Optogenetika onthul 'n rol vir akkumulale medium stekel neurone wat dopamien D2 reseptore uitdruk in kokaïen-geïnduseerde gedrags sensitiwasie (2014)

Spring na:

Abstract

Langdurige, dwelmgeïnduceerde aanpassings binne die nucleus accumbens (NAc) is voorgestel om by te dra tot dwelm gemedieerde verslawende gedrag. Hier het ons gebruik gemaak van 'n optogenetiese benadering om die rol van NAc medium spiny neurons (MSNs) te ondersoek wat dopamien D2 reseptore (D2Rs) in kokaïengeïnduceerde gedrags sensitiwiteit uitdruk. Adeno-geassosieerde virusvektore wat kodering vir kanaalrhodopsin-2 (ChR2) koder, is in die NAc van D2R-Cre transgeniese muise afgelewer. Dit het ons toegelaat om selektief D2R-MSNs in NAc te fotostimuleer. D2R-MSNs vorm plaaslike inhibitiewe stroombane, omdat fotostimulasie van D2R-MSN inhibeerende postsynaptiese strome (IPSCs) in naburige MSN's veroorsaak het. Fotostimulasie van NAc D2R-MSN in vivo geraak het nie die inisiasie of die uitdrukking van kokaïen-geïnduceerde gedrag sensibilisering. Fotostimulasie tydens die dwelm-onttrekkingstydperk het egter die uitdrukking van kokaïen-geïnduseerde gedragsensensitiasie verswak. Hierdie resultate toon dat D2R-MSN's van NAc 'n sleutelrol speel in onttrekking-geïnduseerde plastisiteit en kan bydra tot terugval na die staking van dwelmmisbruik.

sleutelwoorde: optogenetika, medium stekel neurone, dopamien D2 reseptore, kokaïen, dwelmverslawing

Inleiding

Dopamien (DA) sein word geassosieer met beloningsverwagting en doelgerigte gedrag (wyse, 2004; Gaan en genade, 2005; Berridge, 2007). Een van die bekende patologieë van dopaminerge versteurings is dwelmverslawing (Robinson and Berridge, 1993, 2003). Na herhaalde blootstelling aan verslawende stowwe vind aanpassings op die molekulêre en sellulêre vlak plaas in die DA-mesolimbiese baan; Dit kan lei tot dwelmafhanklikheid, wat 'n chroniese, herlewende wanorde is waarin kompulsiewe dwelm-soekende en dwelmopname-gedrag voortduur ten spyte van hul ernstige negatiewe gevolge (Thomas et al., 2008; Baik, 2013). Karakterisering van die veranderinge wat plaasvind in die mesolimbiese dopaminerge sisteem is dus die sleutel tot die begrip van dwelmverslawing.

Dopamien D1-reseptore (D1R) en D2-reseptore (D2R) word hoogs uitgedruk in die medium stekel neurone (MSNs) van die striatum. Daar is voorgestel dat langdurige dwelmgeïnduceerde aanpassings in die ventrale striatum, beter bekend as die nucleus accumbens (NAc), bydra tot die ontwikkeling van verslawing sowel as dwelm-soek en terugval gedrag (Lobo en Nestler, 2011; Smith et al., 2013). Dopaminerge selliggame uit die ventrale tegmentale area besit meestal die NAc. Meer as 95% van die selle binne die NAc is MSNs, wat opwindende insette van vier hoofbreinstreke ontvang: die prefrontale korteks, die ventrale subikulum van die hippokampus, die basolaterale amygdala en die thalamus (Sesack and Grace, 2010; Lüscher en Malenka, 2011). MSN's binne die NAc kan verdeel word in twee hoof subpopulasies: direkte pad MSNs wat D1Rs uitdruk en direk na midbrain DA gebiede, en indirekte pad MSNs wat D2Rs uitdruk en projekteer na die ventrale pallidum (Kreitzer en Malenka, 2008; Sesack and Grace, 2010; Lüscher en Malenka, 2011; Smith et al., 2013). Omdat MSN GABAergic is, sal die aktivering van MSN neurone hul stroomafwaartse teikens inhibeer wat ook GABAergic (Chevalier en Deniau, 1990). Daarom sal die aktivering van D1R-MSNs die middelbrein DA neurone opwek, wat dan bydra tot die regulering van beloningsverwante gedrag (Lüscher en Malenka, 2011; Bocklisch et al., 2013).

Onlangse studies wat gebruik maak van geneties gemanipuleerde muise wat Cre rekombinase op 'n sel-tipe spesifieke manier uitdruk, het verskillende rolle vir D1R-MSNs en D2R-MSNs in die gedrag van kokaïenverslawing geopenbaar. Sulke muise stel genetiese teikening in vir spesifieke gifstowwe, optogenetiese sonde of DREADD (ontwerper reseptore wat uitsluitlik deur 'n ontwerper dwelm geaktiveer word) om D1R-MSN of D2R-MSN selektief te manipuleer. Hierdie benadering het gelei tot 'n mate van konsensus oor die rol van MSNs in verslawende gedrag: D1R-MSNs bevorder blykbaar verslawende gedrag, terwyl geen spesifieke rol (of 'n inhibitiewe rol) in die ontwikkeling van dwelmgeïnduceerde verslawende gedrag vir D2R-MSNs voorgestel is nie. (Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011; Bock et al., 2013). Kokaïenblootstelling veroorsaak skynbaar sinaptiese modifikasie en veranderinge in geen-uitdrukking in beide MSN populasies (Lobo et al., 2010; Lobo en Nestler, 2011; Grueter et al., 2013). Alhoewel dit blyk dat D1R-MSNs en D2R-MSNs teenstrydige rolle speel in kokaïen-gemedieerde verslawende gedrag, is die presiese rol van D2R-MSNs nie duidelik nie.

Voorheen is aangetoon dat D2R knockout (KO) muise normale kokaïen-gemedieerde gedrags sensibilisering en kokaïen-soekende gedrag toon, met slegs 'n geringe afname in sensitiwiteit wat veroorsaak word deur die afwesigheid van D2R (Baik et al. 1995; Chausmer et al., 2002; Sim et al., 2013). Die blootstelling aan stres tydens die onttrekking van medisyne onderdruk egter die uitdrukking van kokaïen-geïnduseerde gedrags sensitiwiteit asook kokaïen-soek en terugval gedrag in D2R KO muise (Sim et al., 2013). Spesifieke knock-down van D2R in die NAc beïnvloed nie basale lokomotoriese aktiwiteit of kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie nie, maar verleen die vermoë van stres om die uitdrukking van kokaïen-geïnduseerde gedragsensensitiasie te inhibeer (Sim et al., 2013). Hierdie bevindings stel sterk voor dat blokkade van D2R in die NAc nie kokaïen-gemedieerde gedragsensensitiasie voorkom nie. Dit blyk eerder dat D2R in die NAc 'n duidelike rol speel in die regulering van die stres-geaktiveerde sinaptiese veranderinge tydens onttrekking wat lei tot 'n toename in kokaïen-soek en terugval gedrag (Sim et al., 2013).

Hier het ons optogenetika gebruik om die rol van NAc D2R-MSNs in kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie verder te evalueer. Met behulp van brein snye, vind ons dat fotostimulasie van D2R-MSNs plaaslike inhibitiewe stroombane binne NAc met naburige MSN's aktiveer. Fotostimulasie van NAc D2R-MSNs in vivo beïnvloed nie die inisiasie of die uitdrukking van kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie nie. Herhalende aktivering van NAc D2R-MSNs tydens die onttrekkingsperiode van dwelmmiddels verminder egter kokaïen-geïnduseerde verslawende gedrag. Ons resultate toon dat D2R-MSN's van NAc 'n sleutelrol speel in onttrekking-geïnduseerde plastisiteit en kan bydra tot terugval na die staking van dwelmmisbruik.

Materiaal en metodes

Muise

D2-Cre BAC transgeniese muise op 'n C57Bl / 6 agtergrond is verkry uit MMRRC (Mutant Mouse Regional Resource Centers, B6.FVB (Cg) -Tg (Drd2-cre) ER44Gsat / Mmucd). In gedragseksperimente is littermates wat die D2-Cre transgen ontbreek, gebruik as kontroles vir die D2-Cre muise. Muise is in 'n spesifieke patogeenvrye versperringsfasiliteit onder konstante toestande van temperatuur en humiditeit gehandhaaf, en op 'n 12-h-lig, 12-h donker skedule. Veesorg en hantering is uitgevoer ooreenkomstig die standaarde wat deur die Institusionele Diereversorgings- en Gebruikskomitees van die Koreaanse Universiteit en KIST goedgekeur is.

