Physiological and Behavioral Changes in a Rotenone Model of Dopamine Neurotoxicity and Neurodegeneration in Zebrafish
Creators: name: Keow, Jonathan
Publisher: name: Université d'Ottawa / University of Ottawa
Year: 2016
Subjects: Zebrafish
Parkinson's disease
Rotenone
Reactive Oxygen Species
Dopamine
Neurodegeneration
Apoptosis
Pesticide

description: Rotenone is a commercially available pesticide with a variety of industrial applications. However, occupational exposure to rotenone has been implicated in the development of Parkinson’s disease. To explore the mechanism of dopamine neuron death secondary to rotenone exposure, the zebrafish was used as a live animal screening tool for environmentally-induced Parkinson’s disease. After testing a variety of small molecule compounds on embryonic zebrafish for their potential to cause dopamine neuron loss, we identified that rotenone exposure induces a bradykinetic dopamine neuron loss phenotype. This phenotype was characterized by decreased locomotion, sensory insensitivity, and a transient but marked decrease in the number of dopamine neurons in embryos exposed to 100nM rotenone, with a concomitant decrease in dopamine transporter mRNA levels. The dopamine neuron deficits were observed in the subpallium, pretectum, olfactory bulb, but these losses were most pronounced in the ventral diencephalon after rotenone exposure. Rotenone damages the mitochondria, generating reactive oxygen species (ROS), and subsequently induces ROS-mediated apoptosis in these dopamine neurons. The rotenone-induced dopamine neuron loss and locomotion phenotypes could be partially rescued in zebrafish larvae with ascorbic acid co-treatment during rotenone exposure. Adults raised from zebrafish embryos exposed to rotenone did not show any deficits to their dopamine neuron distribution, but did show anxiety-like behaviors and upregulation of dopamine receptor D1 mRNA levels. These results suggest that rotenone exposure can cause dopamine neuron death through ROS- mediated apoptosis, and supports an environmental cause of Parkinson’s disease. ￼La roténone est un pesticide disponible dans le commerce et utilisé pour une variété d’usages industriels. Cependant, l’exposition à la roténone a été impliquée dans le développement de la maladie de Parkinson. Afin d’explorer le mécanisme menant à la perte de neurones dopaminergiques suite à une exposition à la roténone, le poisson-zèbre (Danio rerio) a été utilisée comme modèle animal du développement de la maladie de Parkinson attribuable à des causes environnementales. Après avoir testé une série de petites molécules sur des embryons de poisson-zèbre pour déterminer leur capacité à causer une perte de neurones dopaminergiques, nous avons identifié la roténone comme causant un phénotype de perte de neurones associée à une bradykinésie. Ce phénotype était caractérisé par une perte de la locomotion, une insensibilité sensorielle, et une diminution transitoire mais marquée du nombre de neurones dopaminergiques chez des embryons exposés à une concentration de roténone de 100nM. Ceci coïncidait avec une réduction des niveaux d’expression du gène du transporteur de la dopamine (dat). Des pertes de neurones dopaminergiques furent observés dans le sub-pallium, le pré-tectum et le bulbe olfactif mais étaient plus prononcées dans le diencéphale ventral. La roténone cause des dommages aux mitochondries en générant des dérivés réactifs de l’oxygène (ROS) et, subséquemment, induit une apoptose attribuable aux ROS dans les neurones dopaminergiques. La perte de neurones dopaminergiques due à la roténone ainsi que les déficits locomoteurs ont pu être partiellement empêchés par un co-traitement à l’acide ascorbique. Les poissons adultes ayant été exposés à la roténone au stade embryonnaire ne montrèrent pas de déficits quant à la distribution des neurones dopaminergiques mais présentaient des comportements indiquant un plus haut niveau d’anxiété ainsi qu’une augmentation des ARNm du récepteur D1 de la dopamine. Ces résultats suggèrent que l’exposition à la roténone peut causer la mort des neurones dopaminergiques via une apoptose médiée par les ROS et pourrait constituer une cause environnemental de la maladie de Parkinson.