- FULL STUDY
- Scicurious objašnjenje - Za otpornost na stres, zahvalite se DeltaFosB-u
Nat Neurosci. 2010 June; 13(6): 745-752. Objavljeno na mreži 2010 May 16. doi: 10.1038 / nn.2551
Vincent Vialou,1 Alfred J. Robison,1, * Quincey C. LaPlant,1, * Herb E. Covington, III,1 David M. Dietz,1 Yoshinori N. Ohnishi,1 Ezekiell Mouzon,1 Augustus J. Rush, III,2 Emily L. Watts,1 Deanna L. Wallace,2, § Sergio D. Iniguez,3 Yoko H. Ohnishi,1 Michel A. Steiner,4 Brandon Warren,3 Vaishnav Krishnan,2 Rachael L. Neve,5 Subroto Ghose,2 Olivier Berton,2, § Carol A. Tamminga,2 i Eric J. Nestler1
Informacije o autoru ► Informacije o autorskim pravima i licenci ►
Konačno uređena verzija ovog članka izdavača dostupna je na Nat Neurosci
Pogledajte druge članke u PMC-u citirati objavljeni članak.
sažetak
Za razliku od ogromne literature o efektima stresa na mozak, relativno malo se zna o molekularnim mehanizmima otpornosti, sposobnosti nekih pojedinaca da izbjegnu štetne efekte stresa. HPokazali smo da transkripcijski faktor, ΔFosB, posreduje bitan mehanizam otpornosti kod miševa. Indukcija ΔFosB u nucleus accumbens, ključnom regionu za nagrađivanje mozga, kao odgovor na hronični socijalni stres, neophodan je i dovoljan za otpornost. Indukcija ΔFosB je takođe potrebna za sposobnost standardnog antidepresiva, fluoksetina, da preokrene patologiju ponašanja izazvanu socijalnim porazom. ΔFosB proizvodi ove efekte kroz indukciju podjedinice GluR2 AMPA glutamatnog receptora, koja smanjuje reakciju neurona nucleus accumbens na glutamat, i kroz druge sinaptičke proteine. Zajedno, ovi nalazi uspostavljaju novi molekularni put koji podupire i otpornost i antidepresivno djelovanje.
UVOD
Ljudi podvrgnuti teškom stresu pokazuju veoma različite odgovore, dok neki mogu da prevaziđu krizu, dok drugi razviju ozbiljnu psihopatologiju kao što je depresija ili posttraumatski stresni poremećaj (PTSP). Sposobnost da se nosi sa stresnim situacijama, tj. Otpornost, zavisi od razvoja adekvatnih adaptivnih i psiholoških adaptacija na hronični stres1,2. Psihološki konstrukti koji promovišu otpornost uključuju predanost, strpljenje, optimizam i samopoštovanje, kao i sposobnost da moduliraju emocije i razvijaju adaptivno socijalno ponašanje. Ove osobine ukazuju na to da je mozak nagrađen krugovima, koji se čini kritičnom determinantom za nastanak patoloških naspram elastičnih fenotipova3,4. Neurobiološke korelacije ranjivosti ili otpornosti na stres imaju 2 identifikovani kod ljudi, ali stepen u kojem su oni uzrok ili posljedica osjetljivosti ostaje nepoznat.5.
Među sadašnjim modelima depresije i PTSP-a kod glodavaca, hronični društveni poraz je etološki validan pristup, koji izaziva dugoročne fiziološke promjene.6-8 i ponašanja9-11 promene, uključujući socijalno izbegavanje, anhedoniju i simptome slične anksioznosti, uključujući aktiviranje nekoliko neuronskih kola i neurohemijskih sistema12-15. Normalizacija socijalnog izbegavanja hroničnim, ali ne i akutnim, antidepresivnim tretmanom čini ga vrednim modelom za ispitivanje aspekata depresije i PTSP-a kod ljudi11,16. Značajan udio (~ 30%) kronično poraženih miševa izbjegava većinu negativnih bihevioralnih posljedica poraza10čime je omogućeno eksperimentalno istraživanje otpornosti. Dok je indukcija nekoliko proteina unutar nucleus accumbens (NAc), ključnog regiona za nagrađivanje mozga, pokazala se važnom za izražavanje depresivnog ponašanja nakon poraza10,11,17,18mnogo je manje poznato o molekularnoj osnovi otpornosti koju posreduje ova regija mozga. Ovde smo se pozabavili ovim pitanjem fokusirajući se na ΔFosB, transkripcijski faktor porodice Fos izazvan u NAc lekovima zloupotrebe, prirodnim nagradama i nekoliko tipova stresa.19-21.
REZULTATI
ΔFosB u NAc-u promovira otpornost na društveni poraz
C57BL / 6J muški miševi su podvrgnuti deset uzastopnih dana društvenog poraza10,11, a zatim razdvojiti u osjetljive i otporne populacije na osnovu mjere izbjegavanja (Slika 1a), što je u korelaciji sa nekoliko drugih depresivnih ponašanja10. Pronašli smo povećanje ΔFosB, mjereno imunohistokemijom, u NAc nakon hroničnog socijalnog poraza (Slika 1b, c), sa elastičnim miševima koji pokazuju najveću indukciju ΔFosB u obje jezgre i ljuske NAc subregije (Slika 1b, c). Štaviše, primijetili smo snažnu (p <0.01) korelaciju između nivoa ΔFosB i socijalne interakcije (r = 0.80, NAc ljuska; r = 0.85, NAc jezgra; r = 0.86, cijela NAc), što sugerira da je stupanj indukcije ΔFosB u NAc može biti kritična odrednica da li životinja pokazuje osjetljivi ili elastični fenotip. Western blot analiza nac disekcijama koje sadrže podregije jezgre i ljuske potvrdila je indukciju ΔFosB samo kod elastičnih miševa (vidi Dodatna slika 1).
