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Insulin like growth factor-1 works synergistically with dopamine to attenuate diabetic retinopathy by downregulating vascular endothelial growth factor - 20/04/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.112868 
Shikha Upreti a , Seema Sen b , Tapas Chandra Nag c , Madhumita P. Ghosh a,
a Ocular Pharmacology and Therapeutics Lab, Centre for Medical Biotechnology, Amity Institute of Biotechnology, Amity University Uttar Pradesh, Noida 201313, India 
b Department of Ocular Pathology, Dr R.P. Centre for Ophthalmic Sciences, All India Institute of Medical Sciences, Ansari Nagar, New Delhi 110029, India 
c Department of Anatomy, All India Institute of Medical Sciences, Ansari Nagar, New Delhi 110029, India 

Correspondence to: Ocular Pharmacology and Therapeutics Lab, Centre for Medical Biotechnology, Amity Institute of Biotechnology, Amity University Uttar Pradesh, Room no. 322, J-3 block, Noida 201313, India.Ocular Pharmacology and Therapeutics Lab, Centre for Medical Biotechnology, Amity Institute of Biotechnology, Amity University Uttar PradeshRoom no. 322, J-3 blockNoida201313India

Abstract

Aim

Levels of Insulin-like growth factor-1 (IGF-1), a proangiogenic growth factor is elevated and dopamine downregulated in proliferative diabetic retinopathy (PDR). This study aims to investigate whether IGF-1 with dopamine can together modulate vascular endothelial growth factor (VEGF) to prevent proliferative diabetic retinopathy while also attenuating angiogenic effects of IGF-1.

Methods

Effect of combination of levodopa L-Dopa with IGF-1 was tested on normal retinal pigment epithelium cells (ARPE-19) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), followed by tube formation. Invivo analysis of anti-angiogenic potential assessed by chick chorioallantoic membrane (CAM) assay. Diabetes induction in wistar rats at two time points, 12 and 16 weeks, treated with L-Dopa+IGF-1 and analysed for morphological variations, serum and tissue dopamine levels, gene expression by real-time PCR and western blot assay.

Results

L-Dopa+IGF-1 on ARPE-19 cells caused no toxicity and worked synergistically. Reduced number of vessels observed. Significant improvement in inner retina thickness (*p < 0.05) was observed when L-Dopa was given alone and/or with IGF-1. Dopamine levels improved significantly in both serum and tissue (*p < 0.05). Levels of VEGF and IGF-1 receptors reduced significantly in 12 weeks. Western studies suggest that L-Dopa+IGF-1 modulates its effects via Akt/ERK dependent pathway.

Conclusion

First ever report on synergistic effect of L-Dopa+IGF-1 in a rat model of diabetic retinopathy. Even though the effect of L-Dopa in combination with IGF-1 is comparable to levels of L-Dopa alone, this study presents an interesting finding of neuroprotective function of IGF-1, which has been studied in disease models of Parkinson’s but not diabetes.

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Graphical Abstract




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Highlights

Dopamine levels decreased with progression of diabetic retinopathy.
Intravitreal IGF-1 with L-Dopa improved dopamine levels in tissue significantly.
DrD2 upregulation and VEGFR downregulation implies protective function of L-Dopa+IGF-1.
ERK/Akt pathway is the underlying mechanism behind anti-angiogenic activity of L-Dopa+IGF-1.
Apparent reduction in number of vessels as analysed by CAM assay.

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Keywords : Diabetic retinopathy, Dopamine, Insulin-like growth factor-1, Vascular dysfunction, Vascular endothelial growth factor, CAM assay


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Vol 149

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