Synaps Digtheid en Dendritiese Kompleksiteit word verminder in die Prefrontale Cortex volgende Sewe Dae van Gewapende Onthouding van Kokaïen Self-Administrasie (2014

PLoS One. 2014 Jul 29; 9 (7): e102524. doi: 10.1371 / journal.pone.0102524. eCollection 2014.

Ryan K. Bachtell, redakteur

Abstract

Chroniese kokaïenblootstelling by beide menslike verslaafdes en in knaagdiermodelle van verslawing verminder prefrontale kortikale aktiwiteit, wat vervolgens beloningsverwerking en hoër orde uitvoerende funksie dysreguleer. Die netto effek van hierdie verswakte gedragsgedrag is verbeterde kwesbaarheid vir terugval. Voorheen het ons getoon dat kokaïen-geïnduceerde toenames in breinverwante neurotrofiese faktor (BDNF) -uitdrukking in die mediale prefrontale korteks (PFC) 'n neuroadaptiewe meganisme is wat die versterkende doeltreffendheid van kokaïen ontbloot. Aangesien BDNF bekend is dat dit neuronale oorlewing en sinaptiese plastisiteit beïnvloed, het ons die hipotese getoets dat onthouding van kokaïen-selfadministrasie lei tot veranderinge in neuronale morfologie en sinaptiese digtheid in die PFC. Met behulp van 'n nuwe tegniek, skikking tomografie en Golgi kleuring, morfologiese veranderinge in die rot PFC is ontleed na 14 dae van kokaïen self-administrasie en 7 dae van gedwonge onthouding. Ons resultate dui aan dat algehele dendritiese vertakking en totale sinaptiese digtheid aansienlik verminder word in die rot PFC. In teenstelling hiermee word die digtheid van dun dendritiese stekels aansienlik toegeneem op laag V-piramidale neurone van die PFC. Hierdie bevindings dui daarop dat dinamiese strukturele veranderinge voorkom tydens kokaïenafhanklikheid wat kan bydra tot die waargenome hipo-aktiwiteit van die PFC by kokaïenverslaafde individue.

Inleiding

Veranderinge in strukturele plastisiteit binne die beloningskringe word voorgestel as sleutelmeganismes wat bydra tot die kragtige vermoë van kokaïen om dwelmversoekende gedrag te handhaaf (hersien in [1]). Vorige studies het getoon dat 'n toename in dendritiese arborisering en ruggraatdigtheid in die nucleus accumbens (NAc) [2]-[4], ventrale tegmentale area [5], en die prefrontale korteks (PFC) [6] na aanleiding van blootstelling aan kokaïen. Terwyl die meeste studies gefokus het op strukturele veranderinge wat verband hou met die disfunksionele aktiwiteit van die NAc, het aansienlik minder studies die veranderinge in die PFC ondersoek. Verskeie bewysstukke toon disfunksie van die PFC as gevolg van chroniese kokaïen blootstelling by beide menslike verslaafdes [7], [8] en in knaagdiermodelle van verslawing [9], [10]. Daarom is die karakterisering van die strukturele veranderinge wat in die PFC voorkom kenmerkend vir die begrip van die molekulêre gebeure wat aanleiding gee tot verslawing.

Die PFC reguleer impulsbeheer en besluitneming en speel dus 'n belangrike rol in die vermoë van 'n individu om gedrag te beheer, veral in dwelmafhanklikheid. [8], [11]. Byvoorbeeld, by individue wat verslaaf is aan kokaïen, word afname in prefrontale korteksaktivering geassosieer met die onttrekking van geneesmiddels en die hoër-orde uitvoerende reaksies het ontwrig. [7], [8], wat die kwesbaarheid kan verbeter om terug te val. By knaagdiere word verhoogde neuronale aktiwiteit in die PFC geassosieer met kokaïen inname [9], [10], kompulsiewe dwelm-soekende gedrag [12], en kokaïen herinstelling na onttrekking [13]-[15]. Daarbenewens word membraanhulpbaarheid afgeskaf in die PFC na chroniese kokaïenadministrasie [16]. Laastens word dwelmgeïnduceerde metaboliese aktiwiteit in die PFC gestamp in rotte wat 'n uitdagingsinjectie toegedien word tydens onttrekking uit kokaïen-selfadministrasie [9], [17]. Tesame dui hierdie studies aan dat chroniese kokaïen diepgaande funksionele veranderinge in PFC induseer, wat geassosieer kan word met 'n toename in die aantal inhibitiewe sinapse en / of 'n vermindering in opwekkende sinapse in die PFC. Die morfologiese veranderinge wat voorkom in die PFC na chroniese dwelmgebruik, is egter nie toegelig nie.