Virusvektor voorbereiding

pAAV-EF1a-DIO-hChR2 (H134R) -EYFP-WPRE is mildelik verskaf deur Karl Deisseroth (Stanford Univ.). Vir die voorbereiding van AAV is HEK293T selle gekweek in DMEM media met antibiotika en FBS. Die dag voor transfeksie is vier plate buite 90% -samestelling van 10-cm-skottels op vyf 15-cm-skottelgoed geplateer en vir 18-22 h of 60 tot 70% -byeenkoms geïncubeer. HEK293T-selle is getransfecteer met pAAV-DIO-ChR2-EYFP, pAAV-DJ en pHelper met behulp van jetPEI-transfeksie-reagens (QBiogene). Die DNA / DMEM / PEI-skemerkelkie is gevorteer en by kamertemperatuur vir 20 min geïnkubeer. Na inkubasie is die transfeksiemengsel by elke 15 cm-skottel gevoeg. Transfekteerde selle is na transfeksie geoes 48 h en geïnkubeer met 0.5% natrium deoksikolaat (Sigma, D6750) en 50 eenhede / ml benzonase nuklease (Sigma; E1014) by 37 ° C vir 1 h. Na die verwydering van sellulêre afval deur sentrifugering by 3000 × g vir 15 min, is die supernatant deur 'n 0.45 mm PVDF filter (Millipore) gefiltreer. Suiwering van AAV-DJ deeltjies is uitgevoer met behulp van HiTrap heparine affiniteit kolomme (GE Healthcare). Vir die konsentrasie van AAV is Amicon ultra-15 sentrifugale filter eenhede met 'n 100,000 molekulêre gewig cutoff gebruik. Gekonsentreerde virus gesaloteer en gevries vir berging by -80 ° C. Die finale viruskonsentrasies was 3 ~ 6 × 1012 virusdeeltjies per ml vir elke AAV.

Stereotaxiese inspuiting en optiese veselplasing

Diere is verdoof deur ip-inspuitings van 1.6 µl Zoletil en 0.05 µl xylazine (Rompun, Bayer) per gram liggaamsgewig en in 'n stereotaksiese apparaat geplaas (David Kopf Instruments, Tujunga, CA). Vir die inspuiting van virusse is 'n 31-spuitnaald gebruik om 2 µl virus bilateraal in NAc in te vul teen 'n hoek van 0 ° (AP +1.7; ML ± 1.3; DV -4.5) teen 'n snelheid van 0.1 ul / min. Die naald is ná inspuiting vir 10 minute gelaat voordat dit stadig onttrek is. Die veseloptiese kanule vir inplanting het bestaan ​​uit 'n zirkoniumdopring (1.25 mm in deursnee en 4.5 mm lank) en 'n plat punt van 'n optiese vesel (200 µm in deursnee). Die inplanting van die veseloptiese kanule in NAc vir verligting van D2-MSN's is onmiddellik na die inspuiting van virusse uitgevoer. Die koördinate vir die inplanting van die veseloptiese kanule was 'n hoek van 0 ° (AP +1.7; ML ± 1.35; DV -4.2) vir die fokus van NAc. Om die optiese vesel te anker, is twee skroewe in die skedel vasgesteek aan die agterkant van die inplantingsplek van die veseloptiese kanule. Om die veseloptiese kanule op die skedel vas te maak, is C&B Superbond (Sun Medical) op die oppervlak van die skedel rondom die basis van die kanule aangebring. Nadat die C&B Superbond verhard het, is die kanule van die houer vrygelaat en is tandheelkundige sement (Poly-F, Dentsply) rondom die kanule en skroewe aangebring. Om die insnyding rondom die kanuleerplek te sluit, is Vetbond-weefselkleefmiddel (3 M, 7003449) gebruik. Na inplanting is muise vir 5 opeenvolgende dae onderhuidse inspuiting gegee van antibiotika (Enrofloxacin, 12 mg / kg, q 5 uur) en pynstillende (Carprofen, 24 mg / kg, q 3 uur).

In vivo photostimulation

'N 200 μm pleister koord is aan die eksterne gedeelte van die chronies inplantbare optiese vesel gekoppel met 'n mou. Optiese vesels is aangeheg deur 'n FC / PC-adapter aan 'n blou laserdiode (473 nm, MBL-III 473-150 mW) en ligpulse is gegenereer deur 'n stimulator (BNC 575). Vir fotostimulasie van ChR2-uitdrukkende neurone was die stimulasieparadigma 20 Hz frekwensie, 5 ms-polsduur en 2-5 mW van ligkrag. Ligte krag wat uit die patch koord uitgereik is, is gemeet met 'n kragmeter (PM100D) met 'n S121C ligsensor.

Gedragsontleding

Gedragseksperimente is uitgevoer met manlike D2-Cre-muise by 11-13 weke oud, met die uitsondering van muise onderworpe aan elektrofisiologiese analise wat 5-6 weke oud was. Ouderdomspas D2-Cre en Cre negatiewe beheermuise is met virus ingespuit en individueel gehuisves en toegelaat om aan die kooi te akklimatiseer tot die gedragstoets. Vir elke manipulasie is muise voor die aanvang van die eksperiment na die eksperimentele kamer 60 min oorgedra om wakker te word en spanning te verminder (helderheid van die eksperimentele kamer was 70 lux). Elke eksperimentele apparaat is skoongemaak met 70% etanol tussen eksperimente om enige moontlike reukwyses te verwyder.

Kokaïen sensitiwasie

Vir die aanvang van kokaïen sensibilisering, is muise gewoond aan soutinjecties (ip) vir 3 opeenvolgende dae en dan ingespuit met sout of kokaïen (15 mg kg-1, ip) vir 5 opeenvolgende dae. Muise is intraperitoneaal (ip) ingespuit met óf kokaïenhidrochloried (Johnson Mattney, Edinburgh, Verenigde Koninkryk) opgelos in sout (0.9% NaCl) of sout met 'n 30 G-naald. Onmiddellik na elke inspuiting is muise getoets vir horisontale lokomotoriese aktiwiteit in 'n oop veldkamer vir 30 min. Vir die meting van die effek van fotostimulasie op die inisiasie en uitdrukking van sensitiwasie (Figuur (Figuurâ € <â € <â € <5), 5), was muise blou ligte verligting bilateraal deur dubbele vesel-optiese pleisterkoorde op die NAc vir vier 3-min periodes tydens 30-min sessies in tuishokke. Patch toue van die vesel-optiese kanule wat op die muisskedel geleë is, is verwyder en muise is ten minste 10 min rus gegee. Muise is dan met of kokaïen of sout (coc 1d-coc 5d) ingespuit. Na die aanvang van sensibilisering is kokaïen vir 14 dae onttrek sonder enige inspuiting van sout. Gedurende hierdie onttrekkingstydperk is geen fotostimulasie toegepas nie. Die uitdrukking van gedrags sensibilisering vir kokaïen is dan bepaal deur die inspuiting van 'n uitdagingsdosis van die geneesmiddel (10 mg kg-1, ip) na fotostimulasie van die NAc soos geïllustreer in Figuur Figure5A.5A. Om die effek van fotostimulasie gedurende die kokaïen-onttrekkingstydperk te meet (Figuur (Figure6), 6), muise is onderworpe aan dieselfde protokol vir sensitiwiteit soos hierbo beskryf (vir Figuur Figure5) 5) behalwe fotostimulasie is gegee. Na die aanvang van kokaïen sensibilisering, is fotostimulasie daagliks toegepas op die NAc vir 1 h gedurende die totale onttrekkingstydperk van 14 dae. Na 14 dae van onttrekking, is alle groepe muise ingespuit met die uitdaging dosis kokaïen, (10 mg kg-1).

