Perfil Neurofarmacológico en Pez Cebra 2025-1 PDF

Perfil Neurofarmacológico en Pez Cebra L A B O R AT O R I O D E FA R M A C O L O G Í A I I SEMESTRE 2025-1 Contenido Características del pez cebra (Danio rerio) como modelo experimental ¿Qué es un perfil neurofarmacológico? Definición de actividad ansiogénica, actividad sedante y actividad no...

Perfil Neurofarmacológico en Pez Cebra L A B O R AT O R I O D E FA R M A C O L O G Í A I I SEMESTRE 2025-1 Contenido Características del pez cebra (Danio rerio) como modelo experimental ¿Qué es un perfil neurofarmacológico? Definición de actividad ansiogénica, actividad sedante y actividad nootrópica Características principales de los neurotransmisores GABA, glutamato y adenosina; su receptor y funciones sobre SNC Mecanismo de acción de los fármacos empleados en la práctica, etanol y cafeína, sobre el SNC Resultados  Pez cebra (Danio rerio) ▪Familia Cyprinidae ▪Organismos de agua dulce ▪Ciclo de vida de cuatro etapas: embrión, larva, juvenil y adulta. ¿Por qué es valioso? ▪Su cuidado es sencillo ▪Reproducción continua ▪70% de similitud con los genes del ser humano JoVE Science Education Database. (2024) “Biología II: Ratón, Pez cebra y Polluelo. Una introducción al Pez cebra: Danio rerio”. Recuperado el 20 de febrero del 2024 de: https://www.jove.com/es/v/5128/danio-rerio-zebrafish-as-a-model-organism.  Pez cebra como modelo experimental Los embriones son de interés debido a: Conservación de estructuras cerebrales ◦ Su desarrollo es fácil de seguir ◦ Modelo de enfermedades hereditarias JoVE Science Education Database. (2024) “Biología II: Ratón, Pez cebra y Polluelo. Una introducción al Pez cebra: Danio rerio”. Recuperado el 20 de febrero del 2024 de: https://www.jove.com/es/v/5128/danio-rerio-zebrafish-as-a-model-organism.  Perfil neurofarmacológico “El estudio de la acción de fármacos y/o compuestos químicos en el Sistema Nervioso Central (SNC).” Consiste en una serie de pruebas conductuales. ¿Con qué objetivo? Determinar el efecto de un fármaco o sustancia de origen natural o sintético. Webster, R.A., Jordan, C.C. (1989). Neurotransmitters, Drugs and Disease. London: Blackwell Scientific Publications. Pp. 302–304.  ¿Qué incluye un perfil neurofarmacológico? Evaluación de la actividad ansiolítica Determinar el efecto sedante-hipnótico Evaluación de la actividad antinociceptiva Evaluación de la actividad anticonvulsivante N N N N Pentilentetrazol González-Trujano, M.E.; Carrera, D., Ventura-Martínez, R.; Cedillo-Portugal, E.; Navarrete, A. (2006). Neuropharmacological profile of an etanol extract of Ruta chalepensis L. in mice. J. Ethnopharmacol 106: 129–135. Martínez, A.L.; Domínguez, F.; Orozco, S.; Chávez, M.; Salgado, H., González, M., González-Trujano, M.E. (2006). Neuropharmacological effects of an etanol extract of the Magnolia de albata Zucc. Leaves in mice. J. Ethnopharmacol 106 (2): 250–255. Entonces, definamos: Actividad Actividad Actividad ansiógena sedante nootrópica  Produce ansiedad Actividad ansiógena Insomnio Miedo Inquietud Tensión National Cancer Institute. (2024) “Anxiolytic”. Recuperado el 20 de febrero del 2024 de: https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms/def/anxiolytic.  Genera calma Actividad sedante Disminuye actividad locomotora Disminuye capacidad de respuesta cassandracalinstore.com Brunton, L.L., Chabner, B.A., Knollmann, B.C.(Eds.), Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica, 12e. McGraw-Hill Education. Recuperado el 20 de febrero del 2024 de: https://accessmedicina.