In die huidige studie het ons nagegaan of die onthouding van kokaïen lei tot strukturele veranderinge in die PFC. Morfologiese veranderinge is ondersoek met behulp van 'n tradisionele metode, Golgi-kleuring, asook 'n nuwe tegniek, skikkingstomografie. Array tomografie is 'n unieke metode wat ultra-weefselafsny met immunofluorescensie en driedimensionele beeldheropbou kombineer om akkurate kwantifisering van totale en subtipe spesifieke sinapsdigtheid toe te laat. [18], [19]. Met behulp van hierdie metodes het ons resultate aansienlike plastisiteit in PFC-rat aangedui in reaksie op onthoudingsvorm kokaïen.

Materiaal en metodes

Diere en behuising

Manlike Sprague-Dawley-rotte (Rattus norvegicus) met 'n gewig van 250-300 g is verkrygbaar van Taconic Laboratories (Germantown, NY). Diere is individueel gehuisves met voedsel en water beskikbaar ad libitum in hul tuishok. Die eksperimentele protokolle was almal in ooreenstemming met die riglyne wat deur die Amerikaanse National Institutes of Health uitgereik is en is goedgekeur deur die Perelman School of Medicine aan die Universiteit van Pennsylvania en die Universiteit van Pennsylvania se Institutional Animal Care and Use Committee.

Chirurgie

Voor operasie is die rotte verdoving met 80 mg / kg ketamien en 12 mg / kg xylazine (ip; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO). 'N Inwendige silastiese kateter (binneste deursnee 0.33 mm, buitenste deursnee 0.64 mm) is in die regtervaatwrig ingevoeg en in die plek gesit. Die kateter is dan subcutaan oor die skouerblad geslaag en na 'n gaas-agtergrondplatform (CamCath, Cambridge, VK) oorgedra wat onder die vel direk bo die skouer vasgesit is. Kateters word daagliks gespoel met 0.3 ml van die antibiotika Timentin (tikarcillien dinatrium / kaliumklavulanaat, 0.93 mg / ml, Henry Schein, Melville, NY) opgelos in heparineerde sout (10 U / ml). Die kateters is verseël met plastiese obturators wanneer dit nie gebruik word nie.

Kokaïen self-administrasie

Rotte is toegelaat om 7 dae te herstel van chirurgie voordat kokaïen selfadministrasie begin het. Rotte is ewekansig toegewys aan een van twee groepe: kokaïen self-administrerende diere en yoked sout beheer. Elke rat wat opgelei is om te reageer op voorwaardelike kokaïen-infusies, was gepaard met 'n yoked-onderwerp wat dieselfde getal en tydelike patroon van infusies ontvang het as wat dit self toegedien is deur die gepaarde kokaïen-eksperimentele rot. Hendel druk vir die sout-gerookte rotte het geen beplande gevolge gehad nie.

Aanvanklik is kokaïen-eksperimentele rotte geplaas in die modulêre operante kamers (Med Associates, St Albans, VT) en toegelaat om te druk vir intraveneuse kokaïen infusies (0.25 mg kokaïen / 59 μl sout, infusie oor 5 s) op 'n vaste- verhouding 1 (FR1) skedule van versterking. Sodra 'n kokaïen-eksperimentele rot ten minste 20-infusies van kokaïen in 'n enkele operante sessie onder die FR1-skedule behaal het, is die reaksievereiste oorgeskakel na 'n FR5 skedule van versterking. Om op beide vaste verhoudingskedules te reageer, is die maksimum aantal kokaïen-infusies beperk tot 30 per daaglikse selfadministrasie sessie en 'n 20-tydsduur het gevolg op elke kokaïen-infusie, waartydens aktiewe hefboomreaksies getabuleer is, maar geen beplande gevolge gehad het nie . Daaglikse 2 h operasionele sessies (7 dae / week) is vir 'n totaal van 14 dae uitgevoer. Reaksies op die inaktiewe hefboom, wat geen geskeduleerde gevolge gehad het nie, is ook tydens die FR1- en FR5-opleidingsessies aangeteken.

Na die 14th daaglikse operante sessie, kokaïen-eksperimentele en gekookte soutbeheermaatreëls is teruggekeer na hul tuishokke waar hulle 7 dae van gedwonge dwelm onthouding ondergaan het. Op die 7th dag van kokaïen onthouding, brein is verwyder en die PFC is op ys gedissekteer. Sewe dae van kokaïen onthouding is gekies om direkte vergelykings te maak met ons voorheen gepubliseerde studie wat kokaïen-geïnduceerde veranderinge in PFC BDNF uitdrukking ondersoek. [20].

perfusie

Rotte is verdoofd (100 mg / kg, ip natriumpentobarbital) en perfuse met yskoue 4% paraformaldehied in 0.1 M PB, pH 7.4 (PFA). Een halfrond van elke brein is gebruik vir golgi-kleuring en die ander halfrond vir skikkingstomografie. Array hemisfere is na-vasgestel in 4% PFA met 2.5% sukrose vir 2 uur en Golgi-hemisfere is vasgestel vir 48 h in 4% PFA.

