Effects of kisspeptin analogues on the behavior of Danio rerio

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: Previously has been shown that fish kisspeptin 1 (Kiss1) acts on the brain’s serotonin system to reduce anxiety-phobic reactions in Danio rerio. The kissspeptin gene (kiss1) of teleost fish is also a conservative orthologue of the kissspeptin gene (KISS1/Kiss1) of mammals.

AIM: In this work we investigated the possible anxiolytic effect of mammalian kisspeptin analogs Kiss1 in Danio rerio in comparison with antidepressants of the serotonin-type of action.

MATERIALS AND METHODS: A novelty test was used: the fish was first placed in a beaker with a dissolved pharmacological substance (or H2O), and then in a viewing tank for 6 min, where the trajectory of movement, the length of the path, the number of movements to the upper part of the tank, the time spent in the lower part of the tank, number and time of the “freezing” were automatically recorded.

RESULTS: It is shown that, in response to the novelty of being placed in a viewing tank, fish react by moving to the bottom, increasing friezing, and reducing the number of movements to the upper half of the tank. Against the background of antidepressants clomipramine, paroxetine or trazodone (0.5–1 mg per 1 l of water), the fish were not only in the lower, but also in the upper part of the viewing tank. The average path length did not change significantly. The time in the lower part of the tank decreased by more than 2 times compared with the control group of animals and showed a dose-dependent effect. The number of movements to the upper part of the tank per experience increased significantly. Mammalian kisspeptin analogues Cloud Clone (USA) in a dose 0.01–1 mg per 1 l of water caused a similar patterns of behavior in fish in response to novelty. At the same time, the effects of kisspeptin analogs were lower than those of antidepressants. The most effective dose for the action of the studied kisspeptin analogs was 0.1 mg per 1 l of water.

CONCLUSIONS: Thus, mammalian kisspeptin analogs Kiss1 reduce anxiety-phobic responses to novelty in Danio rerio. Data on the unidirectional effects of mammalian kisspeptin analogs and serotonin-type antidepressants support the potential role of Kiss1 in modulating serotonin-dependent behaviours in Danio rerio. The data obtained support the hypothesis that kisspeptin may be involved in the regulation of anxiety-phobic states, apparently to maintain the emotional aspects of reproductive behavior, such as sexual motivation and arousal.

About the authors

Andrei A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Biol. Sci. (Pharmacology), Head of the Laboratory of General Pharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksandra A. Blazhenko

Institute of Experimental Medicine

Email: alexandrablazhenko@gmail.com
SPIN-code: 8762-3604

Junior Research Assistant

Russian Federation, Saint Petersburg

Vladanka Alexandrovna Goltz

Institute of Experimental Medicine

Email: alexandrablazhenko@gmail.com

Postgraduate student

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksandr S. Devyashin

Institute of Experimental Medicine

Email: alexsanta93@mail.ru
SPIN-code: 5799-5470

Postgraduate student

Russian Federation, Saint Petersburg

Viktor A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: vitya-lebedev-57@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1525-8106
SPIN-code: 1878-8392

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergei V. Kazakov

Institute of Experimental Medicine

Email: svkazakov@mail.ru

Postgraduate student

Russian Federation, Saint Petersburg

Alekber A. Bayramov

Institute of Experimental Medicine; Almazov National Medical Research Centre

Email: alekber@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0673-8722
SPIN-code: 9802-9988

Dr. Sci. (Med.), Leading Researcher

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Platon P. Khokhlov

Institute of Experimental Medicine

Email: platonkh@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-6553-9267
SPIN-code: 8673-7417

Cand. Sci. (Biol.), Senior Researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

Eugenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8911-6805
SPIN-code: 9408-0799

