- FULL STUDY
- scénický vysvětlení - Za odolnost proti stresu děkujte DeltaFosB
Nat Neurosci. 2010 červen; 13(6): 745-752. Publikováno online 2010 Může 16. dva: 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 a Eric J. Nestler1
Informace o autorovi ► Autorská a licenční informace
Konečná upravená verze tohoto článku vydavatele je k dispozici na adrese Nat Neurosci
Viz další články v PMC to citovat publikovaný článek.
Abstraktní
Na rozdíl od rozsáhlé literatury o stresových účincích na mozek je o molekulárních mechanismech odolnosti, schopnosti některých jedinců uniknout škodlivým účinkům stresu, známo relativně málo. HUkázali jsme, že transkripční faktor AFosB zprostředkovává základní mechanismus odolnosti u myší. Indukce AFosB v jádru accumbens, klíčové oblasti odměňování mozku, v reakci na chronický sociální porážkový stres, je nezbytná i dostatečná pro odolnost. Indukce FosB je také nutná pro schopnost standardního antidepresiva fluoxetinu zvrátit patologii chování vyvolanou sociální porážkou. ΔFosB vytváří tyto účinky indukcí GluR2 AMPA glutamátové receptorové podjednotky, která snižuje citlivost jádra accumbens neuronů na glutamát a prostřednictvím dalších synaptických proteinů. Tato zjištění společně vytvářejí novou molekulární cestu, která je základem jak odolnosti, tak antidepresivního účinku.
ÚVOD
Lidé vystavení těžkému stresu vykazují značně odlišné reakce, někteří jsou schopni překonat krizi, zatímco jiní se vyvinou vážnou psychopatologii, jako je deprese nebo posttraumatická stresová porucha (PTSD). Schopnost vyrovnat se se stresovými situacemi, tj. Odolnost, závisí na vývoji adekvátních behaviorálních a psychologických adaptací na chronický stres.1,2. Mezi psychologické konstrukty, které podporují odolnost, patří odhodlání, trpělivost, optimismus a sebeúcta, jakož i schopnost modulovat emoce a rozvíjet adaptivní sociální chování. Tyto rysy implikují mozkové odměny, které se jeví jako kritický determinant pro vznik patologických vs. odolných fenotypů3,4. U lidí byly identifikovány neurobiologické koreláty zranitelnosti nebo odolnosti vůči stresu, ale rozsah, v jakém jsou příčinou nebo důsledkem náchylnosti, zůstává neznámý.5.
Mezi současnými hlodavčími modely deprese a PTSD je chronický sociální porážkový stres etologicky platný přístup, který vyvolává dlouhodobý fyziologický6-8 a chování9-11 změny, včetně sociálního vyloučení, anhedonie a symptomů podobných úzkosti, zahrnující aktivaci několika nervových obvodů a neurochemických systémů12-15. Normalizace sociálního vyhýbání se chronickou, ale nikoli akutní antidepresivní léčbou z ní činí cenný model pro zkoumání aspektů deprese a PTSD u lidí11,16. Významná část (~ 30%) chronicky poražených myší se vyhne většině negativních behaviorálních následků porážky10, což umožňuje experimentální zkoumání odolnosti. Zatímco indukce několika proteinů v nucleus accumbens (NAc), klíčové oblasti odměňování mozku, se ukázala jako důležitá pro expresi depresivního chování po porážce10,11,17,18, mnohem méně je známo o molekulární bázi odolnosti zprostředkované touto oblastí mozku. Zde jsme se zabývali touto otázkou se zaměřením na ΔFosB, transkripční faktor rodiny Fos indukovaný v NAc drogami zneužívání, přirozenými odměnami a několika typy stresu19-21.
VÝSLEDKY
FOSB v NAc podporuje odolnost vůči sociálnímu porážkovému stresu
Samci myší C57BL / 6J byli podrobeni deseti po sobě jdoucím společenským porážkám10,11a poté se rozdělili na vnímavé a odolné populace na základě míry sociálního vyhýbání se (Obr. 1a), která koreluje s několika dalšími depresivními chováními10. Zjistili jsme zvýšení ΔFosB, měřeno imunohistochemicky, v NAc po chronické sociální porážce (Obr. 1b, c. Obr), přičemž odolné myši vykazují největší indukci AFosB v podoblastech NAc jádra i skořápky (Obr. 1b, c. Obr). Kromě toho jsme pozorovali silnou (p <0.01) korelaci mezi hladinami ΔFosB a sociální interakcí (r = 0.80, NAc shell; r = 0.85, NAc jádro; r = 0.86, celá NAc), což naznačuje, že stupeň indukce ΔFosB v NAc může být kritickým determinantem toho, zda zvíře vykazuje citlivý vs. odolný fenotyp. Western blot analýza NAc disekcí obsahujících subregiony jádra a pláště potvrdila indukci ΔFosB pouze u odolných myší (viz Doplňkový obrázek 1).
