Modeling the drug withdrawal syndrome in zebrafish (Danio rerio)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The central pathological link in addictive states is the drug withdrawal syndrome. Usually, severe manifestations of the withdrawal syndrome are associated with reduced sensitivity of postsynaptic receptors (desensitization), lower density of receptors and impaired transport of neurotransmitters, and the rebound effect. Zebrafish is an effective tool in the study of classic withdrawal symptoms and special cases of withdrawal of other selected psychoactive drugs.

About the authors

Konstantin N. Zabegalov

Saint Petersburg State University; A.M. Granov Russian Research Center for Radiology and Surgical Technologies; Sirius University of Science and Technology; Almazov National Medical Research Centre; Ural Federal University

Email: hatokiri@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9748-0324
SPIN-code: 5993-6315

Research Associate

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg; Sochi; Saint Petersburg; Yekaterinburg

David S. Galstyan

Saint Petersburg State University; A.M. Granov Russian Research Center for Radiology and Surgical Technologies; Almazov National Medical Research Centre

Email: david_sam@mail.ru

Research Associate

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg; Saint Petersburg

Tatyana O. Kolesnikova

Sirius University of Science and Technology

Email: philimontani@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5561-8583
SPIN-code: 8558-7887

Research Associate

Russian Federation, Sochi

Yurii M. Kositsyn

Saint Petersburg State University

Email: ikosicin53@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4266-808X

Research Associate

Russian Federation, Saint Petersburg

Mariya A. Gubaidullina

Sirius University of Science and Technology

Email: mariangub@gmail.com

Research Associate

Russian Federation, Sochi

Gleb O. Maslov

Sirius University of Science and Technology; Ural Federal University

Email: maslovog6@gmail.com

Research Associate

Russian Federation, Sochi; Yekaterinburg

Konstantin A. Demin

Saint Petersburg State University; Sirius University of Science and Technology; Almazov National Medical Research Centre

Email: deminkasci@gmail.com
SPIN-code: 3830-1853

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Associate

Russian Federation, Saint Petersburg; Sochi; Saint Petersburg

Sergey L. Khatsko

Ural Federal University

Email: hardscore@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5921-6680
SPIN-code: 4973-7083

Research Associate

Russian Federation, Yekaterinburg

Allan V. Kalueff

Saint Petersburg State University; A.M. Granov Russian Research Center for Radiology and Surgical Technologies; Sirius University of Science and Technology; Almazov National Medical Research Centre; Ural Federal University; Novosibirsk State University; Research Institute of Neuroscience and Medicine; Moscow Institute of Physics and Technology

Author for correspondence.
Email: avkalueff@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7525-1950
SPIN-code: 4134-0515

Dr. Sci. (Biol.), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg; Sochi; Saint Petersburg; Yekaterinburg; Novosibirsk; Novosibirsk; Moscow

