Ang pag-umol sa dendritic spine sa D1 ug D2 dopamine receptor nga adunay medium medium nga mga neurons sa nucleus accumbens (2006)

Proc Natl Acad Sci US A. Feb 28, 2006; 103 (9): 3399-3404.
Gipatik sa online Feb 21, 2006. doi:  10.1073 / pnas.0511244103
PMCID: PMC1413917
Neuroscience
Kini nga artikulo nga gihisgutan sa ubang mga artikulo sa PMC.

abstract

Ang psikostimulant nga gihulagway nga pag-usab sa dendritic spines sa dopaminoceptive neurons sa nucleus accumbens (NAcc) gipanghimulbolan isip usa ka adaptive neuronal nga tubag nga nalambigit sa dugay na nga makaadik nga kinaiya. Ang NAcc kadaghanan naglangkob sa duha ka managlahi nga subpopulasyon sa medium-sized spiny neurons nga nagpahayag sa taas nga lebel sa dopamine D1 o D2 receptors. Sa kasamtangan nga pagtuon, among gi-analisar ang dendritic spine density human sa chronic cocaine nga pagtambal sa lain-laing D1 o D2 receptor nga adunay medium-sized spiny neurons sa NAcc. Kini nga mga pagtuon naggamit sa transgenic nga mga ilaga nga nagpahayag sa EGFP ubos sa pagdumala sa D1 o D2 receptor promoter (Drd1-EGFP o Drd2-EGFP). Human sa 28 nga mga adlaw sa cocaine nga pagtambal ug 2 nga mga adlaw sa pag-atras, ang dunggan nga dunggan misaka sa Drd1-EGFP- ug Drd2-EGFP-positibo nga neurons. Bisan pa, ang pagtaas sa dunggan sa dughan gipabilin lamang sa Drd1-EGFP-positibo nga mga neuron 30 nga mga adlaw human sa pag-withdraw sa droga. Ang pag-uswag nga ekspresyon sa ΔFosB nakita usab sa Drd1-EGFP- ug Drd2-EGFP-positibo nga mga neuron human sa 2 nga mga adlaw sa pagbakwi sa droga apan sa Drd1-EGFP-positibo nga mga neuron human sa 30 nga mga adlaw sa pag-atras sa droga. Kini nga mga resulta nagsugyot nga ang dugang nga dunggan sa dunggan nga nakita human sa chronic cocaine nga pagtambal malig-on lamang sa D1-receptor nga adunay neurons ug nga ang eksposyong FosB nga may kalabutan sa pagporma ug / o pagmentinar sa dendritic spines sa D1 ingon man D2 receptor nga adunay neurons sa NAcc.

Ang mesolimbiko nga dopaminergic nga agianan gilangkoban sa mga neurons sa ventral tegmental area nga inabtik sa nucleus accumbens (NAcc), olfactory tubercle, prefrontal cortex, ug amygdala (1), samtang ang nigrostriatal dopaminergic neurons sa substantia nigra (pars compacta) naghatag sa usa ka pagpataas nga projection sa dorsal striatum (2). Ang mga psychostimulant nagpataas sa synaptic nga konsentrasyon sa dopamine sa NAcc: cocaine, pinaagi sa pag-block sa dopamine uptake gikan sa synaptic cleft, ug amphetamine, pinaagi sa pagpalambo sa dopamine release gikan sa nerve terminals (3-5). Ang balikbalik nga, intermittent nga pagdumala sa mga psychostimulant moresulta sa gipadako nga mga tubag sa pamatasan (pagpaigo) sa mga mahait nga mga epekto sa mga droga (6-8). Kadaghanan sa mga linya sa ebidensya nagpakita nga ang mga adaptive nga mga kausaban sa ventral tegmental area-NAcc dopaminergic system mao ang mahinungdanon sa pag-usab sa kasinatian nga depende sa kasinatian nga nagpaluyo sa pamatasan nga giduso sa droga.

Gawas pa sa dopamine, gikinahanglan ang glutamate alang sa pagpalambo sa sensitization sa pamatasan isip tubag sa psychostimulants (9, 10). Ang medium-sized spiny neurons (MSNs) sa ventral striatum makadawat sa excitatory glutamatergic projection gikan sa prefrontal cortex nga ang synapse ngadto sa mga ulo sa dendritic spines. Ang mga MSN usab ang nag-unang target alang sa mga dopaminergic axons nga ang pag-synapse sa spine necks (1, 11, 12). Busa, ang dendritic spines sa MSN nagrepresentar sa cellular compartment diin ang dopaminergic ug glutamatergic transmission una nga gisagol.

Ang dopamine naglihok sa duha ka mayor nga receptor subfamili, ang D1 subfamily (D1 ug D5 subtypes) ug ang D2 subfamily (D2, D3, ug D4 subtypes) (13). Sa dorsal striatum, anatomical studies nagpakita nga ang striatonigral MSNs adunay taas nga lebel sa D1 receptors (uban sa substansiya nga P ug dynorphin), samtang ang striatopallidal MSNs kasagaran nagpahayag sa D2 receptors (uban sa enkephalin)14-17). Ang mga projection gikan sa NAcc mas komplikado kay sa dorsal striatum, nga adunay kabhang ug core nga bahin sa NAcc nga nagpunting ngadto sa managlahing subregions sa ventral pallidum ug sa ventral tegmental area ug substantia nigra (18). Samtang ang mga D2 receptors ug enkephalin gipahayag sa pagpahayag sa ventral pallidum, ang D1 receptors ug substansya nga P makita nga parehas nga gipanghatag sa mga proyektong sa ventral pallidum ug ventral tegmental area (19). Ang mga pagtuon sa mga agonista ug mga antagonist nga napili alang sa D1 o D2 receptors nagpakita nga ang D1 ug D2 receptors gikinahanglan alang sa psychostimulant-dependent behavioral changes (20-25). Apan, ang mga tahas niini nga mga receptor daw lahi. Pananglitan, ang pagpadasig sa D1 receptors nagpakita sa cocaine nga gipangita sa cocaine priming injections ug cocaine-related environmental cues, samtang ang stimulation sa D2 receptors nagpahigayon sa cocaine-induced reinstatement (26-28).

