The investigation of the antidepressant mechanism of action of a 5-HT6 receptor agonist - ST1936 - in the affective bias test for rats

Jednymi z głównych problemów farmakoterapii depresji są opóźnione działanie leków przeciwdepresyjnych (LPD) oraz wysoki odsetek osób wykazujących lekooporność. Ostatnie 20 lat badań nad tymi zagadnieniami dowodzi, że mimo braku natychmiastowych zmian w nastroju LPD modulują nieuświadomiony wpływ emocji na procesy poznawcze, czyli tzw. tendencyjność afektywną. Zmiany w tendencyjności afektywnej nie tylko poprzedzają efekt terapeutyczny, ale są również konieczne dla jego wystąpienia. Odkrycia te doprowadziły do powstania testu tendencyjności afektywnej pamięci (ATP) u szczurów, który wykazuje bardzo wysoką trafność predykcyjną dla LPD i umożliwia różnicowanie związków o natychmiastowym działaniu. Klasyczne LPD powodują w teście pozytywną ATP i nie mają wpływu na negatywną ATP, natomiast prototypowy LPD o natychmiastowym działaniu (ketamina) działa odwrotnie.Spośród badanych obecnie punktów uchwytu dla LPD obiecującym celem jest receptor dla serotoniny - 5-HT6. W niniejszej pracy podjęto próbę scharakteryzowania neuropsychologicznego i molekularnego profilu działania agonisty receptora 5-HT6 – ST1936. Porównano efekt jednokrotnych podań ST1936 z efektem klasycznego LPD (wenlafaksyną) oraz z ketaminą na ATP u szczurów, a także na fosforylację białek ERK1/2 i mTOR w trzech strukturach mózgu (hipokamp, przyśrodkowa kora przedczołowa i kora przedczołowa). Przeprowadzono również walidację behawioralną i farmakologiczną testu ATP na szczepie szczurów Wistar. W tym celu sprawdzono m.in czy procedura stresu psychospołecznego powoduje negatywną ATP, natomiast stymulacja somatosensoryczna (‘łaskotki’) powoduje pozytywną ATP.Walidacja testu ATP w pełni potwierdziła doniesienia literaturowe o efektach wenlafaksyny (3 mg/kg), ketaminy (1 mg/kg) i stresu psychospołecznego oraz poszerzyła trafność translacyjną testu przez wykazanie, że ‘łaskotki’ powodują pozytywną ATP oraz wystąpienie u szczurów biomarkera pozytywnego afektu (wokalizacje w częstotliwości 50 kHz).Wbrew początkowej hipotezie o podobnym do klasycznych LPD działaniu, agonista 5-HT6 nie spowodował pozytywnej ATP w żadnej z testowanych dawek (0.5, 1.0, 3.0 mg/kg), zniósł natomiast wywołaną stresem psychospołecznym negatywną ATP. Podobny do ketaminy i różny od wenlafaksyny profil działania ST1936 zaobserwowano również w badaniach molekularnych, z których wynika, że farmakologiczna manipulacja poziomem aktywacji kinazy mTOR, ale nie ERK1/2 w hipokampie i przyśrodkowej korze przedczołowej związana była ze zmianami ATP u szczurów.

Two of the major problems of depression pharmacotherapy are the late onset of therapeutic effects of antidepressants (ADs) and high numbers of treatment-resistant patients. Last 20 years of studies of these issues prove, that although ADs do not readily change patients’ mood, they do affect the unconscious influence of emotions on cognitive functions i.e. the affective biases. Not only do AD-induced changes in affective biases precede the therapeutical effect, but they are also necessary for its occurrence. These striking findings have led to the development of a affective memory bias (AMB) test for rats, which has a high predictive validity for ADs and possibly enables the discovery of rapid-acting compounds. In the test, classical ADs cause a positive AMB, but do not affect negative AMB, while a prototypic rapid-acting AD (ketamine) displays an opposite profile.Among the currently researched biological targets for ADs the serotoninergic 5-HT6 receptor is a very promising one. The purpose of this work was to create a neuropsychological and molecular profile of a 5-HT6 agonist - ST1936 as a potential AD. To this aim, the effects of acute injections of ST1936 on AMB and phosphorylation of ERK1/2 and mTOR kinases in rats’ brains (hippocampus, medial prefrontal cortex and prefrontal cortex) were compared to a classical AD (venlafaxine) and ketamine. Moreover, the AMB test was validated both pharmacologically and behaviorally on Wistar rat strain for the first time. To this aim, the effects of psychosocial stress on negative AMB, as well as somatosensory stimulation (‘tickling’) on positive AMB, were evaluated in rats.The results of the validation procedure fully replicated previous reports of venlafaxine (3 mg/kg), ketamine (1 mg/kg) and psychosocial stress. Furthermore, the translational validity of the test was extended by showing, that ‘tickling’ causes a positive AMB in rats, which was associated with a biomarker of a positive emotional state (50 kHz ultrasonic vocalizations).Contrary to a primary hypothesis, which stated that the effects of a 5-HT6 agonist would resemble classical ADs, ST1936 did not cause a positive AMB in any of the tested doses (0.5, 1.0, 3.0 mg/kg). However, the compound did attenuate a negative AMB. A profile similar to acute injections of ketamine was also observed for ST1936 in the molecular ex vivo studies, which for the first time show, that pharmacological manipulations of the mTOR, but not the ERK1/2 kinase in the rat medial prefrontal cortex and hippocampus could be responsible for the occurrence of AMB in rats.