ΔFosB indukcija u NAc-om socijalnim porazom posreduje otpornost
Da bismo testirali funkcionalne posljedice indukcije ΔFosB, koristili smo bitransgenske miševe koji inducibno prekomjerno eksprimiraju ΔFosB posebno kod odraslih NAc i dorzalnog striatuma22. Ovi miševi su pokazali smanjenu sklonost razvoju socijalnog izbjegavanja nakon četiri ili deset dana socijalnog poraza (Slika 1d), na taj način sugerirajući da ΔFosB vrši zaštitnu akciju protiv društvenog stresa. Nasuprot tome, koristili smo bitransgenske miševe koji inducibno prekomjerno eksprimiraju ΔcJun, transkripcijski neaktivan skraćeni cJun mutant koji antagonizira aktivnost ΔFosB23,24. Za razliku od miševa koji prekomjerno eksprimiraju ΔFosB, miševi koji imaju prekomjernu ekspresiju ΔcJun su više podložni kroničnom socijalnom porazu nego kontrolni littermates i pokazuju maksimalno ponašanje izbjegavanja nakon 4 dana poraza (Slika 1e). ΔcJun miševi su takođe pokazali povećanu nepokretnost u jednodnevnom testu prisilnog plivanja, kao i smanjenu sklonost prema saharozi, oba tumačena kao pojačano ponašanje slično depresiji (Dodatna slika 2a, b). Međutim, prekomjerna ekspresija ΔFosB ili ΔcJun nije promijenila nekoliko osnovnih mjera lokomotorne aktivnosti ili ponašanja sličnog anksioznosti (Dodatna slika 2c – f). Zajedno, ovi nalazi ukazuju na to da smanjena aktivnost ΔFosB u NAc i dorzalnom striatumu smanjuje pozitivne, adaptivne odgovore, što se zaključuje kao “suočavanje sa stresom”.7”, Do hroničnog stresa.
Smanjena ΔFosB u NAc-u podstiče osetljivost na stres
Da bismo stekli bolji uvid u ponašanja ΔFosB nakon hroničnog stresa, koristili smo produženi period socijalne izolacije u odrasloj dobi, koji kod miševa izaziva depresije slične abnormalnosti.25 i glavni je faktor rizika za kliničku depresiju. Uočili smo smanjenje nivoa ΔFosB u NAc socijalno izolovanih miševa (Slika 2a, b). Takođe smo otkrili da izolacija miševe dramatično osetljivije na društveni poraz i da je ova izolacija izazvana ranjivost potpuno preokrenuta tako što je viralno prekomerno izražavanje ΔFosB selektivno u NAc (2c). Suprotno tome, blokada funkcije ΔFosB u NAc, prekomjernom ekspresijom virusa ΔJunD, u kontrolnim miševima u grupama, promovisala je podložnost socijalnom porazu (2c). ΔJunD, kao ΔcJun, je N-terminalni skraćeni mutant koji djeluje kao dominantno-negativni antagonist ΔFosB (Dodatna slika 3)23. Ovi nalazi direktno impliciraju bazalne nivoe ΔFosB u NAc-u u osjetljivosti na stres.
Uticaj socijalne izolacije na ΔFosB i na podložnost socijalnom porazu
Da bi se proučio klinički značaj ovih nalaza, koncentracije ΔFosB su merene u postmortem humanim NAc uzorcima dobijenim od depresivnih pacijenata i opsežno kontrolisanim kontrolama. Pronašli smo smanjenje ΔFosB u bolesnika sa depresijom (50%).Slika 2d), podržavajući ulogu ΔFosB u ljudskoj depresiji. Depresivni ljudi su analizirali uključene pojedince ili na ili bez antidepresiva u vrijeme smrti (Dodatna tabela 1), i nismo našli korelaciju između nivoa ΔFosB i izloženosti antidepresivima. U svetlu našeg zapažanja da tretman antidepresivima povećava ΔFosB nivoe u NAc miša (vidi dole), ovi nalazi sugerišu da neuspeh da se indukuje ΔFosB u NAc može biti važna determinanta za nedostatak antidepresivnih odgovora kod ljudi.
ΔFosB u NAc posreduje antidepresivno djelovanje
Hronično antidepresivno liječenje obrće socijalno izbjegavanje izazvano porazom kod osjetljivih miševa11. Stoga smo ispitali da li indukcija ΔFosB u NAc može biti mehanizam ne samo za otpornost već i za antidepresivno djelovanje. Ne-poražene kontrolne miševe tretirane fluoksetinom za 20 dana nisu otkrile nikakve promjene u socijalnom ponašanju, ali su pokazale akumulaciju ΔFosB u NAc ljusci (Slika 3a, b) i jezgra (Dodatna slika 4). Fluoksetin tretman osjetljivih miševa promijenio je njihovo socijalno izbjegavanje (Slika 3a), kao što je ranije navedeno, i dalje poboljšane ΔFosB nivoe u NAc (Slika 3b, Dodatna slika 4).
ΔFosB indukcija u NAc posreduje antidepresivno dejstvo fluoksetina
Da bismo direktno testirali uključivanje takve indukcije ΔFosB u efekte ponašanja fluoksetina, viralno smo prekomerno eksprimirali ΔJunD ili GFP sami (kao kontrolu) u NAc prethodno poraženih miševa. Polovina miševa u svakoj grupi je zatim tretirana još tri nedelje sa fluoksetinom ili nosačem. Kao što se očekivalo, lečenje fluoksetina kod miševa koji su prekomerno eksprimirali GFP u NAc pokazali su preokret u socijalnom izbjegavanju izazvanom hroničnim socijalnim porazom. Nasuprot tome, prekomjerna ekspresija ΔJunD blokirala je ovaj terapijski učinak fluoksetina (3c), podržavajući hipotezu da je indukcija ΔFosB u NAc potrebna za antidepresivno djelovanje. Pored toga, prekomjerna ekspresija ΔFosB u NAC-u kod štakora izazvana virusom izazvala je značajan efekat sličan antidepresivu mjeren smanjenjem vremena nepokretnosti na dan 2 testa prinudnog plivanja (Dodatna slika 5a). Daljnja analiza ponašanja tokom ovog testa otkrila je ΔFosB-indukovana povećanja u plivanju i penjanju (Dodatna slika 5b – d), karakteristike vezane za promjene u serotonergičkim i noradrenergičkim mehanizmima26. Interesantno je da su pacovi koji su prekomerno eksprimirali ΔFosB u NAc pokazali smanjeno vreme nepokretnosti prvog dana testa, interpretirano kao pro-motivacioni efekat (vidi Online Methods i Dodatna slika 5e – h).