Ang mga abnormalidad sa kinaiya nga may kalabutan sa pagkaadik sa psychostimulant hilabihan ka dugay. Busa, adunay dako nga interes sa pag-ila sa mga kausaban nga nakuha sa droga sa molekular ug structural nga lebel sa neuronal circuits nga gikontrol sa dopamine ug glutamate (29-32). Gipakita nga ang dugay nga pagkaladlad sa cocaine o amphetamine nakit-an sa pagdugang sa gidaghanon sa mga punto sa sanga sa dendritic ug mga tunok sa MSN sa NAcc (33-35). Kini nga mga pagbag-o sa estruktura gipakita nga magpadayon hangtud sa ≈1-3.5 nga mga bulan human sa katapusan nga pagkaladlad sa droga (30, 35) ug gisugyot nga ipahisgutan ang dugay nga pag-usab sa synaptic plasticity nga may kalabutan sa psychostimulant exposure.

Ang tumong sa kasamtangan nga pagtuon mao ang pag-usisa sa cocaine-induced structural alterations sa dendritic spines sa subpopulations sa accumbal nga MSN nga nagpahayag sa D1 o D2 receptors. Niini nga mga pagtuon, gigamit nato ang transgenic bacterial artificial chromosome (BAC) nga nagpahayag sa EGFP ubos sa kontrol sa D1 (Drd1-EGFP) o D2 (Drd2-EGFP) dopamine receptor promoter (36). Ang mga resulta nagpakita nga, bisan ang dugang nga dahon sa spine sa sinugdanan nahitabo sa D1 receptor-containing MSNs ug D2 receptor-containing MSNs, ang nabag-o nga gibug-aton sa spine malig-on lamang sa D1 receptor nga adunay neurons. Dugang pa, nakita nato ang pareho nga mga pagbag-o sa ekspresyon sa transcription factor ΔFosB, nagsugyot nga ang ΔFosB mahimo nga nalambigit sa pagporma ug / o pagpadayon sa dendritic spines sa D1 ingon man ang D2 receptor nga adunay neurons sa NAcc.

Resulta

Pagsusi sa mga MSN sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP BAC Transgenic Mice.

Ang pattern sa projection sa MSNs gikan sa dorsal ug ventral striatum sa Drd1-EGFP o Drd2-EGFP BAC transgenic nga mga ilaga nga gihulagway pinaagi sa pagsusi sa GFP expression (36). Ang differential nga ekspresyon sa GFP sa MSNs sa dorsal striatum katumbas sa kinatibuk-an nga sa endogenous D1 o D2 receptors, matag usa (36). Gihatagan namog dugang nga pag-analisar sa differential expression sa GFP sa NAcc sa Drd1-EGFP o Drd2-EGFP mice (Fig. 1a ug b). Bisan ang ≈58% sa mga neurons sa NAcc nagpahayag sa GFP sa Drd1-EGFP nga mga ilaga (Fig. 1a), ≈48% sa mga neurons sa NAcc nagpahayag sa GFP sa Drd-2-EGFP nga mga ilaga (Fig. 1b). Ang mga MSN nagrepresentar sa 90-95% sa tanang neurons sa NAcc (12, 37). Ang D1 receptors gipahayag lamang sa MSNs, ug ang D2 receptors gipahayag sa mga MSN ug sa cholinergic interneurons, nga nagrepresentar sa 1-3% sa striatal neurons (37). Tungod niini nga mga hinungdan, ang mga resulta nagpakita nga, sa kinatibuk-an, ang ≈10-15% sa mga MSN sa NAcc lagmit nga ipahayag ang D1 ug D2 receptors.

Fig. 1. 

Pagsusi sa mga MSN sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP nga mga ilaga. (a ug b) Pag-ayo sa mga hiwa sa utok gikan sa NAcc sa Drd1-EGFP (a) o Drd2-EGFP (bAng BAC transgenic nga mga ilaga gibakunahan alang sa GFP ug NeuN (isip usa ka pangkabilugan nga neuronal marker). Ang gipahiusa nga mga larawan nagpakita, sa dalag, kolokalisasyon ...

Pag-analisar sa Dendritic Spines sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP Mice.

Ang ekspresyon sa GFP sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP nga mga ilaga mapuslanon sa pag-stain sa neuronal cell bodies. Apan, ang signal sa GFP sa mga dendrite ug dendritic spines huyang kaayo aron tugutan ang ilang pag-analisar human sa immunostaining sa anti-GFP antibodies. Ang gipadagan nga balistikong paghatod sa mga fluorescent dyes bag-ohay nga gigamit sa pag-label sa neuronal nga mga populasyon sa paspas ug episyente nga pamaagi (38). Ang tanan nga mga neurons mahimong gimarkahan nga gamiton kini nga pamaagi, ug ang pamaagi nga makita nga ikatandi sa Golgi-Cox nga pag-ula. Aron pag-analisar sa dendritic morphology sa mga neurons sa NAcc, ang mga fixed accumbal slices gimarkahan sa lipophilic fluorescence dye nga 1,1'-diotadecyl-3,3,3 ', 3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiI) pinaagi sa paggamit sa gene gun. Usa ka pananglitan sa usa ka Tinagong MSN gipakita sa Fig. 1c. Ubos sa mga kondisyon nga gigamit, kasagaran atong gitan-aw nga gimarkahan ang mga neuron nga walay bisan unsa nga nagsapaw nga mga dendrite gikan sa uban nga gimarkahan nga mga neuron. Sa mas taas nga pagpadako, ang detalyadong doprito nga morpolohiya, lakip na ang dendritic spines, mahimong maobserbahan (Fig. 1d).

Gigamit namon ang kombinasyon sa DiI labeling ug immunohistochemistry alang sa GFP sa bisan sa Drd1-EGFP o Drd2-EGFP transgenic nga mga ilaga, nga nahimong posible pinaagi sa paggamit sa ubos nga konsentrasyon sa detergent alang sa tissue permeabilization (tan-awa Pamaagi). Pinaagi sa maampingong pagtandi sa DiI nga mantsa ug ekspresyon sa GFP sa mga selula sa MSN, mahimo natong mailhan ang DiI- ug GFP-positibo o DiI-positibo ug GFP-negatibong mga neuron sa Drd1-EGFP (Fig. 2a) o Drd2-EGFP (Fig. 2b) mga ilaga. Alang sa mosunod nga pagtuon, among gisusi ang dendritic morphology sa DiI- ug GFP-positibo nga mga neuron gikan sa Drd1-EGFP o Drd2-EGFP nga mga ilaga.

