Opiaat-geïnduceerde molekulêre en sellulêre plastisiteit van Ventral Tegmental Area en Locus Coeruleus Catecholamine Neurons (2012)

Volgende afdeling

agtergrond

Die VTA is wyd bestudeer in dwelmmisbruik gegewe sy fundamentele rol in beloning. Dopamien (DA) neurone in VTA-projek na veelvuldige breinstreke, insluitend die nucleus accumbens (NAc), waar verhoogde DA-vrylating aangetref is in reaksie op elke klas van mishandelde dwelm (Di Chiara en Imperato 1988). Alhoewel DA neurone 'n prominente deel (~60% -65%) van hierdie middelbrein-kern is, is daar aansienlike sellulêre diversiteit, met 'n beduidende deel van GABA-neurone (30% -35%) asook beskrywings van glutamatergiese neurone ( 2% -3%) (Swanson 1982; Nair-Roberts et al. 2008; Sesack en Grace 2010). Die DA- en GABA-neurone binne die ventrale middelbrein, oor die algemeen, projekteer topografies (mediaal tot lateraal) met die hoofuitvoerstrukture wat bestaan ​​uit NAc, prefrontale korteks (PFC) en amygdala (AMY) (omvattend hersien in Sesack en Grace 2010) (Fig 1). Die primêre afferente vir VTA sluit in opwekkende insette van PFC, pedunculopontine en laterodorsale tegmentum (PPTg en LDT), asook baie ander onlangs gedefinieerde strukture (Geisler et al. 2007). Die inhibitiewe insette van die VTA is minder goed gedefinieer, maar insette van NAc, ventrale pallidum en mesopontine-rostromediale tegmentale kern (RMTg) is aangemeld (Sesack en Grace 2010). Navorsing tot op datum het onproportioneel gefokus op DA neurone in VTA, en spesifiek dié wat na NAc projekteer, as gevolg van die kritieke rol van hierdie projeksie in beloning (Nestler 2004).

  

Bekyk groter weergawe:  

• In hierdie bladsy
• In 'n nuwe venster
• Laai af as PowerPoint Slide

Figuur 1.  

Cartoon van 'n sagittale gedeelte van knaagdierbrein wat die VTA en LC illustreer en hul hoof afferente en efferente projeksies. DAergic (rooi) en GABAergic (blou) neurone in die VTA-projek aan limbiese en kortikale strukture en ontvang glutamatergiese (swart-dash, PFC) en GABAergic-insette (blou dash, NAc, VP). Noradrenerge neurone (groen) in LC inneem veelvuldige streke insluitend HIPP en PFC en ontvang glutamatergiese insette van PGi. Afkortings: AMY, amygdala; HIPP, hippocampus; LC, locus coeruleus; NAc, nucleus accumbens; PFC, prefrontale korteks; PGi, kernparagigantocellularis; VP, ventrale pallidum; VTA, ventrale tegmentale area.

Akute Opiaat-geïnduceerde veranderinge in neuronale aktiwiteit

Gegewe die vermoë van akute morfien in die VTA om verhoogde DA-vrylating in die NAc te verkry (Leone et al. 1991), het 'n aansienlike hoeveelheid werk die akute effekte van opiate in die VTA ondersoek. Akute morfien verhoog die vuursnelheid van DA neurone in VTA (Gysling en Wang 1983). Hierdie effek word ten minste gedeeltelik bemiddel deur die binding van morfien tot die G_{i / o}gekoppelde μ-opioïede reseptor (MOR) op plaaslike GABA neurone, waardeur hulle aktiwiteit en daaropvolgende GABA-vrystelling op DA neurone verminder en tot disinhibisie van DA neurone lei (Johnson en Noord 1992). Interpretasie van baie van die vroeë elektrofisiologie werk word egter ingewikkeld deur bewyse wat die naasondersoekbare aard van VTA DA en GABA neurone (volgens grootte, morfologie en elektrofisiologiese eienskappe) beklemtoon. (Margolis et al. 2006), die verduidelijking van die behoefte om VTA neurone te identifiseer, het meer definitief bestudeer (bv. deur immunohistochemie, gebruik van GFP-reportermuise, ens.), 'n punt wat later in hierdie oorsig breedvoerig bespreek sal word. Hier fokus ons hoofsaaklik op opiate wat as agoniste by die MOR in VTA optree, soos morfien, aangesien hierdie middels die lonende effekte wat die meeste in die dwelmmisbruikveld bestudeer word, produseer. Dit is egter bekend dat K-opioïede reseptore (KOR) ook op VTA DA neurone uitgespreek word, en dat die aktivering van hierdie reseptore die vuurspoed van DA neurone direk kan inhibeer (Margolis et al. 2003), wat waarskynlik bydra tot die aversive effekte van kappa-agoniste. Die vermoë van opiate om beide VTA DA-neuronaktivering en inhibisie te produseer, en lonende en aversive effekte, is intrigerend. Hierdie yin-yang-modulasie en die rol van endogene opioïede peptiede in beloning verdien 'n fokus vir toekomstige studie.

