Insekking van sukrose veroorsaak vinnige AMPA-reseptorhandel (2013)

J Neurosci. Skrywer manuskrip; Beskikbaar in PMC Oct 3, 2013.
Gepubliseer in finale geredigeerde vorm as:
Die uitgewer se finale geredigeerde weergawe van hierdie artikel is gratis beskikbaar by J Neurosci
Sien ander artikels in PMC dat noem die gepubliseerde artikel.

Abstract

Die meganismes waardeur natuurlike belonings soos suiker sinaptiese oordrag en gedrag beïnvloed, is grootliks onontgin. Hier word ondersoek ingestel na die regulering van nucleus accumbens sinapse deur sukrose inname. Vorige studies het getoon dat AMPA-reseptorhandel 'n belangrike meganisme is vir die regulering van sinaptiese sterkte, en dit vitrohandel in AMPA-reseptore wat die GluA1-subeenheid bevat, vind plaas deur 'n tweestap-meganisme wat ekstrasynaptiese en dan sinaptiese reseptortransport insluit. Ons rapporteer dat in die rat, daaglikse inname van 'n 25% sukrose-oplossing herhaaldelik verhoogde spontane bewegings en potensiële accumbens kernsynapses deur inkorporering van Ca2+-deurlaatbare AMPA-reseptore (CPAR's), wat GluA1-bevattende, GluA2-ontbrekende AMPA-reseptore is. Elektrofisiologiese, biochemiese en kwantitatiewe elektronmikroskopie-studies het getoon dat sukrose-opleiding (7 dae) 'n stabiele (> 24 uur) intraspinêre GluA1-populasie veroorsaak, en dat by hierdie rotte 'n enkele sukrose-stimulus vinnig (5 min) maar kortstondig (<24 uur) verhoog is GluA1 op buite-sinaptiese terreine. CPAR's en dopamien D1-reseptore was nodig in vivo vir verhoogde voortbeweging na sukrose inname. Aansienlik, 'n 7-dag protokol van daaglikse inname van 'n 3% -oplossing sarkarien, 'n nie-kaloriese versoeter, het 'n geïnduseerde sinaptiese GluA1 op dieselfde manier as 25% sukrose-inname. THierdie bevindings identifiseer multi-stap GluA1-handel, wat voorheen beskryf is vitro, as 'n meganisme vir akute regulering van sinaptiese oordrag in vivo deur 'n natuurlike orosensory beloning. Handel word gestimuleer deur 'n chemosensoriese baan wat nie afhanklik is van die kaloriese waarde van sukrose nie.

Inleiding

Sukrose-oorverbruik is 'n belangrike openbare gesondheidsprobleem (Hu en Malik, 2010), maar die meganismes waardeur natuurlike, orosensiewe belonings soos sukrose die sinaptiese oordrag beïnvloed om gedrag te beïnvloed, is nie bekend nie. Sinaptiese plastisiteit in die kern accumbens, 'n integrale komponent van breinbeloningskringe (Sesack en Grace, 2010), dra by tot baie vorme van gemotiveerde gedrag, insluitend beloning leer (Dag en Carelli, 2007), antwoorde op sosiale stres (LaPlant et al., 2010), en verslawing patologieë (Luscher en Malenka, 2011). Herhaalde kokaïenblootstelling veroorsaak sinaptiese plastisiteit in neurone van die accumbens en die ventrale tegmentale area (VTA) (Brebner et al., 2005; Grueter et al., 2010; Mameli et al., 2009; Pascoli et al., 2012; Thomas et al., 2001; Ungless et al., 2001). By verlengde toegangs-kokaïen-selfbeheersing, gevolg deur langdurige onttrekking, word sinapse versterk deur die inkorporasie van Ca2+-permeable, GluA2-ontbrekende AMPA-tipe glutamaat-reseptore (CPARs), waarvan die sein inkubasie van kokaïen-drang (medikasie) vergemaklik (Conrad et al., 2008; McCutcheon et al., 2011a). Soortgelyk aan kokaïen, verhoog orosensoriese belonings soos sukrose dupamienSmith, 2004), maar orosensiewe beloning induksie van accumbens plasticiteit is nie ondersoek nie.

AMPA-reseptore (AMPARs) is primêre mediators van sentrale senuweestelsel-eksitatoriese oordrag, en hul handel dra by tot diverse neurale prosesse, insluitende leer en geheue. (Nedelescu et al., 2010; Rumpel et al., 2005; Whitlock et al., 2006). AMPARs bestaan ​​uit vier verskillende subeenhede, GluA1-4. GluA2-bevattende AMPARs is Ca2+-impermeabel en verkeer konstitutief tot sinapse, terwyl GluA2-ontbrekende reseptore (CPARs), wat hoofsaaklik GluA1 homomeren is, Ca2+ en vertoon innerlike regstelling. GluA1 ondergaan aktiwiteitsafhanklike sinaptiese handel deur 'n tweestaproete waarin Ser 845-fosforilering deur cAMP-afhanklike proteïenkinase (PKA) en cGMP-afhanklike proteïenkinase II (cGKII) reseptorakkumulasie by ekstrasinaptiese terreine in die plasmamembraan bevorder (Esteban et al., 2003; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005). Na laterale diffusie na die sinaps stabiliseer fosforilering van Ser 818 deur PKC AMPARs binne die sinaps (Boehm et al., 2006), geanker na die postsynaptiese digtheid (Ehlers et al., 2007; O et al., 2006; Serulle et al., 2007). Ca2+/ Calmodulin-afhanklike proteïen kinase II (CaMKII) fosforilering van Ser 567 en Ser 831 dra ook by tot sinaptiese inkorporasie en ekstrasynaptiese teikening (Lu et al., 2010; Roche et al., 1996), onderskeidelik. Dit is egter nie bekend of in vivo Inlywing van CPAR'e gebruik hierdie vinnige, meervoudige stap meganismes wat beskryf word vitro.

Om die meganismes waarvolgens orosensiewe belonings soos sukrose voorkom, te reguleer, is dit 'n paradigma van kort sukrose-inname en die veranderinge in sinaptiese oordrag in neurone. Ons sien dat herhaalde sukrose inname potensieel synapses versterk deur die inkorporeer van CPARs, en dat in 'n sukrose-opgeleide dier 'n enkele sukrose-stimulus voldoende is om vinnige GluA1-handel na ekstrasynaptiese terreine te veroorsaak. Omdat sarkarine, 'n nie-kalorie-versoeter, geïnduseerde sinaptiese handel soortgelyk aan sukrose is, is handel 'n reaksie op orosensoriese eerder as kaloriese weë. Verder verhoed CPAR blokkade sukrose-geïnduseerde verhogings van spontane lokomotoriese aktiwiteit in vivo, verdere identifisering van ACCAR's as belangrike reguleerders van reaksies op natuurlike belonings.

Materiaal en metodes

Vakke en chirurgiese prosedures

Die vakke was manlike Sprague-Dawley-rotte (Taconic; gedragseksperimente) wat 150-300 gram weeg by aankoms en vroulike E18-swanger Sprague-Dawley-rotte (Taconic; selkultuur eksperimente). Die rotte is 2 per hok gehuisves vir gedragseksperimente op 'n 12h / 12h-lig-donker siklus (lig by 18: 00) en het toegang tot kos en water. ad libitum ten alle tye. Alle eksperimentele prosedures is goedgekeur deur die New York University School of Medicine Institutional Animal Care and Use Committee en is uitgevoer ooreenkomstig die "Principles of Laboratory Animal Care" (NIH publikasie nommer 85-23).

Sukrose opleiding en lokomotoriese metings

Rotte is na die toetskamer 3 opeenvolgende dae vir 2 h / dag in hul huishokke vervoer. Op die vierde dag is bottels wat water of 25% sukrose bevat, deur die kageldeksel vir 5 min ingevoer. Flesse is dan geweeg. Vir alle eksperimente moes rotte minstens 1 g sukrose drink tydens die 5-min toegang binne 3 dae van opleidingsaanvangs om by die studie ingesluit te word; Trouens, al die rotte het hierdie maatstaf ontmoet. Na die verwydering van die bottel het rotte in die toetskamer vir 30 min voor vervoer na die dierefasiliteit gebly. Op die dag van opoffering is rotte deur CO veroorsaak bewusteloos2, gedoop deur guillotine, en weefselmonsters is op ys versamel. Vir lokomotoriese eksperimente, is rotte geplaas in lokomotoriese metingskamers (Accuscan, Columbus, OH) vir 'n totaal van 35-min. Na 15-min in die kamer is 'n bottel met 'n kraalstop deur die bokant van die kamer ingevoer en gestabiliseer. Die bottel is na die 5-min van die bokant van die kamer verwyder, en die rotte het in die kamer gebly vir 'n addisionele 15-min na die verwydering van bottel. Hierdie prosedure is identies herhaal vir 7 opeenvolgende dae. Afstand gereis is gemeet met behulp van die VersaMax-stelsel (Accuscan, Columbus, OH), wat diereaktiwiteit monitor deur middel van 'n rooster van 16 × 16 infrarooi ligbalke wat die dierekooi (42 × 42 × 30 cm) voor en agter skuif en links na regs . Inligting oor die status van die balk, geskandeer teen 'n tempo van 100 keer per sekonde, is op die skyf gestoor. Aktiwiteit is uitgedruk as ambulatoriese afstand gemeet in cm gedurende 12 verskillende 3-min-bakkies in 'n 35-min sessie (die finale bin was 2-min).

