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Tiagabine suppresses pentylenetetrazole-induced seizures in mice and improves behavioral and cognitive parameters by modulating BDNF/TrkB expression and neuroinflammatory markers - 26/02/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114406 
Sana Javaid a, b, Faleh Alqahtani c, , Waseem Ashraf a, Syed Muhammad Muneeb Anjum d, Muhammad Fawad Rasool e, Tanveer Ahmad f, Fawaz Alasmari c, Abdullah F. Alasmari c, Saleh Abdullah Alqarni c, Imran Imran a,
a Department of Pharmacology, Faculty of Pharmacy, Bahauddin Zakariya University, Multan 60800, Pakistan 
b Department of Pharmacy, The Women University, Multan 60000, Pakistan 
c Department of Pharmacology and Toxicology, College of Pharmacy, King Saud University, Riyadh 11451, Saudi Arabia 
d The Institute of Pharmaceutical Sciences, University of Veterinary & Animal Sciences, Lahore 75270, Pakistan 
e Department of Pharmacy Practice, Faculty of Pharmacy, Bahauddin Zakariya University, Multan 60800, Pakistan 
f Institut pour l’Avancée des Biosciences, Centre de Recherche UGA / INSERM U1209 / CNRS 5309, Université Grenoble Alpes, France 

Corresponding authors.

Abstract

Tiagabine (Tia), a new-generation antiseizure drug that mimics the GABAergic signaling by inhibiting GABA transporter type-1, is the least studied molecule in chronic epilepsy models with comorbid neurobehavioral and neuroinflammatory parameters. Therefore, the current study investigated the effects of Tia in a real-time manner on electroencephalographic (EEG) activity, behavioral manifestations and mRNA expression in pentylenetetrazole (PTZ)-kindled mice. Male BALB/c mice were treated with tiagabine (0.5, 1 and 2 mg/kg) for 21 days with simultaneous PTZ (40 mg/kg) injection every other day for a total of 11 injections and monitored for seizure progression with synchronized validation through EEG recordings from cortical electrodes. The post-kindling protection from anxiety and memory deficit was verified by a battery of behavioral experiments. Isolated brains were evaluated for oxidative alterations and real-time changes in mRNA expression for BDNF/TrkB, GAT-1 and GAT-3 as well as neuroinflammatory markers. Experimental results revealed that Tia at the dose of 2 mg/kg maximally inhibited the development of full bloom seizure and reduced epileptic spike discharges from the cortex. Furthermore, Tia dose-dependently exerted the anxiolytic effects and protected from PTZ-evoked cognitive impairment. Tia reduced lipid peroxidation and increased superoxide dismutase and glutathione levels in the brain via augmentation of GABAergic modulation. PTZ-induced upregulated BDNF/TrkB signaling and pro-inflammatory cytokines were mitigated by Tia with upregulation of GAT-1 and GAT-3 transporters in whole brains. In conclusion, the observed effects of Tia might have resulted from reduced oxidative stress, BDNF/TrkB modulation and mitigated neuroinflammatory markers expression leading to reduced epileptogenesis and improved epilepsy-related neuropsychiatric effects.

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Graphical Abstract




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Highlights

Effect of tiagabine was evaluated during the PTZ-kindling process in mice.
Tiagabine reduced the frequency and amplitude of epileptic spikes in EEG.
Tiagabine improved neurological parameters related to anxiety and memory.
Tiagabine protected against PTZ-induced brain oxidative stress.
The BDNF/TrkB signaling and inflammatory mediators were downregulated by tiagabine.

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Keywords : Epilepsy, Pentylenetetrazole, Tiagabine, Real-time PCR, Electroencephalogram, Anxiety


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