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

Key words： amygdala; anorexia; bromocriptine; corticosterone; D2 dopamine recepetor; sulpiride

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).

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID

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

PMID