The influence of ligands selective for distinct subtypes of the benzodiazepine binding site of GABAA receptors on rats' behavior in the Morris water maze

Abstract

Classical benzodiazepines act as nonselective positive modulators at GABAA receptors containing α1, α2, α3 or α5 subunit, and in clinical practice cause anterograde amnesia. On the opposite, negative modulation at these receptor subtypes is linked to an improvement in certain types of memory, both in humans and animals. Despite numerous studies, precise role of different subtypes of GABAA receptors in memory effects of benzodiazepines are not fully elucidated. The possible reason could be the fact that memory effects of diazepam were not comprehensively tested in knock in and knock out mice, as well as the lack of subtype selective ligands and related pharmacological studies. An animal equivalent to human memory is a specific change in behavior that could be described and quantified using an array of motor parameters. Morris water maze (MWM) is one of the most frequently used laboratory tools in behavioral neuroscience. It is widely used for studying neurobiology and neuropharmacology of spatial learning and memory in laboratory rats. In the present study, we used the Morris water maze to examine the influence of ligands which act through the benzodiazepine binding site of GABAA receptors on learning and memory in Wistar rats. More specifically, we used ligands with different combinations of affinity and efficacy for this binding site, in order to investigate the relative contribution of distinct subtypes of GABAA receptors in memory effects in the Morris water maze. Furthermore, we investigated which of the three memory stages (acquisition, consolidation and retrieval) is sensitive to pharmacological effects of nonselective positive modulators. Our experiments showed that nonselective positive modulators (diazepam and midazolam) dose-dependently impaired learning and memory in MWM. With regard to the doses that were pharmacologically active, we could not have excluded the influence of some non-cognitive effects on general incapacitation that was seen in animals in MWM. Benzodiazepine effects in MWM are generally limited to memory acquisition, with the exception of midazolam impairing also memory retrieval...

Klasični benzodiazepini deluju kao neselektivni pozitivni modulatori GABAA receptora koji sadrže α1, α2, α3 i α5 podjedinicu, i u uslovima kliničke primene dovode do razvoja anterogradne amnezije. Nasuprot tome, negativna modulacija na nivou ovih receptora dovodi se u vezu sa poboljšanjem odreñenih tipova memorije kod ljudi i životinja. Uprkos brojnim istraživanjima, precizna uloga različitih podjedinica GABAA receptora u memorijskim efektima benzodiazepina nije u potpunosti rasvetljena. Tome doprinosi činjenica da uticaj diazepama u memorijskim testovima kod knock in i knock out miševa nije ispitan u potpunosti, ali i nedostatak selektivnih liganada i odgovarajućih farmakoloških istraživanja. Ekvivalent pamćenju kod ljudi jeste specifičan oblik promene ponašanja eksperimentalnih životinja koji se kroz brojne parametre može kvalitativno i kvantitativno opisivati. Morisov vodeni lavirint (MVL) je jedan od najčešće korišćenih laboratorijskih testova u bihejvioralnim neuronaukama uopšte, a primenjuje se za proučavanje neurobiologije i neurofarmakologije prostornog učenja i memorije kod oglednih pacova. U okviru ove disertacije, primenom Morisovog vodenog lavirinta ispitan je uticaj supstanci koje deluju preko benzodiazepinskog mesta vezivanja GABAA receptora na učenje i pamćenje kod pacova Wistar soja. Cilj je bio da se uz pomoć supstanci koje imaju različite kombinacije afiniteta i efikasnosti na ovim veznim mestima utvrdi relativni doprinos svake od podjedinica GABAA receptora u memorijskim efektima koji se zapažaju u korišćenom testu, kao i stadijum memorijskog procesa (akvizicija, konsolidacija ili pozivanje memorije) koji je podložan uticaju pozitivnih neselektivnih modulatora. U istraživanju je pokazano da neselektivni pozitivni modulatori (diazepam i midazolam) na dozno-zavisan način dovode do oštećenja učenja i pamćenja u MVL-u. S obzirom na doze koje su pokazale aktivnost, ne može se isključiti i doprinos nekih nekognitivnih efekata u ukupnoj inkapacitaciji životinja koja se vidi u MVL-u. Efekti benzodiazepina u MVL-u uglavnom su ograničeni na fazu akvizicije memorije, s time što je pokazano da midazolam može da dovede i do oštećenja pozivanja...