Array Tomography

Array tomografie eksperimente is uitgevoer soos voorheen beskryf [19], [21]. Kortliks, PFA-vaste weefsel is ingebed in hars- en koronale (70 nm) afdelings op die vlak van die mPFC, is gesny en versamel as 'n lint. Lintjies is gehidreer in 50 mM-glisien in Tris en geblokkeer in blokkeeroplossing (0.05% Tween / 0.1% bees serum albumien in Tris buffer (50 mM Tris / 150 mM NaCl, pH 7.6). Die lintjies was gekleur met primêre teenliggaampies, GAD65 Chemicon), PSD95 (Cell Signaling), of sinaptofisien (Abcam), in blokkie oplossing oornag by 4 ° C. Lintjies was met Tris buffer gewas en met sekondêre teenliggaampies by 1[Verhouding]50 in blokkeer oplossing (bok-anti-muis Alexa-meel 488 en bok-anti-konyn cy3 of donkie anti-konyn cy5). Lintjies was teen DAPI gebrandmerk om dieselfde plekke op elke afdeling te vind. Tile-skandering beelde is versamel met behulp van 'n Zeiss AxioImager Z2 epifluorescensie mikroskoop. Beelde van dieselfde werf op elke 20-30-reeks per lint is by 63x verkry met outomatiese programme wat gespesialiseer is vir skikkingstomografie.

Array Tomografie Analise

Die seriële beelde van elke lint is opeenvolgend oopgemaak, omgeskakel na 'n stapel en in lyn met die plugins MultiStackReg en StackReg (met vergunning van B. Busse aan Stanford Universiteit en [21], [22]. Gewasbakke (19.5 μmx19.5 μm) is gebruik om streke van belang (ROI) in die neuropil vir kwantifisering te kies. Seleksies moes neuronale selliggame of ander verduisterende kenmerke uitsluit. Vir geoutomatiseerde beeldontleding is gewasbelange (of ROI's) vir sinaptofisien, glutamienzuurdekarboksase-65 (GAD65) en PSD95 outomaties gedrempel met outomatiese algoritmes in ImageJ. Gewasse is gekodeer en die ontleding is blind gebind. 'N Outomatiese, drempelgebaseerde opsporingprogram om die aantal puncta te identifiseer wat as positiewe sinapse geïdentifiseer is, is gebruik soos voorheen beskryf [23]. Digtheid van presynaptiese terminale, eksitatoriese postsynaptiese terminale, en die persentasie GAD-positiewe (inhibitiewe) sinapse is bereken uit 'n gemiddelde van 75-monster terreine per dier wat uit twee verskillende weefselblokke van die PFC (n=5-kokaïen behandelde diere, 5-sout behandelde diere) vir 'n totaal van 29,154 postsynaptiese puncta en 53,565 presynaptiese puncta van 818 monsternemingsplekke oor die 5 sout behandelde diere en 29,662 postsynaptiese en 17,034 presynaptiese puncta van 588 monsternemingsplekke oor die 5-kokaïen behandelde diere. Die mediane waardes vir sinapsdigtheid en die persentasie van inhibitiewe sinapse per dier is bereken en t-toetse hardloop met behulp van die diermedians om te toets of daar 'n verskil tussen groepmidde was.

Rapid-Golgi Metode

Enkele gedeelte Golgi-kleuring is uitgevoer soos voorheen beskryf [24], [25]. Kortliks is die mPFC van een halfrond van elke dier in 100 μm koronale dele gesny en na-vas in 1% osmiumtetraoksied gevolg deur drie was in 0.1 M PB, pH 7.4. Afdelings is oornag in 3.5% kaliumdichromaat geïnkubeer, kort gewas en geïnfiltreer met 1.5% silwernitraat volgens die toebroodmetode [25]. Afdelings is gemonteer op gelatien-bedekte skyfies met 20% sukrose en gedehidreer deur 'n reeks alkoholkonsentrasies gevolg deur de-fatting in xyleen en bedekking.

