- ESTUDI COMPLET
- curiós explicació - Per a la resiliència a l'estrès, agraïu DeltaFosB
Nat Neurosci. 2010 juny; 13(6):-745 752. Publicat en línia 2010 maig de 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 August 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
Informació de l'autor ► Informació sobre drets d'autor i llicència ►
La versió editada final de l’editor d’aquest article està disponible a Nat Neurosci
Vegeu altres articles a PMC que citar l'article publicat.
abstracte
En contrast amb la gran literatura sobre els efectes de l'estrès sobre el cervell, se sap relativament poc sobre els mecanismes moleculars de la resiliència, la capacitat d'alguns individus per escapar dels efectes nocius de l'estrès. HAbans de demostrar que el factor de transcripció, ΔFosB, media un mecanisme essencial de resiliència en ratolins. La inducció de ΔFosB al nucli accumbens, una regió clau de recompensa del cervell, en resposta a l'estrès crònic de la derrota social és necessària i suficient per a la resiliència. La inducció de ΔFosB també es requereix per a la capacitat de l'antidepressiu estàndard, la fluoxetina, per revertir la patologia del comportament induïda per la derrota social. ΔFosB produeix aquests efectes mitjançant la inducció de la subunitat del receptor de glutamat GluR2 AMPA, que disminueix la capacitat de resposta de les neurones del nucli accumbens al glutamat i a través d'altres proteïnes sinàptiques.. En conjunt, aquestes troballes estableixen una nova via molecular subjacent tant a la resiliència com a l'acció antidepressiva.
INTRODUCCIÓ
Les persones sotmeses a estrès sever presenten respostes molt diferents, algunes poden superar la crisi, mentre que altres desenvolupen psicopatologia greu com la depressió o el trastorn per estrès postraumàtic (TEPT). La capacitat d'afrontar situacions estressants, és a dir, la resiliència, depèn del desenvolupament d'adaptacions conductuals i psicològiques adequades a l'estrès crònic.1,2. Els constructes psicològics que promouen la resiliència inclouen el compromís, la paciència, l'optimisme i l'autoestima, així com la capacitat de modular les emocions i desenvolupar un comportament social adaptatiu. Aquests trets impliquen els circuits de recompensa del cervell, que sembla ser un determinant crític per a l'aparició de fenotips patològics versus resilients.3,4. S'han identificat correlacions neurobiològiques de vulnerabilitat o resistència a l'estrès 2 en humans, però encara es desconeix fins a quin punt són la causa o la conseqüència de la susceptibilitat.5.
Entre els models actuals de rosegadors de depressió i TEPT, l'estrès de la derrota social crònica és un enfocament etològicament vàlid, que indueix fisiològics a llarg termini.6-8 i conductual9-11 alteracions, inclosa l'evitació social, anhedonia i símptomes semblants a l'ansietat, que impliquen l'activació de diversos circuits neuronals i sistemes neuroquímics12-15. La normalització de l'evitació social mitjançant un tractament antidepressiu crònic, però no agut, el converteix en un model valuós per examinar aspectes de la depressió i el TEPT en humans.11,16. Una proporció significativa (~ 30%) de ratolins derrotats crònicament evita la majoria de les seqüeles de comportament negatives de la derrota10, permetent així investigacions experimentals de resiliència. Si bé la inducció de diverses proteïnes dins del nucli accumbens (NAc), una regió clau de recompensa del cervell, s'ha demostrat que és important per a l'expressió de comportaments semblants a la depressió després de la derrota.10,11,17,18, se sap molt menys sobre la base molecular de la resiliència mediada per aquesta regió cerebral. Aquí, vam abordar aquesta pregunta centrant-nos en ΔFosB, un factor de transcripció de la família Fos induït en NAc per drogues d'abús, recompenses naturals i diversos tipus d'estrès.19-21.
RESULTATS
ΔFosB a NAc promou la resiliència a l'estrès de la derrota social
Els ratolins mascles C57BL/6J van ser sotmesos a deu dies consecutius de derrota social10,11, i després es van separar en poblacions susceptibles i resilients en funció d'una mesura d'evitació social (Fig. 1a), que es correlaciona amb altres comportaments semblants a la depressió10. Hem trobat un augment de ΔFosB, mesurat per immunohistoquímica, en NAc després de la derrota social crònica (Fig. 1b,c), amb ratolins resistents que mostren la major inducció de ΔFosB tant a les subregions NAc del nucli com de la closca (Fig. 1b,c). A més, vam observar una forta correlació (p<0.01) entre els nivells de ΔFosB i la interacció social (r = 0.80, closca NAc; r = 0.85, nucli NAc; r = 0.86, NAc sencer), cosa que suggereix que el grau d'inducció de ΔFosB en El NAc pot ser un determinant crític de si un animal mostra un fenotip susceptible o resistent. L'anàlisi Western blot de disseccions de NAc que contenen subregions de nucli i closca va confirmar la inducció de ΔFosB només en ratolins resistents (vegeu Figura complementària 1).
