알츠하이머병은 치매를 유발하는 가장 주된 원인 질환으로 환자들은 인지장애를 겪게 된다. 현재 치료약으로 사용되는 약으로는 acetylcholinesterase 저해재가 있지만 이 약들의 효과는 미비하다. 그래서 인지기능에 영향을 미친다고 알려진 신경전달물질인 GABA, Glutamate, acetylcholine의 수치를 조절 할 수 있는 $5-HT_6$ receptor antagonist가 현재 개발되고 있다. 현재 여러 antagonist들이 임상실험 되었고, 인지 능력향상에 효과를 보이고 있다. 그러나, $5-HT_6$ receptor의 구조가 밝혀지지 않아 아직 원자적 수준의 결합 분석이 이루어지지 않았으므로 이 부분에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Homology modeling을 통해 receptor의 구조를 예측하고, 현재 임상실험 중인 antagonist들 중 7개를 docking을 통해 단백질과 리간드의 결합을 예측하였다. Edison에서 Galaxy TBM과 Galaxy Refine을 사용하여 Homology modeling 한 결과 GPCR의 전형적인 모델에 특징적으로 긴 cterminal을 가졌다는 것을 확인 할 수 있었다. 생성된 구조를 가지고 Edison의 Dock 프로그램으로 7개의 antagonist가 어떠한 결합을 하는지 분석하였다. 그 결과, binding pose에 공통적으로 Trp102, Asp106, Val107, Pro177, Phe188, Val189, Ala192, Phe284, Phe285, Asn288, Thr306, Tyr310이 관여하는 것을 docking을 통해 알 수 있었다. 특히, Phe285는 7개의 antagonist 중에 4개와의 interaction을 하고 있는 것을 관찰하였다. 이 연구를 통하여 $5-HT_6$에 효과적으로 결합하여 치료효과를 낼 수 있는 신약을 개발할 수 있다.
A novel series of aryl sulfonylpiperazine derivatives (5-15) were synthesized as 5-$HT_6$ ligands. In vitro assay was evaluated by measuring the 5-HT-induced $Ca^{2+}$ increases using HeLa cell line expressing the cloned human 5-$HT_6$ receptor, and the compound 13 showed potent 5-$HT_6$ receptor antagonistic effect with $IC_{50}$ value of 3.9 ${\mu}M$. Compound 13 also showed good selectivity on the 5-$HT_6$ over 5-$HT_4$ and 5-$HT_7$ receptors.
Lee, Ji Hwan;Go, Donghyun;Kim, Woojin;Lee, Giseog;Bae, Hyojeong;Quan, Fu Shi;Kim, Sun Kwang
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.20
no.4
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pp.407-414
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2016
This study was performed to investigate whether the spinal cholinergic and serotonergic analgesic systems mediate the relieving effect of electroacupuncture (EA) on oxaliplatin-induced neuropathic cold allodynia in rats. The cold allodynia induced by an oxaliplatin injection (6 mg/kg, i.p.) was evaluated by immersing the rat's tail into cold water ($4^{\circ}C$) and measuring the withdrawal latency. EA stimulation (2 Hz, 0.3-ms pulse duration, 0.2~0.3 mA) at the acupoint ST36, GV3, or LI11 all showed a significant anti-allodynic effect, which was stronger at ST36. The analgesic effect of EA at ST36 was blocked by intraperitoneal injection of muscarinic acetylcholine receptor antagonist (atropine, 1 mg/kg), but not by nicotinic (mecamylamine, 2 mg/kg) receptor antagonist. Furthermore, intrathecal administration of $M_2$ (methoctramine, $10{\mu}g$) and $M_3$ (4-DAMP, $10{\mu}g$) receptor antagonist, but not $M_1$ (pirenzepine, $10{\mu}g$) receptor antagonist, blocked the effect. Also, spinal administration of $5-HT_3$ (MDL-72222, $12{\mu}g$) receptor antagonist, but not $5-HT_{1A}$ (NAN-190, $15{\mu}g$) or $5-HT_{2A}$ (ketanserin, $30{\mu}g$) receptor antagonist, prevented the anti-allodynic effect of EA. These results suggest that EA may have a significant analgesic action against oxaliplatin-induced neuropathic pain, which is mediated by spinal cholinergic ($M_2$, $M_3$) and serotonergic ($5-HT_3$) receptors.
