The effects of 1-methyl-4-(4-fluorophenyl)- 1,2,3,6-tetrahydropyridine on biochemical parameters of blood serum and monoamine metabolism in the brain of mice

Original article
УДК 616.8-092:616-092.9:616.831.321
DOI: 10.57034/2618723X-2023-04-07

D.I. Klimenko1*,
5th year student,
https://orcid.org/0009-0007-8168-7228
K.A. Krasnov2,
PhD, Leading researcher at the Laboratory of Medical Problems of Chemical Safety,
https://orcid.org/0000-0003-1503-2243
D.A. Evteeva1,
Postgraduate student of the Department of Clinical Laboratory Diagnostics, Biological and General Chemistry named after V.V. Sokolovsky,
https://orcid.org/0000-0001-5756-2088
E.V. Ostrovidova2,
Researcher of the Research Department,
https://orcid.org/0009-0009-8254-9075
E.V. Matveeva1,
5th year student,
https://orcid.org/0009-0006-0695-6400
A.S. Popov1,
PhD, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Clinical Laboratory Diagnostics, Biological and General Chemistry named after V.V. Sokolovsky,
https://orcid.org/0000-0002-9692-0009
N.R. Evdokimova3,
PhD, Researcher of the Department of Neuropharmacology named after S.V. Anichkov,
https://orcid.org/0000-0003-4318-2556
E.R. Bychkov3,
MD, Head of the Laboratory of Chemistry and Pharmacology of Medicines of the Department of Neuropharmacology named after S.V. Anichkov,
https://orcid.org/0000-0002-8911-6805
I.V. Karpova3,
MD, Associate Professor, Senior Researcher of the Department of Neuropharmacology named after S.V. Anichkov,
https://orcid.org/0000-0001-8725-8095

1 North-western state medical university named after I.I. MECHNIKOV,
195067, St. Petersburg, Piskarevsky Ave., 47.
2 Golikov Research Center of Toxicology,
192019, St. Petersburg, Bekhtereva str., 1.
3 FSBSI “Institute of Experimental Medicine”, Department of Neuropharmacology named after S.V. Anichkov,
197022, St. Petersburg, Akademika Pavlova str., 12.

* E-mail: [email protected]

Keywords: modeling of Parkinson’s disease biochemical parameters of blood serum dopamine striatum brain asymmetry
Acknowledgements

The study was performed without external funding.

For citation:

Klimenko D.I., Krasnov K.A., Evteeva D.A., Ostrovidova E.V., Matveeva E.V., Popov A.S., Evdokimova N.R., Bychkov E.R., Karpova I.V. The effects of 1-methyl-4-(4-fluorophenyl)- 1,2,3,6-tetrahydropyridine on biochemical parameters of blood serum and monoamine metabolism in the brain of mice. Laboratory Animals for Science. 2023; 4. https://doi.org/10.57034/2618723X-2023-04-07

Abstract

Changes in biochemical parameters of blood serum and monoamine metabolism in the brain were studied on male white outbred mice subjected to intraperitoneal injections of 1-methyl-4-(4-fluorophenyl)-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP-F). The levels of norepinephrine, dopamine, serotonin and their metabolites — dioxyphenylacetic, homovanilinic and 5-hydroxyindolacetic acids — were neasured by HPLC in the cerebral cortex, hippocampus, olfactory tubercle and striatum of the right and left sides of the brain. The treatement with MPTP-F did not lead to significant changes in the biochemical parameters of blood serum. An increase in the norepinephrine concentration a decrease in the dopamine level in the right striatum were found in animals treated with MPTP-F. No changes were detected in other studied brain areas. It has been suggested that the effect of the neurotoxin MPTP-F is determined by several factors, i. e. the lipophilic properties of the molecule, the quantitative distribution of dopamine neurons between right and left sides of the brain, differences in the linear velocity of blood flow through the right and left carotid arteries and the state of the blood-brain barrier. The results obtained may indicate the prospects of using MPTP-F for modeling the early stage of Parkinson’s disease.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

Authors contribution

D.I. Klimenko — development of the research concept, experiment planning, creation of an experimental model on animals, selection of biomaterial, sample preparation, statistical analysis of experimental data, writing an article.
K.A. Krasnov — development of the research concept, selection of an experimental compound, editing and approval of the final version of the article for publication.
D.A. Evteeva — analysis of biochemical parameters of blood serum.
E.V. Ostrovidova — preparation of equipment for HPLC.
E.V. Matveeva — creation of an experimental model on animals, selection of biomaterial.
A.S. Popov — critical revision of the manuscript and approval of the final version of the article for publication.
N.R. Evdokimova — conducting procedures in experimental animals.
E.R. Bychkov — making a significant contribution to the concept of the work, planning the experiment.
I.V. Karpova — selection and initial preparation of brain samples, analysis of monoamine metabolism indicators by HPLC, critical revision of the manuscript and approval of the final version of the article for publication.