Akute Opiate-Induced Synaptic Plasticity

Benewens veranderinge in neuronale aktiwiteit, is daar baie verslae van sinaptiese plastisiteit wat veroorsaak word deur akute opiate. Soos met kokaïen en ander mishandelde middels, is 'n enkele inspuiting van morfien bevind dat die verhouding van α-amino-3-hydroxy-5-metiel-4-isoksasoolpropiensuur (AMPA) tot N-metaboliese D-asparaginsuur (NMDA) opwekkende postsynaptiese strome (EPSCs) 24 uur na toediening, in ooreenstemming met langtermyn potensiering (LTP) van glutamatergiese sinapse op DA neurone (Saal et al. 2003). Onlangs is daar ook gerapporteer dat akute morfien die herverdeling van AMPAR-reseptore (AMPAR) in VTA induseer op 'n manier wat soortgelyk is aan kokaïen, spesifiek 'n invoeging van GluA2-ontbrekende AMPARs (Brown et al. 2010). Brown et al. 'n verhoogde regstelling-indeks en verhoogde sitoplasmatiese GluA2 AMPAR in reaksie op akute morfien waargeneem, 'n effek wat deur direkte stimulering van DA neurone in VTA opgemerk word, met behulp van selektiewe kanaalhormoon 2-uitdrukking (Brown et al. 2010), wat direk DA-aktiwiteit / sein binne VTA impliseer op glutamatergiese regulering. Hierdie data is in ooreenstemming met vroeër werk dat GluA1, maar nie GluA2, ooruitdrukking in VTA sensitiseer diere na morfien se lokomotoriese aktiverende en lonende gedrag nie (Carlezon et al. 1997).

Akute opiate beïnvloed ook plastisiteit by GABAergiese sinapse in VTA. Hoëfrekwensie stimulasie is gevind om LTP by GABA terminale (LTP_GABA) op VTA DA neurone, 'n effek wat afhanklik is van aktivering van postsynaptiese NMDA reseptore (NMDAR) en vrystelling van stikstofoksied (NO) as 'n retrograde boodskapper van DA neurone (Nugent et al. 2007). NEE verhoog dan Guanylyl cyclase (GC) aktiwiteit in die GABA neuron, wat lei tot verhoogde GABA vrylating en LTP_GABA. 'N Enkeldosis morfien inhibeer LTP_GABA deur die NO-GC-proteïenkinase G (PKG) seinkaskade te onderbreek, wat 'n verlies van normale inhibitiewe beheer veroorsaak (waargeneem 2 en 24 uur na inspuiting, maar nie 5 dae nie) (Nugent et al. 2007, 2009; Niehaus et al. 2010). Dus, ontwrigting van LTP_GABA bied 'n ander meganisme vir die vermoë van akute opiate om VTA DA neuronale aktiwiteit te verhoog.

Meer onlangs is 'n ander vorm van VTA GABAergic plastisiteit beskryf: langtermyn-depressie van GABAergiese sinapse op DA neurone (LTD_GABA) (Dacher en Nugent 2011a). Gebruik lae frekwensie stimulasie (LFS), 'n stabiele LTD_GABA In DA-selle is dit geïnduseer, in teenstelling met LTP_GABA, is postsynapties uitgedruk en was nie afhanklik van NMDAR nie. Hierdie effek was ook nie afhanklik van endokannabinoïdale sein nie, maar is geblokkeer deur die dopamien D2 reseptor (D2R) antagonist sulpiride. Interessant genoeg was 'n enkele morfien inspuiting voldoende om LFS-geïnduceerde LTD te voorkom_GABA 24 uur na toediening, wat daarop dui dat morfien twee-rigting GABA-plastisiteit in VTA kan reguleer (Dacher en Nugent 2011a).

Chroniese Opiaat-Induced Synaptic Plasticity

Alhoewel die sinaptiese veranderinge wat met akute opiate voorkom, relatief goed gekenmerk is, het die chroniese veranderinge nie. Tot op datum, min of enige studies veranderinge in gluatamatergiese of GABAergiese plastisiteit ondersoek het in reaksie op chroniese opiaatadministrasie. Dit sluit in gebrek aan kennis of daar verskille bestaan ​​tussen passiewe en aktiewe geneesmiddeladministrasie, 'n belangrike oorweging gegee aan die onlangse werk wat toon dat die volharding van LTP in die VTA van diere wat onbestaanbaar is van kokaïen selfadministrasie (tot 3 maande) voorkom slegs met voorwaardelike blootstelling aan kokaïen (Chen et al. 2008).

Dit is egter bekend dat chroniese morfien, soos akute morfien, DA neuronale aktiwiteit verhoog. In vivo opnames volg chroniese morfien toon verhoog in beide basale vuur tempo en bars aktiwiteit wat terugkeer na die basislyn tydens onttrekking (Georges et al. 2006). Dit is in teenstelling met vorige werk wat 'n aanhoudende afname in DA-aktiwiteit in morfien-onttrekte rotte waargeneem het (Diana et al. 1995, 1999). Een moontlike rede vir hierdie verskille is die metode wat gebruik word. Byvoorbeeld, die Georges et al. studie het 'n subkutane (sk) volhoubare vrystelling-pelletparadigma gebruik, wat getoon is om 'n baie verskillende farmakodinamiese profiel te hê as die chroniese escalerende dosisparadigma wat in vroeër Diana et al gebruik is. studies. Soos voorheen gerapporteer (Fischer et al. 2008), 24 uur na die laaste morfienpelletjie, word bloedmorfienvlakke nie verminder nie, bly relatief stabiel met die piek (~3000 ng / ml), terwyl die chroniese inspuiting model 'n baie hoër piek (~10,000 ng / ml) by 1 lewer uur, met bloedvlakke onder 100 ng / ml na 4 uur en onbeduidend deur 12 uur. Die verandering in DA-vuurkoers wat veroorsaak word deur onttrekking uit chroniese morfien, of dit nou terugkeer na baseline of minder as basislyn, blyk afhanklik te wees van veranderinge in GABA-vrystelling. Onttrekking van chroniese morfien verhoog GABA-remmende postsynaptiese strome (IPSC's) en GABA-vrylating op VTA DA neurone (Bonci en Williams 1997), 'n effek wat onlangs gevind is afhanklik van die herwinning van die MOR en op die sikliese adenosien-5'-monofosfaat (cAMP) seinMadhavan et al. 2010).

