The role of dopamine D2 receptors in the amygdala in metabolic and behavioral responses to stress in male Swiss-Webster mice

Abstract

OBJECTIVE: The D2 dopamine receptor is found in different parts of the amygdala. However, its contribution to stress is unknown. Thus, in the present study, we examined the effects of excitation and inhibition of D2 dopamine receptors in the amygdala on the metabolic and hormonal changes in response to stress.

METHODS: Bilateral amygdala cannulation was carried out in Swiss-Webster mice (n = 7). On recovery, different doses of the dopamine D2 receptor antagonist, sulpiride (1, 5 and 10 µg/mouse) or the dopamine D2 receptor agonist, bromocriptine (1, 5 and 10 µg/mouse) were injected into the amygdala. The animals were then placed in stress apparatus (communication box) where they received an electric shock (10 mV voltage, 10 Hz frequency and 60 s duration) after 30 min. The animal's activities were recorded for 10 min before and 10 min after the stress induction. Locomotion, rearing and freezing were investigated. Metabolic changes, such as food and water intake and anorexia, were studied.

RESULTS: The results show that stress increased the concentration of plasma corticosterone, which was followed by a decrease in locomotion and rearing and an increase in freezing behavior. Furthermore, both weight and water and food intake were reduced. Administration of bromocriptine led to a reduction of corticosterone at doses of 1 and 5 µg/mouse and an increase of corticosterone at 10 µg/mouse. Additionally, lower doses of bromocriptine (1 and 5 µg/mouse) caused an increase in locomotion and rearing and a decrease in freezing behavior. Similar results were observed with sulpiride injection.

CONCLUSION: D2 dopamine receptors can play a major role in the amygdala in stress. Both an agonist and an antagonist of the D2 receptor attenuate the metabolic and hormonal changes observed in response to stress

Keywords

amygdala / anorexia / bromocriptine / corticosterone / D2 dopamine recepetor / sulpiride

References

[1] Alcaro A, Huber R, Panksepp J (2007). Behavioral functions of the mesolimbic dopaminergic system: an affective neuroethological perspective. Brain Res Brain Res Rev, 56(2): 283–321

[2] Anzalone A, Lizardi-Ortiz J E, Ramos M, De Mei C, Hopf F W, Iaccarino C, Halbout B, Jacobsen J, Kinoshita C, Welter M, Caron M G, Bonci A, Sulzer D, Borrelli E (2012). Dual control of dopamine synthesis and release by presynaptic and postsynaptic dopamine D2 receptors. J Neurosci, 32(26): 9023–9034

[3] Asalgoo G, Jahromi G P, Meftahi G H, Sahraei H (2015). Posttraumatic Stress Disorder (PTSD): Mechanisms and Possible Treatments. Neurophysiology, 47(6): 482–489

[4] Bahari Z, Manaheji H, Dargahi L, Daniali S, Norozian M, Meftahi G H, Sadeghi M (2015). Time Profile of nNOS Expression in the Spinal Dorsal Horn after L5 Spinal Root Transection in Rats. Neurophysiology, 47(4): 287–294

[5] Bahari Z, Manaheji H, Hosseinmardi N, Meftahi G H, Sadeghi M, Danialy S, Noorbakhsh S M (2014). Induction of spinal long-term synaptic potentiation is sensitive to inhibition of neuronal NOS in L5 spinal nerve-transected rats. EXCLI J, 13: 751–760

[6] Belda X, Armario A (2009). Dopamine D1 and D2 dopamine receptors regulate immobilization stress-induced activation of the hypothalamus-pituitary-adrenal axis. Psychopharmacology (Berl), 206(3): 355–365

[7] Belujon P, Grace AA (2015). Regulation of dopamine system responsivity and its adaptive and pathological response to stress. Proc R Soc Lond B Biol Sci, 282(1805): 20142516

[8] Bissière S, Humeau Y, Lüthi A (2003). Dopamine gates LTP induction in lateral amygdala by suppressing feedforward inhibition. Nat Neurosci, 6(6): 587–592

[9] Brake W G, Zhang T Y, Diorio J, Meaney M J, Gratton A (2004). Influence of early postnatal rearing conditions on mesocorticolimbic dopamine and behavioural responses to psychostimulants and stressors in adult rats. Eur J Neurosci, 19(7): 1863–1874

