Dosberoende effekter av dopamin D1-receptoragonister A77636 eller SKF81297 på rumsligt arbetsminne hos åldrade apor. J Pharmacol Exp Ther 283(1):183–9
12. Cai JX, Arnsten AF (1997) Dosberoende effekter av dopamin D1-receptoragonister A77636 eller SKF81297 på rumsligt arbetsminne hos åldrade apor. J Pharmacol Exp Ther 283(1):183–189

13. Carli M, Jones GH, Robbins TW (1989) Effekter av unilateral dorsal och ventral striatal dopaminutarmning på visuell försummelse hos råtta: en neural och beteendeanalys.

14. Castner SA, Goldman-Rakic ​​PS (2004) Förbättring av arbetsminnet hos åldrade apor genom en sensibiliserande regim av dopamin D1-receptorstimulering. J Neurosci 24(6):1446–1450.

15. Castner SA, Williams GV (2007) Från last till dygd: insikter från sensibilisering hos den icke-mänskliga primaten. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 31(8):1572–1592.

For more information:195077648nn@gmail.com