Fig. 2. 

Pag-analisar sa dendritic spines sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP nga mga ilaga. Mga neuron sa NAcc sa bisan hain nga Drd1-EGFP nga mga ilaga (a) o Drd2-EGFP nga mga ilaga (b) una nga gimarkahan sa DiI (pula) ug dayon gipailalom sa immunohistochemistry gamit ang anti-GFP antibody (EGFP, berde). Lamang ...

Mga Panglantaw sa Talamak nga Pag-opera sa Cocaine sa Nagkadaghang Kaputlan sa Spine sa mga MSN nga Accumbal Nagapahayag sa bisan asa nga Drd1-EGFP o Drd2-EGFP.

Ang Drd1-EGFP o Drd2-EGFP nga mga ilaga gisudlan og balik sa cocaine (30 mg / kg) o saline sulod sa upat ka sunod-sunod nga mga semana (tan-awa Pamaagi). Duha ka adlaw (2WD) o 30 nga mga adlaw (30WD) human sa katapusan nga pagtambal sa droga, ang mga utok giproseso alang sa DiI labelling ug immunohistochemistry nga gihulagway sa ibabaw. Ang usa ka miaging pagtuon nagtaho nga ang laygay nga pagtambal uban ang amphetamine misaka sa duyan sa dughan sa distal apan dili proximal dendrites sa mga MSN sa NAcc (35). Busa gilimitehan namon ang among pag-analisar sa distal dendrites (ie, kadtong adunay ikaduha o ikatulong sunod-sunod nga mga sanga), lakip ang terminal nga mga rehiyon. Sa pag-analisar sa 2WD, ang dunggan sa bukog nakit-an nga mitaas sa Drd1-EGFP-positibo MSNs (128% sa saline group) (Fig. 3a ug c) ug sa gamay nga gidak-on sa Drd2-EGFP-positibo nga mga neurons (115% sa saline nga grupo) (Fig. 3 b ug d). Human sa 30WD, ang dugang nga dunggan sa spine gipabilin sa Drd1-EGFP-positibo nga neurons (118% sa saline control) (Fig. 3 a ug c) apan dili sa Drd2-EGFP-positibo nga mga neurons (Fig. 3 b ug d).

Fig. 3. 

Ang padayon nga pagtaas sa cocaine nga giduso sa dunggan sa dughan sa Drd1-EGFP- o Drd2-EGFP-positibo MSNs sa NAcc. (a ug b) Drd1-EGFP (a) o Drd2-EGFP (bAng mga ilaga gitambalan sa saline (Sal) o cocaine (Coc, 30 mg / kg) alang sa 4 nga mga semana. Ang utok sa mouse nga 2WD o 30WD giproseso ...

Ang morphology sa mga spine sa dendritic dili parehas sa gitas-on ug sa gilapdon sa ulo sa dugokan. Busa gi-classified ang dendritic protrusions ngadto sa upat ka mga klase sa spine (stubby, uhong, manipis, ug filopodia) sa 2WD gikan sa cocaine (data nga wala gipakita). Ang Densidad sa matang sa uhong (119.7 ± 4.0%, P <0.01) ug nipis nga mga dugokan (120.0 ± 3.4%, P <0.01) nadugangan sa pagtambal sa cocaine sa Drd1-EGFP-positive MSNs, samtang ang gibag-on sa strawby (182.4 ± 21.6%, P <0.05) ug mga spine sa uhong (122.5 ± 5.0%, P <0.01) nadugangan sa mga positibo nga MSN nga Drd2-EGFP. Wala’y hinungdanon nga pagdugang sa mga tusok nga tinik sa Drd1-EGFP-positibo nga mga neuron o sa nipis nga mga tinik sa Drd2-EGFP-positibo nga mga neuron.

Ang Chronic Cocaine Nagduso sa ΔFosB Expression sa Drd1-EGFP- o Drd2-EGFP-Positive MSNs sa NAcc.

ΔFosB usa ka sakop sa pamilya Fos sa mga butang nga transcription. Samtang ang mahait nga pagdumala sa cocaine nagpalihok sa usa ka kusog ug lumalabay nga induksiyon sa ubay-ubay nga isoforms sa NAcc, ang pagbalik nga exposure sa cocaine nagdugang sa lebel sa ΔFosB. Dugang pa, ang pag-uswag sa ekspresyon sa ΔFosB nagpadayon sa NAcc sulod sa mga semana ngadto sa mga bulan human sa paghunong sa pagkaladlad sa droga ug gisugyot nga moapil sa dugay nga regulasyon sa gene nga ekspresyon, bisan human mohunong ang pagdala sa droga (29, 39, 40).

Sa pagsusi sa induksiyon sa ΔFosB sa NAcc gikan sa Drd1-EGFP o Drd2-EGFP nga mga ilaga human sa pagtambal sa cocaine, among gisusi ang ekspresyon sa FosB ug GFP pinaagi sa double labeling (Fig. 4 ug Table 1) Ang anti-FosB antibody miila sa tanang porma sa FosB, apan nagtuo kami nga ang nagdugang nga immunostain nagrepresentar sa ΔFosB (tan-awa Pamaagi alang sa dugang nga diskusyon). Sa saline-treated nga mga ilaga, ang 16% sa mga neuron nga positibo sa Drd1-EGFP ug 15% sa Drd2-EGFP-positibo nga mga neuron nagpahayag sa FosB immunoreactivity nga adunay medyo maluya nga intensidad (Fig. 4 a ug b ug Table 1). Ang gisubli nga pag-ayo sa cocaine nga gisundan sa 2WD miresulta sa dakong pagtaas sa gidaghanon sa mga neuron nga positibo sa Drd1-EGFP nga gisugyot sa ΔFosB (55% sa positibo nga neurons sa GFP) (Fig. 4c ug Table 1). Ang usa ka mas gamay, apan mahinungdanon nga pagsaka sa ΔFosB nga ekspresyon nakit-an sa Drd2-EGFP-positibo nga neurons (25% sa positibo nga neurons sa GFP) (Fig. 4d ug Table 1). Sama sa mga pagbag-o sa dunggan sa spine, ang gipataas nga pagpahayag sa ΔFosB gipabilin sa Dru1-EGFP-positibo neurons (46% sa GFP-positibo neurons) apan dili sa Drd2-EGFP-positibo neurons (15% sa GFP-positibo neurons) 30WD (Fig. 4 e ug f ug Table 1). Timan-i nga ang nadugangan nga eksposyong ΔFosB nakita sa Fig. 4f anaa sa Drd2-EGFP-negatibong mga neuron.