Golgi Analise

Golgi-skyfies is gekodeer en ontleed blind vir toestand en almal is deur dieselfde eksperimente ontleed. Neuronale beelde en tracings en verteenwoordigende beelde van dendritiese stekels is ingesamel met behulp van 'n regop BX51 Olympus-mikroskoop met 'n geïntegreerde gemotoriseerde verhoog (Prior Scientific, Rockland, MA) met 'n 20 × 0.7 NA-doelwit. Vir dendritiese vertakkingsontleding is 7 neurone gekies vir analise per dier. Ons het neurietlengte en kompleksiteit gemeet deur onderskeidelik die Macros NeuronJ en Advanced Sholl Analysis te gebruik. Die aantal kruisings (takpunte) binne konsentriese sirkels by radius tussen 5-250 μm (insluitende basale en apikale dendriete) is gemeet en vergelyk tussen groepe. Vir die ruggraatdigtheidsontleding is 4-5 segmente van minstens 20 μm in lengte van derde orde basale dendriete per neuron geanaliseer uit 5-7 neurone per dier met behulp van 'n Zeiss AxioImager Z2 epifluorescensmikroskoop met 'n 63x-olie-onderdompeling. Ruggraat morfologie is geklassifiseer soos voorheen beskryf [26]. Lineêre ruggraatdigtheid vir elke dendritiese segment en ruggraatmorfologie (dun, stomp, sampioen, koppievormig) van elke ruggraat is vergelyk tussen groepe. Oopbron sagteware van National Institutes of Health (ImageJ) is gebruik vir Golgi en skikking tomografie data-analise.

Results

Onthouding van kokaïen verminder totale sinkapsdigtheid

Array tomografie is gebruik om veranderinge te meet in beide opwindende en inhibitiewe sinapse, ten einde die spesifieke morfologiese veranderinge wat in die PFC voorkom, te bepaal in reaksie op onthouding van kokaïen-selfadministrasie. Array tomografie is 'n hoë-deurset metode wat toelaat dat die akkurate kwantifisering van totale, inhibitiewe en opwindende sinapse in strukture wat te klein is, behoorlik geïdentifiseer of gelokaliseer word met tradisionele konfokale mikroskopiemetodes [19]. Aangesien beide inhibitiewe en opwindende sinapse is noodsaaklike komponente van die dwelmbeloningskring [13], [27], [28] Ons het hierdie nuwe metodologie gebruik om morfologiese veranderinge in die PFC tydens die onthouding van kokaïen te bepaal. Sewentig nm PFC afdelings van een brein halfrond van 5 yoked-saline en 5 kokaïene-ervare rotte was gekleur met teenliggaampies teen PSD95, 'n postsynaptiese opwekker merker, sinaptofisien, 'n presynaptiese merker, en GAD65, wat gemerk inhibitiewe neurone en sinapse. Sinapsdigtheid en die persentasie van inhibitiewe sinapse is in kortikale laag V (Figuur 1A en 1B). Ons resultate dui daarop dat tydens die onthouding van kokaïen 'n beduidende afname in sinkaptofisien digtheid was (Figuur 1C), wat alle presynaptiese terminale meet [t (7)=2, p <0.05]. Daar was geen beduidende afname in opwindende sinapsdigtheid nie [t (8)=0.48, p=0.32] soos gemeet deur PSD95 puncta te tel (Figuur 1D). Interessant genoeg was daar 'n onbeduidende tendens teenoor 'n toename in die persentasie GAD65-positiewe inhibitiewe sinapse [t (8)=-1.39, p=0.9] (Figuur 2E).

Figuur 1 

Array tomografie toon veranderinge in die sinapse digtheid in die PFC na 7 dae van onthouding van kokaïen.
Figuur 2 

Enkele afdeling Golgi-analise toon veranderinge in dendritiese vertakking en ruggraatvorming in die PFC na 7-dae van onthouding van kokaïen.

Onthouding van kokaïen verminder dendritiese vertakking terwyl die pasiënt digtheid in die PFC vermeerder

Die Golgi-metode is gebruik om veranderinge in neuronale vertakking en dendritiese ruggraatdigtheid te ondersoek ten einde die ultrastrukturele veranderinge wat in die sinapsdigtheid waargeneem word, te bevestig (Figuur 1). Ons het 'n enkele afdeling vinnige Golgi-bevrugting op 'n subgroep neurone in die PFC uit die ander hemisfere van dieselfde diere wat vir die skikkingstomografie-studies gebruik is, uitgevoer. Dendritiese vertakking, dendritiese ruggraat, en ruggraat morfologie is geassesseer. Twee verteenwoordigende piramidale neurone van die PFC van 'n yoked-saltine beheer en 'n kokaïen-blootgestelde rot word getoon in Figuur 2A. Sholl-plot het die aantal snypunte (takpunte) binne konsentriese sirkels by radius tussen 5-250 μm gemeet. Ons resultate toon dat die volgende 7-dae van gedwonge onthouding van kokaïen-selfadministrasie 'n beduidende vermindering in dendritiese kompleksiteit gehad het (Figuur 2B). Tweerigting-herhaalde maatreëls ANOVA-analise van die plotdata van sholl het belangrike beduidende effekte van behandeling getoon [F(1,738)=30.59, p <0.0001] en radius [F(245, 738)=289.6, p <0.0001] (Figuur 2B), wat 'n verlies van dendriete bevestig wat ooreenstem met die verlies aan sinapse wat in skikkingstudies gemeet word (Figuur 1C). Analise van tweede en derde orde basilêre dendriete het 'n beduidende toename in dendritiese stekels getoon na 7 dae van kokaïen onthouding [t (6)=−3.12, p <0.05] (Figuur 2D). Meer spesifiek, die onthouding van kokaïenblootstelling het die aantal dun ruggraat subtipe verhoog, terwyl dit geen beduidende effek op ander ruggraat subtipes gehad het nie (Figuur 2E), soos onthul deur tweerigting herhaalde maatreëls ANOVA met hoof effekte van behandeling [F(1,30)=11.9, p=0.0017], ruggraat subtipe [F(4,30)=57.7, p <0.0001], en 'n beduidende behandeling x ruggraat subtipe interaksie [F(1, 4, 30)=8.8, p <0.0001].