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1882&sectionid=138609318  Mejora los procesos cognitivos Actividad nootrópica Pensamiento Aprendizaje Memoria Malík, M.; Tlustoš, P. (2022). Nootropics as Cognitive Enhancers: Types, Dosage and Side Effects of Smart Drugs. Nutrients.14(16):3367.  Señalización en SNC O Neurotransmisores / Mediadores HO H O Aminoácidos y aminas H2N OH NH2 Péptidos Glutamato Lípidos N N Gases N N O Purinas HO O OH H2N HO OH GABA Neurona Adenosina Rang, H.P., Ritter, J.M., Flower, R.J., Henderson, G. (2016). Chemical transmisión and drug action in the central nervous system. Ch. 37. Rang & Dale’s Pharmacology. Elsevier Churchill Livingstone. 8th ed. Pp. 302–304. Moroni, F. (2015) Glutamate-mediated neurotransmission. Ch. 43. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 542–552.  O OH GABA H2N a. Neurotransmisor inhibitorio b. Receptores: a. Ionotrópico: GABAA, GABAC (retina) b. Metrabotrópico: GABAB c. Funciones: a. Sedación e hipnosis Rang, H.P., Ritter, J.M., Flower, R.J., Henderson, G. (2016). Amino acid transmission. Ch. 38. Rang & Dale’s Pharmacology. Elsevier Churchill Livingstone. 8th ed. Pp. 462–466. Serra, M.; Sanna, E.; Biggio, G. (2015) GABAergic transmission. Ch. 42. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 529–540.  Receptor GABAérgico GABAA Serra, M.; Sanna, E.; Biggio, G. (2015) GABAergic transmission. Ch. 42. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 529–540.  O HO H O Glutamato H2N OH a. Neurotransmisor excitatorio b. Receptores a. Ionotrópicos: NMDAR, AMPAR, KAR b. Metabotrópicos: mGlu1-8 c. Funciones: a. Percepción del dolor b. Aprendizaje c. Memoria d. Función motora e. Control del humor Rang, H.P., Ritter, J.M., Flower, R.J., Henderson, G. (2016). Amino acid transmission. Ch. 38. Rang & Dale’s Pharmacology. Elsevier Churchill Livingstone. 8th ed. Pp. 302–304. Moroni, F. (2015) Glutamate-mediated neurotransmission. Ch. 43. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 542–552.  O H3C N Receptores glutamatérgicos H OH O H2N OH AMPAR Ácido α-amino-3-hidroxi-5- metil-4-isoxazolpropiónico Acción rápida Permeabilidad a Na+ O Baja permeabilidad a Ca2+ HO CH2 H O H3C O H3C NH OH OH NH O NMDAR N-metil-D-aspartato HO Acción lenta Permeabilidad a Na+ y K+ KAINATO (KAR) Alta permeabilidad a Ca2+ Acción rápida Baja permeabilidad a Ca2+ Chen, T.-S.; Huang, T.-H.; Lai, M.-C.; Huang, C.-W. (2023) The role of glutamate receptors in epilepsy. Biomedicines 11, 783. Pal M. M. (2021). Glutamate: The Master Neurotransmitter and Its Implications in Chronic Stress and Mood Disorders. Frontiers in human neuroscience, 15, 722323.  NMDAR Receptores glutamatérgicos Requiere de la unión de glicina o serina, además de glutamato. Asociados a AMPAR. Despolariza la membrana para liberar Mg2+. AMPAR / KAR Requiere de la unión de glutamato. Pitt Medical Neuroscience. (2023) “Neurophysiology Module 5. Glutamate Receptors”. Recuperado el 20 de febrero del 2024 de: http://pittmedneuro.com/glutamate.html.  Adenosina a. Neurotransmisor inhibitorio NH2 b. Receptores P1 N N a. Metabotrópicos: A1, A2A, A2B, A3 N N c. Funciones: a. Somnolencia HO b. Sedación O c. Incoordinación motora d. Analgesia e. Neuroprotección al evitar la excitotoxicidad por glutamato HO OH Rang, H.P., Ritter, J.M., Flower, R.J., Henderson, G. (2016). Other transmitters and modulators. Ch. 39. Rang & Dale’s Pharmacology. Elsevier Churchill Livingstone. 