Nog 'n potensiële bydraer tot verskille tussen studies is die heterogeniteit van VTA in vergelyking met LC (soos hieronder beskryf). Nie net is daar die kompleksiteit van veelvuldige seltipes (hoofsaaklik GABA vs DA) nie, maar die verspreiding van seltipes wissel ook langs die rostral-caudale VTA-as (Fig 2). Spesifiek, die verhouding van DA tot GABA neurone is baie hoër in rostrale VTA subregions (IFN, RL) in vergelyking met caudale subregions (PN, PIF) (Nair-Roberts et al. 2008). Hierdie verskil het funksionele relevansie vir morfien-geïnduseerde gedragsveranderings. HSV-GluA1-ooruitdrukking het morfienbeloningsgedrag met inspuiting in rostralale VTA verhoog, terwyl dit afwykende gedrag in caudale VTA veroorsaak het, 'n effek wat ook waargeneem word op virale oorexpressie van CAMP-respons-element bindende proteïen (CREB) of fosfolipase C gamma (PLCγ)Carlezon et al. 2000; Bolanos et al. 2003; Olson et al. 2005). Hierdie verskil kan ook op molekulêre vlak gesien word as chroniese morfien-geïnduseerde cAMP-reaksie element (CRE) -gemedieerde transkripsie in DA neurone in rostralale en caudale VTA, maar is slegs waargeneem in nie-DA neurone in rostralale VTAOlson et al. 2005). Ultrastruktuurstudies bevestig sulke rostrale-caudale verskille, en stel die toegevoegde kompleksiteit van behandelingsregime en projeksie-uitset voor. GluA1 is verhoog in beide tyrosienhidroksielase (TH) -positiewe (DAergic) en TH-negatiewe (waarskynlik GABAergic) dendriete in die parabrachiale (PBP) VTA met 'n enkele morfien inspuiting. In teenstelling hiermee, met chroniese morfien, was daar 'n toename in GluA1 in die paranigral (PN) VTA bykomend tot die PBP-gebied (Lane et al. 2008).

  

Bekyk groter weergawe:  

• In hierdie bladsy
• In 'n nuwe venster
• Laai af as PowerPoint Slide

Figuur 2. 

Sellulêre en projeksie kompleksiteit binne VTA. Die verhouding van DA (rooi) tot GABA (blou) neurone wissel onder VTA subnuclei met hoër DA: GABA verhoudings waargeneem in meer rostreale substreke soos rostral lineêre kern (RL) in vergelyking met meer caudale subnuclei soos paranigral (PN) en parainterfasculêre PIF) streke. Daarbenewens verskil DA neuronale projeksies deurgaans met VTA met meer laterale streke soos parabrachiale kern (PBP) wat na NA-laterale dop (Lat Sh) uitsteek, terwyl mediale streke soos PN diverse projeksies insluit, insluitend amygdala (AMY), prefrontale korteks (PFC) , NAc kern, en NAc mediale dop (Med Sh). Beperkte werk het GABA neuronale projeksies ondersoek; Daar is 'n paar bewyse dat GABA neurone in rostral PBP 'n sterk projeksie aan PFC het, terwyl daar min rostralale PBP DA neurone is wat na PFC produseer, maar 'n groot caudale DA PBP projeksie; Dit dui daarop dat die PBP-PFC-projeksie nie net regionaal gedefinieer word nie, maar ook neuronale subtipe-spesifiek is (Lammel et al. 2008). (Gebruik die selgetalle uit Nair-Roberts et al. 2008 en projeksies is van retrograde etikettering studies deur Lammel et al. 2008.)