Figuur 1 

Selektiewe fotostimulasie van medium-stekelneurone in kernklemme. (A) Selektiewe uitdrukking van ChR2 in NAc D2R neurone deur die lewering van AAV-DIO-ChR2-EYFP virusvektore. skaal bars: agtergrond figuur, 1 mm: voeg, 200 μm. (B) Konfokale beelde ...
Figuur 2 

Fotostimulasie van D2RCre-MSNs dryf plaaslike inhibitiewe stroombane. (A) Konfokale beeld van 'n lewendige NAc-sny, met 'n kleurstof-gevulde neuron wat nie ChR2 en 'n naburige sel (arrowhead) uitdruk wat ChR2 uitgedruk het nie en wat gefotostimuleer kon word. (B) IPSC ...
Figuur 3 

Eienskappe van NAc selle. (A) Twee-foton fluorescentie beeld van neurone gevul met Alexa 594. (A1) toon 'n neuron uit die ChR2 + / AP groep, terwyl (A3) toon 'n neuron uit die ChR2- / IPSC-groep. (A2) en (A4) is hoëvergroting beelde van die ...
Figuur 4 

Effekte van in-vivo optogenetiese aktivering van D2-MSNs in NAc op basale lokomotoriese aktiwiteit. (A) Sagittale aansig van D2 Cre muise ingespuit by die NAc met AAV-DIO-ChR2-EYFP gevolg deur bilaterale inplanting van veseloptiese kanul. 473 nm blou lig stimulasie ...
Figuur 5 

Effekte van aktivering van D2-MSN tydens sensibilisering tot kokaïen. (A) Eksperimentele skema vir foto-stimulering van D2-MSNs tydens inisiasie en uitdrukking van sensitiwiteit vir kokaïen. Blou lig verligting (2 ~ 5 mW, 5 ms, 20 Hz) is vir vier aflewerings gelewer. ...
Figuur 6 

Effekte van aktivering van D2-MSN tydens onttrekking tot herhaalde kokaïenblootstelling. (A) Eksperimentele skema vir foto-stimulering van D2-MSNs tydens onttrekking aan kokaïen. Blou lig verligting (2 ~ 5 mW, 5 ms, 20 Hz) is vir agt 3-min periodes afgelewer. ...

Immunofluorescensie en konfokale lasermikroskopie

Vir immunofluorescensie is muise verdovende met Zoletil (Virbac, 1.6 μl / g, intraperitoneally) en 0.05 μl / g Rompun (Bayer) en perfuse met filtergesteriliseerde 0.1 M PBS gevolg deur fiksasie met 4% paraformaldehied / PBS-oplossing (Sigma). Die brein is dan verwyder en vir 4 h vasgemaak met yskoue fixatief soos hierbo. Die brein is dan uitgedroog in 30% sucrose / 0.1 M PBS vir 2 dae. Hersiene is dan gevries en 40-μm-dik agtereenvolgende koronale afdelings is op 'n cryostaat (Leica CM 1900, Duitsland) voorberei. Seksies (40 μm) is geblokkeer vir 1 h in 0.1 M PBS wat 5% normale boksserum en 0.2% Triton X-100 bevat en geïnokubeer met konyn polyklonale anti-D2R (1: 500, Millipore, AB5084P) by 4 ° C oornag. Na wassing met PBS wat 0.2% Triton X-100 bevat, is monsters by RT vir 1 h geïnkubeer met Alexa Fluor 568 bok-anti-konyn IgG (1: 500; Molekulêre Probes, Eugene, OF, VSA) en 0.2 μl / ml 4, 6-diamidino-2-fenielindool HCl (DAPI, Sigma, St. Louis, MO, VSA) in PBS wat 1% normale bokserum en 0.2% Triton X-100 bevat. As 'n negatiewe beheer is monsters slegs met DAPI en die sekondêre teenliggaam geïnkubeer. Afdelings is ondersoek op 'n C1-plan Apo × 40 / 1.4 water-konfokale laserskanderingstelsel (LSM 700, Zeiss, Berlyn, Duitsland).

Elektrofisiologie en fotostimulasie in kernklemme

Muise is vir eksperimente 4 weke na virusinjectie gebruik om optimale uitdrukking van ChR2-EYFP te behaal. Muise is dan verdoof en deurgesit vir die voorbereiding van akute breinskyfies. Die brein is vinnig verwyder en onmiddellik in yskoue snyoplossing geplaas wat (in mM) 250 Sukrose, 26 NaHCO3, 10 D-glukose, 3 Myo-inositol, 2.5 KCl, 2 Na-pirovaat, 1.25 NaH2PO4, 0.5 Askorbiensuur, 1 Kynurensuur en 7 MgCl2 wat met 95% O geborrel is2/ 5% CO2 (pH = 7.4). Koronale breinskywe (250 μm dik) wat die NAc bevat, is voorberei met behulp van 'n vibratoom (Leica VT 1200 S) en is dan geïnkubeer in gasseerde kunsmatige serebrospinale vloeistof (ACSF) wat (in mM) bevat: 11 D-glukose, 125 NaCl, 25 NaHCO3, 1.25 NaH2PO4, 2.5 KCl, 1.25 MgCl2 en 2.5 CaCl2 by 34 ° C vir 1 h voor opname. Plakke is dan oorgedra na 'n submersie opname kamer waarin O2-versadigde ACSF oplossing is voortdurend superfused. Selle in NAc en VTA is met behulp van 'n 2-fotonmikroskoop (Olympus FV1000 MPE, Tokio, Japan) toegerus met 'n 25X-waterdempingslens en infrarooi DIC-optika. Hele-sel patch klem opnames is verkry van NAc selle met 'n Multiclamp 700B versterker en Digidata 1440A digitalizer (Molecular Devices, LLC). Data is gemonster met behulp van pCLAMP 10.2 sagteware en verder ontleed met behulp van Clampfit 10.2 sagteware (Molecular Devices, LLC). Patchelektrodes met weerstand tussen 3-5 MΩ is gevul met 'n interne oplossing wat (in mM) bevat: 130 K-glukonaat, 2 NaCl, 2 MgCl2, 20 HEPES, 4 Na2ATP, 0.4 Na3GTP, 0.5 EGTA en 10 Na2- fosfokreatien, met pH aangepas op 7.3 met behulp van 1 N KOH. Bicuculline (10 µM) is in 'n subset eksperimente op die breinskyf toegedien om GABA-reseptore te blokkeer.

NAc-selle wat ChR2-EYFP uitdruk, is gefotostimuleer deur 'n LED-ligbron (460 ± 27 nm, UHP-Mic-LED-460, Prizmatix). Blou lig van die LED is verder gefiltreer en gedemp deur 'n filterkubus wat toegerus is met 'n uitwissingsfilter (470-495 nm); flitse van lig (10 ms duur, 0.0366-0.354 mW / mm2) is via die 25X objektiewe lens by die frekwensie van 5-40 Hz aan die breinsegment gelewer. In 'n deelversameling van eksperimente is fotokoerse gemeet in ChR2-uitdrukkende selle in reaksie op 2 se duur ligflitse.

Statistiese analise

Data word aangebied as middel ± sem en is geanaliseer met die twee-ster-student ttoets, of met tweerigtinganalise van variansie, gevolg deur Bonferroni's post hoc toets. A P-waarde van <0.05 is as statisties beduidend beskou.

Results

Selektiewe fotostimulasie van medium-stekelneurone in kernklemme

Om die rol van NAc D2R-MSNs in kokaïen-gemedieerde verslawende gedrag te bepaal, het ons 'n optogenetiese benadering gebruik om NAc D2R neurone te stimuleer. Vir die selektiewe beheer van die aktiwiteit van D2R-MSNs in NAc deur lig, is virale vektore wat AAV-DIO-ChR2-EYFP koder, stereotaksies ingespuit in die NAc van D2R-Cre BAC transgeniese muise. 4 weke na virale inspuiting, is sterk uitdrukking van ChR2-EYFP waargeneem in die NAc (Figuur (Figure1A) .1A). Die spesifisiteit van ChR2 uitdrukking in D2R-MSNs is bevestig deur immunofluorescens-konfokale analise: die uitdrukking van YFP-gemerkte ChR2 is saamgeplaas met D2R in NAc (Figuur (Figure1B), 1B), wat daarop dui dat ChR2 uitgedruk word in D2R-uitdrukkende neurone in NAc.