Cand. Med. Sci. (Pathophysiology), Head of the Laboratory

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

Dr. Med. Sci. (Pharmacology), Professor and Head

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Messager S, Chatzidaki EE, Ma D, et al. Kisspeptin directly stimulates gonadotropin-releasing hormone release via G protein-coupled receptor 54. PNAS USA. 2005;102(5):1761–1766. doi: 10.1073/pnas.0409330102
  2. De Bond J-A, Smith JT. Kisspeptin and energy balance in reproduction. Reproduction. 2014;147(3):53–63. doi: 10.1530/REP-13-0509
  3. Herbison AE, de Tassigny Xd’A, Doran J, Colledge WH. Distribution and postnatal development of Gpr54 gene expression in mouse brain and gonadotropin-releasing hormone neurons. Endocrinology. 2010;151(1):312–321. doi: 10.1210/en.2009-0552
  4. Kim J, Semaan SJ, Clifton DK, et al. Regulation of Kiss1 expression by sex steroids in the amygdala of the rat and mouse. Endocrinology. 2011;152(5):2020–2030. doi: 10.1210/en.2010-1498
  5. Kitahashi T, Ogawa S, Parhar IS. Cloning and expression of Kiss2 in the zebrafish and medaka. Endocrinology. 2009;150(2):821–831. doi: 10.1210/en.2008-0940
  6. Gopurappilly R, Ogawa S, Parhar IS. Functional significance of GnRH and kisspeptin, and their cognate receptors in teleost reproduction. Front Endocrinol. 2013;8(4):24. doi: 10.3389/fendo.2013.00024
  7. Ogawa S, Ng KW, Ramadasan PN, et al. Habenular Kiss1 neurons modulate the serotonergic system in the brain of zebrafish. Endocrinology. 2012;153(5):2398–2407. doi: 10.1210/en.2012-1062
  8. Amo R, Aizawa H, Takahoko M, et al. Identification of the zebrafish ventral habenula as a homolog of the mammalian lateral habenula. J Neurosci. 2010;30(4):1566–1574. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3690-09.2010
  9. Matsumoto M, Hikosaka O. Lateral habenula as a source of negative reward signals in dopamine neurons. Nature. 2007;447(7148):1111–1115. doi: 10.1038/nature05860
  10. Pobbe RLH, Zangrossi H. The lateral habenula regulates defensive behaviors through changes in 5-HT-mediated neurotransmission in the dorsal periaqueductal gray matter. Neurosci Lett. 2010;479(2):87–91. doi: 10.1016/j.neulet.2010.05.021
  11. Lillesaar C, Tannhäuser B, Stigloher C, et al. The serotonergic phenotype is acquired by converging genetic mechanisms within the zebrafish central nervous system. Dev Dyn. 2007;236(4):1072–1084. doi: 10.1002/dvdy.21095
  12. Satoshi O, Nathan FM, Parhar IS. Habenular kisspeptin modulates fear in the zebrafish. PNAS USA. 2014;111(10):3841–3846. doi: 10.1073/pnas.13141841110
  13. Shabanov PD, Lebedev VA, Lebedev AA, Bychkov ER. Effect of novelty stress on behavioral responses of Danio rerio and assessment of dose-dependent effects of anxiolytics of benzodiazepine structure with phenazepam as an example. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2017;15(3):57–63. (In Russ.) doi: 10.17816/RCF15357-63
  14. Shabanov PD, Blazhenko AA, Devyashin AS, et al. In search of new brain biomarkers of stress. Res Results in Pharmacol. 2021;7(1):41–46. doi: 10.3897/rrpharmacology.7.63326
  15. Cachat J, Stewart A, Grossman L, Kalueff AV. Measuring behavioral and endocrine responses to novelty stress in adult Danio rerio. Nature Protoc. 2010;5(11):1786–1789. doi: 10.1038/nprot
  16. Devyashin AS, Blazhenko AA, Lebedev VA, et al. Assessment of dose-dependent effects of anxiolytics of benzodiazepine structure with diazepam as an example in Danio rerio. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2020;18(1):43–49. (In Russ.) doi: 10.17816/RCF18143-49
  17. Eresko SO, Airapetov MI, Matveeva NA, et al. Danio rerio as a model object in drug research. Narcology. 2020;19(4):43–48. (In Russ.) doi: 10.25557/1682-8313.2020.04.43-48