La inducció de ΔFosB en NAc per derrota social media la resiliència
Per provar les conseqüències funcionals de la inducció de ΔFosB, hem utilitzat ratolins bitransgènics que sobreexpressen inductiblement ΔFosB específicament en el NAc adult i l'estriat dorsal.22. Aquests ratolins van mostrar una propensió reduïda a desenvolupar l'evitació social després de quatre o deu dies de derrota social (Fig. 1d), suggerint així que ΔFosB exerceix una acció protectora contra l'estrès social. Per contra, hem utilitzat ratolins bitransgènics que sobreexpressen inductiblement ΔcJun, un mutant de cJun truncat transcripcionalment inactiu que antagonitza l'activitat de ΔFosB.23,24. A diferència dels ratolins que sobreexpressen ΔFosB, els ratolins que sobreexpressen ΔcJun són més susceptibles a la derrota social crònica que els companys de control i mostren un comportament d'evitació màxima després de 4 dies de derrota.Fig. 1e). Els ratolins ΔcJun també van mostrar una immobilitat augmentada en una prova de natació forçada d'un dia, així com una preferència de sacarosa reduïda, ambdues interpretades com un comportament semblant a la depressió.Complementària Fig. 2a, b). Tanmateix, la sobreexpressió ΔFosB o ΔcJun no va alterar diverses mesures de referència de l'activitat locomotora o del comportament semblant a l'ansietat (Fig. 2c–f suplementària). En conjunt, aquestes troballes suggereixen que la reducció de l'activitat de ΔFosB en NAc i estriat dorsal redueix les respostes positives i adaptatives, inferides com a "afrontament".7”, a l'estrès crònic.
La reducció de ΔFosB en NAc promou la susceptibilitat a l'estrès
Per obtenir més informació sobre les accions de comportament de ΔFosB després de l'estrès crònic, vam utilitzar un període prolongat d'aïllament social durant l'edat adulta, que indueix anomalies semblants a la depressió en ratolins.25 i és un factor de risc important per a la depressió clínica. Vam observar una disminució dels nivells de ΔFosB en NAc de ratolins aïllats socialment (Fig. 2a, b). També vam trobar que l'aïllament fa que els ratolins siguin dramàticament més vulnerables a la derrota social i que aquesta vulnerabilitat induïda per l'aïllament es va revertir completament mitjançant la sobreexpressió viral de ΔFosB de manera selectiva a NAc (Fig. 2c). Per contra, el bloqueig de la funció ΔFosB a NAc, per sobreexpressió viral de ΔJunD, en ratolins control allotjats en grup va promoure la susceptibilitat a la derrota social (Fig. 2c). ΔJunD, com ΔcJun, és un mutant truncat N-terminal que actua com a antagonista dominant-negatiu de ΔFosB (Figura complementària 3)23. Aquestes troballes impliquen directament els nivells basals de ΔFosB en NAc en la vulnerabilitat a l'estrès.
Efecte de l'aïllament social sobre ΔFosB i sobre la susceptibilitat a la derrota social
Per estudiar la rellevància clínica d'aquestes troballes, es van mesurar els nivells de ΔFosB en mostres de NAc humans postmortem obtingudes de pacients deprimits i controls àmpliament coincidents. Hem trobat una disminució del ~50% dels nivells de ΔFosB en pacients deprimits (Fig. 2d), donant suport a un paper de ΔFosB en la depressió humana. Els humans deprimits analitzats incloïen individus amb o sense antidepressius en el moment de la seva mort (Taula suplementària 1), i no vam trobar cap correlació entre els nivells de ΔFosB i l'exposició als antidepressius. A la llum de la nostra observació que el tractament antidepressiu augmenta els nivells de ΔFosB en NAc del ratolí (vegeu més avall), aquestes troballes suggereixen que la fallada per induir ΔFosB en NAc pot ser un determinant important per a la manca de respostes antidepressives en humans.
ΔFosB en NAc media l'acció antidepressiva
El tractament antidepressiu crònic reverteix l'evitació social induïda per la derrota observada en ratolins susceptibles11. Per tant, vam examinar si la inducció de ΔFosB en NAc pot ser un mecanisme no només per a la resiliència sinó també per a l'acció antidepressiva. Els ratolins de control no derrotats tractats amb fluoxetina durant 20 dies no van revelar cap alteració en el comportament social, però van mostrar una acumulació de ΔFosB a la closca de NAc (Fig. 3a, b) i nucli (Figura complementària 4). El tractament amb fluoxetina de ratolins susceptibles va revertir la seva evitació social (Fig. 3a), com es va informar anteriorment, i els nivells de ΔFosB millorats encara més en NAc (Fig. 3b, Figura complementària 4).
La inducció de ΔFosB en NAc media l'efecte antidepressiu de la fluoxetina
Per provar directament la implicació d'aquesta inducció de ΔFosB en els efectes del comportament de la fluoxetina, vam sobreexpressar viralment ΔJunD o GFP sols (com a control) en NAc de ratolins derrotats prèviament. La meitat dels ratolins de cada grup van ser tractats durant tres setmanes addicionals amb fluoxetina o vehicle. Com era d'esperar, el tractament amb fluoxetina de ratolins que sobreexpressaven GFP en NAc va mostrar una inversió de l'evitació social induïda per la derrota social crònica. En canvi, la sobreexpressió de ΔJunD va bloquejar aquest efecte terapèutic de la fluoxetina (Fig. 3c), donant suport a la hipòtesi que la inducció de ΔFosB en NAc és necessària per a l'acció antidepressiva. A més, la sobreexpressió de ΔFosB mediada per virus a la NAc de rata va produir un efecte semblant a un antidepressiu significatiu mesurat per la disminució del temps d'immobilitat el dia 2 de la prova de natació forçada (Complementària Fig. 5a). Una anàlisi addicional del comportament durant aquesta prova va revelar augments induïts per ΔFosB tant en la natació com en l'escalada (Fig. 5b–d suplementària), característiques relacionades amb alteracions en els mecanismes serotoninèrgics i noradrenèrgics26. Curiosament, les rates que sobreexpressen ΔFosB en NAc també van mostrar una disminució del temps d'immobilitat el primer dia de la prova, interpretada com un efecte pro-motivacional (vegeu Mètodes en línia i Fig. 5e–h suplementària).