Alhoewel so 'n benadering in ander studies gebruik is (bv. Lobo et al., 2010), sal die besonderhede van virusinspuitprosedures wissel van een laboratorium na 'n ander, wat dit belangrik maak om optogenetiese beheer onder ons spesifieke eksperimentele toestande te dokumenteer. Ons het die funksionele uitdrukking van ChR2 beoordeel deur heel-sel-patch-opnames van MSN's in NAc snye te maak. MSN's is geïdentifiseer deur: (1) 'n relatief hiperpolariseerde resiemembraanpotensiaal (RMP), tipies meer negatief as -80 mV; (2) 'n gereelde patroon van AP-vuur in reaksie op toegepaste stroomimpulse; (3) lang latensie om die eerste AP tydens 'n stroompuls te skiet; (4) afwesigheid van 'n spanning "sag" tydens hiperpolarisasie wat veroorsaak word deur 'n hiperpolarisasie-geaktiveerde katioonstroom (Ih); en (5) relatief klein grootte van hul selliggame (Chang and Kitai, 1985; O'Donnell en Grace, 1993; Le Moine en Bloch, 1996; Taverna et al., 2008). Blou lig (470 nm) is oor die hele sieningsveld toegepas (0.78 mm2) terwyl die MSN's spanningsklem op 'n houpotensiaal van -69 mV. Sommige MSN'e het ChR2 uitgedruk, duidelik as YFP fluorescensie in hul somata (pyle in figure 1C1, C3). Sulke neurone het aansienlike fotokoerse vertoon, met helderder ligstimulasies wat groter fotokoerse uitlok (Figuur (Figure1D) .1D). Die verwantskap tussen piekfotostroom amplitude en ligintensiteit (Figuur (Figure1E) 1E) het 'n half-maksimum liggevoeligheid van 0.054 ± 0.0023 mW / mm2 en 'n maksimum piek amplitude van 1.16 ± 0.16 nA (gemiddelde ± sem, n = 4).

Onder huidige klamptoestande het MSR's wat ChR2 uitgedruk, APs betroubaar geaktiveer in reaksie op treine van ligimpulse (10 ms-duur; Figuur Figure1F) .1F). Onder hierdie toestande het ligintensiteite groter as 0.1 mW / mm2 was voldoende om AP's op te roep (Figuur (Figure1G, 1G, n = 5). GP's is betroubaar toegewys aan fotostimulasie frekwensies tot 20 Hz, terwyl by 40 Hz die lig-geïnduseerde reaksies opgesom het om 'n volgehoue ​​depolarisasie te veroorsaak wat minder effektief was om AP's uit te daag (Fig. 1F, G).

Fotostimulasie van D2R-MSNs dryf plaaslike inhibitiewe stroombane

Om die gevolge van D2R-MSN se aktiwiteite op plaaslike kringe in NAc te ondersoek, het ons fotostimulere presynaptiese MSN wat ChR2 uitgedruk het tydens die meet van postsynaptiese response in ChR2-negatiewe MSNs (Figuur (Figure2A) .2A). Die neuron wat in Figuur getoon word Figure2A2A spreek nie ChR2 uit nie, soos aangedui deur die afwesigheid van EYFP fluorescensie sowel as die afwesigheid van kortlatende fotostrome soos dié wat in Figuur getoon word. Figure1D.1D. Wanneer die postsynaptiese MSNs egter as 'n potensiaal van -69 mV gehou word, het 10 ms-duur lig flitse opwaartse stromings veroorsaak na 'n latensie van 9.0 ± 0.42 ms (Figuur (Figure2B, 2B, n = 15). Om die aard van hierdie response te bepaal, was die postsynaptiese membraanpotensiaal tussen -99 mV tot -39 mV, terwyl 'n ligflits toegepas word (Figuur (Figure2C) .2C). Lig-geïnduseerde response varieer met membraanpotensiaal (Figuur (Figure2D, 2D, n = 6) en omgekeerd hul polariteit by -81 ± 3.4 mV. Aangesien die ewewigspotensiaal vir chloriedione -80 mV onder ons ioniese toestande is, kan die lig-geïnduseerde uitwaartse strome te wyte wees aan chloried vloed gemedieer deur postsynaptiese GABAA reseptore. Om hierdie moontlikheid te toets, het die GABAA reseptor antagonist bicuculline (10 μM) is by die eksterne oplossing gevoeg. Hierdie geneesmiddel het die lig-geïnduseerde response volledig geblokkeer (Figuur (Figure2B), 2B), wat bevestig dat die lig-geïnduseerde response GABAergiese inhibitiewe postsynaptiese strome (IPSCs) was.

Op grond van hul antwoorde op fotostimulasie kan die MSNs wat ons aangeteken het, geklassifiseer word in een van 4-groepe: (1) selle wat 'n voldoende hoeveelheid ChR2 uitdruk om AP's te brand in reaksie op fotostimulasie (ChR2 + / AP), wat hierbo beskryf is; (2) selle wat 'n klein hoeveelheid ChR2 uitdruk, wat 'n subthreshold depolarisasie in reaksie op lig (ChR2 + / No AP) uitgedink het; (3) stille selle wat geen uitdrukking van ChR2 gehad het nie, maar het lig-geïnduceerde IPSC's van presynaptiese MSNs wat ChR2 (ChR2- / IPSC) uitgedruk het; en (4) ChR2-negatiewe selle wat nie IPSCs uitgestal het in reaksie op fotostimulasie van ander MSN's (ChR2- / No IPSC) nie. Die relatiewe deel van selle in elk van hierdie kategorieë word in Figuur getoon Figure2E2E (n = 53). Algehele, byna die helfte van die selle (45.3%) het ChR2 (som van groepe (1) en (2)) uitgedruk. Nie een van die MSN'e wat ons aangeteken het, het beide fotokoerse en IPSC's as fotostimulasie blootgestel nie; Dit dui daarop dat D2R-positiewe MSN's nie ander lede van dieselfde selbevolking binne die NAc inhou nie.

Hierdie klassifikasie van ligresponse dui aan dat fotostimulasie van ChR2 + / Geen AP-selle (groep 2) en ChR2- / Geen IPSC-selle (groep 4) geen elektriese seine sal genereer wat kan bydra tot kringaktiwiteit nie. Dus, om die effekte van fotostimulasie op kringfunksie te definieer, het ons die eienskappe van ChR2 + / AP MSNs (groep 1) gekenmerk, wat AP's sal genereer wanneer die NAc gefotostimuleer word, en ChR2- / IPSC-selle (groep 3) is postsynapties aan die ChR2 + / AP MSNs omdat hulle lig-geïnduseerde IPSC's ontvang. ChR2 + / AP en ChR2- / IPSC-selle in NAc is albei as spinige neurone geïdentifiseer (Figuur (Figure3A) .3A). Daar was geen beduidende verskille in die morfologiese of elektrofisiologiese eienskappe van neurone in hierdie twee groepe nie. Byvoorbeeld, die somata van die neurone in die twee groepe was soortgelyk in grootte (Figuur (Figure3B) .3B). Daarbenewens het hulle RMPs (-83.0 ± 1.7 vs. -85.0 ± 1.8 mV; mean ± sem; n = 10, Figuur Figure3C) 3C) en insetweerstandighede (113 ± 15 vs. 133 ± 13 MΩ, n = 6, Figuur Figure3D) 3D) was ook nie anders nie (p > 0.05 tweestert-studente ttoets) terwyl hul AP-vuurpatrone in reaksie op huidige pulse (Fig 3E, F) was ook soortgelyk (p > 0.05 tweestert-studente tToets, n = 6). Samevattend aktiveer fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc plaaslike inhibitoriese stroombane met postsynaptiese neurone wat baie ooreenstem met die D2R-MSNs, maar D2R nie uitdruk nie.

Optogenetiese stimulering van NAc D2R-MSNs in kokaïen-geïnduceerde gedrags sensibilisering

Ons het die gedragsgevolge van in vivo fotostimulasie van NAc D2R-MSNs. Omdat fotostimulasie van D2R-MSNs in dorsale striatum die lokomotoriese aktiwiteit verminder (Kravitz et al., 2010), het ons begin met die karakterisering van die gevolge van Accumens D2R-MSN aktivering op basale lokomotoriese aktiwiteit. Vir hierdie doel is D2R-Cre-muise met die DIO-AAV-ChR2-EYFP-virus bilateraal in die NAc (D2-Cre (+) NAc-ChR2 ingespuit. D2R-MSNs is dan gefotostimuleer met blou lig (473 nm, 5 ms pulsduur, 20 Hz) aan 'n optiese vesel aan die NAc gelewer. Fotostimuli is gedurende vier 3-min duursperiodes toegepas binne die 50-sessie wanneer muise in die lokomotoriese aktiwiteit-opname kamer gehou word (Figuur (Figure4A) .4A). Terselfdertyd, as 'n kontrole, is nie-Cre WT rommelvleismuise soortgelyk met virus geïnfigureer en het soortgelyke blou lig verligting ontvang. D2-Cre (+) NAc-ChR2-muise het 'n vergelykbare of effens verhoogde vlak van basale lokomotoriese aktiwiteit vertoon in vergelyking met die kontroles D2R-Cre (-) NAc-ChR2-muise (Figure 4B, C). Fotostimulasie van D2R-MSNs in D2-Cre (+) NAc-ChR2-muise het 'n beduidende afname in die lokomotoriese aktiwiteit veroorsaak wat herstel het nadat die ligstimulus gestop het (Figuur (Figure4B) .4B). Geen sulke effekte is waargeneem in die beheer D2R-Cre (-) NAc-ChR2 muise (Figure 4B, C), wat aandui dat die effekte van fotostimulasie veroorsaak is deur aktivering van ChR2, eerder as moontlike nie-spesifieke effekte soos verhitting van breinweefsel. Daarom het ons data aangedui dat fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc 'n afname in lokomotoriese aktiwiteit tot gevolg gehad het.