Fig. 4. 

Ang talamak nga cocaine ang nagduso sa eksposyong FosB sa Drd1-EGFP- o Drd2-EGFP-positibo MSN sa NAcc. Drd1-EGFP (a, c, Ug e) o Drd2-EGFP (b, d, Ug fAng mga ilaga gitambalan nga adunay saline o chronic cocaine nga gihulagway sa Fig. 3. 2WD (c ug d) o 30WD (e ug ...
Table 1. 

Ang gidaghanon sa positibo nga mga neuron sa EGFP nga nagpahayag ΔFosB

Panaghisgutan

Ang mga adaptation nga dunay kalabutan sa dopaminergic neurotransmission gituohan nga nagsulbad sa makaadik nga kinaiya nga may kalabutan sa mga tambal nga psychostimulant. Sa partikular, ang pagtaas sa psychostimulant nga gidaghanon sa dendritic spine nga densidad sa mga MSN sa NAcc gipahinumduman nga nalambigit sa pag-organisar sa synaptic connectivity (30). Ang NAcc kadaghanan naglangkob sa duha ka managlahi nga subpopulasyon sa mga MSN nga nagpahayag sa taas nga lebel sa D1 o D2 dopamine receptors. Sa kasamtangan nga pagtuon, among gisusi ang gibug-aton nga dahon sa dunay D1 o D2 receptor-containing MSNs sa NAcc human sa chronic cocaine treatment. Ang mga resulta nga nakuha nagpakita nga, bisan ang dugang nga spine density sa sinugdan mahitabo sa D1 receptor-containing MSNs ug D2 receptor nga adunay MSNs, ang nabag-ong spine nga dunay sustansya lamang sa D1-receptor nga adunay neurons. Dugang pa, atong makita ang susama nga sumbanan sa mga pagbag-o sa ekspresyon sa transcert factor nga ΔFosB sa D1 ug D2 receptor-containing MSNs.

Kini nga mga pagtuon naggamit sa BAC transgenic nga mga ilaga nga nagpahayag sa GFP sa piho nga subpopulasyon sa mga MSN ubos sa kontrol sa bisan D1 o D2 receptor promoter. Dugang pa, nakamugna kami og usa ka pamaagi sa double-labeling nga gihiusa ang immunohistochemistry alang sa GFP nga adunay ballistic labelling of neurons nga gigamit ang DiI. Ang mga pagtuon kaniadto naggamit sa pamaagi sa Golgi-Cox aron pag-analisar sa epekto sa psychostimulants sa duyan sa dahon34), ug ang DiI nga pamaagi nga gigamit dinhi naghatag sa mga resulta nga susama nga susama. Giugmad namon ang pamaagi sa pag-double-labeling tungod kay ang Golgi nga pag-pag-usab dili susama sa immunohistochemistry. Ang immunostaining kasagaran nagkinahanglan sa tissue permeabilization nga adunay mga detergent, usa ka proseso nga kasagaran mosangpot sa solubilization sa lipophilic tina gikan sa lamad (38). Bisan pa, sa atong kasamtangan nga pagtuon, ang immunostaining sa GFP wala magkinahanglan og taas nga konsentrasyon sa detergent alang sa permeabilization sa tisyu ug sa ingon mahimo gamiton duyog sa pag-label sa lipophilic nga tina. Ang atong pamaagi sa pag-double labeling kinahanglan nga mapuslanon alang sa mga pagtuon sa mga pagbag-o sa estruktura sa dendritic spines, pananglitan kon gamiton alang sa pagsusi sa BAC transgenic nga mga linya sa ilaga diin ang GFP gipahayag sa piho nga mga populasyon sa mga neurons sa cortex (36).

Bisan tuod medyo kontrobersiyal, gituohan nga ang D1 ug D2 receptors kadaghanan anatomically segregated sa direkta (striatonigral) ug dili direkta (striatopallidal) striatal projection neurons, matag usa (17, 41). Ang pasiunang paghulagway sa pag-localize sa GFP sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP nga mga ilaga ang nahiuyon niini nga konklusyon (36). Dugang pa, ang atong pagsusi sa gidaghanon sa positibo nga mga neuron sa GFP sa NAcc gikan sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP nga mga ilaga nahiuyon sa konklusyon nga ang ≈50% sa MSN nagpahayag lamang sa mga receptor sa D1, nga ≈35-40% nagpahayag lamang sa D2 receptors, ug nga ≈10-15% coexpress sa duha D1 ug D2 receptors. Kini nga bili sa coexpression susama sa gipasabot sa mga pagtuon sa dorsal striatum nga naghiusa sa pag-uswag sa patch-clamp sa mga single striatal neurons nga adunay teknik sa RT-PCR aron ihimulag ug mapalapad ang mRNAs (≈17% coexpression sa enkephalin ug substance P) (42). Kinahanglan nga hinumdoman nga ang atong pagtuon karon wala magtubag sa pangutana sa ekspresyon sa D3, D4, ug D5 receptors, ni sila mitubag sa isyu sa ubos nga lebel sa ekspresyon sa D1 receptors sa MSNs nga nagpahayag sa taas nga lebel sa D2 receptors o vice versa.

