Kinetic features of the dopamine release and uptake in the dorsal and ventral striatum of rats

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Kinetics of the evoked dopamine release and subsequent uptake in the parts of the rat striatum has not been studied sufficiently.

The aim of this study is to fill this gap and to investigate kinetics of dopamine release and uptake in vivo so that comparison can be made between the dorsal and the parts of the ventral striatum and with taking into account the overlapping electrochemical factors during the subsequent analysis of voltammetry recordings.

Materials and methods. The evoked wave of dopamine release and uptake in the dorsal striatum, core, and shell of the nucleus accumbens in the different groups of rats was recorded by the fast-scan cyclic voltammetry. Voltammetry recordings were subjected to principal component analysis and only the components associated with dopamine were taken for further analysis. The values of the parameters of the curves of dopamine release and uptake were defined. Then factor and variance analyses of the parameters were carried out.

Results. Factor analysis showed that the set of parameters of the dopamine wave can be reduced to the 4 factors that are comparable with the variables of the known from the literature mathematical model that describes the dopamine wave based on the Michaelis–Menten equation. Two of the factors and the corresponding parameters of the dopamine curve differ within the dorsal and ventral striatum. Factor 1 is associated with the parameters HL, T80_20, T20_0, slope_T20T0, which are significantly larger in the core of the nucleus accumbens. Factor 3 is associated with the parameters T50_2, AUC, FWHH, T100_80 which are significantly less in the dorsal striatum.

Conclusions. The parameters of the curve of dopamine release and uptake are determined by 4 factors. Among the dopamine curve parameters, the best measures of the factors are T50_1, DAC, T100_80 и T20_0. The kinetics of stimulated dopamine release and uptake varies within the dorsal and ventral striatum. The final phase of dopamine uptake is slowed in the core of the nucleus accumbens in comparison to the shell, and the dorsal striatum. The slope of initial phase of dopamine uptake in the dorsal striatum is steeper.

About the authors

Valery N. Mukhin

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: Valery.Mukhin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0999-6847
SPIN-code: 3655-9126
ResearcherId: E-6735-2014

PhD, senior scientific researcher, I.P. Pavlov Department of Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Ivan R. Borovets

Institute of Experimental Medicine

Email: o.1330medach@gmail.com

postgraduate student, junior scientific researcher, I.P. Pavlov Department of Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Vadim V. Sizov

Institute of Experimental Medicine

Email: sizoff@list.ru

lead engineer, I.P. Pavlov Department of Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Konstantin I. Pavlov

Institute of Experimental Medicine

Email: youngexp@yandex.ru
SPIN-code: 4135-4264

PhD, senior scientific researcher, I.P. Pavlov Department of Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

Victor M. Klimenko

Institute of Experimental Medicine

Email: klimenko_victor@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9701-4537
SPIN-code: 8709-5642

MD, PhD, Professor and Head of I.P. Pavlov Department of Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Yorgason JT, Espana RA, Jones SR. Demon voltammetry and analysis software: analysis of cocaine-induced alterations in dopamine signaling using multiple kinetic measures. J Neurosci Methods. 2011;202(2):158-164. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2011.03.001.
  2. Jones SR, O’Dell SJ, Marshall JF, Wightman RM. Functional and anatomical evidence for different dopamine dynamics in the core and shell of the nucleus accumbens in slices of rat brain. Synapse. 1996;23(3):224-231. https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-2396(199607)23:3<224::AID-SYN12>3.0.CO;2-Z.
  3. Jones SR, Mathews TA, Budygin EA. Effect of moderate ethanol dose on dopamine uptake in rat nucleus accumbens in vivo. Synapse. 2006;60(3):251-255. https://doi.org/10.1002/syn.20294.
  4. Мухин В.Н., Сизов В.В., Павлов К.И., Клименко В.М. β-Амилоид 25-35 подавляет секреторную активность дофаминергических систем мозга крыс // Российский физиологический журнал им И.М. Сеченова. – 2017. – Т. 103. – № 12. – С. 1350–1360. [Mukhin VN, Sizov VV, Pavlov KI, Klimenko VM. Amyloid β 25-35 downregulates phasic secretory activity of the brain dopaminergic systems in rats. Russian journal of physiology. 2017;103(12):1350-1360. (In Russ.)]
  5. González-Mora JL, Salazar P, Martín M, Mas M. Monitoring extracellular molecules in neuroscience by in vivo electrochemistry: methodological considerations and biological applications. In: In Vivo Neuropharmacology and Neurophysiology. Ed. by A. Philippu. New York: Springer New York; 2017. P. 181-206.
  6. Saddoris MP. Terminal dopamine release kinetics in the accumbens core and shell are distinctly altered after withdrawal from cocaine self-administration. eNeuro. 2016;3(5). https://doi.org/10.1523/ENEURO.0274-16.2016.
  7. Wightman RM, Amatorh C, Engstrom RC, et al. Real-time characterization of dopamine overflow and uptake in the rat striatum. Neuroscience. 1988;25(2):513-523. https://doi.org/10.1016/0306-4522(88)90255-2.
  8. Wightman RM, Zimmerman JB. Control of dopamine extracellular concentration in rat striatum by impulse flow and uptake. Brain Res Rev. 1990;15(2):135-144. https://doi.org/10.1016/0165-0173(90)90015-g.
  9. Harun R, Grassi CM, Munoz MJ, et al. Neurobiological model of stimulated dopamine neurotransmission to interpret fast-scan cyclic voltammetry data. Brain Res. 2015;1599:67-84. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2014.12.020.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. The parameters of dopamine release and uptake kinetics. Solid line — changes in extracellular dopamine level in time. DAc — maximal level of dopamine, T100 — time to reach the maximum level, T50_1 и T50_2 — time to reach the level of 50% of the maximum in the ascending and descending segment of the curve, T80 и T20 и T — time to reach the level of 80 and 20 and 0% of the maximum in the descending segment of the curve, T0_T100 — slope of the ascending segment, which is due to predominance of the release of dopamine over its uptake, T100_T80, T80_T20 and T20_T0 — slopes of the corresponding segments of the descending section of the curve, which is due to predominance of dopamine uptake and due to its various phases, FWHH — full width at half height, HL — half-life, AUC — area under the curve

Download (142KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Mukhin V.N., Borovets I.R., Sizov V.V., Pavlov K.I., Klimenko V.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».