Hierdie resultate het ons vermoë om die aktiwiteit van D2R-MSNs binne NAc te beheer, bepaal in vivo. Ons het die volgende gebruik om die invloed van D2R-MSN aktiwiteit op gedrags sensitiwiteit vir herhaalde toediening van kokaïen te ondersoek. Gedragsensitisering verwys na die proses wat 'n aanvanklike blootstelling aan psigostimulante, soos kokaïen, toelaat om die vermoë van latere dwelm blootstelling te bevorder om lokomotoriese aktiwiteit te stimuleer. Hierdie proses kan geskei word in inisiëring en uitdrukkingsfases: inisiasie beskryf die onmiddellike neurale gebeure wat gedragsensensibilisering veroorsaak (Vanderschuren en Kalivas, 2000; Sim et al., 2013), terwyl uitdrukking bekend is dat dit 'n langdurige vorm van gedragsplastisiteit is wat voortduur na die onttrekking van dwelms (Vanderschuren en Kalivas, 2000; Sim et al., 2013). Ons het dus kokaïengeïnduceerde gedragsensensibilisering ondersoek tydens herhaalde intraperitoneale (ip) inspuitings van kokaïen, terwyl optogenetika gebruik word om die aktiwiteit van D2R-MSNs in NAc gedurende elk van hierdie fases te beheer.

Na die toediening van soutinspuiting oor 3-dae, is muise op 15 opeenvolgende dae met kokaïen (5 mg / kg) ingespuit en lokomotoriese response is vir 30 min na elke inspuiting aangeteken (Figuur (Figure5A) .5A). Fotostimuli is tydens 30 min sessies afgelewer voor kokaïen inspuiting, interspersing 3 min periodes van verligting met 5 min periodes waar die lig afgeskakel is (Figuur (Figure5A) .5A). Gegee dat fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc basale lokomotoriese aktiwiteit verminder (Figuur (Figure4), 4), is fotostimuli onmiddellik voor toediening van kokaïen gelewer om moontlike inmenging met gedragsreaksies op kokaïen inspuiting te voorkom.

Beide beheer D2-Cre (-) NAc-ChR2 muise en D2-Cre (+) NAc-ChR2 muise het 'n merkbare toename in lokomotoriese aktiwiteit getoon in reaksie op die herhaalde kokaïen inspuitings (Figuur (Figure5B), 5B), wat die aanvang van sensitiwiteit aandui. Fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc het nie die aanvang van gedragsensensitiasie beïnvloed nie, omdat kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie soortgelyk was in D2-Cre (+) NAc-ChR2-muise en beheer D2-Cre (-) NAc-ChR2-muise.

Na die induksie van gedragsensensibilisering deur sodanige inspuitings van kokaïen (15 mg / kg) vir 5 dae te herhaal, is die geneesmiddel vir 14 dae teruggetrek en die mate van uitdrukking van sensitiwiteit is ondersoek deur die muise met 'n laer dosis kokaïen uit te daag (10 mg / kg). Uitdrukking van sensitiwiteit is 'n langdurige vorm van gedragsplastisiteit wat voortduur na die onttrekking van dwelms (Steketee en Kalivas, 2011; Sim et al., 2013). Om die rol van D2R-MSNs in ekspressie van sensitiwiteit te ondersoek, is NAc onmiddellik gefotostimuleer voor toediening van kokaïen (Figuur (Figure5A) 5A) en sensibilisering is gemeet as die hoeveelheid lokomotoriese aktiwiteit wat deur die kokaïen inspuiting veroorsaak is.

In beide kokaïenvoorbehandelde groepe muise-D2-Cre (-) NAc-ChR2-muise (D2-Cre (-) :: coc-coc) en D2-Cre (+) NAc-ChR2 (D2-Cre (+): : coc-coc) -bewuste uitdrukking van sensitiwiteit het plaasgevind (Figuur (Figure5C) .5C). Die tydsduur van kokaïen-gestimuleerde bewegingsveranderinge was ook soortgelyk tussen die twee groepe (Figuur (Figure5C), 5C), met geen beduidende verskil tussen twee groepe waargeneem nie. Saam met hierdie twee fotostimulasie eksperimente word aangedui dat die aktivering van D2R-MSNs in die NAc nie die aanvang of uitdrukking van kokaïen-geïnduseerde gedragsensensitiwiteit beïnvloed nie.

Fotostimulasie van NAc D2R-MSNs tydens geneesmiddelonttrekking

Chroniese stres tydens die onttrekking van geneesmiddels na herhaalde kokaïenblootstelling, lei tot die selektiewe werwing van 'n D2R-afhanklike aanpassingsmeganisme wat die stresgeïnduceerde toename in kokaïen-soekende en terugvallende gedrag beheer in verband met veranderinge in sinaptiese plastisiteit in die NAc (Sim et al. 2013). Dit dui daarop dat die meganismes wat deur dwelmonttrekking betrokke is, verskillend is van diegene wat betrokke is by dwelmverslaafde sensitiwiteit. Ons het gevolglik ondersoek of fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc tydens kokaïenonttrekking die uitdrukking van kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie beïnvloed.

Na die induksie van gedrags sensitiwiteit deur herhaalde inspuiting van kokaïen soos hierbo, is D2-Cre (-) en D2-Cre (+) -muise onderverdeel in twee groepe vir die 14-dag-onttrekkingsperiode: een groep was onderworpe aan daaglikse bloulig stimulasie van NAc vir 1 h (3 min × 8 keer), terwyl die ander groep nie (Figuur (Figure6A) .6A). Herhaalde fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc tydens die onttrekking van kokaïen het nie die uitdrukking van sensitiwiteit in D2-Cre (-) :: coc-coc-muise beïnvloed nie (Figuur (Figure6B) .6B). In teenstelling, in D2-Cre (+) :: coc-coc-muise, is die uitdrukking van sensitiwiteit aansienlik verswak deur herhaalde fotostimulasie tydens geneesmiddelonttrekking (Figuur (Figure6B), 6B), hoewel die tydsduur van die kokaïen-geïnduseerde stimulasie van voortbeweging onaangeraak was (Figuur (Figure6C) .6C). So, fotostimulasie van D2R-MSNs van NAc tydens geneesmiddelonttrekking verminderde uitdrukking van kokaïen-geïnduceerde gedragsensensitiasie (kokaïen × foto-stimulasie interaksie F(1,18) = 11.08, P = 0.0037, Figuur Figure6B) .6B). Hierdie data dui aan dat die aktivering van D2R-NAc MSNs gedurende die tydperk van geneesmiddelonttrekking die kokaïen-soekende en terugvallende gedrag beïnvloed.

Bespreking

Betekenisvolle bewyse dui daarop dat kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie geassosieer word met verhoogde dopaminerge-oordrag in die mesokortikolimbiese stelsel wat die ventrale tegmentale area, prefrontale korteks en nucleus accumbens (NAc) insluit. In die besonder word die uitdrukkingsfase van gedragsensensibilisering gekenmerk deur 'n aanhoudende dwelmhiperresponsiwiteit na die beëindiging van die geneesmiddel wat geassosieer word met 'n kaskade van aanpassingsmeganismes (Kalivas en Duffy, 1990; Robinson en Berridge, 1993; Kalivas et al., 1998) wat kan bydra tot kompulsiewe dwelmverkragting (Robinson en Berridge, 1993; Kalivas et al., 1998; Steketee en Kalivas, 2011). Daar is voorgestel dat kokaïen-geïnduceerde veranderinge in molekulêre, sellulêre en gedragsplastisiteit binne die NAc, in samewerking met DA-reseptor-signalering in MSN's, geneesmiddel-gemedieerde verslawende gedrag kan reguleer (Lobo et al. 2010; Schmidt en Pierce, 2010; Ferguson et al., 2011; Pascoli et al., 2011; Bocklisch et al., 2013; Grueter et al., 2013).