Daghang mga nangaging pagtuon ang nagsusi sa neuronal lokalisasyon sa psychostimulant nga gipahinabo nga Fos expression ug ang papel sa D1 ug D2 receptors (43-45). Gipaluyohan sa maong mga pagtuon ang konklusyon nga si Fos ug ΔFosB induction gipatunga pinaagi sa pagpaaktibo sa D1 receptors. Apan, ang lokal nga selula sa Fos nga ekspresyon naimpluwensyahan sa konteksto sa kinaiyahan diin ang mga tambal sa psychostimulant gipangalagad (46, 47). Pananglitan, ang amphetamine o cocaine nga gihatag sa cage sa balay nagduso sa dali nga sayo nga mga gene (lakip ang Fos) nga mas gusto sa substansiya nga P-positibo nga mga selula nga nagpahayag sa D1 receptors. Sa kasukwahi, kini nga mga droga makadani sa pagpahayag sa Fos sa D1 ug D2 nga receptor nga adunay MSN sa diha nga gipangalagad sa usa ka nobela nga palibot. Ang protocol nga gigamit sa atong kasamtangan nga mga pagtuon wala maglakip sa pag-ineksiyon sa pagpa-drug nga adunay pagkaladlad sa usa ka nobela nga palibot. Hinoon, dili nato mapugngan ang usa ka matang sa stress-dependent nga konteksto nga maoy hinungdan sa ΔFosB nga ekspresyon sa D2 receptor-containing MSNs.

Usa ka talagsaon nga bahin sa kasamtangan nga mga resulta mao ang susama nga sumbanan sa nagkadaghan nga daga sa spine ug ΔFosB nga ekspresyon. Ang dugang nga dunggan sa dahon ug ang eksposyong FosB sa sinugdanan nahitabo sa mga MSN nga nagpahayag sa Drd1-EGFP ug Drd2-EGFP. Bisan pa, kini nga mga kausaban lig-on lamang sa mga neuron nga adunay D1 receptor. Usa ka posibleng pagpasabut alang sa obserbasyon nga ang dugang nga dunggan sa bukog ug ΔFosB nga ekspresyon nga transiently nga nakaplagan sa D2 receptor nga adunay neurons mao nga kini nahitabo sa gamay nga tipik sa MSNs nga nagpahayag sa D1 ug D2 dopamine receptors. Busa, ang lumalabay nga kinaiya sa kini nga mga pagtaas mahimong may kalabutan sa mga antagonistic nga mga epekto sa D2 receptor nga pagpaaktibo sa D1-dependent signaling pathways (48). Makapainteres nga ang mga pagbag-o sa densidad sa gulugod ug ΔFosB nga ekspresyon gibalik, nga nagpakita sa abilidad sa D2 receptor-dependent signaling pathways aron maimpluwensya ang kalig-on sa ΔFosB.

Ang obserbasyon nga adunay susama nga mga pagbag-o sa ekspresyon sa ΔFosB ug sa dunggan nga dunggan nahiuyon sa ideya nga ang ΔFosB nalangkit sa pasiunang pagporma ug ang sunod nga pagmentinar sa dendritic spines sa D1 receptor nga adunay neurons sa NAcc. Ang pagpahayag sa ΔFosB kontrolado sa D1 / DARPP-32 / PP1-dependent nga pag-aghat nga agianan sa MSNs (49). Pipila ka mga pagtuon nagpakita nga ang ΔFosB adunay importante nga papel sa magantihon ug mga lakang sa aktibo nga locomotor sa psychostimulants (39), lagmit pinaagi sa pag-impluwensya sa pagpahayag sa daghang mga gene nga naglakip sa receptors sa neurotransmitter, signaling proteins, ug mga protina nga nalambigit sa regulasyon sa neuronal morphology (50). Hinuon, ang mga piho nga mekanismo sa molekula nga nalangkit sa porma sa talamak nga cocaine nga giaghat sa pagporma sa taludtod wala pa mahibal-an karon. Ang atong nangagi nga mga pagtuon nagpakita nga ang intraaccumbal nga pagpa-abut sa Cdk5 inhibitor roscovitine attenuated cocaine-induced nga pagtaas sa spine density (51). Dugang pa, ang Cdk5 usa ka ubos nga target gene alang sa ΔFosB ug naapektuhan sa compensatory adaptive nga kausaban nga may kalabutan sa chronic cocaine treatment (52). Busa, ang pag-usab sa Cdk5 nga nagsalig sa phosphorylation usa ka makatarunganon nga mekanismo nga nagpahipos sa pag-umol sa cocaine nga gipahinabo sa cocaine ug / o talinis nga kalig-on. PAK (53), β-catenin (54), PSD-95 (55), ug spinophilin (56) mao ang mga substrat alang sa Cdk5 ug ang tanan nga nalambigit sa regulasyon sa spine morphogenesis (57-60). Ang dugang nga paghulagway niini ug uban pang mga substansiya sa Cdk5 sa mga spines hinaut nga ibutang sa kahayag ang mga mekanismo nga nalangkob sa pag-regulate sa formation sa mga psychostimulants.

Pamaagi

Mga mananap.

Ang mga ilaga nga nagdala sa transgene nga EGFP ubos sa pagkontrol sa bisan hain nga D1 o D2 dopamine receptors nga gigama sa Gensat BAC nga transgenic nga proyekto (36). Ang transgenic nga mga ilaga nga gigamit niini nga pagtuon mao ang 4-5 nga mga semana ang panuigon ug anaa sa usa ka Swiss-Webster background. Ang mga ilaga gihuptan sa 12: 12-h light / dark cycle ug gipapuyo sa mga grupo sa 2-5 nga adunay ad libitum nga pagkaon ug tubig. Ang tanan nga mga protocol sa mananap nahisubay sa National Institutes of Health Guide alang sa Pag-atiman ug Paggamit sa mga Laboratory Animals ug gi-aprobahan sa Rockefeller University Institutional Animal Care and Use Committee.

Drug Treatment.