Sakkarin opleiding

Om glukose-geïnduceerde handel met GluA1 te vergelyk met die gevolge van sarcharin inname, is 12 volwasse manlike rotte (250 g) in die dierfasiliteit gehuisves op 'n 12-uur lig / donker siklus. Alle rotte is dan na die proeflokaal gewoond, na die proeflokaal vervoer, na 2-ure vertrek en na die dierefasiliteit vervoer. Een op die 4ste dag (na 3 dae van gewoondheid), het rotte toegangsbottels gegee wat water, sukrose of sakkariêre bevat. 4-rotte is toegang gegee tot 'n bottel wat water op die bokant van die hok rus, met die tuit wat deur die deksel in die hok uitsteek. Toegangstyd was 5 minute, toe is die bottel verwyder, en na 15 min addisionele minute rotte is terug na die diere fasiliteit vervoer. 4 rotte is toegang gegee tot 25% sukrose oplossing en 4 rotte het toegang tot 3% sakkarin oplossing (Sweet'n Low). Die volume vloeistof wat verbruik is, is gemeet. Hierdie prosedure is vir 7 dae herhaal. Op die 7de dag van drink, onmiddellik na die verwydering van bottel, is rotte geoffer en die agterliggende kern is geoes en GluA1 vlakke is deur Western blot ondersoek.

elektrofisiologie

Rotte is sukrose opgelei soos hierbo beskryf in duidelike plastiekhokke en na die verwydering van bottel op dag 7, met ketamien (100 mg / kg ip) en xylazine (10 mg / kg ip) nagevors en met kardiale soutwater (mEPSC eksperimente) of onmiddellik beslag gelê (regstelling eksperimente). Brein is vinnig verwyder in kunsmatige serebrospinale vloeistof (ACSF) wat uit die volgende bestaan ​​(in mM): vir mEPSC eksperimente: NaCl (118), KCl (2.5), CaCl2 (3), MgCl2 (1), NaHCO3 (26), NaH2PO4 (1), D-glukose (10), osmolariteit aangepas op 325 mOsm en beluister deur 95% O2/ 5% CO2 (pH 7.4); vir regstelling eksperimente: 75 sukrose, 87 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO4, 0.5 CaCl2, 7 MgCl2 6 H2O, 25 NaHCO3, 10 dekstrose, geborrel met 95% O2 / 5% CO2 (pH 7.4). Koronale snye (300μm dik) wat die kernakkapsel bevat, is in yskoue ACSF geknip met 'n vibrasie (Leica, VT1200S) en ondergedompel in ACSF (ACSF, in mM: 124 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO4, 2.5 CaCl2, 1.5 MgSO4 7H2O, 26 NaHCO3, en 10 dekstrose) vir <30 min; word dan minstens 1 uur in 'n sny-broeikas gehou by kamertemperatuur om te herstel. Vir mEPSC-eksperimente: 'n enkele sny is dan oorgedra na 'n opnamekamer waarin dit onder 'n nylonnet by 32 ° C gehou word met 'n TC324B-in-line oplossingverwarmer en -beheerder (Warner Instruments, CT). Die kamer is deurlopend deur ACSF geperforeer teen 'n konstante dosis van 2 ml / min. Medium stekelrige neurone uit die kernstreek van die nucleus accumbens is onder visuele leiding geïdentifiseer met behulp van infrarooi-differensiële interferensie kontrasvideomikroskopie (Hamamatsu C5405) met 'n Olympus BX50WI regop mikroskoop toegerus met 40x lang werkafstand water-onderdompelingsdoelstelling. Patch-elektrode (4–6 MΩ) gevul met 'n intrasellulêre pipetoplossing bestaande uit (in mM): CsCl (145), HEPES (10), EGTA (0.5) en MgATP (5). Osmolariteit is met sukrose op 290 mOsm aangepas, en pH is met CsOH op 7.4 aangepas. Miniatuur-opwindende post-sinaptiese strome (mEPSC's) is aangeteken in die teenwoordigheid van bicuculline (10 μM) en tetrodotoxin (1 μM) met behulp van Axopatch 200B versterker (Molecular Devices, CA) en gedigitaliseer deur Digidata 1322A (Molecular Devices, CA). Vir regstellingseksperimente: snye is na die opnamekamer oorgedra en geperfuseer (2.0-2.5 ml min-1) met geoksigeneerde ACSF by 33-35 ° C wat 50 μm picrotoxin bevat om EPSC's te isoleer. Somatiese heelselopnamebewegings is gemaak van kernstreekmediumswart neurone in spanningsklem met 'n Multiclamp 700B versterker (Molekulêre toestelle) deur gebruik te maak van IR-DIC videomikroskopie. Patchpipette (4-6 MΩ) is gevul met intracellulêre oplossing (in mM: 125 Cs-glukonaat, 2 CsCl, 5 TEA-Cl, 4 Mg-ATP, 0.3 GTP, 10 fosfokreatien, 10 HEPES, 0.5 EGTA en 3.5 QX -314). Data is by 2 kHz gefiltreer, gedigitaliseer by 10 kHz, en geanaliseer met Clampfit 10 (Molecular Devices). Ekstracellulêre stimulasie (0.01-1 ms, 5-150 μA, 0.2 Hz) is toegedien met 'n klein glas bipolêre elektrode 0.05-0.5 mm van die opname-elektrode. Na ~ 10 min van die basislyn opname, is 'n oplossing wat Naspm (200 μM) bevat, in die bad gepomp vir 10 min. Veranderinge in EPSC amplitude is voor en na dwelmtoediening gemeet aan houpotensiale van -70, -50, -30, 0, + 20, + 40 en + 60 mV. Die regstelling-indeks (ir) is bereken deur enige potensiële verskuiwings in omkeerpotensiaal te korrigeer en bereken uit die volgende vergelyking: ir = (I-70 / 70) / (I+40 / 40), waar I-70 en I+40 word die EPSC amplitudes aangeteken by -70 mV en + 40 mV, respektiewelik.

Subcellulêre fraksionering en Westerse blotting

Accumbens is op ys versamel soos hierbo beskryf. Wanneer kern en dop afsonderlik gedissekteer is, is skeiding bevestig deur sintaptosoom breuke vir dopamien-β-hidroksilase te ondersoek, 'n ensiem wat in die terminale van aksone tot by die dop gevind is, maar nie die kern nie (Sesack en Grace, 2010). Hele sel-, sinaptosoom- en PSD-breuke is voorberei soos hierbo beskryf (Jordan et al., 2004). Synaptosomale pellets is weer gesuspendeer in 200 μl 25 mM Tris met 1% Triton X-100, geruik teen 4 ° C vir 30-min, en gesentrifugeer by 13,800 × g vir 15-min in 'n mikrocentrifuge na pellet PSDs. Die korrel wat ruwe PSD's bevat, is opgeskort in 25 mM Tris met 2% SDS. Breuke is geanaliseer deur Western blot op SDS-PAGE gels soos voorheen beskryf (Jordan et al., 2004). Die volgende teenliggaampies is gebruik: dopamien β-hidroksilase (1: 1,000, Abcam), GluA1 (1: 1,000, Millipore), fosfor-Ser 845 GluA1 (1: 1,000, Millipore), GluA2 (1: 1,000, Millipore) en tubulien (1: 10,000, Sigma).

