Periadolessende Muise Wys Verbeterde ΔFosB Upregulation in Reaksie op Kokaïen en Amfetamien (2002)

J Neurosci. 2002 Nov 1;22(21):9155-9.
 

Bron

Die Nathan Kline Instituut, Orangeburg, New York, 10962, VSA. [e-pos beskerm]

Abstract

Kinders en adolessente word toenemend blootgestel aan psigostimulante, hetsy onwettig of vir die behandeling van algemene neuropsigiatriese toestande, soos aandaggebreksversteuring met en sonder hiperaktiwiteit. Ten spyte van die wydverspreide gebruik van psigomotoriese stimulante in jonger ouderdomsgroepe, is min bekend met betrekking tot die chroniese molekulêre neuroadaptiewe reaksies op hierdie middels in die onvolwasse brein. Hier demonstreer ons dat, na chroniese toediening van die psigostimulante kokaïen en amfetamien, die transkripsiefaktor DeltaFosB word geherreguleer in die kern accumbens van periadolescent muise maar nie in na-speen of volwassenes nie muise. Induksie van DeltaFosB kom ook uitsluitlik voor in die caudate putamen van periadolescent muise na amfetamien administrasie. Hierdie resultate demonstreer die unieke plastisiteit in die adolessente brein van 'n kritiese molekule wat psigostimulerende aksie reguleer en stel voor dat hierdie neuroadaptiewe veranderinge betrokke kan wees in die bemiddeling van verbeterde verslawende neigings in die adolessent relatief tot die volwassene.

Inleiding

Psigostimulante word gebruik in die behandeling van algemene kindertydsversteurings, soos aandaggebrekshiperaktiwiteitsversteuring. Daarbenewens is misbruik van stimulante, insluitende amfetamien en kokaïen, algemeen onder adolessente, 'n ouderdom waarop daar bewyse is vir verbeterde verslawende tendense relatief tot volwassenes (Estroff et al., 1989; Myers en Anderson, 1991). Ten spyte van data wat ontwikkelingsgereguleerde gedragseffekte aandui, is min bekend met betrekking tot die molekulêre neuroadaptiewe response in die onvolwasse brein wat plaasvind tydens die toediening van hierdie middels. Kokaïen en amfetamien kan 'n langdurige gedragsverandering gedeeltelik beïnvloed deur stimulering van dopamien D1reseptore en verhoogde vlakke van transkripsiefaktore, insluitend ΔFosB, in die dorsale striatum (dws caudate putamen) en die ventrale striatum (dws nucleus accumbens) (Chen et al., 1997). Toename in vlakke van ΔFosB, miskien via stabilisering van proteïenprodukte, word vir 'n paar weke na die chroniese blootstelling aan kokaïen of amfetamien onderhou en word ten minste gedeeltelik deur die dopamien seintransduksieweg beheer (Chen et al., 1997; Nestler et al., 2001).

Die sentrale dopaminerge sisteem van jong diere is baie in vloed as gevolg van die veranderende vlakke van kritiese molekules tydens normale ontwikkeling, insluitende die dopamien D1reseptor DARPP-32 (dopamien- en cAMP-gereguleerde fosforproteïen; Mr van 32 kDa) en cAMP (Ehrlich et al., 1990;Teicher et al., 1993; Perrone-Capano et al., 1996; Tarazi et al., 1999;Andersen, 2002). Blootstelling gedurende hierdie tydperk aan psigostimulante, wat dopaminerge neurotransmissie bevorder, kan dus kwantitatief en / of kwalitatief verskillende molekulêre response tot gevolg hê, insluitende veranderinge in ΔFosB-uitdrukking. Om die hipotese te toets dat daar ouderdomsafhanklike neuroadaptiewe response tydens kroniese blootstelling aan psigostimulante is, is drie groepe muise geanaliseer in seriële eksperimente: volwassenes (60 ou by aanvang van inspuitings), periadolessent (33 ou by aanvang van inspuitings), en post-weanling (24 d oud by aanvang van inspuiting). Dit is die eerste direkte vergelyking van molekulêre neuroadaptiewe response tot chroniese psigostimulerende blootstelling in hierdie drie ouderdomsgroepe. Ons het gevind dat periadolessende muise, na identiese behandelingsparadigmas, verbeterde ΔFosB-upregulasie in reaksie op beide kokaïen en amfetamien het.