Bespreking

In die huidige studie toon ons dat strukturele en sinaptiese veranderinge in laag V van die PFC uitgespreek word na 7 dae van gedwonge onthouding van kokaïen-selfadministrasie. Spesifiek, daar is 'n beduidende afname in dendritiese vertakking van piramidale neurone en 'n algemene verlies in sinapsdigtheid soos gemeet deur verminderde digtheid van algehele presynaptiese boutons gemerk met sinaptofisien. Ten spyte van die verlies van presynaptiese digtheid, het basale dendriete van laag V-piramidale neurone 'n toename in dendritiese ruggraatdigtheid ondergaan, veral van dun plastiekworings. Aangesien ons nie beduidende veranderinge in digtheid van PSD95 opspoor nie, kan dit bespiegel word dat afname in presynaptiese terminale, maar toename in ruggraatdigtheid kan wees as gevolg van 'n toename in die aantal multi-sinaptiese boutons. Daarbenewens is dit ook opmerklik dat ons 'n tendens na verhoogde inhibitiewe sinapse in die PFC waargeneem het. Aangesien dun ruggies betrokke is by plastisiteit [29], kan die toename in hierdie stekels vergoedende plastisiteit verteenwoordig om sinaptiese insette op hierdie senuwee-neurone wat dendritiese takke verloor het, te handhaaf.

Vorige studies het getoon dat kokaïen dendritiese arborisering en ruggraatdigtheid in die NAc verhoog [2]-[4]. Onlangs, Dumitriu et al., 2012 [30] het getoon dat kokaïen dinamiese veranderlike proksimale ruggraat in die NAc kern en dop verander. Spesifiek, in die dop, het onttrekking uit kokaïen dunne stekels verhoog, terwyl die kopdigtheid van sampioene in die NAc-dop verminder is. [30]. In teenstelling met studies van die NAc, is daar slegs enkele studies wat die effek van kokaïen op neuronale morfologie in die PFC ondersoek het. [6], [31]. Ons data is in ooreenstemming met 'n onlangse studie wat toon dat kokaïen 'n toename in ruggraatdigtheid in die PFC veroorsaak [31]. Muise wat 'n groter toename in aanhoudende en stabiele stekels gehad het, nl. Stekels teenwoordig 3 dae na onttrekking, op apikale dendriete het hoër kokaïen-gekondisioneerde plekvoorkeure en kokaïen-geïnduceerde hiperaktiwiteit getoon. [31]. 'N Vorige studie in PFC-laag II-III-neurone het waardes van ongeveer 3-stekels per μm dendriet op beide apikale en basale dendriete, 'n verrassend digte vlak van stekels wat deur stres veranderbaar was, gerapporteer. [32]. Ons waardes in beheer rotte van ~ 2 stekels / 10 μm dendritiese segmente is laer, wat die gevolg is van die verskillende neuronale populasie geanaliseer (laag V basale dendriete) of die verskil in beeldtegniek. In die huidige studie gebruik ons ​​die enkelgedeelte met 'n vinnige Golgi-vlekmetode terwyl ioforhoretiese inspuitings van Lucifer geel kleurstof gekombineer met konfokale beeldvorming deur Radley en kollegas gebruik is. [32] om neuronale en dendritiese morfologie te visualiseer. Daarbenewens beklemtoon ons bevindings ook die belangrikheid van die duur van onthouding van kokaïen-selfadministrasie wat lei tot strukturele veranderinge in die brein. 'N Voorheen gepubliseerde verslag het 'n toename in dendritiese arborisering getoon na langtermyn (24-25 dae) onttrekking uit kokaïen by vroulike rotte [6], in teenstelling met ons waargenome afname na 7 dae van gedwonge onthouding by manlike rotte. Ten spyte van hierdie metodologiese verskille en verskille in vertakkingsdata, is daar in albei studies toenemende aantal stekels waargeneem, wat grootskaalse kringsherorganisasie tydens kokaïen onthouding bevestig. Toekomstige studies sal die tydsverloop van hierdie gebeure verhelder om te bepaal of hierdie strukturele veranderinge oorlopend of langdurig is.