Ang talamak nga pag-atiman sa cocaine (30 mg / kg, matag adlaw) gitaho nga nagpatungha sa usa ka lig-on nga pagtaas sa dunggan nga densidad sa mga MSN sa parehong core ug kabhang sa NAcc gikan sa ilaga, apan ang ubos nga dosis (15 mg / kg) ang kabhang (61). Busa among gigamit ang mas taas nga dosis sa cocaine aron mapasulod ang structuring modification sa duha ka bahin sa NAcc. Ang mga ilaga nakadawat sa usa ka ineksyon (ip) nga 30 mg / kg nga cocaine-HCl (o saline) kada adlaw alang sa 5 nga sunod-sunod nga mga adlaw, nga gisundan sa 2 injection-free nga mga adlaw, ug kini nga pamaagi gisubli alang sa 4 nga nagsunod nga mga semana. Gipahigayon ang mga iniksiyon sa hawanan sa balay. 2WD o 30WD, ang utok sa mouse giproseso alang sa DiI labeling ug / o immunohistochemistry.

Ballistic Labeling uban sa Fluorescent Dye DiI.

Ang mga ilaga gika-anesthetized sa 80 mg / kg sodium pentobarbital ug perfused transcardially sa 5 ml sa PBS, gisundan sa rapid perfusion nga adunay 40 ml sa 4% paraformaldehyde sa PBS (20 ml / min). Ang mga utak daling gikuha gikan sa kalabera ug postfixed sa 4% paraformaldehyde alang sa 10 min. Ang mga hiwa sa utok (100 μm) gimarkahan sa ballistic delivery sa fluorescent dye DiI (Molecular Probes) nga gihulagway sa ref. 38. Ang usa ka kombinasyon sa DiI labeling-immunohistochemistry gihimo nga dunay ubos nga konsentrasyon sa detergent. Ang mga seksiyon sa DiI-label nga gipang-permeabilized sa 0.01% Triton X-100 sa PBS alang sa 15 min ug unya gilumlisan sa 0.01% Triton X-100 ug 10% normal nga kambing nga serum sa PBS alang sa 1 h aron maputol ang dili nonspecific labelling. Ang mga seksiyon sa tisyu dayon gipaumol sa 1% normal nga kambing nga serum / 0.01% Triton X-100 ug anti-GFP antibody (Abcam, Cambridge, MA) alang sa 2 h sa room temperature, gihugasan, ug gilumlom sa 1: 1,000 sa FITC- conjugated secondary antibody (Molecular Probes). Ang mga seksiyon gibutang sa mga slide sa mikroskopyo ug naglangkob sa mga tag-as nga medium. Ang pamaagi sa ballistic labeling nagtugot sa detalyadong pagtuon sa istruktura sa dendritic spine, ug ang mga resulta nga nakuha mao ang qualitatively ug quantitatively matandi sa mga nangaging mga pagtuon gamit ang Golgi-Cox impregnation nga pamaagi sa mga utok nga mga hiwa sa utok34). Apan, sukwahi sa mga pagtuon kaniadto, talagsa ra namong makita ang duha ka dughan nga mga tunok sa Diy nakasulud nga mga neuron. Kini nga kalainan mahimong tungod sa pagkasensitibo sa mga pamaagi sa pag-angkon o pagkalahi sa mouse (kini nga pagtuon) batok sa tisyu sa daga (34).

Immunohistochemistry.

Ang mga mananap gibuhian ug gipasinaw sama sa gihulagway sa ibabaw. Gikuha ang mga utak ug gitipigan sulod sa gabii sa 4% paraformaldehyde sa 4 ° C. Ang utak gibalhin ngadto sa 30% sucrose sa PBS solution alang sa cryoprotection. Ang Coronal nga mga seksyon (12 μm) giputol sa usa ka nagyelo nga microtome (Leica) ug unya giproseso alang sa immunohistochemistry. Ang mga seksyon sa utok gipahugtan sa 0.3% Triton X-100 sa PBS sa 15 min ug gilain kaduha sa PBS. Ang mga seksyon gi-preincubated sa 10% normal nga kambing nga serum sa PBS alang sa 1 h sa 37 ° C, naladlad sa mga nag-unang mga antibodies (lasaw sa 1% normal nga goat serum sa PBS) sa gabii sa 4 ° C, ug dayon gihugasan sa PBS ug gilumlaan sa secondary antibody alang sa 1 h sa 37 ° C. Ang mosunod nga mga antibodies gigamit: koneho nga anti-pan-FosB (SC-48, 1: 500, Santa Cruz Biotechnology), anti-NeuN (Chemicon) nga mouse, kuneho anti-GFP, FITC- conjugated anti-rabbit IgG, ug rhodamine- conjugated anti-mouse nga IgG (Molecular Probes). Alang sa triple labelling (ΔFosB, NeuN, ug GFP), ang mga seksyon sa utok unang gi-immunostize sa anti-pan FosB antibody ug anti-NeuN antibody ug dayon gipaumol sa mga antibodies sa secondary (rhodamine-conjugated anti-rabbit IgG ug cyan-conjugated anti-mouse IgG ). Ang dugang nga mga seksyon sa utok nga dunay dugang nga giproseso alang sa immunostaining sa GFP gamit ang Zenon labelling technology (Zenon Alexa Fluor 488, Molecular Probes). Ang anti-pan-FosB antibody gipataas ngadto sa N nga terminal sa FosB ug giila ang ΔFosB ug full-length FosB (62). Base sa mga nangaging mga pagtuon nga nagpakita nga ang ΔFosB apan dili FosB o uban pang mga Fos nga may kalabutan nga mga antigens ang estrikto nga gipahayag human sa chronic cocaine nga pagtambal, kita nagtuo nga ang dugay nga pagtaas sa immunoreactivity nagrepresentar sa stable nga pagpahayag sa ΔFosB. Bisan pa, ang pagkaila sa immunoreactive FosB nga signal nga nakita sa mga gi-saline nga giinom dili mahibal-an. Statistical analysis sa Table 1 gigamit ang Estudyante t pagsulay.

Pagsusi sa Dendritic Spine.