Verskille tussen VTA DA neurone, gebaseer op hul uitsetstreek, was onlangs van groot belang, aangesien dit nou goed gevestig is dat die elektrofisiologiese eienskappe van DA neurone deur projeksie verskil. VTA DA neurone wat na NAc uitsteek, het 'n veel kleiner ek_h huidige as neurone wat na basolaterale amygdala (BLA) uitsteek (Ford et al. 2006), en daar is verskille in projeksies binne NAc self, met DA neurone wat na NAc laterale dop uitsteek, wat veel hoër I toon._h huidige as DA neurone wat na NAc mediale dop projekteer (Lammel et al. 2011). Aksiepotensiaal (AP) duur van DA neurone wissel ook deur projeksie, aangesien NAc-projeksie DA neurone die langste AP duur het, terwyl PFC-projiserende neuron AP duur is, en AMY-projeksie DA neurone het die kortste duur (Margolis et al. 2008). Belangrik is dat responsiwiteit vir opiate ook verskil in die VTA afhangende van die projeksie tipe: DA neurone wat na NAc uitwerk, het meer gereageer op KOR agoniste as BLA-projekserende neurone, terwyl die teenoorgestelde effek aangetoon is vir responsiwiteit vir 'n MOR / delta (DOR) agonis , wat 'n groter effek op BLA-projeksie neurone gehad het (Ford et al. 2006). Dit het ook na presynapties-gemedieerde opiate-effekte oorgedra, as 'n KOR-agonis, 'n groter inhibisie van GABA veroorsaak_A IPSCs van DA neurone wat na BLA geprojekteer word, terwyl daar 'n groter KOR agonist-gemedieerde inhibisie van GABA was_B IPSCs in neurone wat na NAc uitsteek (Ford et al. 2006). Daarbenewens is dit onlangs waargeneem dat modulasie van eksitatoriese sinapse op DA neurone verskil, afhangende van projeksie (Lammel et al. 2011). Lammel en kollegas (2011) het bevind dat AMPA / NMDA-verhouding met kokaïen in DA neurone verhoog is wat na NA geprojekteer het, maar nie in DA neurone wat na PFC geprojekteer is nie. Die AMPA / NMDA verhouding is egter verhoog in DA selle wat na PFC geprojekteer het in reaksie op 'n aversive stimulus (agterpaw formalin inspuiting), 'n effek wat ook waargeneem is in DA neurone wat na NAc laterale dop geprojekteer is, maar afwesig was in DA neurone wat na NAc mediale skulp-vertoon heterogeniteit in reaksie binne subregio's van hierdie projeksie teiken (Lammel et al. 2011). Hierdie studies dui duidelik aan dat 'n meer deeglike begrip van die sinaptiese aanpassings wat by beide akute en chroniese opiate voorkom, inligting oor die uitset van die DA neurone moet integreer. Die ontwikkeling van neuron- en projeksiespesifieke tegnieke sal dien om hierdie probleme te verduidelik deur spesifieke modulasie in hierdie heterogene streek toe te laat.

Opiaat-geïnduceerde strukturele en sellulêre plastisiteit

Die relevansie van dwelm-geïnduseerde strukturele plastisiteit tot sinaptiese en gedragsveranderinge is onlangs hersien (Russo et al. 2010). Die meeste studies van strukturele plastisiteit tot op datum het veranderings in ruggraat morfologie of dendritiese vertakking van neurone in VTA-teikengebiede ondersoek, maar ons laboratorium het nog 'n strukturele aanpassing ondersoek in reaksie op chroniese opiaatadministrasie, 'n verandering in VTA DA neuron soma grootte. Ons het die eerste keer waargeneem dat die VTA DA neuronoppervlakte van die rot verminder ~25% in reaksie op chroniese, maar nie akute, morfien toediening nie (Sklair-Tavron et al. 1996). Hierdie effek was spesifiek vir DA neurone in VTA, aangesien TH-negatiewe selle (waarskynlik GABAergic) nie verander is nie. Daarbenewens kan hierdie verandering deur die sistemiese naltreksoon geblokkeer word, wat daarop dui dat MOR-signalering benodig word, en die plaaslike breinafleide neurotrofe faktor (BDNF) infusie in VTA het ook die afname verhoed, wat daarop dui dat verlaagde neurotrofiese seinwerking die morfologiese verandering kan onderlê. Dit is belangrik dat hierdie reduksie in VTA DA neuron soma grootte waargeneem word met chroniese toediening van heroïne sowel as morfien (Russo et al. 2007), in passiewe en selfadministrasie protokolle (Spiga et al. 2003; Chu et al. 2007; Russo et al. 2007), en oor spesies, aangesien ons onlangs hierdie effek in die muis en in die postmortemweefsel van menslike heroïne-misbruikers gekenmerk het (Mazei-Robison et al. 2011). Opvolgstudies het geen bewyse van VTA DA neuronale dood of besering gevind nie (Sklair-Tavron et al. 1996; Russo et al. 2007) en dat die afname in selgrootte voortduur vir 14 dae na chroniese morfienadministrasie, maar keer terug na die basislyn met 30 dae. Hierdie tydlyn weerspieël verdraagsaamheid (Russo et al. 2007), waarin herhaalde dwelmgebruik die belonende effek van die geneesmiddel verminder en lei tot 'n toename van dwelminname, soos by mense gesien (O'Brien 2001).