Regulacija AMPA receptora u NAc posreduje otpornost
ΔFosB regulira transkripciju brojnih gena u NAc24,27. Jedan uspostavljeni ciljni gen je podjedinica receptora glutamata AMPA GluR2: miševi koji prekomerno eksprimiraju ΔFosB u NAc imaju povišene nivoe GluR2, bez efekata na druge podjedinice receptora glutamata.22. Ova selektivna regulacija GluR2-a u NAc-u povezana je sa poboljšanjem leka i prirodne nagrade22,28. Da bismo odgovorili na mogućnost da modulacija GluR2-a doprinosi akciji ΔFosB-a za pro-otpornost, proučavali smo GluR2 ekspresiju u NAc nakon hroničnog socijalnog poraza. Osjetljivi miševi su pokazali značajno smanjenje nivoa GluR2 u ovom području mozga u odnosu na kontrole, dok su elastični miševi pokazali povećane nivoe GluR2 (Slika 4a). Iako je mehanizam koji potencira supresiju ekspresije GluR2 u osjetljivih miševa i dalje nepoznat, čini se da indukcija GluR2-a viđena u elastičnim miševima odražava direktan efekt ΔFosB na GluR2 gen, jer smo pronašli povećano vezivanje ΔFosB za GluR2 promotor upotrebom hromatin imunoprecipitacija (ChIP) (ChIP)Slika 4b), a kvantitativna PCR (qPCR) otkrila je kontinuiranu indukciju nivoa GluR2 mRNA u NAc elastičnih miševa (4c), što je paralela održivoj indukciji ΔFosB. Zanimljivo je da je GluR1 bio suprotno regulisan nakon socijalnog poraza: uočili smo povećanu ekspresiju kod osjetljivih miševa i smanjenu ekspresiju u elastičnim miševima (Slika 4a). Međutim, u GluR1 mRNA ekspresiji nisu uočene odgovarajuće promjene, što sugerira post-translacijske mehanizme. Osim toga, hronično liječenje fluoksetinom kod ne-poraženih miševa povećalo je nivoe GluR2 u NAc (Slika 4d), a analiza ljudskog postmortemskog NAc tkiva depresivnih pacijenata pokazala je smanjene nivoe GluR2 u poređenju sa kontrolama (Slika 4e). Nisu otkrivene promjene u razinama GluR1 (Slika 4e).
Pro-elastičnost, antidepresivni efekat GluR2 u NAc
Prisustvo GluR2-a ima duboke efekte na AMPA receptore: AMPA receptori kojima nedostaje GluR2 su Ca2+-promenljivi, i pokazuju veću provodljivost receptora i jake struje za unutrašnje ispravljanje, u odnosu na receptore koji sadrže GluR229. Da bismo upotpunili naše biohemijske rezultate, izvršili smo snimke napona na celoj površini ćelijskih neurona u NAc miševa i nakon društvenog poraza kod elastičnih i osetljivih životinja. Strujno-naponski odnosi izazvanih ekscitatornih struja (EPSC) posredovanih AMPA-om otkrili su značajno veću rektifikaciju unutar osjetljivih miševa (Slika 5a – c) u poređenju sa kontrolama, u skladu sa povećanim odnosom GluR1: GluR2 vidljivim pod ovim uslovima. Iako je stepen rektifikacije u ćelijama zabilježenim od osjetljivih miševa bio varijabilan, primijetili smo vrlo značajnu promjenu u rektifikaciji u odnosu na kontrolne i elastične grupe. Konzistentnost ovog nalaza ukazuje se na činjenicu da je stepen rektifikacije svih ćelija iz osjetljivih miševa premašio srednju vrijednost koja je uočena za kontrolne stanice. Pored toga, otkrili smo da je nivo ispravljanja indirektno povezan sa socijalnim izbjegavanjem (Slika 5d), sugerirajući da promjene u omjeru GluR1: GluR2 mogu djelomično pokrenuti ovo ponašanje. Da bismo potvrdili veću prevalenciju receptora kojima nedostaje GluR2 kod osjetljivih miševa, inkubirali smo kriške kontrolnih i osjetljivih miševa sa 1-naftilacetil-perperinom (NASPM), selektivnim blokatorom AMPA receptora bez GluR2-a. Evocirani EPSC u neuronima zabilježenim od osjetljivih miševa (Slika 5e – f) su značajno smanjene od strane NASPM-a, pokazujući da AMPA receptori koji nemaju GluR2 značajno doprinose glutamatergičnoj transmisiji kod osetljivih miševa od kontrola. Treba napomenuti da je efekat NASPM-a u osjetljivih miševa bio manji od predviđenog s obzirom na veću promjenu uočenu u rektifikaciji. Ova razlika, međutim, nije bez presedana30 i može biti rezultat post-translacijskih modifikacija ili interakcija proteina i proteina koje uključuju GluR2 (vidi diskusiju), ili jednostavno opseg izlaganja NASPM. Stresno indukovano povećanje unutarnje rektifikacije u osjetljivih miševa nije bilo u elastičnim miševima (Slika 5a – d), u skladu sa opaženim smanjenjem GluR1 i povećanjem GluR2 pod ovim uslovima. Međutim, nismo primetili smanjenje unutrašnje rektifikacije kod elastičnih miševa u poređenju sa kontrolama (vidi diskusiju).