Elektronmikroskopie

Op die dag van weefsel-oes (dag 7 van sukrose-opleiding) is rotte van 3-toetsgroepe (Water, Sukrose / Water, Sukrose, 3 rotte / toetsgroep) in lokomotoriese metingskamers vir 15-min geplaas; by 15-min is 'n bottel deur die kamertjie ingebring. Rotte in die Watergroep het water ontvang, rotte in die ucrose groep ontvang 25% sukrose, rotte in die Sukrose / Water groep, wat 25% sucrose vir 6 dae verbruik het, het water ontvang. Rats was diep narkoseer met Nembutal (50 mg / kg ip) en transcardiaal perfuse met 0.1 M fosfaatbuffer (pH 7.4) wat 4% paraformaldehied en 0.1% glutaraldehied teen 'n tempo van 50 ml / min gedurende die eerste 3-min bevat, dan by 'n dosis van 20 ml / min vir die daaropvolgende 7-min. Weefsel is voorberei vir die postembedse immunogold (PEG) etikettering en beelde is vasgelê soos hierbo beskryf (Nedelescu et al., 2010). Immunolabels is volgens hul posisie relatief tot die PSD gekategoriseer by asimmetriese sinaptiese kruisings as "gesplete", "naby PSD" (binne 1 PSD breedte van die PSD), "by PSD," "intraspinous" of "ekstrasynaptiese membraan." elke dier, 93 sinapse was monsters van die kern van die accumbens. Ewekansige steekproefneming is verseker deur al die eerste 93-ewekansige sinapse te analiseer as ons sistematies oor die rooster gesweef het, en dan dieselfde aantal sinapse van elkeen van die drie diere wat identiese ante mortembehandelings ontvang het, versamel. Twee soorte kwantifisering is uitgevoer. Die een was om die GluR1-immunoreaktiwiteitsvlak te evalueer deur die aantal PEG-deeltjies wat by diskrete funksionele domeine van die ruggraat voorkom, te tel. Die ander was om die verhouding van sinapse wat by die PSD gemerk is, te evalueer deur enige aantal PEG-deeltjies. Selfs sinapse wat deur slegs 1 PEG-partikels gemerk is, is as geëtiketteer beskou, gegrond op vroeër werk wat die spesifisiteit van die GluR1-PEG-prosedure demonstreer (Nedelescu et al., 2010). Behandelingseffekte op die verhouding en vlak van GluR1-immuno labeling is geanaliseer deur eenrigting-ANOVA met beplande na-hoc-vergelykings (Fisher's LSD). Om eksperimentele vooroordeel uit te skakel, was die data drie-blinde: een eksperiment het sukrose-opleiding uitgevoer en rekords van die diere in die drie toetsgroepe gehou, 'n tweede eksperimentant het die elektronmikrograwe geskep en 'n nuwe alfanumeriese kode aan elke mikrograaf toegeken en die kode verseël. , en drie addisionele eksperimente het die mikrograwe en gekwantifiseerde PEG-partikels geskandeer. Nadat PEG-kwantifisering voltooi was, het die eksperimente belê om die identiteite van elke mikrograaf te openbaar.

Kanaalinplantasie en intrakraniale inspuitings

Intrakraniale inspuiting is gebruik om Naspm en APV na die accumbens kern te lewer. Vir kanulimplantasie, soos voorheen beskryf (Carr et al., 2010), was rotte diep narkose met ketamien (100 mg / kg ip) en xylazine (10 mg / kg ip) en na die operasie met die pynstillende benamien (1 mg / kg subkutane) ingespuit. Rotte is stereotaksies geïmplanteer met twee 26-gauge-kanale (PlasticsOne, Roanoke, VA) bilateraal in die accumbens kern met koördinate: 1.6 mm anterior vir bregma; 2.9 mm lateraal aan die sagittale hechting, wenhoeke 8 ° na die middellyn, 5.6 mm ventrale na die skedeloppervlak. Kaneelblare is deur tandheelkundige akriel in plek gehou en die deursigtigheid is gehandhaaf met 'n okklusiestyl. Vir intrakraniale inspuitings is Naspm- en APV-oplossings gelaai in twee 30 cm lengtes PE-50-buise wat aan die een kant geheg is aan 25-μl Hamilton-spuite gevul met gedistilleerde water en aan die ander kant van 31-gauge inspuitingskanyle wat 2.0 mm verleng het. bo die ingeplantde gidse. Die spuite is gemonteer op die dubbele houers van 'n Harvard 2272 mikroliter spuitpomp wat die 0.5 μl inspuiting volumes oor 'n tydperk van 100 sec lewer. Een minuut na voltooiing van inspuitings, inspuitingskanyle is van gidse verwyder, stylette is vervang, en diere is in lokomotoriese toetskamers vir sukrose-opleiding geplaas. Na aanleiding van diereopoffering, is kritiese breinafdelings geanaliseer vir kannanlokalisering; 2 uit 15-diere is van die studie uitgesluit weens onbehoorlike kannaplasing.

Statistiese analise

Eenrigting ANOVA gevolg deur Fisher post hoc toetse is gebruik vir elektronmikroskopie, immuno-cytochemie en biotinyleringseksperimente. Twee-tailed Student se t-toetse is gebruik vir elektrofisiologie. Vir sukrose hiperaktiwiteit eksperimente, is twee-rigting ANOVA gebruik, gevolg deur Fisher post hoc toetse.

RESULTATE

Karakterisering van 'n sukrose-inname paradigma

Ons het 'n sukrose-innameparadigma gebruik om die effek van 'n natuurlike, orosensiewe beloning op sinaptiese oordrag te ondersoek (Figuur 1A). Volwasse manlike rotte is op drie agtereenvolgende dae na 'n toetskamer vervoer. Op die vierde dag (eerste dag van opleiding) is die rotte in 'n lokomotoriese metingskamer geplaas. Na 15 minute van lokomotoriese aktiwiteitsmeting in die kamer, is bottels wat water of water bevat (vir waterdiere) of 25% sukrose-oplossing (vir Sukrose-diere) in die afmetingskamers ingebring deur gate in die deksel van die kamer. Die bottels is na 5 minute verwyder en lokomotoriese aktiwiteit is vir 'n addisionele 15-minuut gemeet voordat diere na tuishokke teruggekeer is. Ons het hierdie prosedure vir 7 opeenvolgende dae herhaal. In sommige eksperimente is sukrose-opleiding uitgebrei na 'n 8th dag. Hierdie kort, nie-kontingente toegang tot 'n hoogs smaaklike oplossing het ons toegelaat om beide akute en kumulatiewe gevolge van sukrose-inname te ondersoek, aangesien diere binne drie dae na opleiding op 'n betroubare wyse sukrose sterk onder die toegangsvenster ingehelp het (Figuur 1B). Hierdie eksperimentele toestande het die vergelyking van toetsgroepe moontlik gemaak onmiddellik na die staking van inname. Ons kriterium vir insluiting in die studie was dat rotte binne drie dae na opleiding begin om ten minste een gram sukrose te verbruik. Geen diere is op grond van hierdie maatstaf uitgesluit van die studie nie.

Figuur 1  

Herhaalde sukrose inname veroorsaak transiente verhogings van spontane voortbeweging.

Ons het opgemerk dat sukrose diere binne drie dae van opleiding aansienlik meer sukrose-oplossing verbruik het as waterdiere wat water verbruik het (Figuur 1B). Daarbenewens het geen beduidende verskille in spontane bewegings op opleidingsdae 1-6 waargeneem nie (data nie getoon nie), het ons 'n beduidende toename in totale afstand gereis in Sukrose-diere in vergelyking met waterdiere waargeneem in die drie minute na die verwydering van bottel op dag 7 (Figuur 1D), en hierdie verskil was ook teenwoordig op dag 8 (Figuur 1E). Geen verskille in totale afstand afgelê is waargeneem tussen Water en Sucrose diere in die drie minute voor die bottel bekendstelling op enige van die toets dae (Figuur 1C), wat 'n verhoogde voortbeweging voorstel, was 'n akute reaksie op sukrose-inname wat spesifiek is vir die sukrose-opgeleide rot, eerder as 'n gekondisioneerde reaksie op die lokomotoriese kamer. In ooreenstemming met hierdie moontlikheid was daar 'n beduidende positiewe korrelasie tussen die hoeveelheid sukrose wat verbruik is en die totale afstand wat afgelê is (Figuur 1F). Daar was geen verskil in diergewigte tussen die Sukrose en Watergroepe voor of na die 7-dae van opleiding nie (data nie getoon nie).

Sukrose inname veroorsaak CPAR inkorporasie

Sucrose opleiding het gelei tot 'n verbygaande verloop van die voortbeweging op die finale opleidingsdag. Om vas te stel of hierdie gevolg van sukrose-inname gepaard gegaan het met elektrofisiologiese veranderinge in die nucleus accumbens, 'n streek wat beloningsgedrag reguleer, het ons nukleusskyfies voorberei onmiddellik na bottelverwydering op dag 7 en aangeteken uit neurone van die accumbens kern (Figuur 2A). Die kern substreek is betrokke by lokomotoriese reaksies om stimuli te beloon (Sesack en Grace, 2010). Ons het bevind dat beide die amplitude en die frekwensie van spontane miniatuur-eksitatoriese postsynaptiese strome (mEPSCs) aansienlik groter was in die accumbens-kern van Sukrose-diere in vergelyking met Waterdiere (Figuur 2B). Dit het getoon dat herhaalde sukroseverbruik die sinaptiese oordrag positief kan reguleer in die kernkern. Om vas te stel of CPAR-inlywing 'n rol gespeel het in potensiëring na sukrose, het ons regstellingindices vir accumbens-kernneurone bepaal deur EPSC's by verskillende membraanpotensiale te meet (Figure 2C, 2D en 2E). KPAR's is binne-in regstelling by gedepolariseerde potensiale as gevolg van endogene polimeïen blokkade. Ons het beduidende regstelling in opnames van neurone van Sucrose-diere waargeneem, soos aangedui deur nie-lineariteit in die I / V-verhouding, in vergelyking met waterdiere (Figuur 2E), bykomend tot 'n beduidende toename in regstelling-indeks (Figuur 2F).