Indukce FosB v NAc sociální porážkou zprostředkovává odolnost
Pro testování funkčních důsledků indukce AFosB jsme použili bitransgenní myši, které indukovatelně nadměrně exprimují AFosB konkrétně u dospělých NAc a dorzálního striata22. Tyto myši vykazovaly sníženou náchylnost k rozvoji sociálního vyhýbání se po čtyřech nebo deseti dnech sociální porážky (Obr. 1d), což naznačuje, že ΔFosB uplatňuje ochranný účinek proti sociálnímu stresu. Naopak jsme použili bitransgenní myši, které indukovatelně nadměrně exprimují AcJun, transkripčně neaktivní zkrácený cJun mutant, který antagonizuje aktivitu AFosB23,24. Na rozdíl od myší nadměrně exprimujících ΔFosB, myši nadměrně exprimující ΔcJun jsou více náchylné k chronické sociální porážce než kontrolní vrh vrhu a vykazují maximální chování při vyhýbání se po 4 dnech porážky (Obr. 1e). Myši AJJun také vykazovaly zvýšenou nehybnost v jednodenním testu nuceného plavání a sníženou preferenci sacharózy, obě interpretovány jako zvýšené chování podobné depresi (Doplňkový obrázek 2a, b). Nadměrná exprese ΔFosB nebo ccJun však nezměnila několik výchozích měřítek lokomotorické aktivity nebo chování podobného úzkosti (Doplňkový obrázek 2c – f). Tato zjištění společně naznačují, že snížená aktivita FosB v NAc a dorzálním striatu snižuje pozitivní, adaptivní reakce, odvozené jako „zvládání“7“, K chronickému stresu.
Snížená AFOS v NAc podporuje citlivost na stres
Abychom získali další vhled do behaviorálních účinků AFosB po chronickém stresu, využili jsme během dospělosti prodloužené období sociální izolace, která u myší indukuje abnormality podobné depresím u myší.25 a je hlavním rizikovým faktorem klinické deprese. Pozorovali jsme snížené hladiny FosB v NAc sociálně izolovaných myší (Obr. 2a, b. Obr). Zjistili jsme také, že izolace způsobuje, že myši jsou dramaticky zranitelnější vůči sociální porážce, a že tato zranitelnost vyvolaná izolací byla zcela zvrácena selektivním selekcí osFosB v NAc (Obr. 2c). Naopak blokáda funkce FosB v NAc virovou nadměrnou expresí Aunun u kontrolních myší umístěných ve skupině podporovala náchylnost k sociální porážce (Obr. 2c). ΔJunD, stejně jako ΔcJun, je mutantem zkráceným na N-konci, který působí jako dominantně negativní antagonista AFosB (Doplňkový obrázek 3)23. Tato zjištění přímo implikují základní hladiny ΔFosB v NAc ve zranitelnosti stresem.
Vliv sociální izolace na ΔFosB a na náchylnost k sociální porážce
Pro studium klinického významu těchto nálezů byly hladiny AFosB měřeny ve vzorcích humánních NAc postmortem získaných od pacientů s depresí a extenzivně odpovídajících kontrol. Zjistili jsme ~ 50% snížení hladin FosB u depresivních pacientů (Obr. 2d), podporující roli AFOS v lidské depresi. Mezi analyzované lidi s depresí patřili jednotlivci buď na antidepresiva, nebo na ně v době smrti (Doplňková tabulka 1) a nezjistili jsme žádnou korelaci mezi hladinami ΔFosB a expozicí antidepresivům. Ve světle našeho pozorování, že antidepresivní léčba zvyšuje hladinu AFosB v myším NAc (viz níže), tato zjištění naznačují, že selhání indukce AFosB v NAc může být důležitým určujícím faktorem pro nedostatek antidepresivních odpovědí u lidí.
FOSB v NAc zprostředkovává antidepresivní účinek
Chronická antidepresivní léčba zvrátí porážkou vyvolané sociální vyhýbání pozorované u vnímavých myší11. Proto jsme zkoumali, zda indukce AFosB v NAc může být mechanismem nejen pro odolnost, ale také pro antidepresivní účinek. Neporažené kontrolní myši ošetřené fluoxetinem po dobu 20 dní neodhalily žádné změny v sociálním chování, ale projevovaly akumulaci AFosB ve skořápce NAc (Obr. 3a, b. Obr) a jádra (Doplňkový obrázek 4). Léčba fluoxetinem u vnímavých myší zvrátila jejich sociální vyhýbání se (Obr. 3a), jak bylo uvedeno dříve, a dále zvyšují hladiny ΔFosB v NAc (Obr. 3b, Doplňkový obrázek 4).
Indukce FosB v NAc zprostředkuje antidepresivní účinek fluoxetinu
Pro přímé testování účasti takové indukce AFosB na behaviorálních účincích fluoxetinu jsme virově nadměrně exprimovali AJunD nebo samotný GFP (jako kontrola) v NAc dříve poražených myší. Polovina myší v každé skupině byla potom léčena po dobu dalších tří týdnů fluoxetinem nebo vehikulem. Jak se očekávalo, léčba fluoxetinem myší nadměrně exprimujících GFP v NAc ukázala obrácení sociálního vyhýbání se vyvolané chronickou sociální porážkou. Naproti tomu nadměrná exprese Aunun blokovala tento terapeutický účinek fluoxetinu (Obr. 3c), podporující hypotézu, že indukce AFosB v NAc je vyžadována pro antidepresivní účinek. Navíc, virově zprostředkovaná nadměrná exprese AFosB v potkaních NAc vyvolala významný antidepresivní účinek, měřeno zkrácenou dobou imobility v den 2 testu nuceného plavání (Doplňkový obrázek 5a). Další analýza chování během tohoto testu odhalila ΔFosB vyvolané zvýšení plavání i stoupání (Doplňkový obrázek 5b – d), rysy související se změnami serotonergních a noradrenergních mechanismů26. Zajímavé je, že krysy nadexprimující AFosB v NAc vykazovaly sníženou dobu imobility také v první den testu, interpretovaný jako pro-motivační účinek (viz viz. Online metody a Doplňkový obrázek 5e – h).