La regulació del receptor AMPA en NAc media la resiliència
ΔFosB regula la transcripció de nombrosos gens en NAc24,27. Un gen objectiu establert és la subunitat del receptor de glutamat AMPA GluR2: els ratolins que sobreexpressen ΔFosB en NAc tenen nivells elevats de GluR2, sense efectes en altres subunitats del receptor de glutamat.22. Aquesta regulació selectiva de GluR2 en NAc s'ha relacionat amb una millora del fàrmac i la recompensa natural22,28. Per abordar la possibilitat que la modulació de GluR2 també contribueixi a l'acció pro-resiliència de ΔFosB, vam estudiar l'expressió de GluR2 a NAc després de la derrota social crònica. Els ratolins susceptibles van mostrar una disminució significativa dels nivells de GluR2 en aquesta regió del cervell en comparació amb els controls, mentre que els ratolins resistents van mostrar un augment dels nivells de GluR2 (Fig. 4a). Tot i que el mecanisme subjacent a la supressió de l'expressió de GluR2 en ratolins susceptibles segueix sent desconegut, la inducció de GluR2 observada en ratolins resistents sembla reflectir un efecte directe de ΔFosB sobre el gen GluR2, perquè hem trobat un augment de la unió de ΔFosB al promotor GluR2 mitjançant l'ús de immunoprecipitació de la cromatina (ChIP) (Fig. 4b), i la PCR quantitativa (qPCR) van revelar una inducció sostinguda dels nivells d'ARNm de GluR2 en NAc de ratolins resistents (Fig. 4c), que és paral·lel a la inducció sostinguda de ΔFosB. Curiosament, GluR1 es va regular de manera oposada després de la derrota social: vam observar un augment de l'expressió en ratolins susceptibles i una disminució de l'expressió en ratolins resistents (Fig. 4a). Tanmateix, no es van observar alteracions corresponents en l'expressió de l'ARNm de GluR1, cosa que suggereix mecanismes post-traduccionals. A més, el tractament crònic amb fluoxetina de ratolins no vençuts va augmentar els nivells de GluR2 en NAc (Fig. 4d), i l'anàlisi del teixit NAc postmortem humà de pacients deprimits va revelar una disminució dels nivells de GluR2 en comparació amb els controls (Fig. 4e). No es van detectar canvis en els nivells de GluR1 (Fig. 4e).
Pro-resiliència, efecte antidepressiu de GluR2 en NAc
La presència de GluR2 té efectes profunds sobre els receptors AMPA: els receptors AMPA que no tenen GluR2 són Ca2+-permeable i mostra una major conductància del receptor i forts corrents de rectificació interior, en comparació amb els receptors que contenen GluR229. Per complementar els nostres resultats bioquímics, per tant, vam realitzar enregistraments de pinça de tensió de cèl·lules senceres de neurones espinoses mitjanes en NAc de ratolins no vençuts i després de la derrota social tant en animals resistents com susceptibles. Les relacions de corrent-tensió dels corrents postsinàptics excitadors evocats (EPSC) mediats per AMPA van revelar una rectificació cap a dins significativament més gran en els ratolins susceptibles (Fig. 5a-c) en comparació amb els controls, d'acord amb la proporció augmentada de GluR1:GluR2 observada en aquestes condicions. Tot i que el grau de rectificació a les cèl·lules registrades de ratolins susceptibles va ser variable, vam observar un canvi molt significatiu en la rectificació en comparació amb els grups control i resistents. La consistència d'aquesta troballa s'indica pel fet que el grau de rectificació de totes les cèl·lules de ratolins susceptibles va superar el valor mitjà observat per a les cèl·lules control. A més, vam trobar que el nivell de rectificació estava indirectament correlacionat amb l'evitació social (Fig. 5d), cosa que suggereix que els canvis en la relació GluR1:GluR2 poden impulsar en part aquest comportament. Per confirmar la major prevalença de receptors sense GluR2 en ratolins susceptibles, vam incubar rodanxes de ratolins control i susceptibles amb 1-naftilacetilsperimina (NASPM), un bloquejador selectiu dels receptors AMPA que mancaven de GluR2. EPSCs evocats en neurones registrades de ratolins susceptibles (Fig. 5e–f) es van reduir significativament per NASPM, demostrant que els receptors AMPA que no tenen GluR2 contribueixen significativament més a la transmissió glutamatèrgica en ratolins susceptibles que els controls. Cal destacar que l'efecte de NASPM en ratolins susceptibles va ser inferior al previst tenint en compte el canvi més gran observat en la rectificació. Aquesta divergència, però, no és inèdita30 i pot resultar de modificacions post-traduccions o interaccions proteïna-proteïna que involucren GluR2 (vegeu Discussió), o simplement l'extensió de l'exposició a NASPM. L'augment de la rectificació cap a l'interior induït per l'estrès observat en ratolins susceptibles no estava en ratolins resistents (Fig. 5a – d), d'acord amb la disminució observada de GluR1 i l'augment de GluR2 en aquestes condicions. Tanmateix, no vam veure una disminució de la rectificació cap a l'interior en ratolins resistents en comparació amb els controls (vegeu Discussió).