MATERIAAL EN METODES

Diere en dwelmadministrasie. Manlike CD-1-muise (Charles River Laboratories, Kingston, NY) is gehuisves op 'n 12 uur lig / donker siklus (6: 00 AM tot 6: 00 PM) met ad libitumtoegang tot kos en water. Diere is toegelaat om vir die dierkamer te akkommodeer vir 'n minimum van 10 d voor die aanvang van inspuitings. Diere is hanteer deur twee ondersoekers wat alle inspuitings in dieselfde kamer uitgevoer het waarin die diere gehuisves is. Alle diere is gespeen by 21 d van ouderdom. Inspuitings het begin by 24 (post-weanling), 33 (periadolessent), of 60 (volwasse) ouderdom. Diere het 20 mg / kg kokaïen (Sigma, St. Louis, MO), 5 mg / kg amfetamien (Sigma), of 'n gelyke volume sout intraperitoneaal tussen 4: 00 en 5: 00 PM per dag vir 7 d. Diere is doodgemaak deur deapitasie na kort blootstelling aan CO2 by 10: 00 AM op die dag na die finale inspuiting. Brein is dadelik van die skedel verwyder, en die caudate putamen en nucleus accumbens is vinnig besproei op ys. Alle disseksies is deur koronale breinskyfies deur 'n enkele ondersoeker uitgevoer, en proteïenextreksels is uit vars weefsel voorberei sonder bevriesing. Alle dierprosedures is goedgekeur deur die Institusionele Diereversorgings- en -gebruikskomitee en was in ooreenstemming met die Nasionale Instituut van Gesondheid Gids vir die versorging en gebruik van laboratoriumdiere.

Westerse vlek analise. Vir Western blot-ontledings is gelyke hoeveelhede proteïen (40 μg vir caudate putamen en 20 μg vir nucleus accumbens) van elke monster in elke baan van 'n 10% SDS-polyacrylamidegel gelaai na die meting van proteïen konsentrasies met die BCA-toets (Pierce, Rockford, IL). Gelyke proteïen laai is ook geverifieer deur visualisering van totale proteïen deur Ponceau Red na oordrag na nitrocellulose en / of blotting met anti-aktien antilichaam (1: 500; Sigma). Die Fos-verwante antigeen (FRA) antiserum, wat die ΔFosB isoforme herken, is genadiglik verskaf deur dr. M. Iadarola (National Institutes of Health, Bethesda, MD) en gebruik by 'n konsentrasie van 1: 4000. Vorige studies (Chen et al., 1997; Hiroi et al., 1997), insluitende preadsorption van die FRA antiserum met die M-peptied immunogen, het die spesifisiteit van hierdie antiserum getoon. Die DARPP-32 5a monoklonale teenliggaam, wat by 1: 10,000 gebruik is, is genereus deur Drs verskaf. Hugh Hemmings en Paul Greengard (The Rockefeller Universiteit, New York, NY). Die dopamien transporter (DAT) antilichaam was van Chemicon (Temecula, CA). Blots is gereageer met NEN-DuPont (Boston, MA) chemiluminescens stelsel en blootgestel aan film. Densitometriese waardes vir ΔFosB immunoreaktiwiteit is verkry met behulp van ScanAnalysis for Apple (Biosoft, Ferguson, MO). Statistiese betekenisvolheid is bepaal deur 'n eenrigting-ANOVA te gebruik, gevolg deur post hoc Tukey se meervoudige vergelykingstoets of 'n ongepaarde, tweesterige student t toets soos aangedui in die figuur legende. Vir die medisynebehandelingseksperimente is die analise van elke ouderdomsgroep op 'n aparte blaar uitgevoer, en daarom is elke soutgroep willekeurig 'n 100% -waarde toegeken vir vergelyking tussen ouderdomsgroepe. Vir die ontogeniese studies is monsters van alle ouderdomsgroepe saam op 'n enkele vlek geanaliseer.