Onlangse studies met behulp van geneties-gemanipuleerde muise wat Cre-rekombinase voorwaardelik uitdruk, het rolle vir D1R-MSNs of D2R-MSNs in die verslawende gedrag van kokaïen geopenbaar. Optogenetiese aktivering van D1R-MSNs van NAc na 6 dae van herhaalde kokaïenadministrasie verhoog lokomotoriese aktiwiteit, terwyl die aktivering van D2R-MSNs na bewering geen effek het nie (Lobo et al., 2010). Hierdie data dui daarop dat herhaalde blootstelling aan kokaïen die uitset van D1R-MSN's van die NAc verhoog. Inhibisie van D1R-uitdrukkende MSN's met tetanustoksien (Hikida et al., 2010) verminder kokaïen-gekondisioneerde plekvoorkeur (CPP), terwyl geen veranderinge in kokaïen-CPP waargeneem word na die afskaffing van sinaptiese oordrag in D2R-MSNs (Hikida et al., 2010). Optogenetiese aktivering van D1R-MSNs in dorsale striatum veroorsaak volgehoue ​​versterking, terwyl stimulerende D2-reseptoruitdrukkende neurone oorlopende straf veroorsaak (Kravitz et al., 2012). 'N Onlangse studie het ook gerapporteer dat die inhibisie van D2R-MSN's via 'n chemiese-genetiese benadering die motivering verhoog om kokaïen te verkry, terwyl optogenetiese aktivering van D2R-MSNs kokaïen-selfadministrasie onderdruk (Bock et al. 2013). Aan die ander kant, Bocklisch et al. (2013) het die D1R-MSNs van die NAc-projek aan die VTA gerapporteer, spesifiek aan GABAergic neurone binne die VTA, terwyl D2R-MSNs nie direk na die VTA projekteer nie. Hierdie kring beteken dat optogenetiese aktivering van D1R-MSNs DA neurone disinhibeer, wat uiteindelik kokaïen-geïnduseerde verslawende gedrag bevorder (Bocklisch et al., 2013).

Ten spyte van die oënskynlik eenvoudige organisasie van hierdie twee populasies van MSNs, is die feit dat MSNs verskeie insette ontvang en verskillende uitsette van / na ander breinareas, asook die vorming van plaaslike kringe tussen MSNs en ander klasse interneurons, die gevolglike uitset van D1R- MSNs en D2R-MSNs kan komplekse en verskillende molekulêre, sellulêre en gedragsgevolge oplewer.

Voorheen is aangetoon dat D2R bydra tot sinaptiese modifikasies wat tydens die onttrekking van geneesmiddels geïnduseer word, en dit versterk die terugval na kokaïen wat soek, sonder om die aanvanklike dwelmverkenning of dwelmnavorsing te beïnvloed (Sim et al. 2013). Ons huidige data dui daarop dat fotostimulasie van D2R-MSNs in NAc 'n afname in basale lokomotoriese aktiwiteit veroorsaak. Lobo et al. (2010) het geen verandering in die voortplanting waargeneem as enige MSN subtipe geaktiveer is nie, maar hulle het slegs totale lokomotoriese aktiwiteit ondersoek eerder as om onmiddellike reaksies van basale lokomotoriese aktiwiteit na fotostimulasie te ondersoek. Kravitz et al. (2010) het ook bevind dat optogenetiese aktivering van D2R-MSNs in dorsale striatum ook die lokomotoriese aktiwiteit verminder. Dus, ons data is die eerste om te demonstreer dat basale lokomotoriese aktiwiteit geïnhibeer word deur fotostimulasie van D2R-MSNs van NAc en die eerste om die tydsverloop van basale lokomotoriese aktiwiteit sistematies te ondersoek tydens fotostimulasie van hierdie neurone.

In die huidige studie het ons opgemerk dat optogenetiese aktivering van D2R-MSNs in NAc nie die inisiasie of uitdrukking van gedragsensensitiasie beïnvloed het nie. Fotostimulasie van D2R-MSNs tydens die onttrekkingstydperk van die geneesmiddel het egter die uitdrukking van kokaïen-geïnduseerde sensitiwiteit gestuit. Daarom dui ons data daarop dat D2R-MSNs spesifiek 'n sein werf gedurende die onttrekkingstydperk wat gene-uitdrukking of ander vorms van seinverandering verander en sodoende veranderings in sinaptiese plastisiteit veroorsaak, wat lei tot veranderinge in kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie. Hoe hierdie MSN's spesifieke tipe aanpassings gebruik wat hul onderskeie gevolge in verslawingverwante gedrag kan lewer, is nie bekend nie. Grueter et al. (2013) het voorgestel dat ΔFosB in NAc differensiaal sinaptiese eienskappe en beloningsverwante gedrag moduleer op 'n seltipe- en subregionespesifieke wyse. Onlangs het Chandra et al. (2013) het gerapporteer dat herhaalde ChR2-aktivering van D1R-MSNs, maar nie D2R-MSN's nie, 'n afwaartse regulering van Tiam1-gen veroorsaak het, 'n proteïen wat betrokke was by die herrangskikking van die aktien-sitoskelet, soortgelyk aan die effekte van kokaïen. Om die meganismes wat blywende effekte van dwelmgeïnduceerde gedrag oplewer, te verstaan, sal dit dus belangrik wees om die sel-selektiewe induksie van molekulêre gebeure in hierdie MSNs te definieer wat sinaptiese aanpassing aan herhalende geneesmiddelblootstelling beheer.

In kombinasie met herhalende dwelmblootstelling, is onttrekking voorgestel om 'n belangrike rol te speel, aangesien sommige veranderinge net enkele weke na die finale blootstelling aan kokaïen verskyn. Dit dui daarop dat onthouding 'n belangrike bemiddelaar is in die ontwikkeling van plastisiteit (Robinson en Berridge, 2003; Boudreau en Wolf, 2005; Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007). Hierdie waarnemings verhoog die moontlikheid dat onttrekking self 'n sneller kan wees vir die veranderinge in die NAc wat onder die beheer van D2R-afhanklike seinverkeer is. Ons resultaat dat die aktivering van D2R-MSNs in NAc tydens die onttrekking van dwelms 'n invloed het op kokaïen-geïnduseerde gedragsensensitiasie, bied dwingende ondersteuning vir hierdie idee.

Daar is voorheen getoon dat herhaalde blootstelling aan stres tydens die onttrekking van geneesmiddels onderdrukking van kokaïen-geïnduseerde gedragsensensitiasie sowel as kokaïen-soek en terugval gedrag in D2R KO muise onderdruk (Sim et al. 2013). Dit is dus interessant dat fotostimulasie van D2R-MSNs tydens die onttrekking van geneesmiddels ook die uitdrukking van sensitiwiteit verminder. Stres-geïnduseerde sinaptiese plastisiteit by glutamategiese sinapse is verander in die NAc van D2R KO muise (Sim et al., 2013). Alhoewel dit nog nie bekend is of fotostimulasie van D2R MSNs of chroniese stres gedurende die onttrekkingstydperk soortgelyke veranderinge in sinaptiese plastisiteit veroorsaak nie, ondersteun ons huidige bevindings die hipotese dat D2R-MSN's van NAc 'n sleutelrol speel in onttrekkingsinduksie plastisiteit en kan bydra tot terugval na beëindiging van dwelmmisbruik. Verdere ondersoek sal nodig wees om die funksionele neurale stroombane waarin D2R MSNs deelneem tydens die onttrekking van geneesmiddels te ondersoek en om die gevolge van D2R-MSNs fotostimulasie en chroniese stres op sinaptiese plastisiteit in hierdie kring te vergelyk en vergelyk.