La composició del receptor AMPA està regulada de manera diferent en ratolins susceptibles i resistents
Efectes semblants als antidepressius del bloqueig del receptor AMPA en NAc
Aquestes dades suggereixen que l'augment de la funció del receptor AMPA (augment de la relació GluR1: GluR2) en NAc de ratolins susceptibles afavoreix l'evitació social, mentre que la disminució de la funció AMPA (disminució de la relació GluR1: GluR2) contribueix a la resiliència. Per provar aquesta hipòtesi, vam infondre l'antagonista del receptor AMPA NBQX directament al NAc dels ratolins derrotats immediatament abans de la prova d'evitació social. NBQX va augmentar el temps d'interacció social (Fig. 4f), demostrant que el bloqueig de l'entrada excitadora ràpida al NAc s'oposa a l'expressió d'aquest efecte nociu de l'estrès social crònic. NBQX no va alterar l'activitat locomotora general (Figura complementària 6). A més, l'efecte semblant a l'antidepressiu d'una única infusió de NBQX en l'evitació social va ser de llarga durada, ja que els ratolins tornats a provar una setmana després van mostrar una millora addicional de la interacció social.
A continuació, vam sobreexpressar GluR2 selectivament en NAc de ratolins susceptibles. L'expressió GluR2 va revertir completament l'evitació social induïda per la derrota social crònica (Fig. 4g), donant suport a la visió que la regulació de GluR2 en NAc és un mecanisme clau de resiliència. Curiosament, l'efecte de la sobreexpressió de GluR2 va persistir durant almenys 10 dies després de la cirurgia (Fig. 4g) quan l'expressió GluR2 mediada pel virus s'ha dissipat completament. Per contra, en els ratolins resistents, la sobreexpressió de la versió no editada de GluR2, GluR2Q, que s'assembla a GluR1 en estudis funcionals, va fer que els ratolins fossin més susceptibles a la derrota social.Fig 4g), donant suport a l'opinió que l'augment de la funció del receptor AMPA en NAc contribueix a la susceptibilitat.
SC1, un altre objectiu ΔFosB, també és un mediador de la resiliència
Per identificar gens diana ΔFosB addicionals que contribueixen a la resiliència, es van comparar conjunts de dades de matriu d'expressió gènica que es van obtenir a partir del NAc de ratolins bitransgènics que sobreexpressen ΔFosB i de ratolins C57Bl/6J 48 hores després de la derrota social crònica que mostrava un fenotip resistent versus susceptible.10,24. Fig. 6a mostra la considerable (>75%) solapament entre gens induïts en NAc tant per ΔFosB com per resiliència. Entre aquests gens (enumerats a Taula suplementària 2), vam seleccionar SC1 per a una anàlisi posterior, en funció de la magnitud de la seva inducció tant en la resiliència com en la sobreexpressió de ΔFosB. SC1, també coneguda com a Sparc (proteïna secretada, àcida, rica en cisteïna)-like 1 o hevin, és una molècula de matriu antiadhesiva que s'expressa molt en el cervell adult, on es localitza a la densitat postsinàptica i està implicada en la sinàptica. plasticitat31. Per avaluar directament el paper potencial de SC1 en la resiliència, vam sobreexpressar viralment SC1 en NAc de ratolins susceptibles. SC1 va revertir significativament l'evitació social induïda per la derrota social crònica (Fig. 6b). La sobreexpressió SC1 també va exercir un efecte semblant a l'antidepressiu el dia 2 de la prova de natació forçada per rata (Fig. 6c i Complementària Fig. 7a-c), però no va tenir cap efecte sobre l'activitat locomotora basal i els comportaments relacionats amb l'ansietat (Fig. 7d–g suplementària). A més, vam trobar una forta tendència a la disminució dels nivells de SC1 en el teixit NAc postmortem humà de pacients deprimits (Fig. 6d).
Pro-resiliència, efectes semblants als antidepressius de SC1 a NAc
DISCUSSIÓ
Els resultats del present estudi proporcionen la primera evidència d'adaptacions moleculars que es produeixen a les neurones espinoses mitjanes de NAc que subjauen a les respostes resilients a l'estrès crònic i que contribueixen als efectes terapèutics del tractament antidepressiu crònic. Mostrem que els nivells basals de ΔFosB en NAc determinen la vulnerabilitat inicial d'un individu a l'estrès de la derrota social i que el grau d'inducció de ΔFosB en resposta a l'estrès crònic determina respostes susceptibles versus resilients a aquest estrès. Mostrem a més que la reversió reeixida de les anomalies de comportament induïdes en animals susceptibles per l'administració crònica de fluoxetina requereix la inducció del fàrmac de ΔFosB en aquesta regió cerebral. Aquestes troballes demostren que la inducció de ΔFosB en NAc és un mecanisme necessari i suficient de resiliència i de respostes antidepressives. La troballa de nivells més baixos de ΔFosB en NAc d'humans deprimits dóna suport a la rellevància d'aquestes observacions en models de ratolí per a la depressió clínica. ΔFosB regula la funció NAc induint o reprimint nombrosos gens diana24,27. Identifiquem dos dels seus gens objectiu, la subunitat del receptor AMPA GluR2 i SC1, una proteïna de la matriu extracel·lular, i els impliquem directament en la mediació de la resiliència a l'estrès de la derrota social.