Figuur 2  

Accompens kern sinapses word versterk na herhaalde sukrose inname.

Om 'n verhoging van die CPAR-vlakke met 'n ander metode te bevestig, het ons vanaf die basiese kernneurone van accumbens aangeteken na die insluiting van die spesifieke CPAR-blokker, 1-naftylacetylspermine (Naspm) in die bad. Ons het gevind dat Naspm aansienlik verminder EPSC amplitude in opnames van neurone van Sucrose maar nie Water diere (Syfers 3A-C). Daarbenewens het die I / V-verhouding in neurone van Sukrose-diere lineêr geword, na aanleiding van die Naspers-behandeling, wat die inhibisie van CPAR's in sinkrose-sinkapsisse weerspieël, terwyl geen beduidende effek op die I / V-verhouding waargeneem is na die Naspm-behandeling in neurone van waterdiere nieSyfers 3D). Hierdie resultate toon dat herhaalde sukrose-inname die inkorporering van CPAR's in sinapse van die accumbens-kern veroorsaak.

Figuur 3  

Sukrose inname veroorsaak inkorporering van Ca2 + -permeabele AMPA reseptore.

Sukrose inname veroorsaak GluA1-handel

CPARs is AMPA-reseptore wat die GluA2 AMPA-receptor subeenheid ontbreek. Dus, sinaptiese inkorporering van CPARs behels meestal sinaptiese aktiwiteitsafhanklike handel in die GluA1-subeenheid (Hy et al., 2009; Isaac et al., 2007; Liu en Zukin, 2007; Plant et al., 2006). Om te bevestig CPAR sinaptiese inkorporasie na sukrose opleiding, het ons ondersoek of sukrose inname verhoogde sinaptiese uitdrukking van GluA1. Rotte is toegang gegee tot sukrose soos hierbo beskryf vir 7 opeenvolgende dae. Op dae 1, 3, 5 en 7 het ons die hele sel, sinaptosoom en postsynaptiese digtheid (PSD) breuke uit drie breinstreke geïsoleer: accumbens kern (core), accumbens shell (shell) en somatosensoriese korteks (korteks). Ons het die hele sel en PSD breuke deur Western blot vir die uitdrukking van GluA1 en GluA2 ontleed.

Ons het geen veranderinge in GluA1 of GluA2 gevind in die hele sel breuke van accumbens lysates op die toetsdae ondersoek nie, wat daarop dui dat herhaalde sukroseverbruik nie die algehele vlakke van hierdie proteïene reguleer nie (Syfers 4A-C). In die PSD-fraksies, het GluA1 egter aansienlik toegeneem op dag 7 in die kern, maar nie in die dop nie, terwyl GluA2 nie beduidend in een fraksie verander het nie (Syfers 4D-4F en data nie getoon nie). Ons het op die voorafgaande toetsdae geen beduidende toename in GluA1 in die accumbens-kern-PSD-breuke waargeneem nie (Syfers 4D-F) en GluA1 of GluA2 verander nie in die korteks-PSD breuke op enige van die toetsdae nie (data nie getoon nie). Verhoogde GluA1, veral relatief tot GluA2, in die basiese kern-PSD's na herhaalde sukrose-inname, stem ooreen met die verhoogde regstelling waargeneem in accumbens-kernneurone, soos hierbo beskryf.

Figuur 4  

Postsynaptiese digtheid GluA1, maar nie GluA2, word toegeneem in die kernkern se kern na sukrose-inname.

Aktiwiteitsafhanklike GluA1-handel het getoon dat dit sinaptiese plastisiteit bygedra het vitro en ook in vivo (Lu en Roche, 2011). 'N Vinnige, multi-stap-meganisme vir GluA1-handel is getoon vitro (Serulle et al., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005). Tot dusver, die bydrae van hierdie multi-stap meganisme tot GluA1 synaptiese akkumulasie in vivo is nie getoets nie. Om vas te stel of sukrose-opleiding GluA1-handel akuut deur die meervoudige meganisme veroorsaak, het ons GluA1 by nucleus toegepas synapse van sukrose- en water opgeleide diere deur kwantitatiewe elektronmikroskopie. Accumbens kernweefsel is geoes op die sewende dag van sukrose-opleiding van 3-toetsgroepe van rotte. Dit was rotte wat: 1) verbruik water vir 7 dae (Water), 2) suiker vir 7 dae (Sukrose), en 3) sukrose verbruik vir 6 dae en water op dag 7 (Sukrose / Water). Rotte is op die 7 geofferth dag, 5 minute na verbruik van sukrose of water. So, die vergelyking van twee van die toetsgroepe, Sukrose / Water en Sukrose diere, aan mekaar en aan Waterdiere, het die tydskaal van postsynaptiese veranderinge veroorsaak deur sukroseverbruik in sukrose-opgeleide rotte onthul. Ons het die volgende postembediese immunogold (PEG) gemerkte GluA1 in 5 verskillende postsynaptiese kompartemente gemeet: dendritiese ruggraat sitosol (intraspinous), ekstrasynaptiese plasmamembraan (membraan), PSD, naby PSD en sinaptiese spleet. Die laaste drie kompartemente word saam gegroepeer as 'PSD '(Fig. 5A). Om eksperimentele vooroordeel uit te skakel, was elektronmikrograaf-toetsgroepidentiteite van drie-blinde.

Figuur 5  

Elektronmikroskopie onthul induksie van multi-stap GluA1-handel deur sukrose-inname.

Beide Sukrose en Sukrose / Waterdiere het aansienlik verhoogde intraspinale GluA1 ten opsigte van Waterdiere (Fig. 5B en 5C). Dit dui daarop dat chroniese sukroseverbruik 'n intrasellulêre poel van GluA1-bevattende AMPA-reseptore wat aangrensend is aan sinaptiese terreine, reseptore wat geredelik beskikbaar is vir sinaptiese handel, verhoog, en belangriker dat hierdie intrasellulêre poel kan voortduur vir 24 uur na die finale verbruik van sukrose . Ons het dan die belangrike vraag ondersoek of 'n akute sukrose stimulus vinnige GluA1-handel kan veroorsaak. Ons het opgemerk dat ekstrasynaptiese plasma membraan GluA1 aansienlik toegeneem is in Sukrose diere in vergelyking met beide Sukrose / Water en Water diere (Syfers 5B en 5D). Hierdie waarneming dui aan dat 'n natuurlike, orosensoriese beloning wat deur 'n enkele sukrose-stimulus verskaf word, vinnig (<5 min), maar kortstondig (vervalstyd <24 uur) die ekstrasynaptiese populasie van GluA1-bevattende AMPA-reseptore kan verhoog, wat 'n labiele poel skep waaruit die reseptore kan na die sinapse verkeer.

Aansienlik, vitro studies het voorgestel dat sinaptiese inkorporering van AMPA-reseptore in 2-stappe plaasvind. In die eerste keer verhoog die glutamaat- of dopamien-afhanklike Ser 845 fosforilering die vlakke van reseptore by ekstrasynaptiese terreine in die plasmamembraan (Esteban et al., 2003; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005), terwyl Ser 818 fosforilering in die tweede sinaptiese inkorporasie bevorder (Boehm et al., 2006). Ons elektronmikroskopie-vergelyking van Sukrose-diere met Sukrose / Water en Waterdiere toon dat die eerste stap van GluA1-handel waargeneem word vitro (Makino en Malinow, 2009), vinnige handel met die ekstrasynaptiese membraan vind ook plaas in vivo volgende voorsiening van 'n orosensiewe beloning.