Regulace receptoru AMPA v NAc zprostředkovává odolnost
FOSB reguluje transkripci mnoha genů v NAc24,27. Jedním zavedeným cílovým genem je podjednotka glutamátového receptoru AMPA GluR2: myši nadměrně exprimující AFosB v NAc mají zvýšené hladiny GluR2, aniž by měly vliv na jiné podjednotky glutamátového receptoru.22. Tato selektivní upregulace GluR2 v NAc byla spojena se zvýšením léku a přirozené odměny22,28. Abychom se zabývali možností, že modulace GluR2 také přispívá k pro-resilienčnímu účinku osFosB, studovali jsme expresi GluR2 v NAc po chronické sociální porážce. U vnímavých myší došlo k významnému snížení hladin GluR2 v této oblasti mozku ve srovnání s kontrolami, zatímco odolné myši vykazovaly zvýšené hladiny GluR2 (Obr. 4a). Zatímco mechanismus, který je základem suprese exprese GluR2 u vnímavých myší, zůstává neznámý, zdá se, že indukce GluR2 pozorovaná u odolných myší odráží přímý účinek AFosB na gen GluR2, protože jsme zjistili zvýšenou vazbu AFosB na promotor GluR2 pomocí imunoprecipitace chromatinu (ChIP) (Obr. 4b) a kvantitativní PCR (qPCR) odhalily trvalou indukci hladin GluR2 mRNA v NAc odolných myší (Obr. 4c), což je paralelní s nepřetržitou indukcí AFosB. Je zajímavé, že GluR1 byl po sociální porážce opačně regulován: pozorovali jsme zvýšenou expresi u vnímavých myší a sníženou expresi u odolných myší (Obr. 4a). V expresi mRNA GluR1 však nebyly pozorovány žádné odpovídající změny, což naznačuje posttranslační mechanismy. Chronická léčba fluoxetinem u neporažených myší navíc zvýšila hladiny GluR2 v NAc (Obr. 4d) a analýza lidské posmrtné tkáně NAc od depresivních pacientů odhalila snížené hladiny GluR2 ve srovnání s kontrolami (Obr. 4e). Nebyly zjištěny žádné změny hladin GluR1 (Obr. 4e).
Pro-odolnost, antidepresivní účinek GluR2 v NAc
Přítomnost GluR2 má závažné účinky na AMPA receptory: GluR2-chybějící AMPA receptory jsou Ca2+-propustné a vykazují větší vodivost receptoru a silné dovnitř usměrňující proudy ve srovnání s receptory obsahujícími GluR229. Pro doplnění našich biochemických výsledků jsme proto provedli celobuněčné napěťové svorky středních ostnatých neuronů v NAc u neporažených myší a po sociální porážce u odolných i vnímavých zvířat. Vztahy napětí a napětí vyvolaných excitačních postsynaptických proudů zprostředkovaných AMPA (EPSC) odhalily u vnímavých myší výrazně vyšší vnitřní rektifikaci (Obr. 5a – c) ve srovnání s kontrolami, což odpovídá zvýšenému poměru GluR1: GluR2 pozorovanému za těchto podmínek. Ačkoli stupeň rektifikace v buňkách zaznamenaných u vnímavých myší byl variabilní, pozorovali jsme velmi významnou změnu rektifikace ve srovnání s kontrolní i odolnou skupinou. Konzistence tohoto nálezu je naznačena skutečností, že stupeň rektifikace všech buněk od vnímavých myší překročil průměrnou hodnotu pozorovanou u kontrolních buněk. Kromě toho jsme zjistili, že úroveň nápravy byla nepřímo korelována se sociálním vyhýbáním se (Obr. 5d), což naznačuje, že změny v poměru GluR1: GluR2 mohou toto chování částečně ovlivnit. Abychom potvrdili větší prevalenci GluR2-chybějících receptorů u vnímavých myší, inkubovali jsme plátky z kontrolních a vnímavých myší s 1-naftylacetylsperiminem (NASPM), selektivním blokátorem AMPA receptorů GluR2. Evokované EPSC v neuronech zaznamenané od vnímavých myší (Obr. 5e – f) byly významně sníženy NASPM, což ukazuje, že receptory AMPA postrádající GluR2 přispívají významně více k glutamatergickému přenosu u vnímavých myší než u kontrol. Je třeba poznamenat, že účinek NASPM u vnímavých myší byl menší, než se předpokládalo, vzhledem k větší změně pozorované při rektifikaci. Tato divergence však není bezprecedentní30 a může být výsledkem posttranslačních modifikací nebo interakcí protein-protein zahrnující GluR2 (viz Diskuse) nebo jednoduše rozsahu expozice NASPM. Zvýšení vnitřní rektifikace vyvolané stresem pozorované u vnímavých myší chybělo u odolných myší (Obr. 5a – d), což odpovídá pozorovanému poklesu GluR1 a zvýšení GluR2 za těchto podmínek. Neviděli jsme však pokles vnitřní rektifikace u odolných myší ve srovnání s kontrolami (viz diskuse).