Aquest paper favorable a la resiliència per a ΔFosB en el context de l'estrès crònic és interessant a la llum de la gran quantitat d'evidències de la participació de ΔFosB en la regulació de les respostes a les drogues d'abús i recompenses naturals com ara menjar, sexe i exercici.19. ΔFosB és induït en NAc per fàrmacs i recompenses naturals, i augmenta les respostes gratificants a aquests estímuls. Així, està implicat com a mediador de determinats aspectes de la drogodependència. Les troballes actuals en models d'estrès proporcionen una visió fonamentalment nova del paper d'aquesta proteïna en la regulació del comportament emocional complex. En condicions normals, ΔFosB s'expressa als nivells més alts en NAc en comparació amb totes les altres regions del cervell19. Presentem la hipòtesi que els nivells de ΔFosB en NAc tenen un paper important en l'establiment del nivell de motivació d'un individu i en l'orientació de comportaments motivats cap a estímuls gratificants destacats. L'eliminació de l'estimulació ambiental durant l'aïllament prolongat redueix els nivells basals de ΔFosB al NAc del ratolí, perjudicant la seva motivació i augmentant la seva vulnerabilitat a l'estrès social crònic, tal com mostrem aquí. La disminució observada dels nivells de ΔFosB en NAc postmortem de pacients deprimits està en línia amb aquesta hipòtesi i suggereix un paper de ΔFosB en la motivació deteriorada i la recompensa observada en moltes persones amb depressió. Per contra, la capacitat d'induir ΔFosB en NAc en resposta a l'estrès crònic permet a un individu millorar la motivació i la recompensa natural malgrat l'estrès en curs, una hipòtesi coherent amb les opinions actuals de la resiliència en humans.1,2. A més, plantegem la hipòtesi que la inducció de ΔFosB en NAc per exposició crònica a drogues d'abús, que és molt més gran en magnitud que la que s'observa amb l'estrès o les recompenses naturals.19, resulta en un grau patològic de motivació millorada d'una manera que corromp els circuits de recompensa cap a l'estímul més fort de la droga.i.
És evident que les característiques específiques d'aquesta hipòtesi requereixen una investigació addicional. Es podria esperar que la inducció de ΔFosB en NAc per estrès crònic o per fluoxetina augmenti la recompensa del fàrmac. De fet, la comorbiditat de la depressió i l'addicció està ben establerta en humans, i s'ha demostrat la sensibilització creuada entre les drogues d'abús i l'estrès en rosegadors.32-34. D'altra banda, la depressió i l'addicció són síndromes molt complexes i heterogènies i la majoria de les persones amb depressió no tenen addicció i viceversa. A més, la fluoxetina no exerceix efectes clars sobre les respostes als fàrmacs en animals, ni és un tractament eficaç de l'addicció en addictes que no estan també deprimits. D'acord amb aquesta complexitat, hem trobat que els ratolins susceptibles, no els ratolins resistents, en el paradigma de la derrota social mostren respostes millorades a les drogues d'abús.10. Això suggeriria que la vulnerabilitat augmentada dels ratolins susceptibles a les drogues d'abús està mediada per moltes altres adaptacions induïdes a NAc i en altres llocs, com només un exemple, BDNF, que s'indueix en ratolins susceptibles, no resistents, a NAc i millora els mecanismes de recompensa de drogues.veure 10.
La interpretació que ΔFosB promou aspectes de l'addicció, alhora que promou la resiliència a l'estrès, no és sorprenent donades les complexes relacions observades entre el paper d'una determinada proteïna en NAc en models d'addicció i depressió. Algunes proteïnes (per exemple, BDNF) promouen respostes a les drogues d'abús i a l'estrès, mentre que moltes altres proteïnes exerceixen efectes oposats en aquestes dues condicions: per exemple, CREB en NAc produeix un fenotip favorable a la depressió, però embota les respostes a les drogues d'abús. veure 4,10.
Aquestes troballes emfatitzen la necessitat de més investigacions per delimitar els fonaments moleculars del comportament emocional complex i la importància d'utilitzar la gamma més àmplia possible de proves de comportament en aquestes investigacions. Els resultats també indiquen que, com era d'esperar, ΔFosB per si sol no pot explicar tots els fenòmens de depressió i addicció, sinó que és un regulador clau dels mecanismes de recompensa dependents de NAc i, per tant, és important per mediar certs aspectes d'ambdues condicions..
Tanmateix, una advertència important d'aquesta discussió són els diferents tipus de cèl·lules en NAc en què s'indueix ΔFosB en models d'estrès i addicció. Les drogues d'abús i les recompenses naturals indueixen ΔFosB principalment a la subclasse de neurones espinoses mitjanes en NAc que expressen D1 receptors de dopamina19,22, mentre que l'estrès indueix ΔFosB aproximadament per igual dins de D1 i D2 neurones espinoses mitjanes que contenen receptors20. Aquesta inducció diferencial podria tenir conseqüències funcionals dramàtiques, ja que la capacitat de ΔFosB per millorar la recompensa s'ha demostrat per a D.1 només neurones de classe19.
La identificació de GluR2 com a gen objectiu implicat en la mediació de l'efecte pro-resiliència de ΔFosB aporta una mica de llum sobre aquestes consideracions. Mostrem que la susceptibilitat dels ratolins i la depressió humana s'associen amb un augment de la relació GluR1:GluR2 en NAc, la qual cosa suggereix un augment de l'excitabilitat de la neurona espinosa mitjana en resposta al glutamat..