In ooreenstemming met die elektrofisiologie en biochemiese resultate wat hierbo beskryf is, het PEG EM getoon dat sukrose-inname ook die tweede stap in die GluA1-toevoer van GluA1-reseptiewe GluA1-reseptore tot die sinaps geïnduceer het, aangesien die vlak van GluA1-immunoreaktiwiteit by die PSD aansienlik groter was vir Sukrose in vergelyking met Waterratte, en daar was 'n tendens na verhoogde GluAXNUMX in Sukrose / Water in vergelyking met waterratte (Syfers 5B en 5E). Die toename in Sukrose / Water diere is in ooreenstemming met óf vinnige inkorporering van GluA1 wat verval met 'n sinaptiese halfleeftyd van ~ 24 hr ,, of vinnige inkorporering van GluA1 en vervanging deur sinaptiese GluA1 / 2 oor 'n soortgelyke tydperk. Die persentasie synapse wat GluA1 in die PSD uitdruk, was ook aansienlik groter in Sukrose rotte in vergelyking met Water rotte (Figuur 5F), wat daarop dui dat GluA1 handel dryf met sinapse wat GluA1 voorheen nie gehad het nie. Dit dui ook daarop dat die toename in mEPSC-amplitude waargeneem by sukrose-rotte die gevolg is van 'n toename in sinaptiese GluA1, en dat die toename in mEPSC-frekwensie kan voortspruit uit die werwing van GluA1 tot voorheen stil accumbens-sinapse, hoewel die versterking van glutamaatvrystelling nie van die hand gewys kan word nie. Ons het ook die aantal sinapse in elk van die drie toetsgroepe gemeet om te bepaal of sukrose-inname geïnduseerde sinaptogenese is; daar was geen verskille tussen die drie toetsgroepe nie (data nie getoon nie). Ons kom tot die gevolgtrekking dat herhaalde sukrose-inname 'n stabiele (> 24 uur) intraspinêre poel van GluA1 verhoog, en 'n enkele sukrose-stimulus tot 'n sukrose-opgeleide (6 dae) rot voldoende is om GluA5 vinnig (1 min) in die ekstrasynaptiese plasmamembraan te verhoog. reseptore uit die binnespinous poel te trek. Ons stel voor dat 'n gedeelte van hierdie ekstrasynaptiese reseptore stabiel in die PSD geïnkorporeer word, wat lei tot die waargenome regstellingsindeks en PSD GluA1-veranderinge, voordat die ekstrasinaptiese poel 24 uur na die stimulasie terugkeer na die basislyn. Hierdie resultate toon dat 'n natuurlike beloning vinnige GluA1-handel in 'n opgeleide dier kan veroorsaak.

CPAR aktiwiteit is nodig vir verhoogde voortbeweging na sukrose inname

Medium spiny neurone ontvang beide dopaminerge en glutamatergiese insette (Calabresi, et al., 1992). Om die betrokkenheid van glutamaat sein in die verhoogde spontane lokomotasie wat ons waargeneem het na sukrose-inname in sukrose-opgeleide rotte, te assesseer, het ons cannulas in die accumbens-kern van rotte ingeplant en opgelei diere in lokomotoriese metingskamers soos hierbo beskryf. Op dag 8 van sukrose-opleiding het ons Naspm in die kern geïnkorporeer voordat dit in die lokomotoriese toetskamer plaasgevind het. Die inspuiting het die totale afstand afgelê van die Sucrose-diere verminder en die verskil tussen Sukrose en Waterdiere geëlimineer onmiddellik na die verwydering van bottel (Figuur 6A). Om te verifieer dat stres wat veroorsaak word deur die hantering van die diere nie die sukrose-reaksie beïnvloed het nie, het ons sout in die kern op die volgende dag ingespuit (dag 9 van sukrose-opleiding); weer in die Sukrose-diere is onmiddellik betekenisvolle hiperaktiwiteit waargeneem onmiddellik na die verwydering van bottel (Figuur 6B). Dit toon dat Naspm spesifiek die sukrose-geïnduceerde verhoging van voortbeweging inhibeer. Die inspuiting van die NMDAR-antagonis, APV, in die kern op die volgende dae, het ook die verskil tussen Sukrose en Waterdiere uitgeskakel (Figuur 6C), wat aantoon dat NMDAR's ook benodig word vir die verhoging van spontane voortbeweging na sukrose-inname. Ten einde te bepaal of 'n gekondisioneerde reaksie op die toetskamer 'n rol gespeel het in hiperaktiwiteitsinduksie, is diere in die kamer vir 35 min sonder bottelinleiding geplaas. geen verskille in afstand afgelê is waargeneem tussen sukrose en water diere (Figuur 6D). Naspm en APV het nie sukroseverbruik beïnvloed nie (Figuur 6E), wat aantoon dat kern-CPAR's en NMDAR's nie nodig is vir die kragtige inname van sukrose nie. Diere waarin cannulas nie in die accumbens kern (2 uit 15 diere) geplaas is nie, soos geëvalueer na-opoffering (Figuur 6F), was nie in die studie ingesluit nie. Ten slotte toon hierdie data saam dat die gebruik van sukrose deur 'n sukrose-opgeleide rat sinaptiese handel in GluA1 in 5 minute veroorsaak, en dat die blokkade van seinmeganismes wat hierdie handel beheer, verhoed dat die spontane lokomotoriese aktiwiteit na sukrose verhoog word.

Figuur 6  

Verhoogde spontane lokomotie na sukrose inname vereis CPARs en NMDARs.

Twee paaie vir sukrose seinering kan beoog word. Een, 'n streng chemosensoriese of orosensiewe baan, word geïnisieer deur sukrose binding aan die soet smaakreseptor, wat ooreenstem met die heteromeriese G-proteïengekoppelde reseptorkompleks, T1R2 / T2R3 (TXNUMXRXNUMXKitagawa et al., 2001; Max et al., 2001; Nelson et al., 2001; Sainz et al., 2001). Kalorie-ryk voedingstowwe kan ook breinfunksie reguleer deur metaboliese paaie wat onafhanklik van smaak is, hoewel die meganismes nie goed verstaan ​​word nie (die Araujo et al., 2008). Om tussen hierdie twee alternatiewe vir die weg van GluA1-handel wat deur sukrose geïnduceer is, te onderskei, het ons die opleidingsprotokol met drie groepe rotte (4 rotte / groep) wat vir 5 minute toegang gegee is tot bottels bevat, water, 25% sukrose oplossing , of 3% sarkarine (Sweet en Low). Die bottels is verwyder en die rotte het vir 15 minute langer in die oefenkudde gebly. Opleiding is herhaal vir 7 dae. Die volumes vloeistof wat gebruik word deur die sukrose- en sakkara-toetsgroepe was nie betekenisvol van mekaar nie en beide was groter as verbruik deur die watergroep, in ooreenstemming met die beloning van beide soetstowwe (Figuur 7A). Op die 7de dag van drink, onmiddellik na die verwydering van bottel, is rotte geoffer, die weefselkernweefsel is geoes en gepool vir elke toetsgroep, die PSD-fraksie geïsoleer en GluA1-vlakke ondersoek deur Western blot (Figuur 7B). Soos voorheen het diere wat sukrose verbruik het, verhoogde GluA1 in die PSD-fraksie vergeleke met die watergroep (Figuur 7C). Signifiserend, GluA1 is ook verhef in die PSD-fraksie van diere wat sakkara verteer het. Daar was geen beduidende verskil in die vlakke van GluA1 in die hele sel fraksies van accumbens kern van water, sukrose en sakkara diere, wat daarop dui dat die toename van GluA1 spesifiek vir die sinaptiese breuk was (Figuur 7D). Omdat sarkarine dieselfde heteromeer G-proteïengekoppelde smaak-reseptorkompleks as sukrose stimuleer (Masuda et al., 2012; Nelson et al., 2001), maar het geen kaloriewaarde nie, kom ons tot die gevolgtrekking dat stimulasie van die soet smaak-reseptor voldoende is om sein te begin wat GluA1-vlakke verhoog by kernkern-sinapse.

Figuur 7  

Sakkara Opleiding lei tot 'n toename in Synaptiese GluA1 Soortgelyk aan Sukrose Opleiding.

Bespreking

Ons het getoon dat 'n orosensiewe beloning, herhaalde sukroseverbruik, die GluA1-sinaptiese inkorporasie akuut kan veroorsaak deur 'n multi-stapsmokkelingsmeganisme wat voorheen beskryf is. vitro. Herhaalde sukroseverbruik oor 6-7 dae het potensiële kern sinapse elektrofisiologies versterk deur die invoeging van CPARs. Hierdie effek het gepaard gegaan met die ophoping van GluA1, maar nie GluA2 in die PSD van die kern nie, en was regionaal en tydelik spesifiek aangesien geen veranderinge waargeneem is voor opleidingsdag 7 in die kern nie. somatosensoriese korteks. Elektronmikroskopiese analise het aan die lig gebring dat herhaalde sukrose-inname 'n betreklik stabiele verhoging (t1/2 > 24 uur) populasie van intraspinous GluA1-bevattende reseptore. Sukrose ook vinnig (5 min) en kortstondig (t1/2 <24 uur) verhoogde vlakke van GluA1-bevattende reseptore op ekstrasynaptiese plekke in sukrose-opgeleide diere, wat die populasie van AMPAR's verhoog wat lateraal in die sinaps kan versprei. Sinaptiese GluA1, beide voorgestel deur die PSD-fraksie en soos opgespoor deur PEG-EM, is aansienlik verhoog in sukrose in vergelyking met waterdiere. Uit hierdie resultate stel ons voor dat die twee-stap meganisme van ekstrasynaptiese eksositose gevolg deur sinaptiese handel vir AMPAR sinaptiese invoeging wat voorheen beskryf is vitro (Boehm et al., 2006; Makino en Malinow, 2009; O et al., 2006; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2005) kan vinnig begin word in vivo deur 'n natuurlike, orosensory beloning.