Ang mga indibidwal nga MSNs sa NAcc gipili alang sa pag-analisar sa spine base sa daghang mga criteria. (i) Adunay diyutay o walay pagsapaw sa ubang mga label nga mga selula aron sa pagsiguro nga ang mga proseso gikan sa lainlaing mga selula dili malibog. (ii) Labing menos tulo ka pangunang dendrite nga gikinahanglan aron makita sa mga selula nga gamiton alang sa pagsusi. (iii) Gisusi ang distal dendrites (terminal dendrites o duul sa terminal dendrite). Ang mga dendrite gikan sa parehas nga MSNs sa kinauyokan ug kabhang sa NAcc gisusi. Bisan kung naobserbahan namon ang gamay nga spined MSNs (spiny type II), gisusi ra namo ang mga siksik nga MSNs (spiny type I). Aron makalkulo ang density sa taludtod, usa ka gitas-on sa dendrite (> 20 μm ang gitas-on) gisundan pinaagi sa paggamit sa usa ka confocal microscope (Zeiss LSM 510) nga adunay usa ka lens sa immersion sa lana (× 40). Ang tanan nga mga imahe sa dendrites gikuha sa lainlain z lebel (0.5-1 μm depth intervals) aron masusi ang morphology sa dendritic spines. Ang tanan nga pagsukod gihimo sa metamorph image analysis software (Universal Imaging, Downingtown, PA). Ang pag-usisa sa estadistika migamit sa eksamen sa Kolmogorov-Smirnov.

Ang mga protrusyong gikan sa mga dendrite giila nga upat ka matang base sa ilang gitas-on nga gihulagway sa mga ref. 63 ug 64. Ang mga protrusion sa klase nga 1, gitawag usab nga mga protuberance sa strawby, adunay gitas-on nga <0.5 μm, kulang sa usa ka dako nga ulo sa taludtod, ug wala’y liog; ang klase 2, o porma nga uhong nga mga tunok, naa sa taliwala sa 0.5 ug 1.25 μm ang gitas-on ug gihulagway sa usa ka mubu nga liog ug dako nga dugokan nga ulod; ang klase nga 3, o nipis nga mga tinik sa tiil, naa sa taliwala sa 1.25 ug 3.0 μm ug adunay gipahaba nga mga liog sa taludtod nga adunay gagmay nga mga ulo; klase 4, o filopodial extensions, mao ang taas nga filamentous protrusions nga kulang sa usa ka mahibal-an ulo sa taludtod.

mga sakripisyo

Gipaluyohan kini sa Public Health Service Grant DA10044 (PG ug ACN) ug sa The Simons Foundation, ang Peter J. Sharp Foundation, ang Picower Foundation, ug ang FM Kirby Foundation.

minubo

  • NAcc
  • nucleus accumbens
  • MSN
  • medium-sized spiny neuron
  • BAC
  • artipisyal nga chromosome sa bakterya
  • Drd1
  • dopamine receptor nga D1 promoter-driven
  • Drd2
  • dopamine receptor nga D2 promoter-driven
  • DiI
  • 1,1'-diotadecyl-3,3,3 ', 3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate
  • 2WD
  • 2 ka adlaw human sa katapusan nga pagtambal sa droga
  • 30WD
  • 30 ka adlaw human sa katapusan nga pagtambal sa droga.

Mga footnote

 

Panagbangi sa pahayag sa interes: Wala'y mga panagbangi nga gipahayag.