El NAc rep inputs glutamatèrgics de diverses regions del cervell, en particular, l'escorça prefrontal, l'amígdala i l'hipocamp.35. Aquesta entrada glutamatèrgica modula la valència i la rellevància dels estímuls gratificants i aversius i, per tant, controla el comportament motivat.36-38. Estudis recents són coherents amb la nostra hipòtesi que l'excitabilitat millorada de NAc pot promoure la vulnerabilitat a l'estrès. L'estrès de natació forçada augmenta la força sinàptica i la funció del receptor AMPA en NAc39, mentre que la infusió de glutamat a NAc redueix el comportament de natació a la prova de natació forçada, un efecte semblant a la depressió.40. De manera més general, l'augment del tret de NAc codifica estats aversius en diversos models animals41. S'han observat alteracions en l'activitat de NAc en pacients amb depressió major42 i en les forces especials soldats preseleccionats i entrenats per ser resistents davant un trauma greu43. De la mateixa manera, l'estimulació cerebral profunda de l'escorça cingulada subgenual o de NAc (un objectiu principal de l'escorça cingulada subgenual), una intervenció pensada per reduir l'excitabilitat de la regió cerebral estimulada, alleuja els símptomes depressius en pacients refractaris al tractament.3,44.
Igual que els models d'estrès, l'augment de la resposta glutamatèrgica en NAc també s'ha implicat en l'addicció a les drogues30,45-47. Això inclou un augment dels receptors AMPA que no tenen GluR2 en aquesta regió cerebral30,47, similar al que informem aquí per a la susceptibilitat a l'estrès. En conjunt, aquestes observacions plantegen la interessant possibilitat que la transmissió glutamatèrgica millorada en NAc promogui la vulnerabilitat tant a l'addicció com a la depressió. El canvi contrari, és a dir, una relació GluR1:GluR2 reduïda, que es mostra aquí a NAc de ratolins resistents, suggereix que la funció glutamatèrgica reduïda pot ser protectora contra els efectes nocius de l'estrès crònic. Això és coherent amb les observacions que l'augment de l'activitat de GluR2, o la reducció de l'activitat de GluR1, en NAc millora la recompensa i la motivació.28,37,48. La capacitat de la fluoxetina d'induir de manera similar l'expressió de GluR2 en NAc planteja la possibilitat que la reducció de la innervació de glutamat d'aquesta regió cerebral també pugui contribuir a les respostes antidepressives. De fet, mostrem aquí que la inhibició de la funció del receptor AMPA dins del NAc produeix una resposta semblant a un antidepressiu potent i de llarga vida.
Si bé els canvis que demostrem en l'expressió del receptor AMPA en NAc de ratolins susceptibles són coherents amb les nostres observacions electrofisiològiques, els canvis observats en la resiliència són més complexos. No vam obtenir proves electrofisiològiques de la disminució dels receptors AMPA que mancaven de GluR2 en NAc de ratolins resistents en comparació amb els controls. Presentem la hipòtesi que la inducció de GluR2 mediada per ΔFosB en la resiliència és només una de les moltes adaptacions que es produeixen en NAc que afecten la transmissió glutamatèrgica i que, tot i que aquesta adaptació és suficient per revertir la funció excessiva del receptor AMPA observada en la susceptibilitat, no indueix canvis nets. en sentit contrari. De fet, les nostres dades revelen una regulació complexa de la transmissió glutamatèrgica en NAc després de l'estrès crònic de la derrota social. Els canvis oposats en l'expressió de GluR1 en aquesta regió del cervell en la susceptibilitat versus la resiliència no es veuen a nivell d'ARNm, ni els nivells disminuïts de GluR2 en la susceptibilitat no es veuen a nivell d'ARNm. Això és coherent amb les modificacions posteriors a la traducció, incloses les alteracions en el tràfic de receptors AMPA, que també tenen un paper important, com s'ha observat en els models d'abús de drogues.30,47.
La complexa regulació de la transmissió glutamatèrgica en NAc per estrès crònic es posa de manifest pel nostre descobriment de SC1 com un altre gen objectiu per a ΔFosB, que, com la inducció de GluR2, media la resiliència. Se sap que SC1 regula la plasticitat sinàptica31. Com a resultat de les seves propietats antiadhesives, la inducció de SC1 en NAc podria donar lloc a un entorn més permissiu per als canvis estructurals que acompanyen la plasticitat a les sinapsis glutamatergiques que semblen crucials per a la resiliència. Per exemple, l'evidència recent mostra que l'eliminació de la matriu extracel·lular permet la difusió dels receptors AMPA i, per tant, afavoreix la plasticitat sinàptica.49.
En resum, els nostres resultats donen suport a un esquema pel qual ΔFosB en NAc media la resiliència davant l'estrès crònic, en part, induint una forma de plasticitat sinàptica que contraresta el fort aprenentatge associatiu negatiu que es produeix en ratolins susceptibles. Per exemple, s'ha demostrat que els augments dels receptors AMPA que no tenen GluR2 en NAc, que veiem en ratolins susceptibles, agreugen les respostes a les indicacions associades a la cocaïna que promouen el desig i la recaiguda en models d'addicció.30,47. En canvi, la disminució del to glutamatèrgic en ratolins resistents, mitjançant la millora de GluR2 i potser la inducció de SC1, podria fer que un estímul destacat, com un nou ratolí en el paradigma de la derrota social, sigui menys capaç d'activar les neurones NAc i, per tant, permetre l'objectiu. -Comportament dirigit a continuar malgrat l'estrès. Les nostres matrius de gens suggereixen la probable implicació de molts objectius addicionals de ΔFosB que també contribueixen a la resiliència. El paper dominant jugat per ΔFosB i els seus objectius en la capacitat d'un individu d'adaptar-se positivament a l'estrès crònic planteja fonamentalment noves vies per al desenvolupament de nous tractaments antidepressius.
MÈTODES
Els mètodes i les referències associades estan disponibles a la versió en línia del document a http://www.nature.com/natureneuroscience/.