Složení receptoru AMPA je diferencovaně regulováno u vnímavých a odolných myší
Antidepresivní účinky blokády AMPA receptoru v NAc
Tato data naznačují, že zvýšená funkce receptoru AMPA (zvýšený poměr GluR1: GluR2) v NAc u vnímavých myší podporuje sociální vyhýbání se, zatímco snížená funkce AMPA (snížený poměr GluR1: GluR2) přispívá k odolnosti. Pro testování této hypotézy jsme infuzi antagonisty AMPA receptoru NBQX přímo do NAc poražených myší těsně před testem sociálního vyhýbání. NBQX prodloužil čas sociální interakce (Obr. 4f), prokazující, že blokáda rychlého excitačního vstupu do NAc je proti vyjádření tohoto škodlivého účinku chronického sociálního stresu. NBQX nezměnil obecnou pohybovou aktivitu (Doplňkový obrázek 6). Navíc antidepresivní účinek jediné infúze NBQX na sociální vyhýbání se trvalý, protože myši byly o týden později znovu testovány, což ukázalo další zlepšení sociální interakce.
Dále jsme virově nadměrně exprimovali GluR2 selektivně v NAc vnímavých myší. Exprese GluR2 zcela odvrátila sociální vyhýbání se vyvolané chronickou sociální porážkou (Obr. 4g), podporující názor, že GluR2 upregulace v NAc je klíčovým mechanismem odolnosti. Je zajímavé, že účinek nadměrné exprese GluR2 přetrvával alespoň 10 dní po operaci (Obr. 4g), když se virově zprostředkovaná exprese GluR2 úplně rozptýlila. Naopak u odolných myší způsobila nadměrná exprese nezměněné verze GluR2, GluR2Q, která se ve funkčních studiích podobá GluR1, učinit myši náchylnější k sociální porážce (Obr. 4g), podporující názor, že zvýšená funkce receptoru AMPA v NAc přispívá k citlivosti.
SC1, další cíl FosB, je také prostředníkem odolnosti
Abychom identifikovali další cílové geny ΔFosB, které přispívají k odolnosti, porovnali jsme datové sady pole genové exprese, které byly získány z NAc bitransgenních myší nadexprimujících ΔFosB a od C57Bl / 6J myší 48 hodin po chronické sociální porážce, která vykazovala odolný vs. vnímavý fenotyp10,24. Obr. 6a ukazuje značné (> 75%) překrytí mezi geny indukovanými v NAc jak ΔFosB, tak odolností. Mezi těmito geny (uvedenými v Doplňková tabulka 2), jsme vybrali pro další analýzu SC1, na základě velikosti jeho indukce jak v odolnosti, tak po nadexpresi AFOSB. SC1, také známý jako Sparc (vylučovaný protein, kyselý, bohatý na cystein), jako 1 nebo hevin, je antiadhezivní matricová molekula, která je vysoce exprimována v mozku dospělého, kde se lokalizuje v postsynaptické hustotě a je zapojena do synaptické plasticita31. Pro přímé zhodnocení potenciální úlohy SC1 v odolnosti jsme virově nadměrně exprimovali SC1 v NAc u vnímavých myší. SC1 výrazně zvrátil sociální vyhýbání se vyvolané chronickou sociální porážkou (Obr. 6b). Nadměrná exprese SC1 také měla antidepresivní účinek na den 2 u potkanů vynuceného testu plavání (Obr. 6c a Doplňkový obrázek 7a – c), ale nemělo žádný vliv na bazální lokomotorickou aktivitu a chování související s úzkostí (Doplňkový obrázek 7d – g). Kromě toho jsme zjistili silný trend pro snížení hladin SC1 v lidské posmrtné tkáni NAc od depresivních pacientů (Obr. 6d).
Pro-odolnost, antidepresivní účinky SC1 v NAc
DISKUSE
Výsledky této studie poskytují první důkaz molekulárních adaptací vyskytujících se ve středních ostnatých neuronech NAc, které jsou základem odolných reakcí na chronický stres a které přispívají k terapeutickým účinkům chronické antidepresivní léčby. Ukazujeme, že bazální hladiny AFosB v NAc určují počáteční zranitelnost jedince vůči stresu sociální porážky a že stupeň indukce AFosB v reakci na chronický stres určuje citlivé vs. odolné reakce na tento stres. Dále ukazujeme, že úspěšné zvrácení abnormalit chování vyvolaných u vnímavých zvířat chronickým podáváním fluoxetinu vyžaduje indukci AFosB lékem v této oblasti mozku. Tato zjištění ukazují, že indukce AFB v NAc je nezbytným a dostatečným mechanismem odolnosti a antidepresivních odpovědí. Nalezení nižších hladin AFos v NAc depresivních lidí podporuje relevanci těchto pozorování v myších modelech pro klinickou depresi. FOSB reguluje funkci NAc indukcí nebo potlačením mnoha cílových genů24,27. Identifikujeme dva z jeho cílových genů, AMPA receptorovou podjednotku GluR2 a SC1, extracelulární matricový protein, a přímo je zapojíme do zprostředkování odolnosti vůči sociálnímu stresu.