mga pakisayran

1. Totterdell S., Smith ADJ Chem. Neuroanat. 1989; 2: 285-298. [PubMed]
2. Smith Y., Bevan MD, Shink E., Bolam JP Neuroscience. 1998; 86: 353-387. [PubMed]
3. Heikkila RE, Orlansky H., Cohen G. Biochem. Pharmacol. 1975; 24: 847-852. [PubMed]
4. Ritz MC, Lamb RJ, Goldberg SR, Kuhar MJ Science. 1987; 237: 1219-1223. [PubMed]
5. Nestler EJ Trends Pharmacol. Sci. 2004; 25: 210-218. [PubMed]
6. Kalivas PW, Stewart J. Brain Res. Pinadayag 1991; 16: 223-244. [PubMed]
7. Pierce RC, Kalivas PW Brain Res. Pinadayag 1997; 25: 192-216. [PubMed]
8. Robinson TE, si Berridge KC Annu. Psychol. 2003; 54: 25-53. [PubMed]
9. Lobo ME, Khansa MR Brain Res. 1991; 562: 164-168. [PubMed]
10. Vanderschuren LJ, Kalivas PW Psychopharmacology. 2000; 151: 99-120. [PubMed]
11. Sesack SR, Pickel VMJ Comp. Neurol. 1992; 320: 145-160. [PubMed]
12. Smith AD, Bolam JP Trends Neurosci. 1990; 13: 259-265. [PubMed]
13. Sibley DR, Monsma FJ, Jr. Trend Pharmacol. Sci. 1992; 13: 61-69. [PubMed]
14. Beckstead RM, Cruz CJ Neuroscience. 1986; 19: 147-158. [PubMed]
16. Gerfen CR, Young WS, III Brain Res. 1988; 460: 161-167. [PubMed]
16. Gerfen CR Trends Neurosci. 2000; 23: S64-S70. [PubMed]
17. Gerfen CR, Engber TM, Mahan LC, Susel Z., Chase TN, Monsma FJ, Jr., Sibley DR Science. 1990; 250: 1429-1432. [PubMed]
18. Zahm DS Neurosci. Biobehav. Pinadayag 2000; 24: 85-105. [PubMed]
19. Lu X.-Y., Ghasemzadeh MB, Kalivas PW Neuroscience. 1998; 82: 767-780. [PubMed]
20. Koob GF, Le HT, Creese I. Neurosci. Lett. 1987; 79: 315-320. [PubMed]
21. Woolverton WL, Virus RM Pharmacol. Biochem. Behav. 1989; 32: 691-697. [PubMed]
22. Bergman J., Kamien JB, Spealman Rd Behav. Pharmacol. 1990; 1: 355-363. [PubMed]
23. Epping-Jordan MP, Markou A., Koob GF Brain Res. 1998; 784: 105-115. [PubMed]
24. Caine SB, Negus SS, Mello NK, Bergman JJ Pharmacol. Exp. Us. 1999; 291: 353-360. [PubMed]
25. De Vries TJ, Cools AR, Shippenberg TS NeuroReport. 1998; 9: 1763-1768. [PubMed]
26. Kaugalingon DW, Barnhart WJ, Lehman DA, Nestler EJ Science. 1996; 271: 1586-1589. [PubMed]
27. Khroyan TV, Barrett-Larimore RL, Rowlett JK, Spealman RDJ Pharmacol. Exp. Us. 2000; 294: 680-687. [PubMed]
28. Alleweireldt AT, Weber SM, Kirschner KF, Bullock BL, Neisewander JL Psychopharmacology. 2002; 159: 284-293. [PubMed]
29. Nestler EJ Nat. Si Rev. Neurosci. 2001; 2: 119-128. [PubMed]
30. Robinson TE, Kolb B. Neuropharmacology. 2004; 47: 33-46. [PubMed]
31. Kalivas PW Curr. Opinyon. Pharmacol. 2004; 4: 23-29. [PubMed]
32. Hyman SE, Malenka RC Nat. Si Rev. Neurosci. 2001; 2: 695-703. [PubMed]
33. Robinson TE, Kolb BJ Neurosci. 1997; 17: 8491-8497. [PubMed]
34. Robinson TE, Kolb B. Eur. J. Neurosci. 1999; 11: 1598-1604. [PubMed]
35. Li Y., Kolb B., Robinson TE Neuropsychopharmacology. 2003; 28: 1082-1085. [PubMed]
36. Gong S., Zheng C., Doughty ML, Losos K., Didkovsky N., Schambra UB, Nowak NJ, Joyner A., ​​Leblanc G., Hatten ME, et al. Kinaiyahan. 2003; 425: 917-925. [PubMed]
37. Zhou FM, Wilson CJ, Dani JAJ Neurobiol. 2002; 53: 590-605. [PubMed]
38. Grutzendler J., Tsai J., Gan WB Methods. 2003; 30: 79-85. [PubMed]
39. Si Kelz MB, Chen J., Carlezon WA, Jr., Whisler K., Gilden L., Beckmann AM, Steffen C., Zhang YJ, Marotti L., Self DW, ug uban pa. Kinaiyahan. 1999; 401: 272-276. [PubMed]
40. Nestler EJ Neuropharmacology. 2004; 47: 24-32. [PubMed]
41. Le Moine C., Bloch BJ Comp. Neurol. 1995; 355: 418-426. [PubMed]
42. Surmeier DJ, Song WJ, Yan ZJ Neurosci. 1996; 16: 6579-6591. [PubMed]
43. Nye HE, Paglaum BT, Kelz MB, Iadarola M., Nestler EJJ Pharmacol. Exp. Us. 1995; 275: 1671-1680. [PubMed]
44. Gerfen CR, Keefe KA, Gauda EBJ Neurosci. 1995; 15: 8167-8176. [PubMed]
45. Moratalla R., Elibol B., Vallejo M., Graybiel AM Neuron. 1996; 17: 147-156. [PubMed]
46. Badiani A., Oates MM, Adlaw sa HE, Watson SJ, Akil H., Robinson TE Behav. Utok. Res. 1999; 103: 203-209. [PubMed]
47. Uslaner J., Badiani A., Norton CS, Adlaw HE, Watson SJ, Akil H., Robinson TE Eur. J. Neurosci. 2001; 13: 1977-1983. [PubMed]
48. Huff RM, Chio CL, Lajiness ME, Goodman LV Adv. Pharmacol. 1998; 42: 454-457. [PubMed]
49. Zachariou V., Sgambato-Faure V., Sasaki T., Svenningsson P., Berton O., Fienberg AA, Nairn AC, Greengard P., Nestler EJ Neuropsychopharmacology. 2005 Aug 3; 10.1038 / sj.npp.1300832.
50. McClung CA, Nestler EJ Nat. Neurosci. 2003; 6: 1208-1215. [PubMed]
51. Norrholm SD, Bibb JA, Nestler EJ, Ouimet CC, Taylor JR, Greengard P. Neuroscience. 2003; 116: 19-22. [PubMed]
52. Bibb JA, Chen J., Taylor JR, Svenningsson P., Nishi A., Snyder GL, Yan Z., Sagawa ZK, Ouimet CC, Nairn AC, et al. Kinaiyahan. 2001; 410: 376-380. [PubMed]
53. Nikolic M., Chou MM, Lu W., Mayer BJ, Tsai LH Nature. 1998; 395: 194-198. [PubMed]
54. Kesavapany S., Lau KF, McLoughlin DM, Brownlees J., Ackerley S., Leigh PN, Shaw CE, Miller CC Eur. J. Neurosci. 2001; 13: 241-247. [PubMed]
55. Morabito MA, Sheng M., Tsai LHJ Neurosci. 2004; 24: 865-876. [PubMed]
56. Futter M., Uematsu K., Bullock SA, Kim Y., Hemmings HC, Jr., Nishi A., Greengard P., Nairn AC Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005; 102: 3489-3494. [Ang artikulo sa PMC libre] [PubMed]
57. Hayashi ML, Choi SY, Rao BS, Jung HY, Lee HK, Zhang D., Chattarji S., Kirkwood A., Tonegawa S. Neuron. 2004; 42: 773-787. [PubMed]
58. Murase S., Mosser E., Schuman EM Neuron. 2002; 35: 91-105. [PubMed]
59. Prange O., Murphy THJ Neurosci. 2001; 21: 9325-9333. [PubMed]
60. Feng J., Yan Z., Ferreira A., Tomizawa K., Liauw JA, Zhuo M., Allen PB, Ouimet CC, Greengard P. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000; 97: 9287-9292. [Ang artikulo sa PMC libre] [PubMed]
61. Li Y., Acerbo MJ, Robinson TE Eur. J. Neurosci. 2004; 20: 1647-1654. [PubMed]
62. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S., Ulery PG, Wallace DL, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. Eur. J. Neurosci. 2005; 21: 2817-2824. [PubMed]
63. Harris KM, Jensen FE, Tsao BJ Neurosci. 1992; 12: 2685-2705. [PubMed]
64. Vanderklish PW, Edelman GM Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99: 1639-1644. [Ang artikulo sa PMC libre] [PubMed]