Li, Daxian;Park, Sangwon;Lee, Kyungjoon;Jang, Dae Sik;Kim, Sun Kwang
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.25
no.5
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pp.489-494
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2021
Oxaliplatin, a third-generation platinum derivative, is the mainstay of current antineoplastic medications for advanced colorectal cancer therapy. However, peripheral neuropathic complications, especially cold allodynia, undermine the life-prolonging outcome of this anti-cancer agent. Rosavin, a phenylpropanoid derived originally from Rhodiola rosea, exhibits a wide range of therapeutic properties. The present study explored whether and how rosavin alleviates oxaliplatin-induced cold hypersensitivity in mice. In the acetone drop test, cold allodynia behavior was observed from days 3 to 5 after a single injection of oxaliplatin (6 mg/kg, i.p.). Cold allodynia was significantly attenuated following rosavin treatment (10 mg/kg, i.p.). Specific endogenous 5-HT depletion by three consecutive pretreatments with parachlorophenylalanine (150 mg/kg/day, i.p.) abolished the analgesic action of rosavin; this effect was not observed following pretreatment with naloxone (opioid receptor antagonist, 10 mg/kg, i.p.). Furthermore, 5-HT1A receptor antagonist WAY-100635 (0.16 mg/kg, i.p.), but not 5-HT3 receptor antagonist MDL-72222 (1 mg/kg, i.p.), blocked rosavin-induced analgesia. These results suggest that rosavin may provide a novel approach to alleviate oxaliplatin-induced cold allodynia by recruiting the activity of 5-HT1A receptors.
The effects of adenosine, adenosine A1 receptor antagonist (DPCPX), or NMDA receptor antagonist (APV) on the spontaneous release of $[^3H]-5-hydroxytryptamine$ ($[^3H]-5-HT$) during normoxic/normoglycemic or hypoxic/hypoglycemic period were studied in the rat hippocampal slices. The hippocampus was obtained from the rat brain and sliced $400\;{\mu}m$ thickness with the tissue slicer. After 30 min's preincubation in the normal buffer, the slices were incubated for 30 min in a buffer containing $[^3H]-5-HT$ ($0.1\;{\mu}M,\;74{\mu}Ci/8\;ml$) for uptake, and washed. To measure the release of $[^3H]-5-HT$ into the buffer, the incubation medium was drained off and refilled every ten minutes through sequence of 14 tubes. Induction of glucose/oxygen deprivation (GOD; medium depleting glucose and gassed with 95% $N_2/5%\;CO_2$) was done in 6th and 7th tube. The radioactivities in each buffer and the tissue were counted using liquid scintillation counter and the results were expressed as a percentage of the total radioactivities. When slices were exposed to GOD for 20 mins, the spontaneous release of $[^3H]-5-HT$ was markedly increased and this increase of $[^3H]-5-HT$ release was blocked by adenosine ($10\;{\mu}M$) or DL-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV; $30\;{\mu}M$). Adenosine $A_1$ receptor specific antagonist, 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX) exacerbate GOD-induced increase of spontaneous release of $[^3H]-5-HT$. These results suggest that Adenosine may play a role in the GOD-induced spontaneous release of $[^3H]-5-HT$ through adenosine $A_1$ receptor activity.