Material complementari
Suppl
Feu clic aquí per veure.(1024K, doc)
Feu clic aquí per veure.(136K, pdf)
Agraïments
Aquest treball va comptar amb el suport de subvencions de l'Institut Nacional de Salut Mental i per una aliança de recerca amb AstraZeneca. Donem les gràcies als Drs. P. McKinnon i H. Russell pel generós regal del cDNA SC1. També agraïm a I. Maze, Drs. R. Oosting, S. Gautron i D. Vialou per a la discussió i comentaris útils sobre el manuscrit.
Notes al peu
Contribucions de l'autor VV i EJN van ser els responsables del disseny global de l'estudi. QL i VV van dissenyar, realitzar i analitzar experiments d'ARN i ChIP. AJ Robison va dissenyar, realitzar i analitzar estudis electrofisiològics. HEC i VV van dissenyar i realitzar els experiments farmacològics NBQX. QL, DMD, ELW i VV van realitzar les cirurgies estereotàxiques. YNO va clonar l'ADNc SC1 al vector HSV. YHO va realitzar l'assaig de la luciferasa AP1. QL, DMD, DW i VV van dissenyar i realitzar experiments d'aïllament social. VV, ELW i AJ Rush van realitzar proves de derrota social i quantificació immunohistoquímica. SI, QL, BW i VV van realitzar i analitzar la cirurgia de rata i la prova de natació forçada. EM i RN van proporcionar els vectors virals per a la transgènesi viral. MAS, VK i OB van formar a VV en derrota social i anàlisi bioquímica i van proporcionar control de qualitat sobre les dades de derrota social. SG i CAT van proporcionar el teixit cerebral post mortem humà. VV i EJN van escriure el document amb l'ajuda dels altres autors.
Informació de l'Autor La informació sobre les reimpressions i els permisos està disponible a www.nature.com/reprints.
Addicional Informació complementària està enllaçat a la versió en línia del document a www.nature.com/natureneuroscience/.
referències
1. McEwen BS. Fisiologia i neurobiologia de l'estrès i l'adaptació: paper central del cervell. Physiol Rev. 2007;87:873–904. [PubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psicobiologia i genètica molecular de la resiliència. Nat Rev Neurosci. 2009;10:446–457. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Orientació a circuits neuronals anormals en trastorns de l'estat d'ànim i d'ansietat: del laboratori a la clínica. Nat Neurosci. 2007;10:1116–1124. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. La neurobiologia molecular de la depressió. Naturalesa. 2008; 455: 894 – 902. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Desenvolupament d'una agenda per a estudis translacionals de la resiliència i la vulnerabilitat després de l'exposició al trauma. Ann NY Acad Sci. 2006;1071:379–396. [PubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Deteriorament a llarg termini dels ritmes circadians autònoms després d'un breu estrès social intermitent. Comportament de Physiol. 1993;53:983–993. [PubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. The temporal dynamics of the stress response. Neurosci Biobehav Rev. 1997;21:775–782. [PubMed]
8. De Kloet ER. Les hormones i el cervell estressat. Ann NY Acad Sci. 2004;1018:1–15. [PubMed]
9. Rygula R, et al. Anedònia i dèficits motivacionals en rates: impacte de l'estrès social crònic. Comportament Cervell Res. 2005;162:127–134. [PubMed]
10. Krishnan V, et al. Adaptacions moleculars subjacents a la susceptibilitat i la resistència a la derrota social a les regions de recompensa del cervell. Cèl·lula. 2007;131:391–404. [PubMed]
11. Berton O, et al. Paper essencial del BDNF en la via mesolímbica de la dopamina en l'estrès de la derrota social. Ciència. 2006;311:864–868. [PubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Adquisició de l'autoadministració de cocaïna després de l'estrès social: paper de la dopamina accumbens. Psicofarmacologia (Berl) 1997;130:203–212. [PubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mapeig de la resposta cerebral a l'estrès social en rosegadors amb expressió c-fos: una revisió. Estrès. 2002;5:3–13. [PubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Expressió diferencial d'ARNm c-fos dins dels neurocircuits de hàmsters mascles exposats a una derrota aguda o crònica. J Neuroendocrinol. 1999;11:547–559. [PubMed]
15. Becker C, et al. Nivells extracel·lulars corticals millorats de material semblant a la colecistoquinina en un model d'anticipació de la derrota social a la rata. J Neurosci. 2001;21:262–269. [PubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Efectes de la fluoxetina sobre els dèficits de comportament evocats per l'estrès social crònic en rates. Comportament Cervell Res. 2006;174:188–192. [PubMed]
17. Wilkinson MB, et al. El tractament i la resiliència amb imipramina presenten una regulació similar de la cromatina al nucli accumbens del ratolí en models de depressió. J Neurosci. 2009;29:7820–7832. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
18. Covington HE, 3r, et al. Accions antidepressives dels inhibidors de la histona deacetilasa. J Neurosci. 2009;22:11451–11460. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
19. Nestler EJ. Revisió. Mecanismes transcripcionals de l'addicció: paper de DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008;363:3245–3255. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
20. Perrotti LI, et al. Inducció de deltaFosB en estructures cerebrals relacionades amb la recompensa després de l'estrès crònic. J Neurosci. 2004;24:10594–10602. [PubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr Alteració de llarga durada en les estructures mesocorticolímbiques després de l'estrès de derrota social repetida en rates: curs temporal de l'ARNm del receptor mu-opioide i immunoreactivitat FosB / DeltaFosB. Eur J Neurosci. 2008;27:2272–2284. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
22. Kelz MB, et al. L'expressió del factor de transcripció deltaFosB al cervell controla la sensibilitat a la cocaïna. Naturalesa. 1999;401:272–276. [PubMed]
