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A comprehensive pharmacological analysis of fenoterol and its derivatives to unravel the role of β2-adrenergic receptor in zebrafish - 26/02/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114355 
Monika Maciag a, b, , 1 , Wojciech Plazinski a, c, 2, Wojciech Pulawski d, Michal Kolinski d, 3, Krzysztof Jozwiak a, 4, Anita Plazinska a, , 5
a Department of Biopharmacy, Medical University of Lublin, 4a Chodzki Street, 20-093 Lublin, Poland 
b Independent Laboratory of Behavioral Studies, Medical University of Lublin, 4a Chodzki Street, 20-093 Lublin, Poland 
c Jerzy Haber Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences, 8 Niezapominajek Street, 30-239 Cracow, Poland 
d Bioinformatics Laboratory, Mossakowski Medical Research Centre, Polish Academy of Sciences, e Pawinskiego Street, 02-106 Warsaw, Poland 

Corresponding author at: Department of Biopharmacy, Medical University of Lublin, 4a Chodzki Street, 20-093 Lublin, Poland.Department of Biopharmacy, Medical University of Lublin4a Chodzki StreetLublin20-093Poland.⁎⁎Corresponding author.

Abstract

β-adrenergic receptors (βARs) belong to a key molecular targets that regulate the most important processes occurring in the human organism. Although over the last decades a zebrafish model has been developed as a model complementary to rodents in biomedical research, the role of β2AR in regulation of pathological and toxicological effects remains to elucidate. Therefore, the study aimed to clarify the role of β2AR with a particular emphasis on the distinct role of subtypes A and B of zebrafish β2AR. As model compounds selective β2AR agonists – (R,R)-fenoterol ((R,R)-Fen) and its new derivatives: (R,R)-4’-methoxyfenoterol ((R,R)-MFen) and (R,R)-4'-methoxy-1-naphtylfenoterol ((R,R)-MNFen) – were tested. We described dose-dependent changes observed after fenoterols exposure in terms of general toxicity, cardiotoxicity and neurobehavioural responses. Subsequently, to better characterise the role of β2-adrenergic stimulation in zebrafish, we have performed a series of molecular docking simulations. Our results indicate that (R,R)-Fen displays the highest affinity for subtype A of zebrafish β2AR and β2AAR might be involved in pigment depletion. (R,R)-MFen shows the lowest affinity for zebrafish β2ARs out of the tested fenoterols and this might be associated with its cardiotoxic and anxiogenic effects. (R,R)-MNFen displays the highest affinity for subtype B of zebrafish β2AR and modulation of this receptor might be associated with the development of malformations, increases locomotor activity and induces a negative chronotropic effect. Taken together, the presented data offer insights into the functional responses of the zebrafish β2ARs confirming their intraspecies conservation, and support the translation of the zebrafish model in pharmacological and toxicological research.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

The β2-adrenergic receptor regulates numerous processes occurring in zebrafish.
Fenoterols act as selective modulators of the β2-adrenergic receptors in zebrafish.
Subtypes A and B of zebrafish β2-adrenergic receptors have two separate roles.
The pharmacological response of β2-adrenergic agonists is conserved in zebrafish.
Zebrafish is a suitable model for large-scale testing of new β-adrenergic ligands.

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Abbreviations : β-OH, βAR, TM, LC50, HB, hpf, COI, R,R-MNFen, R,R-MFen, R,R-Fen, R,R/S,S-Fen

Keywords : G protein-coupled receptor, Physiology, Toxicology, Anxiety behavior, Homology modeling, Zebrafish


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