Striatum is involved in the control of movement and habitual memory. It receives glutamatergic input from wide area of the cerebral cortex as well as an extensive serotonergic (5-hydroxytryptamine, 5-HT) input from the raphe nuclei. In our study, the effects of 5-HT on synaptic transmission were studied in the rat corticostriatal brain slice using in vitro whole-cell recording technique. 5-HT inhibited the amplitude as well as frequency of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSC) significantly, and neither ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA)A receptor antagonist bicuculline (BIC), nor $N-methyl-_{D}-aspartate$ (NMDA) receptor antagonist, $_{DL}-2-amino-5-phosphonovaleric$ acid (AP-V) could block the effect of 5-HT. In the presence non-NMDA receptor antagonist, 2,3-dioxo-6-nitro-1,2,3,4-tetrahydrobenxo[f] quinoxaline-7-sulfonamide (NBQX), the inhibitory effect of 5-HT was blocked. We also figured out that 5-HT change the channel kinetics of the sEPSC. There was a significant increase in the rise time during the 5-HT application. Our results suggest that 5-HT has an effect on both pre- and postsynaptic site with decreasing neurotransmitter release probability of glutamate and decreasing the sensitivity to glutamate by increasing the rise time of non-NMDA receptor mediated synaptic transmission in the corticostriatal synapses.
Nausea and emesis are a major side effect and obstacle for chemotherapy in cancer patients. Employ of antiemetic drugs help to suppress chemotherapy-induced emesis in some patients but not all patients. Ginger, an herbal medicine, has been traditionally used to treat various kinds of diseases including gastrointestinal symptoms. Ginger is effective in alleviating nausea and emesis, particularly, for cytotoxic chemotherapy drug-induced emesis. Ginger-mediated antiemetic effect has been attributed to its pungent constituents-mediated inhibition of serotonin (5-HT) receptor activity but its cellular mechanism of action is still unclear. Emetogenic chemotherapy drugs increase 5-HT concentration and activate visceral vagal afferent nerve activity. Thus, 5-HT mediated vagal afferent activation is essential to provoke emesis during chemotherapy. In this experiment, water extract of ginger and its three major pungent constituent's effect on 5-HT-evoked responses were tested on acutely dispersed visceral afferent neurons with patch-clamp methods. The ginger extract has similar effects to antiemetic drug ondansetron by blocking 5-HT-evoked responses. Pungent constituents of the ginger, [6]-shogaol, [6]-gingerol, and zingerone inhibited 5-HT responses in a dose dependent manner. The order of inhibitory potency for these compounds were [6]-shogaol>[6]-gingerol>zingerone. Unlike well-known competitive 5-HT3 receptor antagonist ondansetron, all tested ginger constituents acted as non-competitive antagonist. Our results imply that ginger and its pungent constituents exert antiemetic effects by blocking 5-HT-induced emetic signal transmission in vagal afferent neurons.
Vasoconstrictive properties of sympathomimetic drugs are the basis of their widespread use as decongestants and possible source of adverse responses. Insufficiently substantiated practice of combining decongestants in some marketed preparations, such are those containing phenylephrine and lerimazoline, may affect the overall contractile activity, and thus their therapeutic utility. This study aimed to examine the interaction between lerimazoline and phenylephrine in isolated rat aortic rings, and also to assess the substrate of the obtained lerimazoline-induced attenuation of phenylephrine contraction. Namely, while lower concentrations of lerimazoline ($10^{-6}M$ and especially $10^{-7}M$) expectedly tended to potentiate the phenylephrine-induced contractions, lerimazoline in higher concentrations ($10^{-4}M$ and above) unexpectedly and profoundly depleted the phenylephrine concentration-response curve. Suppression of NO with NO synthase (NOS) inhibitor $N^w$-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME; $10^{-4}M$) or NO scavanger $OHB_{12}$ ($10^{-3}M$), as well as non-specific inhibition of $K^+$-channels with tetraethylammonium (TEA; $10^{-3}M$), have reversed lerimazoline-induced relaxation of phenylephrine contractions, while cyclooxygenase inhibitor indomethacin ($10^{-5}M$) did not affect the interaction between two vasoconstrictors. At the receptor level, non-selective 5-HT receptor antagonist methiothepin reversed the attenuating effect of lerimazoline on phenylephrine contraction when applied at $3{\times}10^{-7}$ and $10^{-6}M$, but not at the highest concentration ($10^{-4}M$). Neither the 5-$HT_{1D}$-receptor selective antagonist BRL 15572 ($10^{-6}M$) nor 5-$HT_7$ receptor selective antagonist SB 269970 ($10^{-6}M$) affected the lerimazoline-induced attenuation of phenylephrine activity. The mechanism of lerimazoline-induced suppression of phenylephrine contractions may involve potentiation of activity of NO and $K^+$-channels and activation of some methiothepin-sensitive receptors, possibly of the 5-$HT_{2B}$ subtype.