Veranderinge in sinaptiese GluA1 vlakke is eers na 7 opleidingsessies waargeneem, wat daarop dui dat 'n hele daglange proses nodig is vir potensiering. In biochemiese eksperimente in vivo, het ons nie beduidende toenames in die aanvanklike kern PSD GluA1 vlakke op dae 1, 3 en 5 van sukrose-opleiding waargeneem nie; eers na 7 dae van sukrose-opleiding was GluA1 in die PSD aansienlik verhef. In elektronmikroskopie-eksperimente het ons waargeneem dat Sukrose / Water-diere, wat sukrose opgelei is vir 6-dae, maar nie 'n sukrose-stimulus in 24-ure ontvang het nie, 'n tendens teenoor verhoogde PSD GluA1 vertoon. Dié diere het ook verhoogde intraspinige GluA1 vergeleke met Waterdiere uitgestal, maar geen verandering in ekstrasynaptiese membraan GluA1 is waargeneem nie. Uit hierdie resultate trek ons ​​drie gevolgtrekkings. Eerstens, bevat GluA1-bevattende AMPA-reseptore intraspinously met opeenvolgende sukrose-stimulasies. Aangesien vorige studies het getoon dat sukrose inname dopamien vrylating in die accumbens veroorsaak (Cacciapaglia et al., 2012; McCutcheon et al., 2012; Rada et al., 2005), en dat D1Rs plaaslike GluA1-vertaling in dendriete kan bestuur (Smith et al., 2005), dopamien vrystelling na sukrose inname kan plaaslike GluA1 sintese veroorsaak wat lei tot intraspinige GluA1-akkumulasie. Alternatiewelik kan die intraspinale toename die handel van GluA1 van distale plekke weerspieël. Dit is waarskynlik dat eksocytotiese handel vanaf hierdie verhoogde intraspinale swembad bydra tot die ekstrasynaptiese poel in die plasmamembraan. Tweedens dui die waarneming van 'n toename in ekstrasynaptiese membraan GluA1 in Sukrose, maar nie in Sukrose / Water of Waterdiere aan nie, dat die ekstrasynaptiese reseptore óf deur 'n tweede stap na die sinaps beweeg of binne die 24-uur in die 1 uur na die sukroseverbruik beweeg word. ekstrasynaptiese swembad verbygaande. Derdens dui die vermeerdering van Sukrose-dier PSD GluA1 in vergelyking met Waterdiere, maar nie Sukrose / Waterdiere, ook daarop dat die reseptore na elke sukrose-stimulus lateraal in die sinaps beweeg vanaf die reseptorspoel vinnig na die ekstrasynaptiese plasmamembraan gemis. Ons kan nie uitgesluit dat GluA1 verkeersligte direk vanaf die intraspinale poel na die sinaps. So 'n pad lyk egter onwaarskynlik aangesien die studies wat wys dat GluAXNUMX ekstrasynapties geplaas word (Boehm et al., 2006; Makino en Malinow, 2009; O et al., 2006; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2005). Hierdie bevindinge verteenwoordig die eerste demonstrasie dat die tydsverloop vir GluA1-handel (<5 min) en die weg waargeneem is vitro word ook waargeneem in vivo. Daarbenewens dui ons resultate daarop dat herhaalde lonende stimuli die kapasiteit vir die versterking van 'n sinaps verander deur die poel van intraspinale reseptore wat in staat is om verhandel te word, verhef.

Omdat sarkarine GluA1-handel soortgelyk aan sukrose veroorsaak, is die kalorie-inhoud van sukrose nie nodig nie. Sacharine stimuleer dieselfde soet smaak reseptor, T1R2 / T2R3, as sukrose. (Masuda et al., 2012; Nelson et al., 2001), sUggesting aktivering van hierdie reseptor begin waarskynlik die inkorporering van GluA1 in MSN sinapse. Sukrose verhoog die vrystelling van dopamien in die accumbens van VTA neurone (Cacciapaglia et al., 2012; McCutcheon et al., 2012; Rada et al., 2005) lwat na GluA1 oppervlaktes handel. So is die pad wat die lieflike smaakreseptor aan die VTA verbind, waarskynlik sentraal tot die plastisiteit wat hier bestudeer word.

Dit is waarskynlik dat vinnige GluA1-handel ná sukrose-inname 'n rol speel in die regulering van spontane voortbeweging. Inderdaad, in sukrose-opgeleide diere het inhibisie van CPARs verhoging van spontane lokomotoriese aktiwiteit onmiddellik na sukrose-inname verhinder. Totale afstand afgelê deur rotte na sukroseverbruik wat op opeenvolgende dae gemeet is, was beduidend verhoog slegs vir die periode 3 min onmiddellik na sukroseverbruik op die sewende dag van opleiding. Verhoogde aktiwiteit onmiddellik nadat sukrose waargeneem is wat begin met dag 3 van opleiding, maar het nie betekenisvol verskil tot dag 7 nie. Hierdie tydsduur van aktiwiteit korreleer met die tydsduur van akkumulasie van GluA1 in accumbens core dendrites. Die verhoogde voortbeweging was 'n funksionele gevolg van CPAR-handel aan MSN-sinkapte in die accumbens-kern, aangesien Naspm-inspuiting in die kern die toename in aktiwiteit belemmer het. Voorkoming van verhoogde voortbeweging deur 'n NMDA-reseptor inhibitor het getoon dat glutamaat sein via NMDA reseptore sowel as CPARs nodig was om die lokomotoriese aktiwiteit te verhoog. Sucrose inname is egter nie geraak deur blokade van glutamaat seinering, in ooreenstemming met vorige studies wat aantoon dat die accumbens kern betrokke is by die orkestrasie van motoriese reaksies wat verband hou met orosensoriese beloning, maar nie verbruik self nie (Smith, 2004). 'N Soortgelyke tydsberekening vir die ontwikkeling van hiperlokomotie is aangemeld vir die ontwikkeling van gekondisioneerde hiperaktiwiteit in diere wat hul daaglikse ete in 'n eiesoortige omgewing gevoer het (Matthews et al., 1996). As die huidige reaksie 'n gekondisioneerde hiperaktiwiteit was wat voortspruit uit die kombinasie van konteks en sukrose, sou dit egter voorafgaan met die lewering van sukrose wat nie waargeneem is nie. Dit is moontlik dat die vakke 'n verkennende opwinding vertoon. Verdere eksperimente sal nodig wees om te onderskei of verhoogde voortbeweging na sukrose-inname opwindend was van eksplorasie, in teenstelling met 'n vorm van motoriese sensibilisering of ander gedrag. In elk geval vereis die verheffing van spontane bewegings glutamaat sein, en het dit ten minste gedeeltelik tot gevolg gehad van die inkorporasie van CPARs in die accumbens kern.

Die verhoogde lokomotoriese aktiwiteit na sukrose-inname kan direk voortspruit uit die waargenome potensiëring van accumbens-kernsynapses, aangesien verhoogde uitset van die direkte basale ganglia-pad bevordering van voortbeweging deur disinhibisie van motortalamus (Sesack en Grace, 2010). Tsy potensiële synaptes bly waarskynlik op die direkte weerkaatsende kernneurons, wat D1Rs uitdruk. Potentiasie van direkte sin neurone synapse sou ontstaan ​​as D1R aktiwiteit GluA1-bevattende AMPARs tot gevolg gehad het om sinapse in hierdie neurone te laat volg nadat robuuste dopamien vrystelling plaasgevind het. Die gevolglike potensiëring sal aktiwiteit verhoog in remmende projeksies van direkte-padneurone tot basale ganglia-uitsetkerns, wat sodoende motortalamus ontsmet en motoriese korteks aktiwiteit bevorder (Gerfen en Surmeier, 2011; Kravitz et al., 2010; Sesack en Grace, 2010). Die sinaptiese potensiasie wat na herhaalde sukrose-inname waargeneem word, vind waarskynlik spesifiek in direkte neurone plaas omdat dopamien wat deur die D1-reseptor optree, GluA1 S845 fosforilering kan veroorsaak, wat lei tot oppervlakhandel.