Aangesien BDNF die chroniese morfien-geïnduceerde strukturele verandering kon red, wou ons ondersoek of neerslagtige neurotrofe seinweë hierdie strukturele plastisiteit bemiddel. Alhoewel daar 'n mate van kontroversie is oor die vraag of BDNF vlakke hulself in VTA verander in reaksie op chroniese opiate-administrasie (Numan et al. 1998; Chu et al. 2007; Koo et al. 2010), is regulasie aangemeld in die drie hoofseinbane langs stroomaf BDNF: PLCγ, fosfatidielinositol 3'-kinase (PI3K) en mitogeen-geaktiveerde proteïenkinase (MAPK) (MAPK) (Russo et al. 2009). Chroniese morfien verhoog aktiwiteit van die PLCγ-roete (Wolf et al. 1999, 2007), verminder die aktiwiteit van die PI3K-weg, soos gemeet deur verminderde insulienreceptor-substraat-2 (IRS2) en fosfa-AKT-vlakke (Wolf et al. 1999; Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011), en verhoog MAPK sein, soos gemeet deur verhoogde fosforilering en katalitiese aktiwiteit van ekstrasellulêre verwante proteïenkinase (ERK) (Ortiz et al. 1995; Berhow et al. 1996; Liu et al. 2007). Met behulp van virale gemedieerde ooruitdrukking, het ons gevind dat dit die chroniese morfien-geïnduceerde verandering in PI3K sein was wat bydra tot die morfologiese verandering: ooruitdrukking van 'n dominant-negatiewe IRS2 (IRS2dn) of AKTdn was voldoende om VTA DA soma grootte te verminder, terwyl ooruitdrukking van wild-tipe IRS2 die morfien-geïnduseerde afname en ooruitdrukking van 'n konstitutief aktiewe AKT (AKTca) verhoogde soma grootte (Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011). In teenstelling hiermee was ooruitdrukking van PLCγ of ERK nie voldoende om VTA DA soma grootte te verander nie (Russo et al. 2007). Dit is belangrik dat oordrukking van IRS2 ook die verdraagsaamheid van morfienbeloning kan verhoed, wat 'n rol vir strukturele plastisiteit in gedragsrespons impliseer.

Ons onlangse werk dui daarop dat hierdie strukturele verandering nou verband hou met die aktiwiteitsveranderings wat deur chroniese opiate veroorsaak word. Soortgelyk aan die in vivo studie deur Georges et al. hierbo bespreek, het ons bevind dat die VTA DA-vuurkoers verhoog is op dieselfde tydstip waarteen die soma grootte verminder word in muise wat blootgestel word aan chroniese morfien (Mazei-Robison et al. 2011).

Ons het egter bevind dat DA-uitset na die NAc, soos gemeet deur in vivo sikliese voltammetrie, eintlik afgeneem word, wat 'n breuk in die normale aktivering en afvoer in die mesolimbic-beloning aandui.

Ons het hierdie uitslag verder gekenmerk en gevind dat IRS2dn ooruitdrukking in VTA, wat voldoende is om DA soma-grootte te verminder, DA-afvoer na NAc verminder en ook die uitdrukking van verskeie K⁺ kanaal subeenhede, op 'n manier soortgelyk aan chroniese morfien.

In ons pogings om die seinroetes stroomaf vanaf IRS2 / AKT te identifiseer wat die chroniese morfien-geïnduseerde neuroadaptasies bemiddel, het ons die verrassende waarneming gemaak dat die soogdier teiken van rapamisien (mTOR) komplekse 1 (mTORC1) sein, 'n gevestigde pad in sellulêre groei , is eintlik verhoog deur chroniese morfien. In teenstelling hiermee het ons 'n afname in mTOR-komplekse 2 (mTORC2) seinverandering waargeneem, en dit is beide nodig en voldoende vir morfien-geïnduceerde veranderinge in soma grootte en neuronale aktiwiteit. Spesifiek, ons het bevind dat ooruitdrukking van rapamisien-onsensitiewe metgesel van mTOR (Rictor), 'n noodsaaklike komponent-proteïen van mTORC2, voldoende was om die afname in soma-grootte te voorkom en ook die toename in DA-ontstekingskoers op 'n sel-outonome wyse te verhoed: Slegs DA-selle in VTA wat Rictor oordruk het, het 'n verswakte vuursnelheid gehad, terwyl die nabygeleë DA-selle steeds die toename toon. Dit suggereer dat seinveranderinge wat inherent is aan DA neurone, opwekbaarheidsveranderinge kan beïnvloed wat veroorsaak word deur chroniese opiate, moontlik deur AKT-modulasie van GABA te verander_A strome (Krishnan et al. 2008) of die uitdrukking van K⁺ kanale (Mazei-Robison et al. 2011) (Fig 3). Soos met IRS2 ooruitdrukking, het ons gevind dat die verandering van mTORC2 aktiwiteit gekorreleer met morfienbeloningsgedrag, aangesien afnemende mTORC2-aktiwiteit verminderde morfiengekondisioneerde plekvoorkeur (CPP) het, terwyl die toename in mTORC2-aktiwiteit voldoende was om CPP te laat daal na 'n lae dosis morfien wat nie veroorsaak het nie plaas kondisionering in beheerde diere.

  

Bekyk groter weergawe:  

• In hierdie bladsy
• In 'n nuwe venster
• Laai af as PowerPoint Slide

Figuur 3. 

Chroniese morfien verminder VTA DA soma-grootte, maar verhoog neuronale opwinding, terwyl DA-oordrag na NAc afgeneem word. Die netto effek van morfien is 'n minder reageer beloning pad, dit wil sê, vergoeding verdraagsaamheid. Afregulering van IRS2-AKT sein (blou) in VTA bemiddel die effekte van chroniese morfien op soma grootte en elektriese opwinding; Die effek op opwinding word bemmed deur middel van verminderde GABA_A strome en onderdrukking van K⁺ kanaal uitdrukking. Morfien-geïnduseerde afregulering van mTORC2-aktiwiteit in VTA is noodsaaklik vir hierdie morfien-geïnduceerde morfologiese en fisiologiese aanpassings asook vir vergoedingstoleransie. In teenstelling met mTORC2, verhoog chroniese morfien mTORC1-aktiwiteit (rooi), wat nie direk hierdie morfien-geïnduseerde aanpassings beïnvloed nie. Chroniese morfien verminder ook DA-uitset na NAc, sowel as dalende dendritiese vertakking en die aantal dendritiese stekels op medium-spiny GABA-neurone in NAc, wat die normale DA-sein in die mesolimbiese kring verder onderdruk.