Ons bevindinge dui daarop dat gedwonge onthouding van kokaïen selfadministrasie dinamiese strukturele veranderinge veroorsaak en synaptiese herorganisasie in die PFC veroorsaak. Hierdie resultate kan die hipo-aktiwiteit in die PFC verduidelik wat voorkom as gevolg van herhaalde kokaïenblootstelling [8], [33]. Verder ondersteun ons bevindinge vorige studies wat die deaktivering van die PFC demonstreer [7], [8], en verhoogde ekstrasellulêre GABA in die mediale PFC tydens kokaïenonttrekking [34]. Dus, die meganismes rekeningkundige vir PFC hypo-aktiwiteit na chroniese kokaïen blootstelling [8], [10] mag (1) 'n toename in GABAergic, (2) vermindering in glutamatergiese en / of (3) reduksie in dopaminerge sinaptiese insette by die PFC insluit. Die huidige studie toon aan dat onthouding van kokaïen die totale sinkapsdigtheid aansienlik verminder, soos aangedui deur 'n afname in die aantal sinaptofisien-positiewe sinaptiese puncta. Hierdie data dui daarop dat daar 'n vermindering in post-sinaptiese responsiwiteit in die PFC is, moontlik gemedieer deur verminderde glutamaat- of dopamien-insette. Inderdaad, daar is studies wat aandui dat kokaïen verminderings in glutamatergiese toon veroorsaak [35], [36]. Met behulp van die Golgi-metode het ons egter 'n toename in die aantal dunne dendritiese stekels op basale dendriete van piramidale neurone waargeneem. Dit dui op 'n toename in opwekkende insette in die PFC tot oorblywende neuriete. Hierdie oënskynlik teenstrydige data kan 'n algehele verlies aan sinapse weerspieël wat verband hou met die groot verlies van dendriete wat ons waarneem met 'n kompenserende reaksie, moontlik bemiddel deur verhoogde BDNF, soos in ons vorige bevindings getoon. [20], om die digtheid van dendritiese ruggraat op die oorblywende neuriete te verhoog.

Ons bevindinge dui op 'n dinamiese herorganisasie in die PFC tydens kokaïen onthouding. Spesifiek, daar is 'n beduidende vermindering in sinaptiese konnektiwiteit, verlies van dendritiese vertakking en 'n toename in die aantal dunnewertjies in die rot PFC na 7 dae van gedwonge dwelmafstoting van kokaïen-selfadministrasie. Hierdie resultate kan die strukturele basis gee vir die waargenome hipo-aktiwiteit waargeneem in die PFC van chroniese kokaïenmisbruikers en kan die verlies aan kognitiewe beheer wat tydens kokaïenverslawing plaasvind, verduidelik.

Erkennings

Die skrywers wil graag Gavin Sangrey bedank vir sy hulp met die voorbereiding van die ingebedde kapsules.

Befondsingsverklaring

Hierdie werk is ondersteun deur NIDA-toekennings DA22339 en DA033641 (RCP & GSV) en DA18678 (RCP). HDS is ondersteun deur 'n individuele K01-toekenning (DA030445). Die befondsers het geen rol gespeel in die ontwerp van die studie, die insameling en ontleding van data, die besluit om die manuskrip te publiseer of op te stel nie.