RESULTATE

Induksie van ΔFosB na kokaïen en amfetamien kom voor in die kernklem van slegs periadolessende muise

Die uitdrukking van ΔFosB is gemeet in die nucleus accumbens en caudate putamen van post-weanling, periadolescent en volwasse muise na 7 d van amfetamien of kokaïenadministrasie. Die kern van die kern is die brein streek wat geglo word die mees kritiese vir die bemiddeling van die lonende effekte van psigostimulante. ΔFosB immunoreaktiwiteit (35 kDa) is selektief geïnduseer in die nukleusbuis van periadolessente diere na chroniese toediening van amfetamien (Fig. 1 A) of kokaïen (Fig. 1 B). In teenstelling hiermee is die vlakke van ΔFosB (35 kDa) nie beduidend verander in die nukleusbome van na-speen- of volwasse diere nie (Fig.1 A,B). In die caudate putamen is ΔFosB vlakke (35 kDa) ook aansienlik opreguleer nadat chroniese amfetamien toediening slegs in periadolessente diere (Fig.2 A). Al drie ouderdomsgroepe toon beduidende toenames in ΔFosB (35 kDa) uitdrukking in die caudate putamen na chroniese toediening van kokaïen (Fig.2 B). Die grootte van induksie was egter die grootste in periadolessente diere, veral in vergelyking met na-weanings (Fig. 2 B). Ander FRA- en Fos-isoforme is onveranderd in alle ouderdomsgroepe (data nie getoon nie).

Fig. 1.

ΔFosB immunoreaktiwiteit in die nukleus volg na chroniese psigostimulerende toediening. CD-1-muise is een maal daagliks met sout, amfetamien of kokaïen vir 7 d ingespuit wat begin op dag 24 (P24; na-speen), dag 33 (P33; periadolessent), of dag 60 (Volwasse). Vlakke van ΔFosB (35 kDa) -immunoreaktiwiteit in die nukleus-accumbens word getoon na chroniese amfetamien (A) of kokaïen (B) administrasie. Verteenwoordigende immunoblots uit sout- (S), amfetamien- (A), en kokaïen- (C) ingespuit post-weanling (P24), periadolessent (P33), en volwasse muise word in die boonste panele. Onderste panele toon gemiddelde ± SEM persentasie basale ΔFosB uitdrukking. n waardes vir elke groep word in die bars. Beduidende toenames in ΔFosB is gevind in die kernakkoule van slegs die periadolessentmuise. *p <0.05; **p <0.01 (student se t toets; soutwater vs dwelm).

Fig. 2.

ΔFosB immunoreaktiviteit in die caudate putamen na chroniese psigostimulerende toediening. CD-1-muise is een maal daagliks met sout, amfetamien of kokaïen vir 7 d ingespuit wat begin op dag 24 (P24; na-speen), dag 33 (P33; periadolessent), of dag 60 (Volwasse). Vlakke van ΔFosB (35 kDa) immunoreaktiwiteit in die caudate putamen word getoon na chroniese amfetamien (A) of kokaïen (B) administrasie. Verteenwoordigende immunoblots uit sout- (S), amfetamien- (A), en kokaïen- (C) inspuitende periadolessende muise (P33) word in dieboonste panele. Onderste panele toon gemiddelde ± SEM persentasie basale ΔFosB uitdrukking. n waardes vir elke groep word in die bars. Beduidende amfetamien-geïnduceerde toenames in ΔFosB immunoreaktiwiteit is gevind in die caudate putamen van slegs periadolessende muise (A). Chroniese kokaïenadministrasie het toenames in ΔFosB in al drie ouderdomsgroepe opgelewer (B). *p <0.05; **p <0.01 (student se t toets; soutwater vs dwelm).

DAT- en DARPP-32-vlakke word nie na chroniese kokaïen of amfetamien verander nie

Verskeie sleutelmolekules uitgedruk deur dopaminerge en / of dopaminoceptiewe neurone, insluitend DARPP-32, die D1 dopamienreseptor, en DAT, dra by tot akute en chroniese reaksies op psigostimulante (Moratalla et al., 1996; Fienberg et al., 1998; Sora et al., 1998; Gainetdinov et al., 2001). Data van DARPP-32, D1 reseptor, en DAT null en DAT knock-down muise dui op 'n ingewikkelde verhouding tussen hul vlakke, die regulering van dopaminerge aktiwiteit, en antwoorde op psigostimulante. Trouens, ΔFosB induksie kom nie voor in DARPP-32 nulmuise wat chroniese kokaïen ontvang (Fienberg et al., 1998). By volwasse muise verander 7 d blootstelling aan 20 mg / kg kokaïen egter nie die totale vlakke van DARPP-32 nie (Fienberg et al., 1998). DAT proteïenregulering is nie voorheen in muise wat chronies aan psigostimulante blootgestel is, gerapporteer nie, alhoewel veranderinge in radioligand bindend aan die dopamien vervoerder na blootstelling aan psigostimulante in sommige spesies gerapporteer is (Letchworth et al., 2001). Hier het ons die vlakke van DARPP-32 en DAT proteïen gemeet om te bepaal of die uitdrukking van hierdie proteïene verander word na chroniese psigostimulerende toediening in enige van die drie ouderdomme muise. Ons bevindinge dui daarop dat daar geen beduidende veranderinge in die vlakke van totale DARPP-32 of DAT in die hele caudate putamen of nucleus was ná die chroniese toediening van óf kokaïen of amfetamien in enige van die drie ouderdomsgroepe nie (tabel 1).