Dit is onwaarskynlik dat soma-grootteverandering die enigste strukturele aanpassing is wat deur chroniese opiate in die VTA geïnduseer word. Gegewe die afgeneemde dendritiese ruggraatgetal en dendritiese kompleksiteit van vertakking van NAc-medium, spiny neurone van rotte wat voorheen aan chroniese morfien blootgestel is (Robinson en Kolb 1999; Robinson et al. 2002), verwag ons dat dendritiese veranderinge ook in VTA DA neurone voorkom. Huidige studies is aan die gang om ruggraat morfologie veranderinge te karakteriseer, 'n groot gaping in die veld, aangesien slegs een studie tot dusver dwelmgeïnduceerde veranderinge in VTA-dendritiese argitektuur ondersoek het. Hierdie studie het 'n toename in dendritiese ruggraatdigtheid in een subtipe VTA neuron gevind in reaksie op 'n akute kokaïen inspuiting, dieselfde subtipe getoon om verhoogde NMDA / AMPA verhouding te toon (Sarti et al. 2007). Data uit ons vorige werk, die lengte van VTA DA prosesse is afgeneem (~30%) by rotte wat behandel word met chroniese morfien (Sklair-Tavron et al. 1996), is in ooreenstemming met globale veranderinge in VTA DA argitektuur. Hierdie verandering kan ook help om die afname in DA-uitset na die NAc na chroniese morfien te verduidelik, aangesien ons voorheen gerapporteer verminderde aksonale vervoer en vlakke van neurofilament proteïene in VTABeitner-Johnson et al. 1992, 1993), wat daarop dui dat chroniese morfien ook aksonale struktuur en funksie beïnvloed. Gegewe die streeks- en projeksie-kompleksiteit in VTA DA-neurone wat hierbo genoem word, ondersoek ons ​​tans of hierdie strukturele veranderinge in 'n bepaalde subset van VTA DA neurone geïnduceer word deur fluorescerende retrograde tracers te gebruik. Hierdie data sal krities wees om die strukturele en elektrofisiologiese veranderinge wat deur chroniese opiate en die betrokke uitsetbane betrokke is, te verstaan.

Soos vroeër aangedui, het verskeie studies, beide molekulêre en elektrofisiologiese, bewys gelewer dat chroniese opiaatadministrasie die cAMP-CREB-pad in die VTA aktiveer (Bonci en Williams 1997; Olson et al. 2005; Madhavan et al. 2010). 'N Mikro-studie het ook die globale veranderinge in geen-ekspressie wat in VTA voorkom, gedefinieer in reaksie op chroniese morfien (McClung et al. 2005). Daar is nou werk nodig om die sellulêre spesifisiteit van hierdie neuro-aanpassings beter te definieer asook om hul funksionele gevolge te definieer. Daarbenewens, terwyl die meeste werk op VTA gefokus het op opiaat-geïnduseerde neuroadaptations wat vermoedelik in DA neurone voorkom, is dit noodsaaklik om dwelmgeïnduceerde plastisiteit te ondersoek wat voorkom in die VTA se GABAergiese neurone, wat een van die belangrikste aanvanklike teikens van opiaatwerking is in hierdie brein streek.

agtergrond

Die LC is die hoofblad van norepinefrien (NE) -houdende neurone in die brein (Dahlstrom en Fuxe 1965). Soos voorheen hersien (Aston-Jones en Bloom 1981a; Aston-Jones et al. 1991b; Berridge en Waterhouse 2003; Van Bockstaele et al. 2010), LC is 'n diskrete, kompakte, homogene kern, bestaande uit byna uitsluitlik NE neurone. Die belangrikste insette van LC kom uit die medulêre kernparagigantocellularis (PGi) en die kernprepositus hypoglossus, en LC uitsette is wydverspreid, insluitende voorhoede, serebellum, breinstam en rugmurg (Fig 1) (Berridge en Waterhouse 2003). LC neuronale aktiwiteit is hoogs sinchroon beide basies en in reaksie op stimuli (Foote et al. 1980; Aston-Jones en Bloom 1981b; Aston-Jones et al. 1991a; Ishimatsu en Williams 1996). LC neurone is spontaan aktief (Williams et al. 1991) en hul aktivering veroorsaak NE-vrystelling in verskeie voorhoofstreke insluitend korteks en hippokampus. Die LC dien hoofsaaklik as 'n relay nucleus, met beperkte sinaptiese plastisiteit tot op datum, hoewel glutamaat afferente LC-aktiwiteit beheer, veral van PGi (Ennis et al. 1992). LC neurone druk die drie hoofklasse opioïde reseptore uit: MOR, DOR, en KOR met duidelike verspreiding. Alhoewel, soos met die VTA, ons bespreking beperk is tot die MOR, wat die meeste direk in die afhanklikheid en verslawing van opiate betrokke is.