23. Peakman MC, et al. L'expressió inductible i específica de la regió cerebral d'un mutant negatiu dominant de c-Jun en ratolins transgènics disminueix la sensibilitat a la cocaïna. Cervell Res. 2003;970:73–86. [PubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Regulació de l'expressió gènica i recompensa de cocaïna per CREB i DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003;6:1208–1215. [PubMed]
25. Wallace DL, et al. La regulació CREB de l'excitabilitat del nucli accumbens media els dèficits de comportament induïts per l'aïllament social. Nat Neurosci. 2009;12:200–209. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Comportaments actius en la prova de natació forçada de rata produïda de manera diferencial per antidepressius serotoninèrgics i noradrenèrgics. Psicofarmacologia (Berl) 1995;121:66–72. [PubMed]
27. Renthal W, et al. L'anàlisi de tot el genoma de la regulació de la cromatina per part de la cocaïna revela un paper de les sirtuïnes. Neurona. 2009;62:335–348. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
28. Todtenkopf MS, et al. Recompensa cerebral regulada per subunitats del receptor AMPA a la closca del nucli accumbens. J Neurosci. 2006;26:11665–11669. [PubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. Trànsit de receptors AMPA a les sinapsis excitatòries. Neurona. 2003;40:361–379. [PubMed]
30. Conrad KL, et al. La formació de receptors AMPA d'Accumbens mancats de GluR2 media la incubació del desig de cocaïna. Naturalesa. 2008;454:118–121. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
31. Lively S, Brown IR. La proteïna de la matriu extracel·lular SC1/hevin es localitza a sinapsis excitatòries després de l'estat epilèptic en el model de convulsió de liti-pilocarpina de rata. J Neurosci Res. 2008;86:2895–2905. [PubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3r, Ganschow L, Hammer RP, Jr, Miczek KA. Sensibilització creuada neuronal i conductual a llarg termini a l'amfetamina induïda per l'estrès de derrota social breu repetida: Fos a l'àrea tegmental ventral i amígdala. Neurociència. 2004;123:857–865. [PubMed]
33. Koob GF. Un paper per als sistemes d’estrès del cervell en addicció. Neurona. 2008; 59: 11 – 34. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. L'estrès social augmenta l'adquisició de l'autoadministració de cocaïna en rates mascles i femelles. Cervell Res. 1995;698:46–52. [PubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Xarxa recompensa de Cortico-Basal Ganglis: microcircuitry. Neuropsicofarmacologia. 2010; 35: 27 – 47. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Motivació inmanejable en addicció: una patologia en la transmissió de glutamat prefrontal-accumbens. Neurona. 2005;45:647–650. [PubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Conjunts motivacionals de glutamat al nucli accumbens: gradients de por i alimentació rostrocaudals. Eur J Neurosci. 2003;17:2187–2200. [PubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regulació de l'activació de neurones dopaminèrgiques i control de conductes dirigides a objectius. Tendències Neurosci. 2007;30:220–227. [PubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Canvis induïts per l'estrès en la plasticitat sinàptica del glutamat de Nucleus Accumbens. J Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P, et al. L'alliberament de glutamat al nucli accumbens està implicat en la depressió del comportament durant la prova de natació PORSOLT. Neurociència. 2003;119:557–565. [PubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Les neurones del nucli accumbens estan adaptades de manera innata per a estímuls gustatius gratificants i aversius, codifiquen els seus predictors i estan relacionades amb la producció motora. Neurona. 2005;45:587–597. [PubMed]
42. Tremblay LK, et al. Substrats neuroanatòmics funcionals del processament alterat de la recompensa en el trastorn depressiu major revelats per una sonda dopaminèrgica. Arch Gen Psiquiatria. 2005;62:1228–1236. [PubMed]
43. Vythilingam M, et al. Circuits de recompensa en la resiliència a un trauma greu: una investigació de fMRI de soldats resistents de les forces especials. Psiquiatria Res. 2009;172:75–77. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
44. Schlaepfer TE, et al. L'estimulació cerebral profunda per recompensar els circuits alleuja l'anedònia en la depressió major refractària. Neuropsicofarmacologia. 2008;33:368–377. [PubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. La cocaïna repetida altera els nivells de subunitats del receptor de glutamat al nucli accumbens i l'àrea tegmental ventral de les rates que desenvolupen sensibilització conductual. J Neurochem. 1999;72:2397–2403. [PubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Els receptors AMPA de la superfície cel·lular al nucli accumbens de rata augmenten durant la retirada de la cocaïna, però s'internalitzen després del desafiament de la cocaïna en associació amb l'activació alterada de les proteïnes quinases activades per mitògens. J Neurosci. 2007;27:10621–10635. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
47. Anderson SM, et al. CaMKII: un pont bioquímic que uneix els sistemes accumbens de dopamina i glutamat en la recerca de cocaïna. Nat Neurosci. 2008;11:344–353. [PubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Les inhibicions de les neurones del nucli accumbens codifiquen un senyal de gating per al comportament dirigit a la recompensa. J Neurosci. 2006;26:217–222. [PubMed]
49. Frischknecht R, et al. La matriu extracel·lular cerebral afecta la mobilitat lateral del receptor AMPA i la plasticitat sinàptica a curt termini. Nat Neurosci. 2009;12:897–904. [PubMed]
50. Chen J, et al. Animals transgènics amb expressió gènica inductible i dirigida al cervell. Mol Pharmacol. 1998;54:495–503. [PubMed]
;