Sastav AMPA receptora je diferencijalno regulisan kod osjetljivih i elastičnih miševa
Antidepresivni učinci blokade AMPA receptora u NAc
Ovi podaci ukazuju da povećana funkcija AMPA receptora (povećani odnos GluR1: GluR2) u NAc osjetljivih miševa promiče socijalno izbjegavanje, dok smanjena funkcija AMPA (smanjeni odnos GluR1: GluR2) doprinosi otpornosti. Da bismo testirali ovu hipotezu, infuzirali smo antagonist receptora AMPA NBQX direktno u NAc poraženih miševa neposredno prije testa socijalnog izbjegavanja. NBQX je povećao vrijeme društvenih interakcija (Sl. 4f), pokazujući da se blokada brzog uzbudljivog doprinosa NAc-u protivi izrazu ovog štetnog efekta hroničnog socijalnog stresa. NBQX nije promenio opštu lokomotornu aktivnost (Dodatna slika 6). Pored toga, antidepresivni efekat jedne infuzije NBQX-a na socijalno izbegavanje bio je dugotrajan pošto su miševi ponovo testirani nedelju dana kasnije pokazali dalje poboljšanje socijalne interakcije.
Sljedeći virusno prekomjerno eksprimiran GluR2 selektivno se nalazi u NAc osjetljivih miševa. GluR2 izraz potpuno je preokrenuo socijalno izbjegavanje izazvano hroničnim socijalnim porazom (Sl. 4g), podržavajući stav da je GluR2 upregulacija u NAc-u ključni mehanizam otpornosti. Interesantno je da je efekat prekomjerne ekspresije GluR2 postojao najmanje 10 dana nakon operacije (Sl. 4g) kada je virusno posredovan GluR2 izraz potpuno disipiran. Nasuprot tome, kod elastičnih miševa, prekomjerna ekspresija neobrađene verzije GluR2-a, GluR2Q, koja u funkcionalnim studijama podseća na GluR1, učinila je miševe osjetljivijim na društveni poraz (Fig 4g), podržavajući stav da povećana funkcija AMPA receptora u NAc doprinosi osetljivosti.
SC1, još jedan ΔFosB cilj, takođe je posrednik otpornosti
Da bismo identifikovali dodatne ΔFosB ciljne gene koji doprinose otpornosti, upoređivali smo skupove nizova ekspresionih gena koji su dobijeni od NAc-a bitransgeničnih miševa prekomerno eksprimirajućeg ΔFosB i C57BL / 6J miševa 48 sati nakon hroničnog socijalnog poraza koji je pokazao otporan i osjetljiv fenotip10,24. Slika 6a pokazuje značajno (> 75%) preklapanje gena induciranih u NAc i ΔFosB i elastičnošću. Među tim genima (navedenim u Dodatna tabela 2), odabrali smo za dalju analizu SC1, na osnovu veličine njene indukcije u elastičnosti i prekomernoj ekspresiji ΔFosB. SC1, poznat i kao Sparc (izlučeni protein, kiseli, bogat cisteinom), sličan 1-u ili hevinu, je anti-adhezivna molekula matriksa koja je visoko eksprimirana u mozgu odraslih, gdje se lokalizira u postsinaptičnoj gustini i implicirana je u sinaptičkoj gustoći plastičnost31. Da bi se direktno procenila potencijalna uloga SC1-a u otpornosti, virusno smo prekomerno eksprimirali SC1 u NAc osjetljivih miševa. SC1 je značajno preokrenuo socijalno izbjegavanje izazvano hroničnim socijalnim porazom (Slika 6b). Prekomjerna ekspresija SC1-a pokazala je i antidepresivno djelovanje na 2 testa prinudnog plivanja kod štakora (6c i Dodatna slika 7a – c), ali nije imalo efekta na bazalnu lokomotornu aktivnost i ponašanja povezana sa anksioznošću (Dodatna slika 7d – g). Pored toga, pronašli smo snažan trend smanjenja nivoa SC1 u ljudskom postmortemskom tkivu NAc od depresivnih pacijenata (Slika 6d).
Pro-elastičnost, antidepresivni efekti SC1 u NAc
DISKUSIJA
Rezultati ove studije pružaju prve dokaze o molekularnim adaptacijama koje se dešavaju u srednjim kičmim neuronima NAc-a koje su osnova otpornosti na hronični stres i doprinose terapijskim efektima hroničnog antidepresivnog tretmana. Pokazali smo da bazalni nivo ΔFosB u NAc-u određuje početnu ranjivost pojedinca na društveni porazni stres, i da stepen indukcije ΔFosB u odgovoru na hronični stres određuje osjetljive i otporne odgovore na taj stres. Dalje, pokazalo se da uspešan preokret abnormalnosti ponašanja izazvanih hroničnom primenom fluoksetina izazvanom kod prijemljivih životinja zahteva indukciju ΔFosB leka u ovom području mozga. Ovi rezultati pokazuju da je indukcija ΔFosB u NAc-u i neophodan i dovoljan mehanizam otpornosti i antidepresivnih odgovora. Nalaz nižih nivoa ΔFosB u NAc depresivnih ljudi podržava relevantnost ovih opažanja u modelima miša za kliničku depresiju. ΔFosB regulira NAc funkciju induciranjem ili potiskivanjem brojnih ciljnih gena24,27. Identifikujemo dva njegova ciljna gena, podjedinicu AMPA receptora GluR2 i SC1, ekstracelularni protein matriksa, i direktno ih impliciramo u posredovanju otpornosti na socijalni poraz.