Opiaat-geïnduceerde sellulêre plastisiteit

Alhoewel daar geen bewyse van tradisionele sinaptiese plastisiteit (bv. LTP en BPK) in LC is nie, is daar welbekende sellulêre plastisiteit. 'N Unieke kenmerk van LC is dat baie van sy in vivo reaksies op chroniese opiate herkapituleer en op die enkel-selvlak bestudeer kan word (Nestler et al. 1994; Nestler en Aghajanian 1997; Nestler 2004). Binding van opiate (bv. Morfien) tot die MOR lei tot verlaagde adenylyl-siklasase (AC) aktiwiteit en cAMP seinering (Duman et al. 1988). Akute binding van opiate aan die MOR verminder ook die pasaangeër aktiwiteit van LC neurone, hoofsaaklik deur die aktivering van G-proteïen-gated innerlike regstelling K⁺ (GIRK) kanale (Williams et al. 1982; Torrecilla et al. 2002). By die chroniese opiaatadministrasie kom beide die vuurspoed en cAMP sein terug na die basislyn as gevolg van 'n opregulering van die cAMP-pad, wat toleransie voorstel (Aghajanian 1978; Duman et al. 1988; Nestler en Tallman 1988; Guitart en Nestler 1989; Kogan et al. 1992; Ivanov en Aston-Jones 2001). Hierdie plastisiteit wat veroorsaak word deur chroniese opiaatadministrasie (dws die opwaartse regulering van die CAMP-pad) word funksioneel op die onttrekking van die opiaat, wanneer die vuurspoed van LC-neurone aansienlik verhoog word, tesame met 'n groot toename in cAMP-aktiwiteit, wat afhanklikheid en onttrekking illustreer (Fig 4) (Aghajanian 1978; Rasmussen et al. 1990).

  

Bekyk groter weergawe:  

• In hierdie bladsy
• In 'n nuwe venster
• Laai af as PowerPoint Slide

Figuur 4.  

Opregulering van die cAMP-weg in LC as 'n meganisme van opiate toleransie en afhanklikheid. Top paneel, Opiate inhibeer akute die funksionele aktiwiteit van die cAMP-weg (aangedui deur sellulêre vlakke van cAMP en cAMP-afhanklike proteïenfosforilering). Met voortgesette opiaatblootstelling herstel die funksionele aktiwiteit van die cAMP-roete geleidelik en ver bo die beheersvlakke na verwydering van die opiaat (bv. Deur toediening van die opioïede reseptorantagonist naloksoon). Hierdie veranderinge in die funksionele toestand van die cAMP-weg word beman via induksie van adenylyl-siklases (AC) en proteïenkinase A (PKA) in reaksie op chroniese toediening van opiate. Induksie van hierdie ensieme maak voorsiening vir die geleidelike herstel in die funksionele aktiwiteit van die cAMP-pad wat plaasvind tydens blootstelling aan chroniese opiaat (verdraagsaamheid en afhanklikheid) en aktivering van die cAMP-pad wat op die verwydering van opiaat (onttrekking) waargeneem word. Bottom paneel, Opiate inhibeer akute LC neurone deur die geleidingsvermoë van 'n inwendige reguitende K te verhoog⁺ kanaal via koppeling met subtipes van G_{i / o} en, moontlik, deur 'n Na te verminder⁺-afhanklike binnelandse stroom via koppeling met G_{i / o} en die gevolglike inhibisie van AC, verminderde vlakke van PKA aktiwiteit, en verminderde fosforilering van die kanaal of pomp wat verantwoordelik is. Inhibisie van die cAMP-roete verminder ook die fosforilering van baie ander proteïene en beïnvloed daardeur talle ander neuronale prosesse. Byvoorbeeld, dit verminder die fosforileringstoestand van cAMP reaksie element-bindende proteïen (CREB), wat sommige van die langertermynveranderinge in LC-funksie inisieer. Chroniese toediening van morfien verhoog die vlakke van ACI, ACVIII, PKA katalitiese (kat.) En regulerende subeenhede, en verskeie fosforroteïene, insluitend CREB en tyrosienhidroksilase (TH) (aangedui met rooi pyle). Hierdie veranderinge dra by tot die veranderde fenotipe van die dwelmverslaafde toestand. Byvoorbeeld, die intrinsieke opwinding van LC neurone word verhoog deur verhoogde aktiwiteit van die cAMP-pad en Na⁺-afhanklike binnelandse stroom, wat bydra tot die verdraagsaamheid, afhanklikheid en onttrekking van hierdie neurone. Upregulering van ACVIII en TH word beman via CREB, terwyl opregulering van ACI en van die PKA subeenhede voorkom deur 'n onbekende, CREB-onafhanklike meganisme.