Taková role pro odolnost ΔFosB v souvislosti s chronickým stresem je zajímavá ve světle velkého množství důkazů o účasti osFosB na regulaci odpovědí na drogy zneužívání a přirozené odměny, jako je jídlo, sex a cvičení.19. FOSB je indukován v NAc pomocí léků a přírodních výhod a zvyšuje odměňující reakce na tyto podněty. Je tedy zapojen jako prostředník určitých aspektů drogové závislosti. Současná zjištění ve stresových modelech poskytují zásadně nový pohled na roli tohoto proteinu v regulaci komplexního emočního chování. Za normálních podmínek je AFosB exprimován na nejvyšší úrovni v NAc ve srovnání se všemi ostatními oblastmi mozku19. Předpokládáme, že úrovně ΔFosB v NAc hrají důležitou roli při určování úrovně motivace jednotlivce a při orientaci motivovaného chování na prominentní odměňující podněty. Odstranění stimulace prostředí během prodloužené izolace snižuje bazální hladiny ΔFosB v NAc myší, což zhoršuje jejich motivaci a zvyšuje jejich zranitelnost vůči chronickému sociálnímu stresu, jak je zde ukázáno. Pozorované snížení hladin ΔFosB v postmortem NAc u depresivních pacientů je v souladu s touto hypotézou a naznačuje roli ΔFosB v narušené motivaci a odměně pozorované u mnoha lidí s depresí. Naopak schopnost indukovat ΔFosB v NAc v reakci na chronický stres umožňuje jedinci zvýšit motivaci a přirozenou odměnu navzdory přetrvávajícímu stresu, což je hypotéza shodná se současnými názory na odolnost u lidí1,2. Dále předpokládáme, že indukce ΔFosB v NAc chronickou expozicí zneužívaným drogám, která je mnohem větší než ta, která je pozorována se stresem nebo přirozenými odměnami19, má za následek patologický stupeň zvýšené motivace způsobem, který poškozuje obvody odměňování směrem k silnějším lékovým stimulacími.
Je zřejmé, že specifické rysy této hypotézy vyžadují další zkoumání. Lze očekávat, že indukce AFosB v NAc chronickým stresem nebo fluoxetinem zvýší odměnu za léčivo. Komorbidita deprese a závislosti je u lidí skutečně prokázána a u hlodavců byla prokázána vzájemná senzibilizace mezi drogami zneužívání a stresu.32-34. Na druhé straně deprese a závislost jsou velmi složité, heterogenní syndromy a většina lidí s depresí nemá závislost a naopak. Fluoxetin navíc nevykazuje jasné účinky na lékové reakce u zvířat, ani není účinným léčením závislosti u závislých, kteří nejsou také depresivní. V souladu s touto složitostí jsme zjistili, že vnímavé myši, nikoli odolné myši, vykazují v paradigmatu sociální porážky zvýšené reakce na zneužívání drog10. To by naznačovalo, že zvýšená zranitelnost vnímavých myší vůči zneužívání drog je zprostředkována prostřednictvím mnoha dalších adaptací indukovaných v NAc a jinde, jako pouze jeden příklad, BDNF, který je indukován u vnímavých, ne odolných myší v NAc a zvyšuje mechanismy odměňování za lékyvidět 10.
Interpretace, že AFB podporuje aspekty závislosti, zatímco podporuje odolnost vůči stresu, není překvapující vzhledem ke složitým vztahům pozorovaným mezi rolí daného proteinu v NAc v závislosti na depresivních modelech. Některé proteiny (např. BDNF) podporují reakce na drogy zneužívání a stresu, zatímco mnoho jiných proteinů vykazuje opačné účinky za těchto dvou podmínek: např. CREB v NAc produkuje pro-depresivní fenotyp, ale otupuje reakce na drogy zneužívání vidět 4,10.
Tato zjištění zdůrazňují potřebu dalšího výzkumu při vymezení molekulárních základů komplexního emočního chování a důležitost použití co nejširšího rozsahu behaviorálních testů v těchto vyšetřováních. Výsledky také ukazují, že, jak by se očekávalo, samotný AFos nemůže vysvětlit úplné jevy deprese a závislosti, je spíše klíčovým regulátorem mechanismů odměňování závislých na NAc, a proto je důležitý při zprostředkování určitých aspektů obou podmínek.
Hlavní výzvou této diskuse jsou však různé typy buněk v NAc, ve kterých je indukován AFosB ve stresových a závislostních modelech. Drogy zneužívání a přirozené odměny indukují ΔFosB primárně v podtřídě středních ostnatých neuronů v NAc, které exprimují D1 dopaminových receptorů19,22, zatímco stres indukuje ΔFosB zhruba stejně v D1 a D2 receptory obsahující střední ostnaté neurony20. Tato diferenciální indukce může mít dramatické funkční důsledky, protože schopnost ΔFosB zvýšit odměnu byla prokázána pro D1 pouze neurony třídy19.
Identifikace GluR2 jako cílového genu podílejícího se na zprostředkování effectFosB pro-odolnostního účinku vrhá na tyto úvahy určité světlo. Ukazujeme, že vnímavost u myší a lidská deprese jsou spojeny se zvýšením poměru GluR1: GluR2 v NAc, což naznačuje zvýšenou excitabilitu neuronů se střední ostnatostí v reakci na glutamát..
NAc přijímá glutamatergické vstupy z několika oblastí mozku, zejména prefrontální kůry, amygdaly a hippocampu.35. Takový glutamatergický vstup moduluje valenci a významnost odměňujících a averzivních podnětů, a tím řídí motivované chování36-38. Nedávné studie jsou v souladu s naší hypotézou, že zvýšená vzrušivost NAc může zvýšit zranitelnost stresem. Nucené plavání zvyšuje synaptickou sílu a funkci AMPA receptoru v NAc39, zatímco infuze glutamátu do NAc snižuje chování při plavání v testu nuceného plavání, což je účinek podobný depresi40. Obecněji řečeno, zvýšená palba NAc kóduje averzní stavy u několika zvířecích modelů41. U pacientů s velkou depresí byly pozorovány změny aktivity NAc42 a ve speciálních silách vojáci předem vybraní a vyškolení, aby byli odolní vůči těžkým traumatům43. Podobně hluboká mozková stimulace subgenózní cingulate kůry nebo NAc (hlavní cíl subgenní cingulate kůry), což je intervenční myšlenka ke snížení excitability stimulované oblasti mozku, zmírňuje depresivní symptomy u pacientů refrakterních na léčbu3,44.