8th ed. Pp. 476–477. Ceruti, S.; Cattabeni, F.; Pia Abbracchio, M. (2015) Purinergic transmission. Ch. 44. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 553–564.  Receptores purinérgicos P1 NH2 N N N N HO O HO OH ADO Dependiendo del tejido, algunos receptores tienen actividad Gq Proteínas G a las que están acoplados los Principal oblación de receptores receptores de adenosina dependiendo de la estructura cerebral Pereira-Figueiredo, D., Nascimento, A.A., Cunha-Rodrigues, M.C., Brito, R., Calaza, K.C. (2022). Caffeine and Its Neuroprotective Role in Ischemic Events. Cellular and Molecular Neurobiology 42, 1693–1725. Rang, H.P., Ritter, J.M., Flower, R.J., Henderson, G. (2016). Other transmitters and modulators. Ch. 39. Rang & Dale’s Pharmacology. Elsevier Churchill Livingstone. 8th ed. Pp. 476–477. Ceruti, S.; Cattabeni, F.; Pia Abbracchio, M. (2015) Purinergic transmission. Ch. 44. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 553–564. Objetivos ▪Evaluar la actividad ansiolítica de la cafeína y etanol en la prueba de tanque nuevo, claro-oscuro y prueba de objeto novedoso en pez cebra. ▪Evaluar la actividad nootrópica de la cafeína y etanol en la prueba de reconocimiento de objeto virtual (VORT) en pez cebra. Hipótesis ▪Se observará la actividad ansiolítica de la cafeína y etanol en la prueba de tanque nuevo, claro-oscuro y prueba de objeto novedoso en pez cebra. ▪Se observará la actividad nootrópica de la cafeína y etanol en la prueba de reconocimiento de objeto virtual (VORT) en pez cebra. Resultados y Discusión Mecanismos de acción: Etanol y Cafeína  H3C Mecanismo de acción: Etanol OH Agonista de GABAA Modulador inhibitorio del receptor NMDA Serra, M.; Sanna, E.; Biggio, G. (2015) GABAergic transmission. Ch. 42. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 529–540. Moroni, F. (2015) Glutamate-mediated neurotransmission. Ch. 43. General and Molecular Pharmacology. Wiley. Pp. 542–552. Imran Khan, M., et al. (2021) Antidepressant-like effect of ethanol in mice forced swimming test is mediated via inhibition of NMDA/nitric oxide/cGMP signaling pathway, Alcohol 92, 53-63.  Mecanismos de acción: Cafeína Esquema general de los mecanismos de acción de la cafeína en SNC O CH3 H3C N N O N N CH3 Yang, L., Yu, X., Zhang, Y., Liu, N., Xue, X., Fu, J. (2021). Encephalopathy in Preterm Infants: Advances in Neuroprotection with Caffeine. Frontiers in Pediatrics 9, 724161. Cafeína y el Receptor A1 ▪ Antagonismo de los receptores A1 pre- y postsinápticos. ▪ Promueve ansiedad y memoria Adenosina Cafeína Cierra canales de Ca2+ Evita la exocitosis de NT Abre canales de K+ En NMDAR y AMPAR Disminuye la El Ca2+ intracelular activa enzimas que participan permeabilidad de Ca2+ en la plasticidad neuronal Clayman, C.L., Connaughton, V.P. (2022). Neurochemical and Behavioral Consequences of Ethanol and/or Caffeine Exposure: Effects in Zebrfish and Rodents. Current Neuropharmacology 20, 560–578. Cafeína y el Receptor A2A ✓ Cafeína es antagonista de receptores A2A ✓ Promueve la actividad motriz ✓ Actividad motriz modulada por receptores A2A (acoplados a proteína Gs) ✓ Modulación negativa de los receptores D2 en la vía indirecta Cafeína Modelo simplificado de las vías directa e indirecta de la actividad motriz Nazario, L.R., da Silva, R.S., Bonan, C.D. (2017). Targeting Adenosine Signaling in Parkinson’s Disease: From Pharmacological to Non-pharmacological Approaches. Frontiers in Neuroscience 11, 658. Clayman, C.L., Connaughton, V.P. (2022). Neurochemical and Behavioral Consequences of Ethanol and/or Caffeine Exposure: Effects in Zebrfish and Rodents. Current Neuropharmacology 20, 560–578. Mori, Akihisa. (2020). How do adenosine A2A receptors regulate motor function? Parkinsonism and Related Disorders 80, S13 – S20.  