References

  1. Piper ME. Withdrawal: expanding a key addiction construct. Nicotine Tob Res. 2015;17(12):1405–1415. doi: 10.1093/ntr/ntv048
  2. Jesse S, Bråthen G, Ferrara M, et al. Alcohol withdrawal syndrome: mechanisms, manifestations, and management. Acta Neurologica Scandinavica. 2017;135(1):4–16. doi: 10.1111/ane.12671
  3. Sachdeva A, Choudhary M, Chandra M. Alcohol withdrawal syndrome: benzodiazepines and beyond. J Clin Diagn Res. 2015;9(9): VE01–VE7. doi: 10.7860/JCDR/2015/13407.6538
  4. Lerner A, Klein M. Dependence, withdrawal and rebound of CNS drugs: an update and regulatory considerations for new drugs development. Brain Commun. 2019;1(1): fcz025. doi: 10.1093/braincomms/fcz025
  5. Koob GF, Volkow ND. Neurocircuitry of addiction. Neuropsychopharmacology. 2010;35:217–238. doi: 10.1038/npp.2009.110
  6. Littleton J. Neurochemical mechanisms underlying alcohol withdrawal. Alcohol Health Res World. 1998;22(1):13–24.
  7. Pergolizzi JV Jr, Raffa RB, Rosenblatt MH. Opioid withdrawal symptoms, a consequence of chronic opioid use and opioid use disorder: Current understanding and approaches to management. J Clin Pharm Ther. 2020;45(5):892–903. doi: 10.1111/jcpt.13114
  8. Wills L, Kenny PJ. Addiction-related neuroadaptations following chronic nicotine exposure. J Neurochem. 2021;157(5):1652–1673. doi: 10.1111/jnc.15356
  9. Meredith SE, Juliano LM, Hughes JR, Griffiths RR. Caffeine use disorder: a comprehensive review and research agenda. J Caffeine Res. 2013;3(3):114–130. doi: 10.1089/jcr.2013.0016
  10. Bonnet U, Preuss UW. The cannabis withdrawal syndrome: current insights. Subst Abuse Rehabil. 2017;8:9–37. doi: 10.2147/SAR.S109576
  11. Russo SJ, Dietz DM, Dumitriu D, et al. The addicted synapse: mechanisms of synaptic and structural plasticity in nucleus accumbens. Trends Neurosci. 2010;33(6):267–276. doi: 10.1016/j.tins.2010.02.002
  12. Sulzer D. How Addictive drugs disrupt presynaptic dopamine neurotransmission. Neuron. 2011;69(4):628–649. doi: 10.1016/j.neuron.2011.02.010
  13. Teixeira MZ. Rebound effect of modern drugs: serious adverse event unknown by health professionals. Revista da Associacao Medica Brasileira. 2013;59(6):629–638. doi: 10.1016/j.ramb.2013.05.003
  14. Becker HC. Kindling in alcohol withdrawal. Alcohol Health Res World. 1998;22(1):25–33.
  15. Schubert M, Siegmund H, Pape H-C, Albrecht D. Kindling-induced changes in plasticity of the rat amygdala and hippocampus. Learning and Memory. 2005;12(5):520–526. doi: 10.1101/lm.4205
  16. Welsch L, Bailly J, Darcq E, Kieffer BL. The negative affect of protracted opioid abstinence: progress and perspectives from rodent models. Biol Psychiatry. 2020;87(1):54–63. doi: 10.1016/j.biopsych.2019.07.027
  17. Buccafusco JJ, Shuster L. Frontiers in neuroscience contextually induced drug seeking during protracted abstinence in rats. In: Buccafusco JJ, editor. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Boca Raton (FL): Taylor and Francis Group, LLC, 2009. doi: 10.1201/NOE1420052343.ch10
  18. Kuhn BN, Kalivas PW, Bobadilla A-C. Understanding addiction using animal models. Front Behav Neurosci. 2019;13:262. doi: 10.3389/fnbeh.2019.00262
  19. Markou A, Li J, Tse K, Li X. Cue-induced nicotine-seeking behavior after withdrawal with or without extinction in rats. Addict Biol. 2018;23(1):111–119. doi: 10.1111/adb.12480
  20. Shaham Y, Rajabi H, Stewart J. Relapse to heroin-seeking in rats under opioid maintenance: the effects of stress, heroin priming, and withdrawal. J Neurosci. 1996;16(5):1957–1963. doi: 10.1523/JNEUROSCI.16-05-01957.1996
  21. Perez EE, De Biasi M. Assessment of affective and somatic signs of ethanol withdrawal in C57BL/6J mice using a short-term ethanol treatment. Alcohol. 2015;49(3):237–243. doi: 10.1016/j.alcohol.2015.02.003
  22. Valverde O, Mantamadiotis T, Torrecilla M, et al. Modulation of anxiety-like behavior and morphine dependence in CREB-deficient mice. Neuropsychopharmacology. 2004;29(6):1122–1133. doi: 10.1038/sj.npp.1300416
  23. Sartori SB, Landgraf R, Singewald N. The clinical implications of mouse models of enhanced anxiety. Future Neurol. 2011;6(4): 531–571. doi: 10.2217/fnl.11.34
  24. Stewart AM, Braubach O, Spitsbergen J, et al. Zebrafish models for translational neuroscience research: from tank to bedside. Trends Neurosci. 2014;37(5):264–278. doi: 10.1016/j.tins.2014.02.011
  25. Cassar S, Adatto I, Freeman JL, et al. Use of zebrafish in drug discovery toxicology. Chem Res Toxicol. 2020;33(1):95–118. doi: 10.1021/acs.chemrestox.9b00335
  26. Cachat J, Canavello P, Elegante M, et al. Modeling withdrawal syndrome in zebrafish. Behav Brain Res. 2010;208(2):371–376. doi: 10.1016/j.bbr.2009.12.004
  27. Khor B-S, Amar Jamil MF, Adenan MI, Shu-Chien AC. Mitragynine attenuates withdrawal syndrome in morphine-withdrawn zebrafish. PloS One. 2011;6(12): e28340-e. doi: 10.1371/journal.pone.0028340
  28. López-Patiño MA, Yu L, Cabral H, Zhdanova IV. Anxiogenic effects of cocaine withdrawal in zebrafish. Physiol Behav. 2008;93(1–2): 160–171. doi: 10.1016/j.physbeh.2007.08.013
  29. Ponzoni L, Melzi G, Marabini L, et al. Conservation of mechanisms regulating emotional-like responses on spontaneous nicotine withdrawal in zebrafish and mammals. Progr Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2021;111:110334. doi: 10.1016/j.pnpbp.2021.110334
  30. Renoir T. Selective serotonin reuptake inhibitor antidepressant treatment discontinuation syndrome: a review of the clinical evidence and the possible mechanisms involved. Front Pharmacol. 2013;4:45. doi: 10.3389/fphar.2013.00045
  31. Bhat V, Kennedy SH. Recognition and management of antidepressant discontinuation syndrome. J Psychiatry Neurosci. 2017;42(4): E7–E8. doi: 10.1503/jpn.170022
  32. Demin KA, Kolesnikova TO, Khatsko SL, et al. Acute effects of amitriptyline on adult zebrafish: Potential relevance to antidepressant drug screening and modeling human toxidromes. Neurotoxicol Teratol. 2017;62:27–33. doi: 10.1016/j.ntt.2017.04.002
  33. Serpa BJ. Modeling and mapping addiction in the zebrafish, Danio rerio. Master of Science in Integrative Biology Thesis. Kennesaw, Georgia, United States: Kennesaw State, 2018. 35 p.

Copyright (c) 2022 Zabegalov K.N., Galstyan D.S., Kolesnikova T.O., Kositsyn Y.M., Gubaidullina M.A., Maslov G.O., Demin K.A., Khatsko S.L., Kalueff A.V.

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».