Stejně jako u stresových modelů se zvýšená glutamatergická citlivost u NAc podílí také na drogové závislosti30,45-47. To zahrnuje zvýšení AMPA receptorů GluR2 v této oblasti mozku30,47, podobně jako to, co zde hlásíme kvůli citlivosti na stres. Tato pozorování společně zvyšují zajímavou možnost, že zvýšený glutamatergický přenos v NAc podporuje zranitelnost vůči závislosti i depresi. Opačná změna, tj. Snížený poměr GluR1: GluR2, ukázaný zde v NAc u odolných myší, naznačuje, že snížená glutamatergická funkce může chránit před škodlivými účinky chronického stresu. To je v souladu s pozorováním, že zvýšená aktivita GluR2 nebo snížená aktivita GluR1 v NAc zvyšuje odměnu a motivaci28,37,48. Schopnost fluoxetinu podobně indukovat expresi GluR2 v NAc zvyšuje možnost, že snížená inervace glutamátu v této mozkové oblasti může také přispět k antidepresivním odpovědím. Ve skutečnosti zde ukazujeme, že inhibice funkce AMPA receptoru v NAc vyvolává silnou a dlouhotrvající antidepresivní reakci.
Zatímco změny, které demonstrujeme v expresi AMPA receptoru v NAc u vnímavých myší, jsou v souladu s našimi elektrofyziologickými pozorováními, změny pozorované v odolnosti jsou komplexnější. Nezískali jsme elektrofyziologické důkazy pro snížené GluR2 postrádající AMPA receptory u NAc odolných myší ve srovnání s kontrolami. Předpokládáme, že indukce GluR2 vyvolaná enceFosB v odolnosti je jen jednou z mnoha adaptací, které se vyskytují v NAc a které ovlivňují glutamatergický přenos, a že zatímco tato adaptace je dostatečná pro zvrácení nadměrné funkce receptoru AMPA viditelné v náchylnosti, nevyvolává čisté změny v opačném směru. Naše data skutečně odhalují komplexní regulaci glutamatergického přenosu v NAc po chronickém společenském porážkovém stresu. Opačné změny v expresi GluR1 v této mozkové oblasti v susceptibilitě vs. odolnosti nejsou vidět na úrovni mRNA, ani nejsou pozorovány snížené hladiny GluR2 v citlivosti na úrovni mRNA. To je v souladu s posttranslačními úpravami, včetně změn v obchodování s AMPA receptory, které také hrají důležitou roli, jak bylo pozorováno v modelech zneužívání drog30,47.
Složitá regulace glutamatergického přenosu v NAc chronickým stresem je zdůrazněna naším objevem SC1 jako dalšího cílového genu pro FosB, který, stejně jako indukce GluR2, zprostředkovává odolnost. Je známo, že SC1 reguluje synaptickou plasticitu31. V důsledku jeho antiadhezivních vlastností může indukce SC1 v NAc vést k příznivějšímu prostředí pro strukturální změny, které doprovázejí plasticitu v glutamatergických synapsích, které se zdají být rozhodující pro odolnost. Například nedávné důkazy ukazují, že odstranění extracelulární matrice umožňuje difúzi AMPA receptorů, a tím podporuje synaptickou plasticitu49.
Souhrnně lze říci, že naše výsledky podporují schéma, ve kterém ΔFosB v NAc zprostředkovává pružnost tváří v tvář chronickému stresu částečně tím, že indukuje formu synaptické plasticity, která působí proti silnému negativnímu asociativnímu učení, ke kterému dochází u vnímavých myší. Ukázalo se například, že zvýšení AMPA receptorů GluR2 v NAc, které vidíme u vnímavých myší, zhoršuje reakce na narůstající návyky spojené s kokainem, které podporují touhu a relaps v závislostních modelech.30,47. Na rozdíl od toho, tlumení glutamatergického tónu u odolných myší, prostřednictvím vylepšení GluR2 a možná indukce SC1, by mohlo vést k výtečnému podnětu, jako je například nová myš v paradigmatu sociální porážky, méně schopným aktivovat neurony NAc, a tím umožnit cíl -přímé chování pokračovat i přes stres. Naše genová pole naznačují pravděpodobné zapojení mnoha dalších cílů ΔFosB, které rovněž přispívají k odolnosti. Dominantní role, kterou hraje FosB a její cíle ve schopnosti jednotlivce pozitivně se přizpůsobit chronickému stresu, přináší zásadně nové možnosti rozvoje nových antidepresivních léčeb.
METODY
Metody a související odkazy jsou k dispozici v online verzi příspěvku na adrese http://www.nature.com/natureneuroscience/.
Doplňkový materiál
Suppl
Klikněte zde pro zobrazení.(1024K, doc)
Klikněte zde pro zobrazení.(136K, pdf)
Poděkování
Tato práce byla podpořena granty od Národního institutu duševního zdraví a výzkumnou aliancí s AstraZeneca. Děkujeme Drs. P. McKinnon a H. Russell za štědrý dar cDNA SC1. Děkujeme také I. Maze, Drs. R. Oosting, S. Gautron a D. Vialou za užitečnou diskusi a komentáře k rukopisu.