Resumiendo: O CH3 H3C N N ETANOL CAFEÍNA O N N H3C CH3 OH ✓ Metilxantina ✓ Alcohol ✓ Antagonista de receptores de adenosina ✓ Agonista del receptor GABAA ✓ El antagonismo de receptores A1 ✓ Produce sedación y calma produce: ansiedad y mejora los procesos de memoria y aprendizaje ✓ Modulador inhibitorio del receptor ✓ El antagonismo de receptores A2A NMDA promueve la actividad motriz ✓ Dificulta los procesos de aprendizaje ✓ La inhibición de la PDE aumenta la y memoria concentración de AMPc, importante para la memoria Perfil neurofarmacológico Pruebas  Prueba de Tanque Nuevo Una conducta de supervivencia del pez cebra es nadar lejos de la superficie para evitar a los depredadores. Los parámetros para evaluar un comportamiento de ansiedad en la prueba de tanque nuevo incluyen: ▪ Latencia para entrar ▪ Tiempo de permanencia Parte superior del tanque ▪ Número de veces que entra Kalueff, A.V.; Echevarria, D.J.; Homechaudhuri, S.; et al. Aquat. Toxicol. 2016, 170, 297–309. López Domínguez, O. (2022). El pez cebra (Danio rerio) como especie modelo para estudios de comportamiento. [Tesis de licenciatura, Universidad de León].  Prueba de Luz/Oscuridad Los peces cebra prefieren zonas de oscuridad – escototaxis. La conducta a observar (actividad en el compartimento con luz) refleja el conflicto entre la escototaxis y la motivación por explorar nuevos espacios. Algunos parámetros que se pueden medir son: ▪ Tiempo de permanencia en la zona oscura ▪ Número y velocidad de entrada a ambos compartimentos ▪ Tigmotaxis (tendencia a quedarse cerca de las paredes) Imagen de tanque sugerido para la prueba ▪ Frecuencia con la que se queda estático el pez Comportamientos o conductas relacionados con ansiedad Maximino, C.; Marques de Brito, T.; Gellis de Mattos Dias, C.A.; Gouveia, A.; Morato. S. Nat. Protoc. 2010, 5, 221–228. Collier, A.D.; Kalueff, A.V.; Echevarria, D.J. Zebrafish Models of Anxiety-Like Behaviors in “The rights and wrongs of zebrafish: Behavioral phenotyping of zebrafish.” Springer Nature, 2017.  Prueba de Reconocimiento de Objeto Novedoso Es una medida de memoria de corto plazo. Se evalúa la latencia con la que se aproxima, así como el tiempo que pasa en la región cercana al objeto. Conductas que pueden observarse durante la prueba: tigmotaxis, hiperactividad, movimientos erráticos y/o acelerados, entre otras. Maximino, C.; Marques de Brito, T.; Gellis de Mattos Dias, C.A.; Gouveia, A.; Morato. S. Nat. Protoc. 2010, 5, 221–228. Collier, A.D.; Kalueff, A.V.; Echevarria, D.J. Zebrafish Models of Anxiety-Like Behaviors in “The rights and wrongs of zebrafish: Behavioral phenotyping of zebrafish.” Springer Nature, 2017.  Prueba de Reconocimiento de Objeto Virtual Modificación de la prueba de Reconocimiento de Objeto Novedoso. Esta prueba permite evaluar la atención (y memoria) del animal generada tras la presentación de nuevos estímulos. Se ha visto que los peces cebra son capaces de discriminar entre figuras de distintas formas. La prueba consta de tres fases: Habituación: el pez se acostumbra al tanque. Adquisición/Entrenamiento: se muestra la figura. Prueba: se muestran la figura de la fase de adquisición y una diferente. Braida, D.; Ponzoni, L.; Martucci, R.; S, M. Prog. Neuro-Psychopharmacol. Biol. 2014, 55, 80–86.