Takva pro-elastična uloga ΔFosB-a u kontekstu hroničnog stresa je zanimljiva u svjetlu bogatstva dokaza za uključivanje ΔFosB-a u reguliranje odgovora na droge zloupotrebe i prirodne nagrade kao što su hrana, seks i vježbe19. ΔFosB se inducira u NAc pomoću lijekova i prirodnih nagrada, te povećava zadovoljavajuće odgovore na ove podražaje. Stoga je uključen kao posrednik u određene aspekte ovisnosti o drogama. Sadašnji nalazi u stresnim modelima daju fundamentalno novi uvid u ulogu ovog proteina u regulaciji kompleksnog emocionalnog ponašanja. U normalnim uslovima, ΔFosB se izražava na najvišim nivoima u NAc u poređenju sa svim drugim regijama mozga19. Pretpostavljamo da nivoi ΔFosB u NAc-u igraju važnu ulogu u određivanju nivoa motivacije pojedinca i usmjeravanju motiviranog ponašanja prema istaknutim stimulativnim stimulansima. Uklanjanje stimulacije okoline tokom produžene izolacije smanjuje bazalne nivoe ΔFosB u mišjem NAc-u, smanjujući njihovu motivaciju i povećavajući njihovu ranjivost na hronični socijalni stres, kao što pokazujemo ovdje. Opaženo smanjenje ΔFosB nivoa u postmortem NAc depresivnih pacijenata je u skladu sa ovom hipotezom, i ukazuje na ulogu ΔFosB u oslabljenoj motivaciji i nagradi koju vide mnogi ljudi sa depresijom. S druge strane, sposobnost da se indukuje ΔFosB u NAc kao odgovor na hronični stres omogućava pojedincu da poboljša motivaciju i prirodnu nagradu uprkos stresu koji je u toku, hipoteza koja je u skladu sa trenutnim pogledima na otpornost ljudi1,2. Dalje, pretpostavljamo da je indukcija ΔFosB u NAc-u hronična izloženost zloupotrebi droga, koja je mnogo veća u odnosu na onu koja se vidi sa stresom ili prirodnim nagradama19, rezultira patološkim stepenom pojačane motivacije na način koji korumpira krug nagrađivanja prema jačem stimulansu lijekai.
Jasno je da specifičnosti ove hipoteze zahtijevaju daljnju istragu. Može se očekivati da indukcija ΔFosB u NAc hroničnim stresom ili fluoksetinom povećava nagradu za lijekove. Zaista, komorbiditet depresije i zavisnosti je dobro ustanovljen kod ljudi, a unakrsna senzibilizacija između droga i stresa je pokazana kod glodara32-34. S druge strane, depresija i ovisnost su i vrlo složeni, heterogeni sindromi i većina ljudi s depresijom nemaju ovisnost i obrnuto. Štaviše, fluoksetin ne pokazuje jasne efekte na odgovor leka kod životinja, niti je efikasan tretman zavisnosti kod zavisnika koji nisu depresivni. U skladu sa ovom složenošću, otkrili smo da osetljivi miševi, ne otporni miševi, u socijalnoj paradigmi poraza pokazuju pojačane reakcije na zloupotrebe droga10. Ovo bi sugeriralo da je povećana ranjivost osjetljivih miševa na lijekove zloupotrebe posredovana kroz mnoge druge adaptacije inducirane u NAc i drugdje, kao samo jedan primjer, BDNF, koji je induciran u osjetljivih, ne otpornih miševa u NAc i poboljšava mehanizme nagrađivanja lijekova.vidjeti 10.
Tumačenje da ΔFosB promoviše aspekte zavisnosti, dok promoviše otpornost na stres, nije iznenađujuće s obzirom na složene odnose uočene između uloge datog proteina u NAc u modelima zavisnosti i depresije. Neki proteini (npr. BDNF) promovišu reakcije na zloupotrebu droga i stres, dok mnogi drugi proteini vrše suprotne efekte pod ova dva uslova: npr. CREB u NAc-u proizvodi fenotip pro-depresije, ali odbacuje odgovore na zloupotrebe droga vidjeti 4,10.
Ovi nalazi naglašavaju potrebu za daljim istraživanjima u određivanju molekularnih osnova kompleksnog emocionalnog ponašanja i važnosti primjene najšireg mogućeg testa ponašanja u takvim istraživanjima. Rezultati takođe pokazuju da, kao što bi se očekivalo, ΔFosB sam ne može objasniti pune fenomene depresije i zavisnosti, već je ključni regulator NAc-ovisnih mehanizama nagrađivanja i stoga je važan u posredovanju određenih aspekata oba stanja.
Međutim, glavni razlog za ovu diskusiju su različiti tipovi ćelija u NAc u kojima je ΔFosB indukovan u stresu i modelima zavisnosti. Lijekovi zloupotrebe i prirodne nagrade induciraju ΔFosB prvenstveno u potklasi srednjih neurona u NAc koji izražavaju D1 dopamin receptori19,22, dok stres indukuje ΔFosB otprilike jednako unutar D1 i D2 receptori koji sadrže srednje štitne neurone20. Ova diferencijalna indukcija mogla bi imati dramatične funkcionalne posljedice, budući da je sposobnost DFosB da poveća nagradu pokazana za D1 samo klasa neurona19.
Identifikacija GluR2-a kao ciljnog gena uključenog u posredovanje ΔFosB-ovog efekta pro-elastičnosti baca svjetlo na ova razmatranja. Pokazali smo da su osetljivost kod miševa i ljudske depresije povezani sa povećanjem odnosa GluR1: GluR2 u NAc, što ukazuje na povećanu podražljivost srednjeg spina neurona kao odgovor na glutamat.