  18. Blazhenko AA, Khokhlov PP, Tissen IY, et al. Benzodiazepine tranquilizers abolish the stress-induced increase of the brain ghrelin level in Danio rerio. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2020;18(4):327–332. (In Russ.) doi: 10.17816/RCF184327-332
  19. Lebedev VA, Lebedev AA, Bychkov ER, Shabanov PD. Probability of using the behavioral responses of Danio rerio in assessment of dose-dependent effects of phenazepam. Laboratory Animals for Science. 2018;(1):12–21. (In Russ.) doi: 10.29296/2618723X-2018-01-02
  20. Bencan Z, Sledge D, Levin ED. Buspirone, chlordiazepoxide and diazepam effects in a Danio rerio model of anxiety. Pharmacol Biochem Behav. 2009;94(1):75–80. doi: 10.1016/j.pbb.2009.07.009
  21. Egan RJ, Bergner CL, Hart PC, et al. Understanding behavioral and physiological phenotypes of stress and anxiety in zebrafish. Behav Brain Res. 2009;205(1):38–44. doi: 10.1016/j.bbr.2009.06.022
  22. Speedie N, Gerlai R. Alarm substance induced behavioral responses in zebrafish (Danio rerio). Behav Brain Res. 2008;188(1): 168–177. doi: 10.1016/j.bbr.2007.10.031
  23. Le Doux JE. Evolution of human emotion: A view through fear. Prog Brain Res. 2012;195:431–442. doi: 10.1016/B978-0-444-53860-4.00021-0
  24. McDevitt RA, Hiroi R, Mackenzieet SM, et al. Serotonin 1B autoreceptors originating in the caudal dorsal raphe nucleus reduce expression of fear and depression-like behavior. Biol Psychiatry. 2011;69(8):780–787. doi: 10.1016/j.biopsych.2010.12.029
  25. Amat J, Sparks PD, Matus-Amat P, et al. The role of the habenular complex in the elevation of dorsal raphe nucleus serotonin and the changes in the behavioral responses produced by uncontrollable stress. Brain Res. 2001;917(1):118–126. doi: 10.1016/s0006-8993(01)02934-1
  26. Csabafi K, Jászberényi M, Bagosi Z, et al. Effects of kisspeptin-13 on the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, thermoregulation, anxiety and locomotor activity in rats. Behav Brain Res. 2013;241:56–61. doi: 10.1016/j.bbr.2012.11.039
  27. Telegdy G, Adamik Á. The action of kisspeptin-13 on passive avoidance learning in mice. Involvement of transmitters. Behav Brain Res. 2013;243:300–305. doi: 10.1016/j.bbr.2013.01.016
  28. Silva RCB, Gárgaro AC, Brandão ML. Differential regulation of the expression of contextual freezing and fear-potentiated startle by 5-HT mechanisms of the median raphe nucleus. Behav Brain Res. 2004;151(1–2):93–101. doi: 10.1016/j.bbr.2003.08.015
  29. Lebedev AA, Devyashin AS, Blazhenko AA, et al. Behavioral analysis of anxiolytic action of phenazepam in conditions of an acute psychogenic stress (predator presentation) in Danio rerio. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2021;19(1):71–78. (In Russ.) doi: 10.17816/RCF19171-78
  30. Li CI, Maglinao TL, Takahashi LK. Medial amygdala modulation of predator odor-induced unconditioned fear in the rat. Behav Neurosci. 2004;118(2):324–332. doi: 10.1037/0735-7044.118.2.324
  31. Felton TM, Linton L, Rosenblatt JS, Morell JI. First and second order maternal behavior related afferents of the lateral habenula. Neuroreport. 1999;10(4):883–887. doi: 10.1097/00001756-199903170-00039
  32. LeDoux J. Fear and the brain: Where have we been, and where are we going? Biol Psychiatry. 1998;44(12):1229–1238. doi: 10.1016/s0006-3223(98)00282-0
  33. Kongsted AG. Relation between reproduction performance and indicators of feed intake, fear and social stress in commercial herds with group-housed non-lactating sows. Livest Sci. 2006; 101(1–3):46–56. doi: 10.1016/j.livprodsci.2005.09.011

Copyright (c) 2022 Lebedev A.A., Blazhenko A.A., Goltz V.A., Devyashin A.S., Lebedev V.A., Kazakov S.V., Bayramov A.A., Khokhlov P.P., Bychkov E.R., Shabanov P.D.

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».