  1. ГОСТ 33215–2014 от 01.07.16 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила оборудования помещений и организации процедур». Москва: Стандартинформ, 2019. 11 с. [GOST 33215–2014 ot 01.07.16 “Rukovodstvo po soderzhaniyu i uxodu za laboratorny’mi zhivotny’mi. Pravila oborudovaniya pomeshhenij i organizacii procedur”. Moskva: Standartinform, 2019. 11 p. (In Russ.)] .
  2. ГОСТ 33216–2014 от 01.07.16 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами». Москва: Стандартинформ, 2019. 8 с. [GOST 33216–2014 ot 01.07.16 “Rukovodstvo po soderzhaniyu i uxodu za laboratorny’mi zhivotny’mi. Pravila soderzhaniya i uxoda za laboratorny’mi gry’zunami i krolikami”. Moskva: Standartinform, 2019. 8 p. (In Russ.)].

References

  1. Хаиндрава В.Г., Козина Е.А., Кучеряну В.Г. и др. Моделирование преклинической и ранней клинической стадий болезни Паркинсона // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2010. Т. 110 № 7. С. 4147. [Xaindrava V.G., Kozina E.A., Kucheryanu V.G. et al. Modelirovanie preklinicheskoj i rannej klinicheskoj stadij bolezni Parkinsona // Zhurnal nevrologii i psixiatrii im. S.S. Korsakova. 2010. Vol. 110. N. 7. P. 41–47. (In Russ.)].
  2. Przedborski S., Jackson-Lewis V., Naini A.B. et al. The parkinsonian toxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP): a technical review of its utility and safety // Journal of Neurochemistry. 2001. Vol. 76. P. 1265–1274. DOI: 10.1046/j.1471-4159.2001.00183.x.
  3. Tong T., Duan W., Xu Y. et al. Paraquat exposure indu­ces Parkinsonism by altering lipid profile and evoking neuroinflammation in the midbrain // Environment international. 2022. Vol. 169. P. 107512. DOI: 10.1016/j.envint.2022.107512.
  4. Коломан И.И., Чимагомедова А.Ш. Влияние асимметрии моторных симптомов на когнитивные функции при болезни Паркинсона // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2020. Т. 120. № 102. С. 7479. [Coloman I.I., Chimagomedova A.Sh. Vliyanie asimmetrii motorny’x simptomov na kognitivny’e funkcii pri bolezni Parkinsona // Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. Specz­vy’puski. 2020. Vol. 120. N. 102. P. 7479. (In Russ.)]. DOI: 10.17116/jnevro202012010274.
  5. Сафандеев В.В. Использование нейротоксинов в фундаментальных, медицинских и биологических науках на примере 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина (МФТП) // Токсикологический вестник. 2022. Т. 30. № 5. С. 307–314. [Safandeev V.V. Ispol’zovanie nejrotoksinov v fundamental’ny’x, medicinskix i biologicheskix naukax na primere 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetragidropiridina (MFTP) // Toksikologicheskij vestnik. 2022. Vol. 30. N. 5. P. 307–314. (In Russ.)]. DOI: 10.47470/0869-7922-2022-30-5-307-314.
  6. Бережной Д.С., Куликова О.И., Федорова Т.Н., Иноземцев А.Н., Стволинский С.Л. Нейрохимические и поведенческие нарушения в модели ранней стадии паркинсонизма у крыс Вистар при интраназальном введении МФТП // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2018. Т. 68. № 4. С. 514–523. [Berezhnoy D.S., Kulikova O.I., Fedorova T.N., Inozemtsev A.N., Stvolinsky S.L. Nejroximi­cheskie i povedencheskie narusheniya v modeli rannej stadii parkinsonizma u kry’s Vistar pri intranazal’nom vvedenii MFTP // Zhurnal vy’sshej nervnoj deyatel’nosti im. I.P. Pavlova. 2018. Vol. 68. N. 4. P. 514–523. (In Russ.)]. DOI: 10.1134/S0044467718040032.
  7. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств // Научный центр экспертизы средств медицинского применения Минздравсоцразвития России. Том Часть 1. Москва: Гриф и К, 2012. 944 с. [Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskikh issledovanii lekarstvennykh sredstv // Nauchnyi tsentr ehkspertizy sredstv meditsinskogo primeneniya Minzdravsotsrazvitiya Rossii. Moskva: Grif i K, 2012. 944 p. (In Russ.)]. ISBN 978-5-8125-1466-3.
  8. Бирюков B.B., Кузнецов А.Е. Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии (учебное пособие). Москва: Мир, 2006. 504 с. [Biryukov B.B. Kuznetsov A.E., Gradova N.B. Nauchnye osnovy ehkobiotekhnologii (uchebnoe posobie). Moskva: Mir, 2006. 504 p. (In Russ.)].