Objective: To investigate the analgesic effect and its serotonergic mechanism, especially related with 5-HTI and 5-HT2 receptor, of electroacupuncture(EA) in the rat model of collagen-induced arthritis(CIA). Methods : Immunization of male Sprague-Dawley rats with bovine type II (C II) collagen emulsified in Freund's incomplete adjuvant, followed by a booster injection 14 days later, leads to development of arthritis in more than 70% of rats by 21 days postinjection. After three weeks of first immunization, EA stimulation(2 Hz, 0.07 mA, 0.3 ms) was delivered into Jogsamni($ST_{36}$) for 30 minutes. Analgesic effect was evaluated by tail flick latency(TFL). We compared the analgesic effect of EA with TFLs between pretreatment of normal saline and pretreatment of spiroxatrine (5-HT1 receptor antagonist, 1mg/kg, intraperitoneal) and spiperone (5-HT2 receptor antagonist, 1 mg/kg, intraperitoneal) in CIA. Results : 1. TFLs were gradually decreased in CIA as increasing severity of arthritis. 2. Jogsamni($ST_{36}$) EA stimulation in CIA increased TFLs and the effect lasted for 60 minutes. 3. Increased TFLs with Jogsamni($ST_{36}$) EA stimulation were inhibited by pretreatment of spiroxatrine and spiperone in CIA. Conclusions : Jogsamni($ST_{36}$) EA showed analgesic effects in CIA The analgesic effects of Jogsamni($ST_{36}$) EA were inhibited by spiroxatrine and spiperone pretreatment. These observations suggest that 5-HT1 and 5-HT2 serotonergic receptor, which involve the release of serotonin neurotransmitter, play an important roles in analgesic mechanism of EA stimulation.
Layer 2/3 pyramidal neurons (L2/3 PyNs) of the cortex extend their basal dendrites near the soma and as apical dendritic tufts in layer 1, which mainly receive feedforward and feedback inputs, respectively. It is suggested that neuromodulators such as serotonin and acetylcholine may regulate the information flow between brain structures depending on the brain state. However, little is known about the dendritic compartment-specific induction of synaptic transmission in single PyNs. Here, we studied layer-specific serotonergic and cholinergic induction of long-term synaptic plasticity in L2/3 PyNs of the agranular insular cortex, a lateral component of the orbitofrontal cortex. Using FM1-43 dye unloading, we verified that local electrical stimulation to layers 1 (L1) and 3 (L3) activated axon terminals mostly located in L1 and perisomatic area (L2/3). Independent and AMPA receptor-mediated excitatory postsynaptic potential was evoked by local electrical stimulation of either L1 or L3. Application of serotonin (5-HT, 10 μM) induced activity-dependent longterm depression (LTD) in L2/3 but not in L1 inputs. LTD induced by 5-HT was blocked by the 5-HT2 receptor antagonist ketanserin, an NMDA receptor antagonist and by intracellular Ca2+ chelation. The 5-HT2 receptor agonist α-me-5-HT mimicked the LTD induced by 5-HT. However, the application of carbachol induced muscarinic receptor-dependent LTD in both inputs. The differential layer-specific induction of LTD by neuromodulators might play an important role in information processing mechanism of the prefrontal cortex.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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