Verwysings

1. Dietz DM, Dietz KC, Nestler EJ, Russo SJ (2009) Molekulêre meganismes van psigostimulerende-geïnduceerde strukturele plastisiteit. Farmakopsigiatrie 42 Suppl 1S69-78 [PMC gratis artikel] [PubMed]
2. Lee KW, Kim Y, Kim AM, Helmin K, Nairn AC, et al. (2006) Kokaïen-geïnduceerde dendritiese ruggraatvorming in D1- en D2-dopamienreseptor-bevattende medium-stekel-neurone in kernklemme. Proc Natl Acad Sci VSA 103: 3399-3404 [PMC gratis artikel] [PubMed]
3. Norrholm SD, Bibb JA, Nestler EJ, Ouimet BK, Taylor JR, et al. (2003) Kokaïen-geïnduceerde proliferatie van dendritische stekels in nucleus accumbens is afhanklik van die aktiwiteit van cyclin-afhanklike kinase-5. Neurowetenschappen 116: 19-22 [PubMed]
4. Robinson TE, Gorny G, Mitton E, Kolb B (2001) Kokaïen-selfadministrasie verander die morfologie van dendriete en dendritiese stekels in die nucleus accumbens en neocortex. Synapse 39: 257-266 [PubMed]
5. Sarti F, Borgland SL, Kharazia VN, Bonci A (2007) Akute kokaïenblootstelling verander ruggraatdigtheid en langtermyn potensiering in die ventrale tegmentale area. Eur J Neurosci 26: 749-756 [PubMed]
6. Robinson TE, Kolb B (1999) Veranderinge in die morfologie van dendriete en dendritiese stekels in die nukleusakkels en prefrontale korteks na herhaalde behandeling met amfetamien of kokaïen. Eur J Neurosci 11: 1598-1604 [PubMed]
7. Bolla K, Ernst M, Kiehl K, Mouratidis M, Eldreth D, et al. (2004) Prefrontale kortikale disfunksie in abstinente kokaïenmisbruikers. J Neuropsigiatrie Clin Neurosci 16: 456-464 [PMC gratis artikel] [PubMed]
8. Goldstein RZ, Volkow ND (2002) Dwelmverslawing en sy onderliggende neurobiologiese basis: neuroimaging bewyse vir die betrokkenheid van die frontale korteks. Am J Psigiatrie 159: 1642-1652 [PMC gratis artikel] [PubMed]
9. Chen YI, Famous K, Xu H, Choi JK, Mandeville JB, et al. (2011) Kokaïen selfadministrasie lei tot veranderinge in temporale reaksies op kokaïenuitdaging in limbiese en motoriese kringe. Eur J Neurosci 34: 800-815 [PMC gratis artikel] [PubMed]
10. Sun W, Rebec GV (2006) Herhaalde kokaïen-selfadministrasie verander verwerking van kokaïenverwante inligting in rat prefrontale korteks. J Neurosci 26: 8004-8008 [PubMed]
11. Volkow ND, Fowler JS (2000) Verslawing, 'n siekte van dwang en ry: betrokkenheid van die orbitofrontale korteks. Cereb Cortex 10: 318-325 [PubMed]
12. Jentsch JD, Taylor JR (1999) Impulsiwiteit as gevolg van frontostriatale disfunksie in dwelmmisbruik: implikasies vir die beheer van gedrag deur beloningsverwante stimuli. Psigofarmakologie (Berl) 146: 373-390 [PubMed]
13. McFarland K, Kalivas PW (2001) Die stroombaan bemiddelende kokaïen-geïnduceerde herstel van dwelm-soek gedrag. J Neurosci 21: 8655-8663 [PubMed]
14. McFarland K, Lapish BK, Kalivas PW (2003) Prefrontale glutamaat vrylating in die kern van die nucleus accumbens bemiddel kokaïen-geïnduceerde herstel van dwelm-soek gedrag. J Neurosci 23: 3531-3537 [PubMed]
15. Winstanley CA, Green TA, Theobald DE, Renthal W, LaPlant Q, et al. (2009) DeltaFosB induksie in orbitofrontale korteks versterk lokomotoriese sensitiwiteit ten spyte van die vermindering van die kognitiewe disfunksie wat deur kokaïen veroorsaak word. Pharmacol Biochem Behav 93: 278-284 [PMC gratis artikel] [PubMed]
16. Trantham H, Szumlinski KK, McFarland K, Kalivas PW, Lavin A (2002) Herhaalde kokaïenadministrasie verander die elektrofisiologiese eienskappe van prefrontale kortikale neurone. Neurowetenschappen 113: 749-753 [PubMed]
17. Lu H, Sjef S, Kurup PK, Guillem K, Vaupel DB, et al. (2012) fMRI respons in die mediale prefrontale korteks voorspel kokaïen, maar nie sukrose self-administrasie geskiedenis. Neuroimage 62: 1857-1866 [PMC gratis artikel] [PubMed]
18. Micheva KD, Busse B, Weiler NC, O'Rourke N, Smith SJ (2010) Enkelsinapsanalise van 'n diverse sinapspopulasie: proteomiese beeldmetodes en merkers. Neuron 68: 639–653 [PMC gratis artikel] [PubMed]