Nog 'n moontlike rol vir D2R-druk MSNs kan wees om die uitset van D1R-MSNs van NAc te inhibeer. Vorige navorsing dui daarop dat hoewel MSNs lang aksone na afgeleë teikens projekseer, daar 'n uitgebreide oorvleueling voorkom tussen akson collaterals en die dendritiese bome van aangrensende stekelprojeksie-neurone (Grofová, 1975; Preston et al., 1980; Wilson en Groves, 1980). Dit kan dui op moontlike plaaslike sinaptiese konneksie vir MSN binne die NAc. Intrasellulêre opnames van pare spierprojeksie-neurone het funksionele inhibitiewe verbindings tussen MSN's in ratstriatum (Czubayko en Plenz, 2002; Tunstall et al., 2002; Koos et al., 2004; Gustafson et al., 2006). Daar is ook gerapporteer dat die synaptes wat gevorm word deur herhalende kollaterale aksone van MSNs in striatum nie willekeurig is nie. D2R-MSNs maak sinaptiese verbindings met beide D2R-MSNs en D1R-MSNs, terwyl D1R-MSN byna uitsluitlik sinaptiese verbindings met ander vorms vorm. D1R-MSNs (Taverna et al., 2008). Alhoewel die GABAergiese interkonneksie deur plaaslike herhalende aksonale collaterale tussen akkumulale MSN's ook gerapporteer is (Taverna et al., 2004), is dit nog nie duidelik of D2R-MSN ewekansig plaaslike mikrokringe vorm nie, of hulle dra by tot mikrokringe in NA met voorkeurverbinding soos hulle in striatum doen. Ons data dui daarop dat D2R-MSNs in NAc wat ChR2 uitdruk, sinaptiese verbindings maak met buur MSNs wat D1R uitdruk, en dat D2R-MSNs dan 'n remmende kontak opdoen met D1-MSNs om die D1R-bemiddelde bevordering van verslawende gedrag te moduleer.

Ten slotte het ons getoon dat optogenetiese aktivering van NAc D2R-MSNs onttrekkingsgeïnduceerde plastisiteit verander tydens kokaïenverslawing. Aangesien die aktiwiteit van D2R-afhanklike sein tydens die onttrekkingstydperk 'n sleutelreguleerder is van die uitdrukking van kokaïengeïnduceerde gedragsensensitiasie, stel ons voor dat D2R-MSNs 'n belangrike mediator is van langdurige aanpassing vir dwelm-soek en terugval. Die identifikasie van molekulêre substraten van D2R-afhanklike signalering, tesame met die identifisering van spesifieke kringe van NAc D2R-MSNs wat gebruik word tydens herhalende dwelmblootstelling, moet nuwe teikens vir terapeutiese ingryping in dwelm terugval verskaf.

Konflik van belangstelling

Die skrywers verklaar dat die navorsing gedoen is in die afwesigheid van enige kommersiële of finansiële verhoudings wat as 'n potensiële botsing van belange beskou kan word.

Erkennings

Hierdie werk is ondersteun deur die Nasionale Navorsingstigting van Korea (NNS), wat deur die Ministerie van Wetenskap, IKT en Toekomstige Beplanning deur die Breinnavorsingsprogram (aan Ja-Hyun Baik, Grant No. 2013M3C7A1056101) befonds word, en deur die Bio- en Mediese Tegnologie Ontwikkelingsprogram (aan Ja-Hyun Baik; Grant No. 2013M3A9D5072550) en die Wêreldklasinstituut (WCI) -program van die Nasionale Navorsingstigting van Korea (NNS), befonds deur die Ministerie van Wetenskap, IKT en Toekomsbeplanning (aan George J. Augustine ; WCI 2009-003), sowel as deur 'n Korea-universiteitsgrens (aan Ja-Hyun Baik) en 'n CRP-toekenning van die Nasionale Navorsingstigting van Singapoer (George J. Augustine).