Tabel 1.

Relatiewe densitometrie waardes vir DARPP-32 en DAT in amfetamien- en kokaïenbehandelde P24-, P33- en volwasse muise relatief tot beheer, soutwaardes, willekeurig ingestel op 100%

Basislynvlakke van ΔFosB is ontwikkelingsreguleer

Ons het die ontogenie van ΔFosB ondersoek, omdat volwasse muise met geneties gemanipuleerde verhoogde uitdrukking van ΔFosB in die striatum 'n verhoogde gedragsreaksie het op psigostimulante (Kelz et al., 1999). Ons het gevind dat die basislynvlakke van ΔFosB aansienlik laer was in jonger diere in vergelyking met die volwasse in beide die caudate putamen en die nucleus accumbens (Fig.3 A). Vlakke van funksionele merkers van die dopamienstelsel, insluitende DARPP-32 (Ehrlich et al., 1990), DAT (Perrone-Capano et al., 1996), en dopamienreseptore (Teicher et al., 1993; Tarazi et al., 1999) is ook ontwikkelingsreguleer. Vorige verslae in CD-1-muise dui op 'n piek in striatale DARPP-32 op postnatale dag 28 (P28) (Ehrlich et al., 1990). In rat caudate putamen en nucleus accumbens, D1reseptor vlakke piek van P28 na P40 (Teicher et al., 1993; Tarazi et al., 1999), maar soortgelyke studies is nie in die muis uitgevoer nie. In teenstelling hiermee het ons gevind dat DAT proteïenvlakke in die caudate putamen en nucleus accumbens konstant was tussen die postnatale dag 24 en volwassenheid (Fig. 3 B). Dus, die relatiewe verhoudings tussen D1 reseptore, DAT, DARPP-32, en ΔFosB verskil tussen ouderdomsgroepe, wat moontlik tot verskille in D lei1 reseptor aktiwiteit wat die graad van ΔFosB induksie kan beïnvloed.

Fig. 3.

Ontwikkelingsuitdrukking van ΔFosB en DAT. A, ΔFosB (35-37 kDa) immunoreaktiwiteit in die caudate putamen en nucleus accumbens van naïef CD-1 muise as 'n funksie van ouderdom. Verteenwoordigende immunoblots word in die boonste panele.Onderste panele toon beteken ± SEM van drie muise per groep. *p <0.05, volwasse versus P24; #p <0.05, volwasse versus P36 (Tukey se meervoudige vergelykingstoets na ANOVA). B, Densitometriese waardes van DAT immunoreaktiwiteit in die caudate putamen en nukleus accumbens vir naïef CD-1 muise as 'n funksie van ouderdom. Vlakke van DAT verskil nie onder die drie ouderdomsgroepe nie.

BESPREKING

Gedragseffekte van psigomotoriese stimulante is ouderdomsafhanklik. Verslawende tendense is die hoogste in adolessensie, wanneer die gebruik van onwettige stowwe eskaleer (Estroff et al., 1989; Myers en Anderson, 1991). Trouens, jonger kinders word dikwels dysfories wanneer hulle blootgestel word aan psigostimulante, terwyl adolessente en volwassenes euforie ervaar (Rapoport et al., 1980). By knaagdiermodelle dui sommige studies daarop dat periadolessente diere hoër basislynvlakke van aktiwiteit het (Spies en Rem, 1983) en veranderde reaksies op psigostimulante relatief tot jonger en ouer diere. So, hulle toon minder lokomotoriese stimulasie en nuwigheid soek in reaksie op akute lae dosis toediening van psigostimulante relatief tot speen- en volwasse diere, maar verhoogde hiperaktiwiteit na hoë dosis behandeling. Met chroniese toediening is sensitiwiteit vir kokaïen-geïnduceerde bewegings groter by periadolessente rotte in vergelyking met volwassenes, terwyl sensibilisering tot stereotipie laer is. Ook het mikrodialise-data verskille tussen periadolessent en volwasse rotte geopenbaar ten opsigte van sensitiwiteit vir amfetamien-geïnduseerde dopamien vrystelling (Laviola et al., 1995; Adriani et al., 1998; Adriani en Laviola, 2000;Laviola et al., 2001). Daar is egter teenstrydige studies oor die langtermyn-reaktiwiteit van kokaïen na metielfenidaatadministrasie by adolessente rotte (Brandon et al., 2001; Andersen et al., 2002). Hierdie laaste twee verslae dui op die moeilikheid om studies te vergelyk wanneer verskillende eksperimentele paradigmas gebruik word. Pogings om gedragsstudies by jonger diere te vergelyk, word verder beskaamd deur gebruik te maak van verskillende spesies en stamme.