[10] Brandão M L, de Oliveira A R, Muthuraju S, Colombo A C, Saito V M, Talbot T (2015). Dual role of dopamine D(2)-like receptors in the mediation of conditioned and unconditioned fear. FEBS Lett, 589(22): 3433–3437

[11] Bruijnzeel A W, Stam R, Compaan J C, Wiegant V M (2001). Stress-induced sensitization of CRH-ir but not P-CREB-ir responsivity in the rat central nervous system. Brain Res, 908(2): 187–196

[12] Cabib S, Puglisi-Allegra S (1996). Stress, depression and the mesolimbic dopamine system. Psychopharmacology (Berl), 128(4): 331–342

[13] Casolini P, Kabbaj M, Leprat F, Piazza P V, Rougé-Pont F, Angelucci L, Simon H, Le Moal M, Maccari S (1993). Basal and stress-induced corticosterone secretion is decreased by lesion of mesencephalic dopaminergic neurons. Brain Res, 622(1-2): 311–314

[14] Chalabi-Yani D, Sahraei H, Meftahi G H, Hosseini S B, Sadeghi-Gharajehdaghi S, Ali Beig H, Bourbour Z, Ranjabaran M (2015). Effect of transient inactivation of ventral tegmental area on the expression and acquisition of nicotine-induced conditioned place preference in rats. Iran Biomed J, 19(4): 214–219

[15] Chang C H, Grace A A (2013). Amygdala b-noradrenergic receptors modulate delayed downregulation of dopamine activity following restraint. J Neurosci, 33(4): 1441–1450

[16] Chrousos G P (2009). Stress and disorders of the stress system. Nat Rev Endocrinol, 5(7): 374–381

[17] Dalooei J R, Sahraei H, Meftahi G H, Khosravi M, Bahari Z, Hatef B, Mohammadi A, Nicaeili F, Eftekhari F, Ghamari F, Hadipour M, Kaka G (2016). Temporary amygdala inhibition reduces stress effects in female mice. J Adv Res, 7(5): 643–649

[18] De Mei C, Ramos M, Iitaka C, Borrelli E (2009). Getting specialized: presynaptic and postsynaptic dopamine D2 receptors. Curr Opin Pharmacol, 9(1): 53–58

[19] Diaz M R, Chappell A M, Christian D T, Anderson N J, McCool B A (2011). Dopamine D3-like receptors modulate anxiety-like behavior and regulate GABAergic transmission in the rat lateral/basolateral amygdala. Neuropsychopharmacology, 36(5): 1090–1103

[20] Dziedzicka-Wasylewska M, Willner P, Papp M (1997). Changes in dopamine receptor mRNA expression following chronic mild stress and chronic antidepressant treatment. Behav Pharmacol, 8(6-7): 607–618

[21] Ehteram B Z, Sahraei H, Meftahi G H, Khosravi M (2017). Effect of Intermittent Feeding on Gonadal Function in Male And Female NMRI Mice During Chronic Stress. Braz Arch Biol Technol, 60: e17160607

[22] Erfani M, Sahraei H, Bahari Z, Meftah G H, Hatef B, Mohammadi A, Hosseini S H (2017). Evaluation of the effect of time change in cognitive function in volunteers in Tehran. Glob J Health Sci, 9(2): 119–126

[23] Ghobadi N, Sahraei H, Meftahi G H, Bananej M, Salehi S (2016). Effect of estradiol replacement in ovariectomized NMRI mice in response to acute and chronic stress. J Appl Pharm Sci, 6(11): 176–184

[24] Ghodrat M, Sahraei H, Razjouyan J, Meftahi G H (2014). Effects of a Saffron Alcoholic Extract on Visual Short-Term Memory in Humans: a Psychophysical Study Neurophysiol, 46(3): 247–253

[25] Ginsberg A B, Campeau S, Day H E, Spencer R L (2003). Acute glucocorticoid pretreatment suppresses stress-induced hypothalamic-pituitary-adrenal axis hormone secretion and expression of corticotropin-releasing hormone hnRNA but does not affect c-fos mRNA or fos protein expression in the paraventricular nucleus of the hypothalamus. J Neuroendocrinol, 15(11): 1075–1083