'N aantal studies het die gevolge van herhaalde stimulasie met kokaïen ondersoek, gevolg deur onttrekking, 'n behandeling wat diepgaande effekte op die beloningstelsel funksie uitoefen en uiteindelik lei tot kokaïensensitiasie, wat gekenmerk word deur verhoogde motoriese reaksie op kokaïen, dwelmverlange en terugval (Kalivas et al., 1998). Herhaalde IP-inspuiting met kokaïen vir 5-10 dae gevolg deur onttrekking het gelei tot 'n geleidelike toename oor 14 dae in oppervlak GluA2-bevattende AMPA-reseptore (Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007). By 45 dae van onttrekking na 10 d van selfadministrasie is egter 'n groot toename in regstelling indeks waargeneem in rat MSNs (McCutcheon et al., 2011b) wat 'n toename in CPARs aandui. So is CPAR-handel gesien as gevolg van beide sukrose-inname, in die huidige werk en kokaïen-selfadministrasie, al is dit onder baie verskillende behandelingsomstandighede. Omdat die onmiddellike gevolge van kokaïen se selfadministrasie of inspuiting (bv. By 5 minute) nie bekend is nie, kan kokaïenwerking nie direk met die huidige sukrose-werk vergelyk word nie. Net so is dit nie bekend of CPAR's voortduur in MSN-sinkapte van sukrose-opgeleide diere na die beëindiging van sukrose-opleiding nie of indien sulke diere sukrose sensitiwiteit vertoon as gevolg van lang onttrekking.

Om te begryp hoe lonende stimuli reguleer akkumulasie plastisiteit en gedrag is krities om verslawing, hiperfagie, patologiese dobbelary en ander gedragsafwykings aan te spreek (Basar et al., 2010; Berridge, 2009; Luscher en Malenka, 2011). Suiker oorverbruik dra by tot die vetsug epidemie (Hu en Malik, 2010), en hoewel potensieel soortgelyk aan dwelmmisbruik (Avena et al., 2008), sy meganisme is nie omvattend ondersoek nie. Die huidige bevindings vestig basiese elemente van beloningsgeïnduceerde plastisiteit waaruit toekomstige studies die regulering van komplekse gedrag kan aanspreek, wat moontlik nuwe weë bied om beloningsverwante patologieë te konfronteer.

Erkennings

Ons bedank lede van die Ziff-laboratorium, vroeër en hede, vir tegniese bystand en nuttige besprekings, waaronder H. Girma, L. Lee en Dr. B. Fernholz, B. Jordan, W. Lu, G. Rameau, S. Restituito & Y. Serulle. Hierdie werk is ondersteun deur die National Institute of Mental Health Predoctoral Fellowship F31MH76617-01 en NIH Training Grant 5T32DC000063 aan die New York University Training Program in the Neurosciences (DST), R01NS061920 van die National Institute of Neurological Disorders and Stroke (EBZ), 1R21MH091445- 01 van die National Institute of Mental Health and Office of Research on Women's Health, Klarman Family Foundation Grants Program in Eating Disorders Research, NYU's Research Challenge Fund en P30EY13079 (CA), die Nasionale Instituut vir Dwelmmisbruik-toekenning DA003956 en 'n Onafhanklike Ondersoeker-toekenning van NARSAD (KDC), National Institute for Deafness and other Communications Disorders verleen DC009635 aan RCF, en deur 'n saadtoelae in die Centre of Excellence on Addiction van die New York University Langone Medical Center.

voetnote

Belangebotsing: Die outeurs verklaar geen mededingende belange.