  9. Gillis E.P., Eastman K.J., Hill M.D. et al. Applications of Fluorine in Medicinal Chemistry // Journal of medicinal chemistry. 2015. Vol. 58. N. 21. P. 8315–8359. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b00258.
  10. Павлова А.В. Изучение производных природных монотерпеноидов в качестве основы для создания высокоэффективных противопаркинсонических и анальгетических лекарственных средств: дис. … доктора биологических наук: 3.3.6. Новосибирск, 2021. 276 с. [Pavlova A.V. Izuchenie proizvodnykh prirodnykh monoterpenoidov v kachestve osnovy dlya sozdaniya vysokoehffektivnykh protivoparkinsonicheskikh i anal’geticheskikh lekarstvennykh sredstv: dis. … doktora biologicheskikh nauk: 3.3.6. Novosibirsk, 2021. 276 p. (In Russ.)].
  11. Markey S.P., Johannessen J.N., Chiueh C.C. et al. Intraneuronal generation of a pyridinium metabolite may cause drug-induced parkinsonism // Nature. 1984. Vol. 311. P. 464–467.
  12. Chaprov K.D., Teterina E.V., Roman A.Y. et al. Comparative Analysis of MPTP Neurotoxicity in Mice with a Constitutive Knockout of the alpha-Synuclein Gene // Mol. Biol. 2021. Vol. 55. N. 1. P. 152–163.
  13. Gluck M.R., Krueger M.J., Ramsay R.R. et al. Characterization of the inhibitory mechanism of 1-methyl-4- phenylpyridinium and 4-phenylpyridine analogs in inner membrane preparations // J. Biol. Chem. 1994. Vol. 269. N. 5. P. 3167–3174.
  14. Przedborski S., Chen Q., Vila M. et al. Oxidative post-translational modifications of alpha-synuclein in the 1-methyl-4-phenyl-136 1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mouse model of Parkinson’s disease // J. Neurochem. 2001. Vol. 76. N. 2. P. 637–640.
  15. Клименко Д.И., Пальчикова С. А., Бычков Е.Р. и др. Недофаминэргические эффекты применения MPTP при моделировании паркинсонического синдрома // Мечниковские чтения-2023: Сборник материалов конференции. 96-я Всероссийская научно-практическая конференция студенческого научного общества с международным участием, Санкт-Петербург, 26–27 апреля 2023 года. Санкт-Петербург: Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова, 2023. С. 669–670. [Klimenko D.I., Pal’chikova S.A., Bychkov E.R. et al. Nedofaminehrgicheskie ehffekty primeneniya MPTP pri modelirovanii parkinsonicheskogo sindroma // Mechnikovskie chteniya-2023: Sbornik materialov konfe­rentsii. 96-ya Vserossiiskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya studencheskogo nauchnogo obshchestva s mezhdunarodnym uchastiem, Sankt-Peterburg, 26–27 aprelya 2023 goda. Sankt-Peterburg: Severo-Zapadnyi gosudarstvennyi meditsinskii universitet imeni I.I. Mechnikova, 2023. P. 669–670. (In Russ.)].
  16. Masilamoni GJ., Weinkle A., Papa S.M., Smith Y. Cortical Serotonergic and Catecholaminergic Denervation in MPTP-Treated Parkinsonian Monkeys // Cerebral cortex. 1991. Vol. 32 N. 9 P. 1804–1822. DOI: 10.1093/cercor/bhab313.
  17. McRitchie D.A., Halliday G.M., Cartwright H. Quantitative analysis of the variability of substantia nigra pigmented cell clusters in the human // Neuroscience. 1995. Vol. 68. N. 2. P. 539–551. DOI: 10.1016/0306-4522(95)00163-d.
  18. Kortekaas R., Leenders K.L., van Oostrom J.C.H. et al. Blood-brain barrier dysfunction in parkinsonian midbrain in vivo // Annals of Neurology. 2005. Vol. 57. N. 2. P. 176–179. DOI: 10.1002/ana.20369.
  19. Филатова О.В., Сидоренко А.А. Возрастные и половые особенности гемодинамических характеристик артерий головного мозга // Acta Biologiсa Sibirica. 2015. Т. 1 № 3–4. С. 199–243. [Filatova O.V., Sidorenko A.A. Vozrastnye i polovye osobennosti gemodinamicheskikh kharakteristik arterii golovnogo mozga // Acta Biologisa Sibirica. 2015. Vol. 1 N. 3–4. P. 199–243. (In Russ.)]. DOI: 10.14258/abs.v1i3-4.922.
Received: 2023-10-06
Reviewed: 2023-11-21
Accepted for publication: 2023-11-27

You may be interested

NPO "Home of Pharmacy"

188663, Russia, Leningradskaya oblast', Vsevolozhskij rajon, g.p. Kuz'molovskij, Zavodskaya ulica, 3-245

© 2020 ООО «ИД «Русский врач»