[26] Girotti M, Pace T W W, Gaylord R I, Rubin B A, Herman J P, Spencer R L (2006). Habituation to repeated restraint stress is associated with lack of stress-induced c-fos expression in primary sensory processing areas of the rat brain. Neuroscience, 138(4): 1067–1081

[27] Goldstein L E, Rasmusson A M, Bunney B S, Roth R H (1996). Role of the amygdala in the coordination of behavioral, neuroendocrine, and prefrontal cortical monoamine responses to psychological stress in the rat. J Neurosci, 16(15): 4787–4798

[28] Habib K E, Gold P W, Chrousos G P (2001). Neuroendocrinology of stress. Endocrinol Metab Clin North Am, 30(3): 695–728, vii–viii

[29] Herman J P, Mueller N K, Figueiredo H (2004). Role of GABA and glutamate circuitry in hypothalamo-pituitary-adrenocortical stress integration. Ann N Y Acad Sci, 1018(1): 35–45

[30] Hill M N, McLaughlin R J, Bingham B, Shrestha L, Lee T T, Gray J M, Hillard C J, Gorzalka B B, Viau V (2010). Endogenous cannabinoid signaling is essential for stress adaptation. Proc Natl Acad Sci USA, 107(20): 9406–9411

[31] Hölzel B K, Carmody J, Evans K C, Hoge E A, Dusek J A, Morgan L,  (2009). Stress reduction correlates with structural changes in the amygdala. Soc Cogn Affect Neurosci, 23: nsp034

[32] Hosseini SB, Sahraei H, Mohammadi A, Hatef B, Meftahi GH, Chalabi-Yani D,  (2015). Inactivation of the Nucl. accumbens core exerts no effect on nicotine-induced conditioned place preference. Neurophysiol 47: 295–301

[33] Husseini Y, Sahraei H, Meftahi G H, Dargahian M, Mohammadi A, Hatef B, Zardooz H, Ranjbaran M, Hosseini S B, Alibeig H, Behzadnia M, Majd A, Bahari Z, Ghoshooni H, Jalili C, Golmanesh L (2016). Analgesic and anti-inflammatory activities of hydro-alcoholic extract of Lavandula officinalis in mice: possible involvement of the cyclooxygenase type 1 and 2 enzymes. Revista Brasileira de Farmacognosia, 26(1): 102–108

[34] Inglis F M, Moghaddam B (1999). Dopaminergic innervation of the amygdala is highly responsive to stress. J Neurochem, 72(3): 1088–1094

[35] Isovich E, Mijnster M J, Flügge G, Fuchs E (2000). Chronic psychosocial stress reduces the density of dopamine transporters. Eur J Neurosci, 12(3): 1071–1078

[36] Jaferi A, Bhatnagar S (2006). Corticosterone can act at the posterior paraventricular thalamus to inhibit hypothalamic-pituitary-adrenal activity in animals that habituate to repeated stress. Endocrinology, 147(10): 4917–4930

[37] Kasckow J W, Baker D, Geracioti T D Jr (2001). Corticotropin-releasing hormone in depression and post-traumatic stress disorder. Peptides, 22(5): 845–851

[38] Kim J G, Jung H S, Kim K J, Min S S, Yoon B J (2013). Basal blood corticosterone level is correlated with susceptibility to chronic restraint stress in mice. Neurosci Lett, 555: 137–142

[39] Liu J, Garza J C, Li W, Lu X Y (2013). Melanocortin-4 receptor in the medial amygdala regulates emotional stress-induced anxiety-like behaviour, anorexia and corticosterone secretion. Int J Neuropsychopharmacol, 16(1): 105–120

[40] McEwen B S (2007). Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain. Physiol Rev, 87(3): 873–904

[41] Meftahi G, Ghotbedin Z, Eslamizade M J, Hosseinmardi N, Janahmadi M (2015). Suppressive Effects of Resveratrol Treatment on The Intrinsic Evoked Excitability of CA1 Pyramidal Neurons. Cell J, 17(3): 532–539