Poznámky pod čarou
Autorské příspěvky VV a EJN byly zodpovědné za celkový design studie. QL a VV navrhovaly, prováděly a analyzovaly experimenty RNA a ChIP. AJ Robison navrhl, provedl a analyzoval elektrofyziologické studie. HEC a VV navrhly a provedly farmakologické experimenty NBQX. Sterotaxické operace prováděly QL, DMD, ELW a VV. YNO klonovala SC1 cDNA do HSV vektoru. YHO provedl luciferázový test AP1. QL, DMD, DW a VV navrhly a provedly experimenty sociální izolace. VV, ELW a AJ Rush provedly testy sociální porážky a imunohistochemickou kvantifikaci. SI, QL, BW a VV prováděly a analyzovaly chirurgický výkon potkanů a test nuceného plavání. EM a RN poskytly virové vektory pro virovou transgenezi. MAS, VK a OB trénovali VV v sociální porážce a biochemické analýze a zajišťovali kontrolu kvality údajů o sociální porážce. SG a CAT poskytovaly lidskou mozkovou tkáň post mortem. VV a EJN napsali příspěvek za pomoci dalších autorů.
Informace o autorovi Informace o dotiskech a oprávněních jsou k dispozici na adrese www.nature.com/reprints.
Další Doplňující informace je připojen k online verzi příspěvku na adrese www.nature.com/natureneuroscience/.
Reference
1. McEwen BS. Fyziologie a neurobiologie stresu a adaptace: ústřední role mozku. Physiol Rev. 2007; 87: 873 – 904. [PubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psychobiologie a molekulární genetika odolnosti. Nat Rev Neurosci. 2009; 10: 446 – 457. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Zaměření na abnormální nervové obvody u poruch nálady a úzkosti: z laboratoře na kliniku. Nat Neurosci. 2007; 10: 1116 – 1124. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. Molekulární neurobiologie deprese. Příroda. 2008; 455: 894 – 902. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Vývoj agendy pro translační studie odolnosti a zranitelnosti po vystavení traumatu. Ann NY Acad Sci. 2006; 1071: 379 – 396. [PubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Dlouhodobé poškození autonomních cirkadiánních rytmů po krátkém přerušovaném společenském stresu. Physiol Behav. 1993; 53: 983 – 993. [PubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Časová dynamika stresové reakce. Neurosci Biobehav Rev. 1997; 21: 775 – 782. [PubMed]
8. De Kloet ER. Hormony a stresovaný mozek. Ann NY Acad Sci. 2004; 1018: 1 – 15. [PubMed]
9. Rygula R, et al. Anhedonia a motivační deficity u potkanů: dopad chronického sociálního stresu. Behav Brain Res. 2005; 162: 127 – 134. [PubMed]
10. Krishnan V, a kol. Molekulární adaptace, které jsou základem náchylnosti a odolnosti vůči sociální porážce v oblastech odměňování mozku. Buňka. 2007; 131: 391 – 404. [PubMed]
11. Berton O, et al. Základní role BDNF v mezolimbické dopaminové dráze při společenském porážkovém stresu. Věda. 2006; 311: 864 – 868. [PubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Pořízení samopodávání kokainu po sociálním stresu: role accumbens dopaminu. Psychofarmakologie (Berl) 1997; 130: 203 – 212. [PubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mapování mozkové reakce na sociální stres u hlodavců s expresí c-fos: přehled. Stres. 2002; 5: 3 – 13. [PubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Diferenciální exprese c-fos mRNA v neurocircuits mužských křečků vystavených akutní nebo chronické porážce. J Neuroendocrinol. 1999; 11: 547 – 559. [PubMed]
15. Becker C, a kol. Zvýšené kortikální extracelulární hladiny materiálu podobného cholecystokininu v modelu předvídání sociální porážky u potkanů. J Neurosci. 2001; 21: 262 – 269. [PubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Účinky fluoxetinu na deficity chování vyvolané chronickým sociálním stresem u potkanů. Behav Brain Res. 2006; 174: 188 – 192. [PubMed]
17. Wilkinson MB, a kol. Léčba a odolnost imipraminu vykazují v depresních modelech podobnou regulaci chromatinu v jádru myší accumbens. J Neurosci. 2009; 29: 7820 – 7832. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
18. Covington HE, 3rd, et al. Antidepresivní působení inhibitorů histon deacetylázy. J Neurosci. 2009; 22: 11451 – 11460. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
19. Nestler EJ. Posouzení. Transkripční mechanismy závislosti: role DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363: 3245 – 3255. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
20. Perrotti LI, a kol. Indukce deltaFosB v mozkových strukturách souvisejících s odměnami po chronickém stresu. J Neurosci. 2004; 24: 10594 – 10602. [PubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr Dlouhotrvající změna mezocorticolimbických struktur po opakovaném společenském porážkovém stresu u potkanů: časový průběh mu-opioidního receptoru mRNA a FosB / DeltaFosB imunoreaktivita. Eur J Neurosci. 2008; 27: 2272 – 2284. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
22. Kelz MB, et al. Exprese transkripčního faktoru deltaFosB v mozku řídí citlivost na kokain. Příroda. 1999; 401: 272 – 276. [PubMed]