19. Micheva KD, Smith SJ (2007) Array tomografie: 'n nuwe instrument vir die beelding van die molekulêre argitektuur en ultrastruktuur van neurale stroombane. Neuron 55: 25-36 [PMC gratis artikel] [PubMed]
20. Sadri-Vakili G, Kumaresan V, Schmidt HD, Beroemde KR, Chawla P, et al. (2010) Kokaïen-geïnduceerde chromatien remodeling verhoog brein-afgeleide neurotrofe faktor transkripsie in die rat mediale prefrontale korteks, wat die versterkende doeltreffendheid van kokaïen verander. J Neurosci 30: 11735-11744 [PMC gratis artikel] [PubMed]
21. Koffie RM, Meyer-Luehmann M, Hashimoto T, Adams KW, Mielke ML, et al. (2009) Oligomeer amyloïed beta geassosieer met postsynaptiese digtheid en korreleer met opwindende sinkapsverlies naby seniele plate. Proc Natl Acad Sci VSA 106: 4012-4017 [PMC gratis artikel] [PubMed]
22. Thevenaz P, Ruttimann UE, Unser M (1998) 'N piramide benadering tot subpixel registrasie gebaseer op intensiteit. IEEE Trans-beeldproses 7: 27-41 [PubMed]
23. Kopeikina KJ, Carlson GA, Pitstick R, Ludvigson AE, Peters A, et al. (2011) Tau-ophoping veroorsaak mitochondriale verspreidingstekorte in neurone in 'n muismodel van tauopatie en in die brein van die Alzheimer-siekte by die mens. Am J Pathol 179: 2071–2082 [PMC gratis artikel] [PubMed]
24. Gabbott PL, Somogyi J (1984) Die 'enkel' -afdeling Golgi-bevrugtingsprosedure: metodologiese beskrywing. J Neurosci Metodes 11: 221-230 [PubMed]
25. Izzo PN, Graybiel AM, Bolam JP (1987) Karakterisering van substansie P- en [Met] enkefalien-immunoreaktiewe neurone in die caudaat-kern van kat en ferret deur 'n enkele gedeelte Golgi-prosedure. Neurowetenschappen 20: 577-587 [PubMed]
26. Spiers TL, Grote HE, Garry S, Cordery PM, Van Dellen A, et al. (2004) Dendritiese ruggraatpatologie en tekorte in ervaringsafhanklike dendritiese plastisiteit in R6 / 1 transgene muise van Huntington-siekte. Europese Tydskrif vir Neurowetenskap 19: 2799–2807 [PubMed]
27. Kalivas PW, O'Brien C (2008) Dwelmverslawing as 'n patologie van verhoogde neuroplastisiteit. Neuropsigofarmakologie 33: 166–180 [PubMed]
28. Pierce RC, Reeder DC, Hicks J, Morgan ZR, Kalivas PW (1998) Ibotiensuur letsels van die dorsale prefrontale korteks ontwrig die uitdrukking van gedrags sensitiwiteit vir kokaïen. Neurowetenschappen 82: 1103-1114 [PubMed]
29. Bourne J, Harris KM (2007) Leer dunne stekels om sampioene te wees wat onthou? Curr Opin Neurobiol 17: 381-386 [PubMed]
30. Dumitriu D, Laplant Q, Grossman YS, Dias C, Janssen WG, et al. (2012) Subregionale, dendritiese kompartement en spesifikasies van ruggraat subtipe spesifisiteit in kokaïen regulering van dendritiese stekels in die nucleus accumbens. J Neurosci 32: 6957-6966 [PMC gratis artikel] [PubMed]
31. Munoz-Cuevas FJ, Athilingam J, Piscopo D, Wilbrecht L (2013) Kokaïen-geïnduceerde strukturele plastisiteit in frontale korteks korreleer met gekondisioneerde plekvoorkeur. Nat Neurosci 16: 1367-1369 [PMC gratis artikel] [PubMed]
32. Radley JJ, Rocher AB, Miller M, Janssen WG, Liston C, et al. (2006) Herhaalde stres veroorsaak dendritiese ruggraatverlies in die ratmediale prefrontale korteks. Cereb Cortex 16 (3): 313-320 [PubMed]
33. Volkow ND, Mullani N, Gould KL, Adler S, Krajewski K (1988) Serebrale bloedvloei in chroniese kokaïengebruikers: 'n studie met positronemissie-tomografie. Br J Psigiatrie 152: 641-648 [PubMed]
34. Jayaram P, Steketee JD (2005) Effekte van kokaïen-geïnduceerde gedrags sensibilisering op GABA transmissie binne rat mediale prefrontale korteks. Eur J Neurosci 21: 2035-2039 [PubMed]
35. Madayag A, Lobner D, Kau KS, Mantsch JR, Abdulhameed O, et al. (2007) Herhaalde N-asetielcysteïenadministrasie verander plastisiteitsafhanklike effekte van kokaïen. J Neurosci 27: 13968-13976 [PMC gratis artikel] [PubMed]
36. Miguens M, Del Olmo N, Higuera-Matas A, Torres I, Garcia-Lecumberri C, et al. (2008) Glutamaat- en aspartaatvlakke in die nukleus tydens die kokaïen-selfadministrasie en uitsterwing: 'n Tydskursus-mikrodialise-studie. Psigofarmakologie (Berl) 196: 303-313 [PubMed]