Verwysings

  1. Baik JH (2013). Dopamien sein in beloningsverwante gedrag. Front. Neurale stroombane 7: 152 10.3389 / fncir.2013.00152 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  2. Baik JH, Picetti R., Saiardi A., Thiriet G., Dierich A., Depaulis A., et al. (1995). Parkinson-agtige lokomotoriese inkorting by muise sonder dopamien D2 reseptore. Natuur 377, 424-428 10.1038 / 377424a0 [PubMed] [Kruisverwysing]
  3. Berridge KC (2007). Die debat oor dopamien se rol in beloning: die saak vir aansporing salience. Psigofarmakologie (Berl) 191, 391-431 10.1007 / s00213-006-0578-x [PubMed] [Kruisverwysing]
  4. Bock R., Shin JH, Kaplan AR, Dobi A., Markey E., Kramer PF, et al. (2013). Versterking van die akkumulale indirekte pad bevorder veerkragtigheid vir kompulsiewe kokaïengebruik. Nat. Neurosci. 16, 632-638 10.1038 / nn.3369 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  5. Bocklisch C., Pascoli V., Wong JC, House DR, Yvon C., die Roo M., et al. (2013). Kokaïen disinhibeer dopamienneurone deur die potensiering van GABA-oordrag in die ventrale tegmentale area. Wetenskap 341, 1521-1525 10.1126 / science.1237059 [PubMed] [Kruisverwysing]
  6. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M., Wolf ME (2007). Cell-oppervlak-AMPA-reseptore in die ratkern-accumbens verhoog tydens kokaïenonttrekking, maar internaliseer na kokaïenuitdaging in kombinasie met veranderde aktivering van mitogeen-geaktiveerde proteïenkinase. J. Neurosci. 27, 10621-10635 10.1523 / jneurosci.2163-07.2007 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  7. Boudreau AC, Wolf ME (2005). Gedragsensensitiasie vir kokaïen word geassosieer met verhoogde AMPA-reseptore oppervlak uitdrukking in die kern accumbens. J. Neurosci. 25, 9144-9151 10.1523 / jneurosci.2252-05.2005 [PubMed] [Kruisverwysing]
  8. Chandra R., Lenz JD, Gancarz AM, Chaudhury D., Schroeder GL, Han MH, et al. (2013). Optogenetiese inhibisie van D1R-bevattende nucleus accumbens neurone verander kokaïen-gemedieerde regulering van Tiam1. Front. Mol. Neurosci. 6: 13 10.3389 / fnmol.2013.00013 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  9. Chang HT, Kitai ST (1985). Projeksie-neurone van die nucleus accumbens: 'n intrasellulêre etiketteringsstudie. Brein Res. 347, 112-116 10.1016 / 0006-8993 (85) 90894-7 [PubMed] [Kruisverwysing]
  10. Chausmer AL, Elmer GI, Rubinstein M., Laag MJ, Grandy DK, Katz JL (2002). Kokaïen-geïnduseerde lokomotoriese aktiwiteit en kokaïen diskriminasie in dopamien D2 reseptor mutante muise. Psigofarmakologie (Berl) 163, 54-61 10.1007 / s00213-002-1142-y [PubMed] [Kruisverwysing]
  11. Chevalier G., Deniau JM (1990). Disinhibisie as 'n basiese proses in die uitdrukking van striatale funksies. Neigings Neurosci. 13, 277-280 10.1016 / 0166-2236 (90) 90109-n [PubMed] [Kruisverwysing]
  12. Czubayko U., Plenz D. (2002). Vinnige sinaptiese oordrag tussen striatale spierprojeksie-neurone. Proc. Natl. ACAD. Sci. VSA 99, 15764-15769 10.1073 / pnas.242428599 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  13. Ferguson SM, Eskenazi D., Ishikawa M., Wanat MJ, Phillips PE, Dong Y., et al. (2011). Verbygaande neuronale inhibisie openbaar opponerende rolle van indirekte en direkte weë in sensibilisering. Nat. Neurosci. 14, 22-24 10.1038 / nn.2703 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  14. Gaan na Y., Grace AA (2005). Dopaminerge modulasie van limbiese en kortikale dryfkrag van kernklemme in doelgerigte gedrag. Nat. Neurosci. 8, 805-812 10.1038 / nn1471 [PubMed] [Kruisverwysing]
  15. Grofová I. (1975). Die identifikasie van striatale en pallidale neurone wat na substantia nigra uitsteek. 'N eksperimentele studie deur middel van retrograde aksonale vervoer van peperwortelperoksidase. Brein Res. 91, 286-291 10.1016 / 0006-8993 (75) 90550-8 [PubMed] [Kruisverwysing]
  16. Grueter BA, Robison AJ, Neve RL, Nestler EJ, Malenka RC (2013). ΔFosB moduleer die kern direkteur en indirekte padfunksie differensiaal. Proc. Natl. ACAD. Sci. VSA 110, 1923-1928 10.1073 / pnas.1221742110 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  17. Gustafson N., Gireesh-Dharmaraj E., Czubayko U., Blackwell KT, Plenz D. (2006). 'N Vergelykende spanning- en stroomklampanalise van terugvoer en voorspoedige sinaptiese transmissie in die striatale mikrokringloop in vitro. J. Neurophysiol. 95, 737-752 10.1152 / jn.00802.2005 [PubMed] [Kruisverwysing]
  18. Hikida T., Kimura K., Wada N., Funabiki K., Nakanishi S. (2010). Duidelike rolle van sinaptiese transmissie in direkte en indirekte striatale paaie om beloning en aversiewe gedrag te beloon. Neuron 66, 896-907 10.1016 / j.neuron.2010.05.011 [PubMed] [Kruisverwysing]
  19. Kalivas PW, Duffy P. (1990). Effek van akute en daaglikse kokaïenbehandeling op ekstracellulêre dopamien in die nukleusbuis. Synapse 5, 48-58 10.1002 / syn.890050104 [PubMed] [Kruisverwysing]
  20. Kalivas PW, Pierce RC, Cornish J., Sorg BA (1998). 'N rol vir sensibilisering in drang en terugval in kokaïenverslawing. J. Psychopharmacol. 12, 49-53 10.1177 / 026988119801200107 [PubMed] [Kruisverwysing]
  21. Koos T., Tepper JM, Wilson CJ (2004). Vergelyking van IPSCs wat deur spiny en vinnig spiking neurone in die neostriatum veroorsaak word. J. Neurosci. 24, 7916-7922 10.1523 / jneurosci.2163-04.2004 [PubMed] [Kruisverwysing]
  22. Kourrich S., Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ (2007). Kokaïen-ervaring beheer bidireksionele sinaptiese plastisiteit in die kernklem. J. Neurosci. 27, 7921-7928 10.1523 / jneurosci.1859-07.2007 [PubMed] [Kruisverwysing]
  23. Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K., Thwin MT, Deisseroth K., et al. (2010). Regulering van parkinsoniese motoriese gedrag deur optogenetiese beheer van basale ganglia-kringe. Natuur 466, 622-626 10.1038 / nature09159 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  24. Kravitz AV, Tye LD, Kreitzer AC (2012). Spesifieke rolle vir direkte en indirekte pasiëntstreekse neurone in versterking. Nat. Neurosci. 15, 816-818 10.1038 / nn.3100 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  25. Kreitzer AC, Malenka RC (2008). Striatale plastisiteit en basale ganglia-kringfunksie. Natuur 60, 543-554 10.1016 / j.neuron.2008.11.005 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  26. Le Moine C., Bloch B. (1996). Uitdrukking van die D3 dopamienreseptor in peptidergiese neurone van die nukleus-accumbens: vergelyking met die D1- en D2-dopamienreseptore. Neurowetenschappen 73, 131-143 10.1016 / 0306-4522 (96) 00029-2 [PubMed] [Kruisverwysing]
  27. Lobo MK, Covington HE, 3rd, Chaudhury D., Friedman AK, Sun H., Damez-Werno D., et al. (2010). Seltipe-spesifieke verlies van BDNF-signalering simuleer optogenetiese beheer van kokaïenbeloning. Wetenskap 330, 385-390 10.1126 / science.1188472 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  28. Lobo MK, Nestler EJ (2011). Die striatale balanseringshandeling in dwelmverslawing: duidelike rolle van direkte en indirekte padmedium-spinnende neurone. Front. Neuroanat. 5: 41 10.3389 / fnana.2011.00041 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  29. Lüscher C., Malenka RC (2011). Dwelm-ontlokte sinaptiese plastisiteit in verslawing: van molekulêre veranderinge tot kringhervorming. Neuron 69, 650-663 10.1016 / j.neuron.2011.01.017 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  30. O'Donnell P., Grace AA (1993). Fisiologiese en morfologiese eienskappe van accumbens kern- en dopneurone aangeteken in vitro. Synapse 13, 135-160 10.1002 / syn.890130206 [PubMed] [Kruisverwysing]
  31. Pascoli V., Turiault M., Lüscher C. (2011). Terugkeer van kokaïen-ontlokte sinaptiese potensiëring herstel dwelmgeïnduceerde adaptiewe gedrag. Natuur 481, 71-75 10.1038 / nature10709 [PubMed] [Kruisverwysing]
  32. Preston RJ, Biskop GA, Kitai ST (1980). Medium spiny neuron projeksie van die rat neostriatum: 'n intracellulêre peperwortel peroksidase studie. Brein Res. 183, 253-263 10.1016 / 0006-8993 (80) 90462-x [PubMed] [Kruisverwysing]
  33. Robinson TE, Berridge KC (1993). Die neurale basis van dwelmverslawing: 'n aansporing-sensibiliseringsteorie van verslawing. Brein Res. Brein Res. Eerw. 18, 247-291 10.1016 / 0165-0173 (93) 90013-p [PubMed] [Kruisverwysing]
  34. Robinson TE, Berridge KC (2003). Verslawing. Annu. Eerw. Psychol. 54, 25-53 10.1146 / annurev.psych.54.101601.145237 [PubMed] [Kruisverwysing]
  35. Schmidt HD, Pierce RC (2010). Kokaïen-geïnduseerde neuroadaptations in glutamaat oordrag: potensiële terapeutiese teikens vir drang en verslawing. Ann. NY Acad. Sci. 1187, 35-75 10.1111 / j.1749-6632.2009.05144.x [PubMed] [Kruisverwysing]
  36. Sesack SR, Grace AA (2010). Cortico-basale ganglia beloning netwerk: microcircuitry. Neuropsigofarmakologie 35, 27-47 10.1038 / npp.2009.93 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  37. Sim HR, Choi TY, Lee HJ, Kang EY, Yoon S., Han PL, et al. (2013). Rol van dopamien D2 reseptore in plastisiteit van stres-geïnduseerde verslawende gedrag. Nat. Commun. 4: 1579 10.1038 / ncomms2598 [PubMed] [Kruisverwysing]
  38. Smith RJ, Lobo MK, Spencer S., Kalivas PW (2013). Kokaïen-geïnduseerde aanpassings in D1 en D2 accumbens projeksie neurone ('n digotomie nie noodwendig sinoniem met direkte en indirekte paaie nie). Kur. Opin. Neurobiol. 23, 546-552 10.1016 / j.conb.2013.01.026 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  39. Steketee JD, Kalivas PW (2011). Dwelm wil: gedrags sensibilisering en terugval na dwelms-soek gedrag. Pharmacol. Eerw. 63, 348-365 10.1124 / pr.109.001933 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  40. Taverna S., Ilijic E., Surmeier DJ (2008). Herhalende kollaterale konneksies van striatale medium-stekel-neurone word ontwrig in modelle van Parkinson se siekte. J. Neurosci. 28, 5504-5512 10.1523 / JNEUROSCI.5493-07.2008 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  41. Taverna S., Van Dongen YC, Groenewegen HJ, Pennartz CM (2004). Direkte fisiologiese getuienis vir sinaptiese konnektiwiteit tussen mediumgroot, stekelneurone in die ratkern, in situ. J. Neurophysiol. 91, 1111-1121 10.1152 / jn.00892.2003 [PubMed] [Kruisverwysing]
  42. Thomas MJ, Kalivas PW, Shaham Y. (2008). Neuroplastisiteit in die mesolimbiese dopamienstelsel en kokaïenverslawing. Br. J. Pharmacol. 154, 327-342 10.1038 / bjp.2008.77 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
  43. Tunstall MJ, Oorschot DE, Kean A., Wickens JR (2002). Inhibitiewe interaksies tussen stekelprojeksie-neurone in die ratstriatum. J. Neurophysiol. 88, 1263-1269 10.1152 / jn.00886.2001 [PubMed] [Kruisverwysing]
  44. Vanderschuren LJ, Kalivas PW (2000). Veranderinge aan dopaminerge en glutamatergiese oordrag in die induksie en uitdrukking van gedrags sensibilisering: 'n kritiese oorsig van prekliniese studies. Psigofarmakologie (Berl) 151, 99-120 10.1007 / s002130000493 [PubMed] [Kruisverwysing]
  45. Wilson CJ, Groves PM (1980). Fyn struktuur en sinaptiese verband van die gemeenskaplike stekel neuron van die rat neostriatum: 'n studie wat intrasellulêre inspuiting van peperwortelperoksidase gebruik. J. Comp. Neurol. 194, 599-615 10.1002 / cne.901940308 [PubMed] [Kruisverwysing]
  • Wyslike RA (2004). Dopamien, leer en motivering. Nat. Ds. Neurosci. 5, 483-494 10.1038 / nrn1406 [PubMed] [Kruisverwysing]