Die muis word 'n toenemend belangrike diermodel in die studie van die gebruik en misbruik van psigostimulante. Dit is die eerste sistematiese analise van molekulêre neuroadaptiewe response in drie verskillende ontwikkelingsdae in die muis of enige enkele enkele spesie. Vorige studies waaruit ons behandelingsparadigmas afgelei het, het 'n toename in ΔFosB aangetoon in die geïsoleerde dorsale en ventrale striatum van wilde-tipe volwasse rotte na chroniese kokaïen- en amfetamienadministrasie (Hoop et al., 1994; Nye et al., 1995; Turge et al., 1997), maar slegs in die gekombineerde dorsale en ventrale striatum of geïsoleerde dorsale striatum van wilde-tipe volwasse muise na chroniese kokaïen (Fienberg et al., 1998; Zachariou et al., 2001).

Ons demonstreer nou 'n ruimtelike en kwantitatiewe verskil in psigostimulerende-geïnduseerde ΔFosB in na-speen-, periadolessent- en volwasse muise. Die waarneming van 'n verhoogde respons in die periadolessente diere in vergelyking met volwassenes en na-weanings word versterk deur die feit dat die respons soortgelyk is aan kokaïen- en amfetamienbehandelde muise. Die psigostimulante kokaïen en amfetamien verhoog beide sinaptiese dopamien, sowel as serotonien en norepinefrien, maar deur verskillende meganismes. Kokaïen bind aan die plasmalemtransporteurs vir dopamien-, serotonien- en norepinefrien en inhibeer hul heropname in presynaptiese terminale. In teenstelling hiermee bevorder amfetamien die vrystelling van hierdie transmitters. Die selektiewe induksie van ΔFosB in die nucleus accumbens van slegs die periadolessentale groep na 7 d van stimulante toediening en die relatief verhoogde induksie van ΔFosB in die caudate putamen kan 'n neurobiologiese voorstelling wees of die oorsaak van die voorheen aangetoonde toename in die gebruik van psigostimulante in hierdie ouderdomsgroep (Estroff et al., 1989; Myers en Anderson, 1991) en ander langtermyn veranderinge in geenuitdrukking, wat verskil tussen ouderdomsgroepe (Andersen et al., 2002). Daarbenewens kan hierdie verskille intrinsiek gereguleer word deur ontwikkelingsveranderings in vlakke van sleutelmolekules, insluitende ΔFosB self. Die potensiële implikasies van verskille in basislynvlakke van ΔFosB tussen ouderdomsgroepe is analoog aan die voorgestelde verskille tussen rotstamme (Haile et al., 2001). Trouens, ons verwag dat soortgelyke spanningverskille onder ingeteelde muise voorkom. Dit is ook moontlik dat muise van verskillende ouderdomme verskillende molekulêre aanpassings in ander dele van die brein sal toon as die kernklem. Addisionele analise deur gebruik te maak van periadolessende muise met geneties gemanipuleerde veranderinge in vlakke van sleutelmolekules en gelyktydige gedragswaarnemings sal hierdie hipoteses verder toets.

voetnote

    • Ontvang April 8, 2002.
    • Hersiening ontvang Augustus 6, 2002.
    • aanvaar Augustus 8, 2002.
  • Hierdie werk is ondersteun deur die Nasionale Instituut van Gesondheid / Nasionale Instituut vir Neurologiese Stoornisse en Stroke Grant NS41871 (MEE en EMU) en Nasionale Instituut vir Dwelmmisbruik Grant P30-DA13429 (EMU).

  • Korrespondensie moet gerig word aan dr. Michelle E. Ehrlich, Thomas Jefferson Universiteit, Curtis 310, 1025 Walnutstraat, Philadelphia, PA 19107. E-pos: [e-pos beskerm].

Verwysings

Artikels wat verwys na hierdie artikel