23. Peakman MC, et al. Indukovatelná exprese dominantního negativního mutanta c-Jun v mozkové oblasti u transgenních myší snižuje citlivost na kokain. Brain Res. 2003; 970: 73 – 86. [PubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Regulace genové exprese a kokainové odměny pomocí CREB a DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208 – 1215. [PubMed]
25. Wallace DL, a kol. CREB regulace jádra accumbens excitability zprostředkovává sociální izolace indukované deficity chování. Nat Neurosci. 2009; 12: 200 – 209. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Aktivní chování v testu nuceného plavání potkanů odlišně produkovaných serotonergními a noradrenergními antidepresivy. Psychofarmakologie (Berl) 1995; 121: 66 – 72. [PubMed]
27. Renthal W, a kol. Genomová analýza regulace chromatinu kokainem odhaluje roli sirtuinů. Neuron. 2009; 62: 335 – 348. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
28. Todtenkopf MS, et al. Odměna za mozek regulovaná podjednotkami receptoru AMPA v jádře accumbens shell. J Neurosci. 2006; 26: 11665 – 11669. [PubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. Obchodování s AMPA receptory na excitačních synapsích. Neuron. 2003; 40: 361 – 379. [PubMed]
30. Conrad KL, a kol. Tvorba accumbens GluR2 postrádajících AMPA receptory zprostředkuje inkubaci touhy po kokainu. Příroda. 2008; 454: 118 – 121. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
31. Živý S, hnědý IR. Extracelulární matricový protein SC1 / hevin se lokalizuje do excitačních synapsí po status epilepticus v modelu krysích lithium-pilokarpinových záchvatů. J Neurosci Res. 2008; 86: 2895 – 2905. [PubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr, Miczek KA. Dlouhodobá behaviorální a neuronální zkřížená senzibilizace na amfetamin indukovaná opakovaným krátkodobým sociálním porážkovým stresem: Fos ve ventrální tegmentální oblasti a amygdala. Neurovědy. 2004; 123: 857 – 865. [PubMed]
33. Koob GF. Role mozkových stresových systémů ve závislosti. Neuron. 2008; 59: 11 – 34. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Sociální stres zvyšuje získávání kokainu u samců a samic potkanů. Brain Res. 1995; 698: 46 – 52. [PubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Síť odměn Cortico-Basal Ganglia: mikroobvody. Neuropsychopharmacology. 2010; 35: 27-47. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Nezvladatelná motivace ve závislosti: patologie v prefrontálním akumbensovém přenosu glutamátu. Neuron. 2005; 45: 647 – 650. [PubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Glutamátové motivační soubory v nucleus accumbens: rostrocaudální skořápkové gradienty strachu a krmení. Eur J Neurosci. 2003; 17: 2187 – 2200. [PubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regulace palby dopaminergních neuronů a kontrola chování zaměřeného na cíl. Trendy Neurosci. 2007; 30: 220 – 227. [PubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Stresem indukované změny glutamátové synaptické plasticity v jádru Accumbens. J Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P, et al. Uvolňování glutamátu v nucleus accumbens se podílí na behaviorální depresi během testu plavání PORSOLT. Neurovědy. 2003; 119: 557 – 565. [PubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Neurony Nucleus accumbens jsou vrozeně vyladěny pro odměňování a averzivní stimuly chuti, kódují jejich prediktory a jsou spojeny s motorickým výstupem. Neuron. 2005; 45: 587 – 597. [PubMed]
42. Tremblay LK, et al. Funkční neuroanatomické substráty se změnou odměny při velké depresivní poruše odhalené dopaminergní sondou. Arch Gen Psychiatry. 2005; 62: 1228 – 1236. [PubMed]
43. Vythilingam M, et al. Odměna obvodů v odolnosti vůči těžkým traumatům: vyšetřování odolných vojáků zvláštních sil fMRI. Psychiatry Res. 2009; 172: 75 – 77. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
44. Schlaepfer TE, et al. Hluboká mozková stimulace k odměňování obvodů zmírňuje anhedonii v refrakterní velké depresi. Neuropsychofarmakologie. 2008; 33: 368 – 377. [PubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. Opakovaný kokain mění hladiny podjednotek receptoru glutamátu v jádru accumbens a ventrální tegmentální oblasti potkanů, u kterých se rozvine behaviorální senzibilizace. J Neurochem. 1999; 72: 2397 – 2403. [PubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Receptory AMPA na buněčném povrchu v jádru krys se během odebírání kokainu zvyšují, ale internalizují se po kokainové výzvě ve spojení se změněnou aktivací mitogenem aktivovaných proteinových kináz. J Neurosci. 2007; 27: 10621 – 10635. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
47. Anderson SM, et al. CaMKII: biochemický můstek propojující dopamin a glutamátové systémy při hledání kokainu. Nat Neurosci. 2008; 11: 344 – 353. [PubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Inhibice neuronů accumbens v jádře kódují hradlový signál pro chování zaměřené na odměnu. J Neurosci. 2006; 26: 217 – 222. [PubMed]
49. Frischknecht R. et al. Mozková extracelulární matrice ovlivňuje laterální mobilitu AMPA receptoru a krátkodobou synaptickou plasticitu. Nat Neurosci. 2009; 12: 897 – 904. [PubMed]
50. Chen J, a kol. Transgenní zvířata s indukovatelnou, cílenou genovou expresí v mozku. Mol Pharmacol. 1998; 54: 495 – 503. [PubMed]
;