Hierdie aanpassings word bemiddel deur middel van die opregulering van verskeie seinproteïene in die cAMP-roete insluitende AC1 / 8 (Matsuoka et al. 1994; Lane-Ladd et al. 1997; Zachariou et al. 2008), cAMP-afhanklike proteïenkinase (PKA) (Nestler en Tallman 1988), CREB (Guitart et al. 1992; Shaw-Lutchman et al. 2002; Han et al. 2006), en TH en BDNF-albei stroomaf CREB-teikensGuitart et al. 1989; Akbarian et al. 2002). Chroniese opiate veroorsaak ook GIRK2 / 3 uitdrukking in LC (LCCruz et al. 2008) sowel as talle ander gene soos onthul deur microarray analise (McClung et al. 2005). Verder is dit onlangs met behulp van 'n LC-sny kultuurmodel getoon dat die verhoogde intrinsieke elektriese aktiwiteit van LC neurone veroorsaak deur chroniese opiate veroorsaak word deur die direkte aktivering van MOR op LC NE neurone, wat 'n intrinsieke homeostatiese aanpassing impliseer (Cao et al. 2010). Hierdie benadering het 'n deurslaggewende rol vir CREB geïdentifiseer in beide die pacemaker-aktiwiteit en morfien-geïnduceerde toename in LC-vuurpoed (Han et al. 2006; Cao et al. 2010), 'n effek wat ook in muise waargeneem is met 'n vroeë ontwikkelingsuitslag van CREB spesifiek vir NE neurone (Parlato et al. 2010). Laastens is hierdie aktivering van LC neuronale vuur, en die opgereguleerde CAMP-CREB-roete, wat die verhoogde vuur veroorsaak, getoon in verskeie studies om beide noodsaaklik en voldoende te wees om verskeie simptome van fisiese opiate-onttrekking te bemiddel (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006).

Alhoewel die meeste van die opiate-geïnduseerde plastisiteit wat hier beskryf word, geposuleer word om intrinsiek te wees vir LC NE-neurone, is daar bewyse dat chroniese morfien ook opwekkende insette aan LC kan beïnvloed, aangesien daar 'n toename in spontane EPSC-frekwensie in snye van morfienbehandelde muise is. (Torrecilla et al. 2008). Daarbenewens is daar 'n toename in glutamaat- en aspartaatvrystelling in LC in vivo in morfien-onttrekte rotte en plaaslike toediening van opwekkerende aminosuurantagoniste in LC blokkeer die onttrekkingsinduceerde toename in LC-aktiwiteit gedeeltelik (Akaoka en Aston-Jones 1991; Aghajanian et al. 1994).

Sommige kontroversie bly oor of die veranderinge in cAMP-CREB-signalering in LC-neurone en in LC-neuronale aktiwiteit mediasie opiate-onttrekkingsmetodes bemiddel. Byvoorbeeld, letsels van LC, of ​​ontwikkelingsuitslag van CREB-aktiwiteit in LC NE-neurone, versuim om opsporingsimptome waarneembaar te verander (Christie et al. 1997; Parlato et al. 2010). In teenstelling hiermee het ons getoon dat modulasie van die aktiwiteit van die cAMP-pad of van CREB in LC van volwasse diere konsekwent blokkeer verskeie onttrekkingsgedragte (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006). Ons glo dat verskeie belangrike oorwegings hierdie verskillende bevindings verduidelik. Eerstens is LC net een van verskeie breinareas belangrik vir fisiese opiate afhanklikheid en onttrekking (Koob en Le Moal 2001). Dit is nie verbasend dat diere met laosionele LC's steeds 'n diepgaande fisiese afhanklikheid ontwikkel nie, gemedieer deur verhoogde afhanklikheid van hierdie ander neurale substraten. Tweedens, dit is baie aanneemlik dat sommige van die instrumente wat gebruik word om cAMP-padaktiwiteit in LC te manipuleer (bv. Plaaslike infusie van PKA-aktivators of inhibeerders), beïnvloed glutamatergiese afferente in hierdie streek, wat ook plastiese veranderinge toon (insluitend die CAMP-pad-up- regulering) na chroniese morfien (Nestler 1992; Christie et al. 1997). Derdens, ten spyte van 'n waarskynlike rol vir hierdie glutamatergiese afferente, is daar geen twyfel dat plastisiteit inherent aan LC NE neurone ook betrokke is nie, aangesien plaaslike uitklop van CREB van die volwasse LC (wat nie afferente senuweesterminale kan beïnvloed nie) die morfine-geïnduseerde verhoogde opwinding van LC NE neurone en verminder onttrekking (Cao et al. 2010; V Zachariou en EJ Nestler, unpubl.). Die gebrek aan effek van CREB knockout van hierdie neurone in voorwaardelike knockout-muise (Parlato et al. 2010) beklemtoon die ontwikkelingsvergoedings wat die gebruik van vroeë knockout-modelle bemoeilik en beklemtoon die belangrikheid van die gebruik van geenmanipulasies in die volledig gedifferensieerde volwasse brein wanneer hulle volwasse plastisiteit bestudeer.

So, 'n rykdom van eksperimentele bewyse vestig op-regulering van die cAMP-CREB-pad as 'n meganisme van intrinsieke homeostatiese plastisiteit in LC NE neurone in die ontwikkeling van opiaat fisiese afhanklikheid. Dit is ook belangrik om die historiese belangrikheid van hierdie werk op LC te beklemtoon, aangesien dit gedien het as 'n modelstelsel vir die langtermyn aksies van opiate op die brein. Op grond van hierdie vroeëre ondersoeke van LC, opregulering van die cAMP-CREB Daar is sedertdien getoon dat dit 'n algemene meganisme van opiaatverdraagsaamheid, afhanklikheid en onttrekking in talle streke van die sentrale en perifere senuweestelsels is en inderdaad een van die beste gevestigde modelle van die molekulêre basis van dwelmverslawing verteenwoordig (Nestler 2001, 2004).