Verwysings

  1. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Bewyse vir suikerverslawing: gedrags- en neurochemiese effekte van intermitterende, oormatige suiker inname. Neurosci Biobehav Eerw. 2008; 32: 20-39. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  2. Basar K, Sesia T, Groenewegen H, Steinbusch HW, Visser-Vande Walle V, Temel Y. Nucleus accumbens en impulsiwiteit. Prog Neurobiol. 2010; 92: 533-557. [PubMed]
  3. Berridge KC. 'Hou' en 'wil' kosbelonings: breinsubstrate en rolle in eetversteurings. Fisiologie en gedrag. 2009; 97: 537–550. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  4. Boehm J, Kang MG, Johnson RC, Esteban J, Huganir RL, Malinow R. Synaptiese inkorporasie van AMPA-reseptore tydens LTP word beheer deur 'n PKC-fosforileringsplek op GluR1. Neuron. 2006; 51: 213-225. [PubMed]
  5. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. 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. 2007; 27: 10621-10635. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  6. Brebner K, Wong TP, Liu L, Liu Y, Campsall P, Gray S, Phelps L, Phillips AG, Wang YT. Kern verleen langtermyn depressie en die uitdrukking van gedrags sensibilisering. Wetenskap. 2005; 310: 1340-1343. [PubMed]
  7. Cacciapaglia F, Saddoris-LP, Wightman RM, Carelli RM. Differensiële dopamien-vrylatingdinamika in die kernkern-kern en -dop spoor duidelike aspekte van doelgerigte gedrag vir sukrose. Neurofarmakologie 2012 [PMC gratis artikel] [PubMed]
  8. Calabresi P, Maj R, Pisani A, Mercuri NB, Bernardi G. Langtermyn sinaptiese depressie in die striatum: fisiologiese en farmakologiese karakterisering. J Neurosci. 1992; 12: 4224-4233. [PubMed]
  9. Carr KD, Chau LS, Cabeza de Vaca S, Gustafson K, Stouffer M, Tukey DS, Restituito S, Ziff EB. AMPA-reseptor subeenheid GluR1 stroomaf van D-1 dopamienreseptorstimulasie in nucleus accumbens-dop bemiddel verhoogde geneesmiddelbeloningsgrootte in voedselbeperkte rotte. Neuroscience. 2010; 165: 1074-1086. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  10. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y, Marinelli M, Wolf ME. Vorming van accumbens GluR2-ontbrekende AMPA-reseptore bemiddel inkubasie van kokaïen drang. Aard. 2008; 454: 118-121. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  11. Dag JJ, Carelli RM. Die kern accumbens en Pavlovian beloon leer. Neurowetenskaplike. 2007; 13: 148-159. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  12. die Araujo IE, Oliveira-Maia AJ, Sotnikova TD, Gainetdinov RR, Caron MG, Nicolelis MA, Simon SA. Voedsel beloning in die afwesigheid van smaak reseptor sein. Neuron. 2008; 57: 930-941. [PubMed]
  13. Ehlers MD, Heine M, Groc L, Lee MC, Choquet D. Diffusional vang van GluR1 AMPA reseptore deur insetspesifieke sinaptiese aktiwiteit. Neuron. 2007; 54: 447-460. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  14. Esteban JA, Shi SH, Wilson C, Nuriya M, Huganir RL, Malinow R. PKA fosforilering van AMPA reseptor subeenhede beheer sinaptiese handel onderliggende plastisiteit. Nat Neurosci. 2003; 6: 136-143. [PubMed]
  15. Gerfen CR, Surmeier DJ. Modulasie van striatale projeksiestelsels deur dopamien. Jaarlikse hersiening van neurowetenskap. 2011; 34: 441-466. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  16. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. Postsynaptiese TRPV1 triggers seltipe-spesifieke langtermyn-depressie in die nucleus accumbens. Natuur neurowetenskap. 2010; 13: 1519-1525. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  17. Hy K, Song L, Cummings LW, Goldman J, Huganir RL, Lee HK. Stabilisasie van Ca2 + -permeabele AMPA-reseptore by perisynaptiese terreine deur GluR1-S845 fosforilering. Proc Natl Acad Sci VSA A. 2009; 106: 20033-20038. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  18. Hu FB, Malik VS. Suikerversoete drankies en die risiko van vetsug en tipe 2-diabetes: epidemiologiese bewyse. Fisiologie en gedrag. 2010; 100: 47–54. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  19. Isaac JT, Ashby MC, McBain CJ. Die rol van die GluR2 subeenheid in AMPA reseptor funksie en sinaptiese plastisiteit. Neuron. 2007; 54: 859-871. [PubMed]
  20. Jordanië BA, Fernholz BD, Boussac M, Xu C, Grigorean G, Ziff EB, Neubert TA. Identifikasie en verifikasie van nuwe knaagdier postsynaptiese digtheid proteïene. Mol Cell Proteomics. 2004; 3: 857-871. [PubMed]
  21. Kalivas PW, Pierce RC, Cornish J, Sorg BA. 'N rol vir sensibilisering in drang en terugval in kokaïenverslawing. J Pharmacol. 1998; 12: 49-53. [PubMed]
  22. Kitagawa M, Kusakabe Y, Miura H, Ninomiya Y, Hino A. Molekulêre genetiese identifikasie van 'n kandidaat-receptor-gen vir soet smaak. Biochemiese en biofisiese navorsingskommunikasie. 2001; 283: 236-242. [PubMed]
  23. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ. Kokaïen-ervaring beheer bidireksionele sinaptiese plastisiteit in die kernklem. J Neurosci. 2007; 27: 7921-7928. [PubMed]
  24. Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC. Regulering van parkinsoniese motoriese gedrag deur optogenetiese beheer van basale ganglia-kringe. Aard. 2010; 466: 622-626. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  25. LaPlant Q, Vialou V, Covington HE, 3rd, Dumitriu D, Feng J, Warren BL, Maze I, Dietz DM, Watts EL, Iniguez SD, et al. Dnmt3a reguleer emosionele gedrag en ruggraat-plastisiteit in die nucleus accumbens. Nat Neurosci. 2010; 13: 1137-1143. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  26. Liu SJ, Zukin RS. Ca2 + -permeable AMPA-reseptore in sinaptiese plastisiteit en neuronale dood. Neigings in neurowetenskap. 2007; 30: 126-134. [PubMed]
  27. Lu W, Isozaki K, Roche KW, Nicoll RA. Sinaptiese teikening van AMPA-reseptore word gereguleer deur 'n CaMKII-plek in die eerste intracellulêre lus van GluA1. Proc Natl Acad Sci VSA A. 2010; 107: 22266-22271. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  28. Lu W, Roche KW. Posttranslasionele regulering van AMPA-reseptorhandel en -funksie. Huidige mening in neurobiologie 2011 [PMC gratis artikel] [PubMed]
  29. Luscher C, Malenka RC. Dwelm-ontlokte sinaptiese plastisiteit in verslawing: van molekulêre veranderinge tot kringhervorming. Neuron. 2011; 69: 650-663. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  30. Makino H, Malinow R. AMPA reseptor inkorporasie in sinapse gedurende LTP: die rol van laterale beweging en eksositose. Neuron. 2009; 64: 381-390. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  31. Mameli M, Halbout B, Creton C, Engblom D, Parkitna JR, Spanagel R, Luscher C. Kokaïen-ontlokte sinaptiese plastisiteit: Volharding in die VTA lei tot aanpassings in die NAc. Nat Neurosci. 2009; 12: 1036-1041. [PubMed]
  32. Masuda K, Koizumi A, Nakajima K, Tanaka T, Abe K, Misaka T, Ishiguro M. Karakterisering van die bindingsmetodes tussen menslike soet smaakreseptor en lae molekulêre gewig soetverbindings. Ploe een. 2012; 7: e35380. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  33. Matthews K, Wilkinson LS, Robbins TW. Herhaalde moederlike skeiding van preweanling rotte verswak gedragsresponse tot primêre en gekondisioneerde aansporings in volwassenheid. Physiol Behav. 1996; 59: 99-107. [PubMed]
  34. Max M, Shanker YG, Huang L, Rong M, Liu Z, Kampagne F, Weinstein H, Damak S, Margolskee RF. Tas1r3, wat 'n nuwe kandidaat smaakreseptor koder, is allelies aan die soet reaksie-lokus Sac. Natuurgenetika. 2001; 28: 58-63. [PubMed]
  35. McCutcheon JE, Beeler JA, Roitman MF. Suksrose-voorspellende leidrade veroorsaak groter fasiese dopamien vrystelling as sakkarin-voorspellende aanwysings. Sinaps. 2012; 66: 346-351. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  36. McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. Kalsiumpermeabele AMPA-reseptore is teenwoordig in die kern van die senuwee-senuweesynapses na langdurige onttrekking van kokaïen-selfadministrasie, maar nie kokaïen wat eksperimente toegedien word nie. Die Tydskrif van Neurowetenskap: die amptelike tydskrif van die Vereniging vir Neurowetenskap. 2011a; 31: 5737-5743. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  37. McCutcheon JE, Loweth JA, Ford KA, Marinelli M, Wolf ME, Tseng KY. Groep I mGluR-aktivering omskakel kokaïen-geïnduceerde akkumulasie van kalsiumpermeabele AMPA-reseptore in nucleus accumbenssynapses via 'n proteïenkinase C-afhanklike meganisme. J Neurosci. 2011b; 31: 14536-14541. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  38. Nedelescu H, Kelso CM, Lazaro-Munoz G, Purpura M, Cain CK, Ledoux JE, Aoki C. Endogene GluR1-bevattende AMPA-reseptore verplaas na asimmetriese sinapse in die laterale amygdala tydens die vroeë fase van vreesgeheue-vorming: 'n elektronmikroskopiese immunositiese chemiese studie. Die Tydskrif van vergelykende neurologie. 2010; 518: 4723-4739. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  39. Nelson G, Hoon MA, Chandrashekar J, Zhang Y, Ryba NJ, Zuker CS. Soogdiere soet smaak reseptore. Sel. 2001; 106: 381-390. [PubMed]
  40. O MC, Derkach VA, Guire ES, Soderling TR. Extrasynaptiese membraanhandel gereguleer deur GluR1 serine 845 fosforilasie primer AMPA reseptore vir langtermyn potensiering. J Biol Chem. 2006; 281: 752-758. [PubMed]
  41. Pascoli V, Turiault M, Luscher C. Terugkeer van kokaïen-ontlokte sinaptiese potensiëring herstel medisyne-geïnduseerde adaptiewe gedrag. Aard. 2012; 481: 71-75. [PubMed]
  42. Plant K, Pelkey ​​KA, Bortolotto ZA, Morita D, Terashima A, McBain CJ, Collingridge GL, Isaac JT. Verbygaande inkorporasie van naturelle GluR2-ontbrekende AMPA-reseptore tydens hippocampale langtermyn potensiering. Nat Neurosci. 2006; 9: 602-604. [PubMed]
  43. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. Daaglikse bingeing op suiker stel herhaaldelik dopamien in die accumbens dop. Neuroscience. 2005; 134: 737-744. [PubMed]
  44. Roche KW, O'Brien RJ, Mammen AL, Bernhardt J, Huganir RL. Karakterisering van veelvoudige fosforileringsterreine op die AMPA reseptor GluR1 subeenheid. Neuron. 1996; 16: 1179-1188. [PubMed]
  45. Rumpel S, LeDoux J, Zador A, Malinow R. Postsynaptiese reseptorhandel onderliggend aan 'n vorm van assosiatiewe leer. Wetenskap. 2005; 308: 83-88. [PubMed]
  46. Sainz E, Korley JN, Battey JF, Sullivan SL. Identifikasie van 'n nuwe lid van die T1R familie van vermeende smaakreseptore. Blaar van neurochemie. 2001; 77: 896-903. [PubMed]
  47. Serulle Y, Zhang S, Ninan I, Puzzo D, McCarthy M, Khatri L, Arancio O, Ziff EB. 'N GluR1-cGKII-interaksie reguleer AMPA-reseptorhandel. Neuron. 2007; 56: 670-688. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  48. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia beloning netwerk: microcircuitry. Neuropsigofarmakologie: amptelike publikasie van die Amerikaanse Kollege vir Neuropsigofarmakologie. 2010; 35: 27-47. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  49. Smith GP. Accompens dopamine bemiddel die lonende effek van orosensoriese stimulasie deur sukrose. Aptyt. 2004; 43: 11-13. [PubMed]
  50. Smith WB, Starck SR, Roberts RW, Schuman EM. Dopaminergiese stimulering van plaaslike proteïensintese verhoog oppervlakuitdrukking van GluR1 en sinaptiese transmissie in hippokampale neurone. Neuron. 2005; 45: 765-779. [PubMed]
  51. Son X, Milovanovic M, Zhao Y, Wolf ME. Akute en chroniese dopamienreseptorstimulasie moduleer AMPA-reseptorhandel in nucleus accumbens neurone wat gekweek is met prefrontale korteksneurone. Die Tydskrif van Neurowetenskap: die amptelike tydskrif van die Vereniging vir Neurowetenskap. 2008; 28: 4216-4230. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  52. Son X, Zhao Y, Wolf ME. Dopamienreseptorstimulasie moduleer AMPA-reseptor sinaptiese invoeging in prefrontale korteksneurone. J Neurosci. 2005; 25: 7342-7351. [PubMed]
  53. Thomas MJ, Beurrier C, Bonci A, Malenka RC. Langdurige depressie in die kernklem: 'n neurale korrelaat van gedragsensensitiasie vir kokaïen. Nat Neurosci. 2001; 4: 1217-1223. [PubMed]
  54. Ongelose MA, Whistler JL, Malenka RC, Bonci A. Enkel blootstelling aan kokaïene in vivo veroorsaak langtermyn potensiering in dopamienneurone. Aard. 2001; 411: 583-587. [PubMed]
  55. Whitlock JR, Heynen AJ, Shuler MG, Bear MF. Leer veroorsaak langtermyn potensiering in die hippokampus. Wetenskap. 2006; 313: 1093-1097. [PubMed]