NAc prima ulaze glutamatergije iz nekoliko regiona mozga, posebno prefrontalnog korteksa, amigdale i hipokampusa35. Takav glutamatergični input modulira valentnost i istaknutost nagrađivanja i odbijanja stimulansa i time kontroliše motivisano ponašanje36-38. Skorašnje studije su u skladu sa našom hipotezom da poboljšana NAc ekscitabilnost može da podstakne ranjivost na stres. Prisilni stres za plivanje povećava sinaptičku snagu i funkciju AMPA receptora u NAc39dok infuzija glutamata u NAc smanjuje ponašanje plivanja u testu prinudnog plivanja, efekat sličan pro-depresiji40. Općenitije, povećano otpuštanje NAc kodira averzivna stanja u nekoliko životinjskih modela41. Promjene u aktivnosti NAc uočene su kod pacijenata s velikom depresijom42 i vojnici specijalnih snaga koji su prethodno izabrani i obučeni da budu otporni u slučaju teške traume43. Isto tako, duboka moždana stimulacija subgenualnog cingulnog korteksa ili NAc (glavna meta subgenualnog cingularnog korteksa), intervencija za smanjenje ekscitabilnosti stimulisanog regiona mozga, ublažava depresivne simptome kod pacijenata koji su otporni na tretman.3,44.
Kao i modeli stresa, povećana glutamatergična reakcija u NAc-u je takođe uključena u ovisnost o drogama30,45-47. To uključuje povećanje AMPA receptora koji nemaju GluR2 u ovom području mozga30,47, slično onome što ovdje navodimo za osjetljivost na stres. Zajedno, ova zapažanja podižu zanimljivu mogućnost da pojačana glutamatergična transmisija u NAc-u promovira ranjivost i na ovisnost i na depresiju. Suprotna promena, tj. Smanjeni odnos GluR1: GluR2, prikazan ovde u NAc elastičnih miševa, sugeriše da smanjena glutamatergična funkcija može biti zaštitna protiv štetnih efekata hroničnog stresa. Ovo je u skladu sa zapažanjima koja povećavaju aktivnost GluR2-a, ili smanjuju aktivnost GluR1-a u NAc-u i povećavaju nagradu i motivaciju28,37,48. Sposobnost fluoksetina da na sličan način indukuje ekspresiju GluR2-a u NAc-u povećava mogućnost da smanjena inervacija glutamata u ovom području mozga takođe može da doprinese antidepresivnim odgovorima. Zaista, mi ovde pokazujemo da inhibicija funkcije receptora AMPA unutar NAc proizvodi snažan i dugovečan odgovor sličan antidepresivima.
Dok su promene koje demonstriramo u ekspresiji AMPA receptora u NAc osjetljivih miševa u skladu s našim elektrofiziološkim opažanjima, promjene promatrane u elastičnosti su složenije. Nismo dobili elektrofiziološke dokaze za smanjene AMPA receptore bez GluR2-a u NAc elastičnih miševa u poređenju sa kontrolama. Pretpostavljamo da indukcija GluR2-a posredstvom ΔFosB u elastičnosti je samo jedna od mnogih adaptacija koje se dešavaju u NAc koje utječu na glutamatergičnu transmisiju i da, iako je ova adaptacija dovoljna da preokrene prekomjernu funkciju AMPA receptora u osjetljivosti, ne izaziva neto promjene u suprotnom smjeru. Zaista, naši podaci otkrivaju kompleksnu regulaciju glutamatergičnog prenosa u NAc nakon hroničnog socijalnog poraznog stresa. Suprotne promene u ekspresiji GluR1-a u ovom području mozga u osetljivosti naspram elastičnosti se ne vide na nivou mRNK, niti su smanjeni nivoi GluR2-a u osetljivosti na nivou mRNK. Ovo je u skladu sa post-translacijskim modifikacijama, uključujući promjene u prometu AMPA receptora, koje takođe igraju važnu ulogu, kao što je uočeno u modelima zloupotrebe droga30,47.
Kompleksna regulacija glutamatergične transmisije u NAc-u hroničnim stresom naglašena je našim otkrićem SC1-a kao drugog ciljnog gena za ΔFosB, koji, kao i indukcija GluR2, posreduje elastičnost. Poznato je da SC1 reguliše sinaptičku plastičnost31. Kao rezultat svojih anti-adhezionih svojstava, SC1 indukcija u NAc može rezultirati u više permisivnom okruženju za strukturne promjene koje prate plastičnost na glutamatergičkim sinapama koje se čine presudnim za otpornost. Na primer, nedavni dokazi pokazuju da uklanjanje ekstracelularnog matriksa omogućava difuziju AMPA receptora i time promoviše sinaptičku plastičnost.49.
Ukratko, naši rezultati podržavaju shemu u kojoj ΔFosB u NAc-u posreduje u otpornosti kod hroničnog stresa, djelimično inducirajući oblik sinaptičke plastičnosti koja se suprotstavlja jakom negativnom asocijativnom učenju koje se javlja kod osjetljivih miševa. Na primer, povećanje AMPA receptora koji nemaju GluR2 u NAc, koje vidimo kod osetljivih miševa, pokazalo se da pogoršava reakcije na znakove povezane sa kokainom koji promovišu žudnju i relaps u modelima zavisnosti.30,47. Nasuprot tome, prigušenje glutamatergičnog tona u elastičnim miševima, kroz poboljšanje GluR2-a i možda indukciju SC1-a, može dati istaknuti stimulans, kao što je novi miš u socijalnoj paradigmi poraza, manje sposoban da aktivira NAc neurone, i time omogući cilj - usmereno ponašanje da se nastavi uprkos stresu. Naši genski nizovi ukazuju na verovatno uključivanje mnogih dodatnih ciljeva ΔFosB koji doprinose otpornosti. Dominantnu ulogu ΔFosB i njegovih ciljeva u sposobnosti pojedinca da se pozitivno prilagodi hroničnom stresu podiže fundamentalno nove puteve za razvoj novih antidepresivnih tretmana.
METODE
Metode i povezane reference dostupne su u online verziji rada na adresi http://www.nature.com/natureneuroscience/.