[42] Meftahi G H, Janahmadi M, Eslamizade M J (2014). Effects of resveratrol on intrinsic neuronal properties of CA1 pyramidal neurons in rat hippocampal slices. Physiol Pharmacol, 18(2): 144–155

[43] Missale C, Nash S R, Robinson S W, Jaber M, Caron M G (1998). Dopamine receptors: from structure to function. Physiol Rev, 78(1): 189–225

[44] Mohammadian Z, Sahraei H, Meftahi G H, Ali-Beik H (2017). Effects of unilatral- and bilateral inhibition of rostral ventral tegmental area and central nucleus of amygdala on morphine-induced place conditioning in male Wistar rat. Clin Exp Pharmacol Physiol, 44(3): 403–412

[45] Motahari A A, Sahraei H, Meftahi G H (2016). Role of Nitric Oxide on Dopamine Release and Morphine-Dependency. Basic Clin Neurosci, 7(4): 283–290

[46] Paxinos G, Franklin K B J (2001) The mouse brain in stereotaxic coordinates. Second Ed.2 San Diego, Academic Press.

[47] Perachon S, Schwartz J C, Sokoloff P (1999). Functional potencies of new antiparkinsonian drugs at recombinant human dopamine D1, D2 and D3 receptors. Eur J Pharmacol, 366(2-3): 293–300

[48] Pourhashemi S F, Sahraei H, Meftahi G H, Hatef B, Gholipour B (2016). The Effect of 20 Minutes Scuba Diving on Cognitive Function of Professional Scuba Divers. Asian J Sports Med, 7(3): e38633

[49] Puri S, Ray A, Chakravarti A K, Sen P (1994). Role of dopaminergic mechanisms in the regulation of stress responses in experimental animals. Pharmacol Biochem Behav, 48(1): 53–56

[50] Rosen J B, Fanselow M S, Young S L, Sitcoske M, Maren S (1998). Immediate-early gene expression in the amygdala following footshock stress and contextual fear conditioning. Brain Res, 796(1-2): 132–142

[51] Rosenkranz J A, Grace A A (2002). Dopamine-mediated modulation of odour-evoked amygdala potentials during pavlovian conditioning. Nature, 417(6886): 282–287

[52] Sadeghi-Gharajehdaghi S, Sahraei H, Bahari Z, Meftahi GH, Jahromi GP, Ali-Beik H (2017). Effect of amygdaloid complex inhibition on nicotine-induced conditioned place preference in rats. J Appl Pharm Sci , 7(03):040–47

[53] Sarabdjitsingh R A, Kofink D, Karst H, de Kloet E R, Joëls M (2012). Stress-induced enhancement of mouse amygdalar synaptic plasticity depends on glucocorticoid and ß-adrenergic activity. PLoS One, 7(8): e42143

[54] Schwartz G J, Zeltser L M (2013). Functional organization of neuronal and humoral signals regulating feeding behavior. Annu Rev Nutr, 33(1): 1–21

[55] Seeman P (2006). Targeting the dopamine D2 receptor in schizophrenia. Expert Opin Ther Targets, 10(4): 515–531

[56] Seo J H, Kuzhikandathil E V (2015). Dopamine D3 receptor mediates preadolescent stress-induced adult psychiatric disorders. PLoS One, 10(11): e0143908

[57] Trainor B C (2011). Stress responses and the mesolimbic dopamine system: social contexts and sex differences. Horm Behav, 60(5): 457–469

[58] Vyas A, Bernal S, Chattarji S (2003). Effects of chronic stress on dendritic arborization in the central and extended amygdala. Brain Res, 965(1-2): 290–294

[59] Yamamoto R, Ueta Y, Kato N (2007). Dopamine induces a slow afterdepolarization in lateral amygdala neurons. J Neurophysiol, 98(2): 984–992

Acknowledgments

This work is a part of the thesis of Maryam Hassantash, which is supported by the Neuroscience Research Center, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran.

Compliance with ethice guidelines

Maryam Hassantash, Hedayat Sahraei, Zahra Bahari, Gholam Hossein Meftahi and Roshanak Vesali declare that they have no conclict of interest. All Experiments were done in accordance with standard ethical guidelines and approved by the local ethical committee (The Baqiyatallah University of Medical Committee on the Use and Care, 81/021, July 10, 2015).

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg