Assessment of dose-dependent effects of anxiolytics of benzodiazepine structure with diazepam as an example in Danio Rerio

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Abstract. The effect of benzodiazepine anxiolytic diazepam in Danio rerio was investigated.

Methods. A stress test on novelty situation was used: a fish was placed first in a beaker with a dissolved pharmacological substance (or water) and then into a novel tank for 6 min, where the trajectory, the path length, the number of movements to the upper part of the novel tank, the number and time of the pattern of “freezing” of the experiment were measured.

Results. In response to the novelty of tank, the fish was shown to react by submerging to the bottom, increasing the freezing, and reducing the number of movements to the upper half of the novel tank. After diazepam exposure (administration), the fish was not only in the lower, but also in the upper part of the novel tank. A pharmacological analysis of diazepam effect in Danio rerio showed that in a certain dose range of 1–10 mg/l anxiolytic reduces (in comparison with the control group of fish) the number and time of freezing, increases the number of movements in the upper half of the tank and the swimming time in upper part of the tank. Diazepam causes a disinhibition of motor activity at doses of 1 and 5 mg/l, which may be explained by the effect of small doses of tranquilizers on presynaptic GABA-A autoreceptors. Diazepam 20 mg/l has a depriving effect.

Conclusion. Diazepam acts in a higher dose range (1–10 mg/l) than phenazepam (0.1–1 mg/l) in Danio rerio. At the same time, diazepam is characterized by a domed dose-dependent effect, in contrast to the action of phenazepam. The prospect of using Danio rerio as an animal model in behavioral pharmacology is not inferior to studies in rodents.

About the authors

Aleksandr S. Devyashin

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: alexsanta93@mail.ru

Post-graduate Fellow, Dept. of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksandra A. Blazhenko

Institute of Experimental Medicine

Email: alexandrablazhenko@gmail.com

Post-graduate Fellow, Dept. of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Viktor A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru

PhD (Pharmacology), Junior Researcher, Dept. of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrei A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru

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

Russian Federation, Saint Petersburg

Eugenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru

PhD (Pathophysiology), Head of the Laboratory of Chemistry and Pharmacology of Medicinal Compounds, Dept. of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru

Dr. Med. Sci. (Pharmacology), Professor and Head, Dept. of Neuropharmacology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Лебедев А.А., Пшеничная А.Г., Бычков Е.Р., и др. Антагонист рецепторов кортиколиберина астрессин снимает тревожно-фобические состояния у крыс, выращенных в социальной изоляции // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. – 2016. – Т. 14. – № 4. – С. 24–31. [Lebedev AA, Pshenichnaya AG, Bychkov ER, et al. Astressin, an antagonist of CRF receptors, reduces anxiety and fobial states in rats reared in social isolation conditions. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2016;14(4):24-31. (In Russ.)] https://doi.org/10.17816/RCF14424-31.
  2. Лебедев В.А., Лебедев А.А., Бычков Е.Р., Шабанов П.Д. Возможность использования поведенческих ответов Danio rerio в оценке дозозависимых эффектов феназепама // Лабораторные животные для научных исследований. – 2018. – № 1. – С. 12–21. [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. Laboratornye zhivotnye dlya nauchnykh issledovaniy. 2018;(1):12-21. (In Russ.)]. https://doi.org/10.29296/2618723X-2018-01-02.
  3. Шабанов П.Д., Лебедев А.А., Якушина Н.Д., и др. Моделирование обсессивно-компульсивного и аддиктивного игрового поведения у крыс введением фенамина в тесте закапывания шариков // Наркология. – 2017. – Т. 16. – № 1. – С. 32–38. [Shabanov PD, Lebedev AA, Yakushina ND, et al. Modeling the obsessive-compulsive and addictive gambling behavior in a rat marble test by means of amphetamine administration. Narkologiia. 2017;16(1):32-38. (In Russ.)]
  4. Шабанов П.Д., Лебедев В.А., Лебедев А.А., Бычков Е.Р. Влияние стресса новизны на поведенческие ответы Danio rerio и оценка дозозависимых эффектов анксиолитиков бензодиазепинового ряда на примере феназепама // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. – 2017. – Т. 15. – № 3. – С. 57–63. [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.)]. https://doi.org/10.17816/RCF15357-63.
  5. Bencan Z, Sledge D, Levin ED. Buspirone, chlordiazepoxide and diazepam effects in a zebrafish model of anxiety. Pharmacol Biochem Behav. 2009;94(1):75-80. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2009.07.009.
  6. Blaser R, Gerlai R. Behavioral phenotyping in zebrafish: comparison of three behavioral quantification methods. Behav Res Methods. 2006;38(3):456-469. https://doi.org/10.3758/bf03192800.
  7. Best JD, Alderton WK. Zebrafish: An in vivo model for the study of neurological diseases. Neuropsychiatr Dis Treat. 2008;4(3):567-576. https://doi.org/10.2147/ndt.s2056.
  8. Best JD, Berghmans S, Hunt JJ, et al. Non-associative learning in larval zebrafish. Neuropsychopharmacology. 2008;33(5):1206-1215. https://doi.org/10.1038/sj.npp. 1301489.
  9. Bretaud S, Li Q, Lockwood BL, et al. A choice behavior for morphine reveals experience-dependent drug preference and underlying neural substrates in developing larval zebrafish. Neuroscience. 2007;146(3):1109-1116. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2006.12.073.
  10. Bronikowski AM, Carter PA, Swallow JG, et al. Open-field behavior of house mice selectively bred for high voluntary wheel-running. Behav Genet. 2001;31(3):309-316. https://doi.org/10.1023/a:1012283426530.
  11. Cachat J, Stewart A, Grossman L, et al. Measuring behavioral and endocrine responses to novelty stress in adult zebrafish. Nat Protoc. 2010;5(11):1786-1799. https://doi.org/10.1038/nprot.2010.140.
  12. Choleris E, Thomas AW, Kavaliers M, Prato FS. A detailed ethological analysis of the mouse open field test: effects of diazepam, chlordiazepoxide and an extremely low frequency pulsed magnetic field. Neurosci Biobehav Rev. 2001;25(3):235-260. https://doi.org/10.1016/s0149-7634(01)00011-2.
  13. Creton R. Automated analysis of behavior in zebrafish larvae. Behav Brain Res. 2009;203(1):127-136. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2009.04.030.
  14. 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. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2009.06.022.
  15. Gerlai R. Event recording and video-tracking: towards the development of high-throughput Danio rerio screens. In: Proceedings of the 5th Conference on Methods in Behavioral Research; Wageningen, 30 Aug–2 Sep 2005. Wageningen; 2005. P. 193-197.
  16. Gerlai R, Lee V, Blaser R. Effects of acute and chronic ethanol exposure on the behavior of adult zebrafish (Danio rerio). Pharmacol Biochem Behav. 2006;85(4):752-761. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2006.11.010.
  17. Guo S. Using zebrafish to assess the impact of drugs on neural development and function. Expert Opin Drug Discov. 2009;4(7):715-726. https://doi.org/10. 1517/17460440902988464.
  18. Key B, Devine CA. Zebrafish as an experimental model: strategies for developmental and molecular neurobiology studies. Methods Cell Sci. 2003;25(1-2):1-6. https://doi.org/10.1023/B: MICS.0000006849.98007.03.
  19. Levin ED, Chen E. Nicotinic involvement in memory function in zebrafish. Neurotoxicol Teratol. 2004;26(6): 731-735. https://doi.org/10.1016/j.ntt.2004.06.010.
  20. Levin ED, Bencan Z, Cerutti DT. Anxiolytic effects of nicotine in zebrafish. Physiol Behav. 2007;90(1):54-58. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2006.08.026.
  21. Lopez-Patino MA, Yu L, Cabral H, Zhdanova IV. Anxiogenic effects of cocaine withdrawal in zebrafish. Physiol Behav. 2008;93(1-2):160-171. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2007.08.013.
  22. Maximino C, de Brito TM, Colmanetti R, et al. Parametric analyses of anxiety in zebrafish scototaxis. Behav Brain Res. 2010;210(1):1-7. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2010.01.031.
  23. Maximino C, Marques de Brito T, Dias CA, et al. Scototaxis as anxiety-like behavior in fish. Nat Protoc. 2010;5(2): 209-216. https://doi.org/10.1038/nprot.2009.225.
  24. Miklosi A, Andrew RJ. The zebrafish as a model for behavioral studies. Zebrafish. 2006;3(2):227-234. https://doi.org/10.1089/zeb.2006.3.227.
  25. Ninkovic J, Bally-Cuif L. The zebrafish as a model system for assessing the reinforcing properties of drugs of abuse. Methods. 2006;39(3):262-274. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2005.12.007.
  26. Sackerman J, Donegan JJ, Cunningham CS, et al. Zebrafish Behavior in Novel Environments: Effects of Acute Exposure to Anxiolytic Compounds and Choice of Danio rerio Line. Int J Comp Psychol. 2010;23(1):43-61.2879659.
  27. Spence R, Gerlach G, Lawrence C, Smith C. The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio. Biol Rev Camb Philos Soc. 2008;83(1):13-34. https://doi.org/10.1111/j.1469-185X.2007.00030.x.
  28. Stewart A, Wu N, Cachat J, et al. Pharmacological modulation of anxiety-like phenotypes in adult zebrafish behavioral models. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2011;35(6):1421-1431. https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2010.11.035.
  29. Streng J. Open-field behavior in four inbred mouse strains. Can J Psychol. 1971;25(1):62-68. https://doi.org/10.1037/h0082368.
  30. Wong K, Elegante M, Bartels B, et al. Analyzing habituation responses to novelty in zebrafish (Danio rerio). Behav Brain Res. 2010;208(2):450-457. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2009.12.023.
  31. Violle N, Messaoudi M, Lefranc-Millot C, et al. Ethological comparison of the effects of a bovine alpha s1-casein tryptic hydrolysate and diazepam on the behaviour of rats in two models of anxiety. Pharmacol Biochem Behav. 2006;84(3):517-523. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2006.06.017.

Copyright (c) 2020 Devyashin A.S., Blazhenko A.A., Lebedev V.A., Lebedev A.A., Bychkov E.R., Shabanov P.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 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».