Dopunski materijal
Suppl
Kliknite ovdje za pregled.(1024K, doc)
Kliknite ovdje za pregled.(136K, pdf)
priznanja
Ovaj rad je podržan grantovima Nacionalnog instituta za mentalno zdravlje i istraživačkim savezom sa AstraZeneca. Zahvaljujemo dr. P. McKinnon i H. Russell za velikodušan dar SC1 cDNA. Zahvaljujemo se i I. Maze, dr. R. Oosting, S. Gautron i D. Vialou za korisnu diskusiju i komentare o rukopisu.
Fusnote
Autor priloga VV i EJN su bili odgovorni za sveukupni dizajn studije. QL i VV su dizajnirali, sproveli i analizirali RNA i ChIP eksperimente. AJ Robison je dizajnirao, proveo i analizirao elektrofiziološke studije. HEC i VV dizajnirali su i proveli NBQX farmakološke eksperimente. QL, DMD, ELW i VV su izvršili stereotaksične operacije. YNO je klonirao SC1 cDNA u HSV vektor. YHO je izveo AP1 luciferazni test. QL, DMD, DW i VV su osmislili i proveli eksperimente socijalne izolacije. VV, ELW i AJ Rush obavili su društvene testove poraza i imunohistokemijsku kvantifikaciju. SI, QL, BW i VV su izvršili i analizirali operaciju pacova i test prisilnog plivanja. EM i RN su dali viralne vektore za virusnu transgenezu. MAS, VK i OB su obučili VV u socijalnom porazu i biohemijskoj analizi i obezbijedili kontrolu kvaliteta podataka o socijalnom porazu. SG i CAT su obezbijedili ljudsko postmortalno moždano tkivo. VV i EJN su pisali rad uz pomoć drugih autora.
Autor Informacije Informacije o ponovnom štampanju i dozvolama dostupne su na adresi www.nature.com/reprints.
Dodatno dodatne informacije je povezan sa online verzijom rada na adresi www.nature.com/natureneuroscience/.
reference
1. McEwen BS. Fiziologija i neurobiologija stresa i adaptacije: centralna uloga mozga. Physiol Rev. 2007; 87: 873 – 904. [\ TPubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psihobiologija i molekularna genetika otpornosti. Nat Rev Neurosci. 2009: 10: 446 – 457. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Ciljanje abnormalnih neuronskih kola u poremećajima raspoloženja i anksioznosti: od laboratorije do klinike. Nat Neurosci. 2007: 10: 1116 – 1124. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. Molekularna neurobiologija depresije. Priroda. 2008: 455: 894 – 902. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Razvoj programa za translacijske studije otpornosti i ranjivosti nakon izlaganja traumi. Ann NY Acad Sci. 2006: 1071: 379 – 396. [\ TPubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Dugotrajno oštećenje autonomnih cirkadijanskih ritmova nakon kratkog intermitentnog društvenog stresa. Physiol Behav. 1993: 53: 983 – 993. [\ TPubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Vremenska dinamika odgovora na stres. Neurosci Biobehav Rev. 1997; 21: 775 – 782. [\ TPubMed]
8. De Kloet ER. Hormoni i napeti mozak. Ann NY Acad Sci. 2004: 1018: 1 – 15. [\ TPubMed]
9. Rygula R, et al. Anhedonia i motivacijski deficiti kod pacova: uticaj hroničnog socijalnog stresa. Behav Brain Res. 2005: 162: 127 – 134. [\ TPubMed]
10. Krishnan V, et al. Molekularne adaptacije na kojima se temelji osjetljivost i otpornost na socijalni poraz u regijama za nagrađivanje mozga. Cell. 2007: 131: 391 – 404. [\ TPubMed]
11. Berton O, et al. Bitna uloga BDNF u mezolimbičkom putu dopamina u socijalnom poraznom stresu. Nauka. 2006: 311: 864 – 868. [\ TPubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Sticanje kokainske samouprave nakon društvenog stresa: uloga akumbensa dopamina. Psihofarmakologija (Berl) 1997; 130: 203 – 212. [\ TPubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mapiranje moždanog odgovora na društveni stres kod glodavaca sa c-fos izrazom: pregled. Stres. 2002: 5: 3 – 13. [\ TPubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Diferencijalna ekspresija c-fos mRNA unutar neurocirkulova muških hrčaka izloženih akutnom ili hroničnom porazu. J Neuroendocrinol. 1999: 11: 547 – 559. [\ TPubMed]
15. Becker C, et al. Poboljšani kortikalni ekstracelularni nivo materijala nalik kolecistokininu u modelu predviđanja društvenog poraza kod štakora. J Neurosci. 2001: 21: 262 – 269. [\ TPubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Efekti fluoksetina na poremećaje u ponašanju izazvani hroničnim socijalnim stresom kod štakora. Behav Brain Res. 2006: 174: 188 – 192. [\ TPubMed]
17. Wilkinson MB, et al. Tretman imipraminom i elastičnost pokazuju sličnu regulaciju kromatina u mišjem nukleusu accumbens u modelima depresije. J Neurosci. 2009: 29: 7820 – 7832. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
18. Covington HE, 3rd, et al. Antidepresivno djelovanje inhibitora histon deacetilaze. J Neurosci. 2009: 22: 11451 – 11460. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
19. Nestler EJ. Pregled. Transkripcijski mehanizmi zavisnosti: uloga DeltaFosB-a. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008: 363: 3245 – 3255. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
20. Perrotti LI, et al. Indukcija deltaFosB u moždanim strukturama povezanim sa nagradom nakon hroničnog stresa. J Neurosci. 2004: 24: 10594 – 10602. [\ TPubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr. Dugotrajna promjena u mezokortikolimbijskim strukturama nakon ponovljenog socijalnog poraznog stresa kod pacova: vremenski tijek mu-opioidnih receptora mRNA i FosB / DeltaFosB imunoreaktivnosti. Eur J Neurosci. 2008: 27: 2272 – 2284. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
22. Kelz MB, et al. Ekspresija transkripcionog faktora deltaFosB u mozgu kontrolira osjetljivost na kokain. Priroda. 1999: 401: 272 – 276. [\ TPubMed]
23. Peakman MC, et al. Indukciona ekspresija dominantnog negativnog mutanta c-Jun-a u transgenim miševima smanjuje osjetljivost na kokain. Brain Res. 2003: 970: 73 – 86. [\ TPubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Regulacija ekspresije gena i nagrade kokaina od strane CREB i DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003: 6: 1208 – 1215. [\ TPubMed]
25. Wallace DL, et al. CREB regulacija ekscitabilnosti nucleus accumbens posreduje kod poremećaja ponašanja izazvanih socijalnom izolacijom. Nat Neurosci. 2009: 12: 200 – 209. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Aktivno ponašanje u testu prinudnog plivanja štakora različito proizvedenog serotonergičkim i noradrenergičkim antidepresivima. Psihofarmakologija (Berl) 1995; 121: 66 – 72. [\ TPubMed]
27. Renthal W, et al. Genomska analiza regulacije kromatina kokainom otkriva ulogu sirtuina. Neuron. 2009: 62: 335 – 348. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
28. Todtenkopf MS, et al. Nagrada mozga regulisana podjedinicama AMPA receptora u shellusu nucleus accumbens. J Neurosci. 2006: 26: 11665 – 11669. [\ TPubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. Trgovina AMPA receptorima u ekscitatornim sinapsama. Neuron. 2003: 40: 361 – 379. [\ TPubMed]
30. Conrad KL, et al. Formiranje akumulatora GluR2-AMPA receptora posreduje u inkubaciji žudnje za kokainom. Priroda. 2008: 454: 118 – 121. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
31. Lively S, Brown IR. Protein ekstracelularnog matriksa SC1 / hevin lokalizira se na ekscitatorne sinapse nakon statusa epilepticusa u modelu napada litij-pilokarpin pacova. J Neurosci Res. 2008: 86: 2895 – 2905. [\ TPubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr., Miczek KA. Dugoročna bihevioralna i neuronska unakrsna senzibilizacija na amfetamin izazvana ponovljenim kratkotrajnim socijalnim porazom: Fos u ventralnom tegmentalnom području i amigdali. Neuroscience. 2004: 123: 857 – 865. [\ TPubMed]
33. Koob GF. Uloga moždanih stresnih sistema u ovisnosti. Neuron. 2008: 59: 11 – 34. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Društveni stres povećava sticanje kokainske samouprave kod muških i ženskih pacova. Brain Res. 1995: 698: 46 – 52. [\ TPubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia nagradna mreža: mikrokontroleri. Neuropsychopharmacology. 2010: 35: 27 – 47. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Neodloživa motivacija u ovisnosti: patologija u prefrontalnom prijenosu glutamata. Neuron. 2005: 45: 647 – 650. [\ TPubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Glutamatski motivacijski sklopovi u nucleus accumbens: rostrokaudalni gradijenti straha i hranjenja. Eur J Neurosci. 2003: 17: 2187 – 2200. [\ TPubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regulacija paljenja dopaminergičkih neurona i kontrola ciljnog ponašanja. Trends Neurosci. 2007: 30: 220 – 227. [\ TPubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Promjene u stresu u nuklearnim akumulacijama Glutamat sinaptičke plastičnosti. J Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P, et al. Oslobađanje glutamata u nucleus accumbens je uključeno u depresiju ponašanja tokom PORSOLT testa plivanja. Neuroscience. 2003: 119: 557 – 565. [\ TPubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Nukleus akumbens neuroni su urođeno podešeni za nagrađivanje i odbojne podražaje ukusa, kodiraju njihove prediktore i povezani su s izlazom motora. Neuron. 2005: 45: 587 – 597. [\ TPubMed]
42. Tremblay LK, et al. Funkcionalni neuroanatomski supstrati izmenjene obrade nagrađivanja kod velikih depresivnih poremećaja otkrivene dopaminergičkom sondom. Arch Gen Psychiatry. 2005: 62: 1228 – 1236. [\ TPubMed]
43. Vythilingam M, et al. Nagradna kola u otpornosti na tešku traumu: FMRI istraga otpornih vojnika specijalnih snaga. Psychiatry Res. 2009: 172: 75 – 77. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
44. Schlaepfer TE, et al. Duboka stimulacija mozga za nagrađivanje krugova ublažava anhedoniju kod refraktorne velike depresije. Neuropsychopharmacology. 2008: 33: 368 – 377. [\ TPubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. Ponovljeni kokain menja nivoe podjedinice receptora glutamata u nukleusu accumbens i ventralnom tegmentalnom području pacova koji razvijaju senzibilizaciju ponašanja. J Neurochem. 1999: 72: 2397 – 2403. [\ TPubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanović M, Wolf ME. AMPA receptori na površini ćelija u akumulaciji nukleusa štakora povećavaju se tokom povlačenja kokaina, ali se internaliziraju nakon izazivanja kokaina u vezi sa promijenjenom aktivacijom protein kinaza aktiviranih mitogenom. J Neurosci. 2007: 27: 10621 – 10635. [\ TPMC besplatan članak] [PubMed]
47. Anderson SM, et al. CaMKII: biohemijski most koji povezuje dopuminske i glutamatne sisteme u traženju kokaina. Nat Neurosci. 2008: 11: 344 – 353. [\ TPubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Inhibicije nukleusa akumbensovih neurona kodiraju signalizaciju kretanja za nagrađeno ponašanje. J Neurosci. 2006: 26: 217 – 222. [\ TPubMed]
49. Frischknecht R, et al. Ekstraćelijski matriks mozga utiče na lateralnu pokretljivost AMPA receptora i kratkoročnu sinaptičku plastičnost. Nat Neurosci. 2009: 12: 897 – 904. [\ TPubMed]
50. Chen J, et al. Transgene životinje sa inducibilnom ekspresijom gena u mozgu. Mol Pharmacol. 1998: 54: 495 – 503. [\ TPubMed]
;