Profiad cyffuriau epigenetically primes Inducibility genynnau Fosb mewn nuklews llygoden accumbens (2012)

SYLWADAU: Tystiolaeth bod deltafosb yn gadael olion ymhell ar ôl gwella ar ôl bod yn gaeth. Yn benodol, mae caethiwed yn achosi newidiadau epigenetig, sy'n arwain at ymsefydlu deltafosb yn gynt o lawer pan fydd ailwaelu yn digwydd. Mae hyn yn esbonio sut y gall ailwaelu, hyd yn oed ar ôl blynyddoedd, gynyddu'n gyflym i gyflwr caeth llawn.


J Neurosci. Llawysgrif awdur; ar gael yn PMC 2013 Ionawr 25.

 
Diane Damez-Werno,1,§ Quincey LaPlant,1,§ Haul HaoSheng,1 Kimberly N. Scobie,1 David M. Dietz,1 Ian M. Walker,2 Ja Wook Koo,1 Vincent F. Vialou,1 Mouzon Ezekiell,1 Scott J. Russo,1 ac Eric J. Nestler1,*
Gwybodaeth awdur ► Gwybodaeth hawlfraint a thrwydded ►
Mae fersiwn derfynol y cyhoeddwr o'r erthygl hon ar gael am ddim yn J Neurosci
Edrychwch ar erthyglau eraill yn y PMC dyfynnu yr erthygl a gyhoeddwyd.
Ewch i:

Crynodeb

ΔFosB, a Fosb cynnyrch genyn, yn cael ei gymell mewn niwclews accumbens (NAc) a putamen caudate (CPu) trwy ddod i gysylltiad dro ar ôl tro â chyffuriau cam-drin fel cocên. Mae'r ymsefydlu hwn yn cyfrannu at batrymau aberrant o fynegiant genynnau ac annormaleddau ymddygiadol a welir wrth ddod i gysylltiad â chyffuriau dro ar ôl tro.

Yma, gwnaethom asesu a allai hanes anghysbell o amlygiad cyffuriau mewn llygod mawr newid anaddasrwydd y Fosb genyn a ddeilliodd o amlygiad cocên wedi hynny. Rydym yn dangos bod gweinyddu cocên cronig blaenorol, ac yna tynnu'n ôl yn estynedig, yn cynyddu ansefydlogrwydd Fosb yn NAc fel y gwelwyd yn sgil ymsefydlu acíwt mwy o ΔFosB mRNA a chronni protein ΔFosB yn gyflymach ar ôl ail-amlygiad cocên dro ar ôl tro. Dim primed o'r fath Fosb arsylwyd ymsefydlu yn CPu, mewn gwirionedd, ataliwyd ymsefydlu acíwt dilynol ΔFosB mRNA yn CPu.

Mae'r patrymau annormal hyn o Fosb mynegiant yn gysylltiedig ag addasiadau cromatin yn y Fosb hyrwyddwr genynnau. Mae gweinyddu cocên cronig blaenorol yn cymell cynnydd hirhoedlog mewn rhwymiad RNA polymerase II (Pol II) yn y Fosb hyrwyddwr yn NAc yn unig, gan awgrymu bod Pol II yn “stondin” Fosb i'w sefydlu yn y rhanbarth hwn ar ôl ail-amlygiad i gocên. Yna mae her cocên yn sbarduno rhyddhau Pol II gan yr hyrwyddwr genynnau, gan ganiatáu ar gyfer cyflymach Fosb trawsgrifio. Mae her cocên hefyd yn lleihau addasiadau gormesol histone yn y Fosb hyrwyddwr yn NAc, ond mae'n cynyddu marciau gormesol o'r fath ac yn lleihau marciau actifadu yn CPu.

Mae'r canlyniadau hyn yn rhoi mewnwelediad newydd i ddeinameg cromatin yn y Fosb hyrwyddwr a datgelu mecanwaith newydd ar gyfer primed Fosb ymsefydlu yn NAc ar ail-amlygiad i gocên.

Ewch i:

Cyflwyniad

Nodweddir caethiwed i gyffuriau gan geisio a chymryd cyffuriau cymhellol er gwaethaf canlyniadau niweidiol difrifol (Kalivas et al., 2005; Hyman et al., 2006). Mae amlygiad i gyffuriau cronig yn achosi newidiadau parhaus mewn mynegiant genynnau mewn striatwm fentrol (neu niwclews accumbens; NAc) a striatwm dorsal (neu putamen caudate; CPu), strwythurau striatal sy'n gysylltiedig â gwobrwyo a dibyniaeth ar gyffuriau. (Freeman et al., 2001; Robinson a Kolb, 2004; Shaham a Hope, 2005; Drysfa a Nestler, 2011). ΔFosB, protein cwtog a sefydlog wedi'i amgodio gan y genyn uniongyrchol-gynnar, Fosb, yn ffactor trawsgrifio â nodwedd dda a achosir yn NAc a CPu gan amlygiad cronig i bron pob cyffur cam-drin, lle mae'n cyfryngu ymatebion ymddygiadol sensitif i roi cyffuriau dro ar ôl tro. (Nestler, 2008). Fodd bynnag, mae p'un a yw amlygiad cronig blaenorol i gyffur cam-drin yn newid ymsefydlu dilynol ΔFosB yn parhau i fod yn anhysbys.

Gwnaethom ddamcaniaethu yn ddiweddar y gallai addasiadau cromatin mewn ymateb i amlygiad i gyffuriau cronig newid inducibility genynnau penodol yn rhanbarthau'r ymennydd targed (Robison a Nestler, 2011). Mae tystiolaeth gynyddol wedi dangos bod cyffuriau cam-drin ar ôl rhoi cronig yn newid strwythur a hygyrchedd trawsgrifiadol cromatin trwy nifer o fathau o addasiadau, gan gynnwys ffosfforyleiddiad, asetyliad, a methylation cynffonau histone. Mae gwaith mwy diweddar mewn systemau diwylliant celloedd wedi canolbwyntio ar recriwtio RNA polymerase II (Pol II) i hyrwyddwr genynnau “inducible” cyn eu mynegiant, gyda Pol II wedi'i rwymo'n barhaus i ranbarthau hyrwyddwr agosrwydd ac o amgylch y safle cychwyn trawsgrifio (TSS ) mewn cyflwr “wedi stopio” (Craidd a Lis, 2008; Nechaev ac Adelman, 2008). Yna credir bod actifadu'r Pol II sydd wedi'i oedi yn gyfrifol am ei ddianc o ranbarthau hyrwyddwr a TSS a'i drawsgrifiad o'r genynnau “primed” hyn (Zeitlinger et al., 2007; Saha et al., 2011; Bataille et al., 2012).

Yma, rydym yn dangos bod amlygiad cronig blaenorol i gocên, ac yna cyfnod tynnu'n ôl estynedig, yn newid induciblity y Fosb genyn i weinyddiaeth cocên ddilynol, gyda NAc yn cael ei ystyried ar gyfer ei sefydlu tra nad yw CPu. Yna byddwn yn nodi llofnodion cromatin penodol yn y Fosb hyrwyddwr genynnau yn NAc a CPu sy'n gysylltiedig ag analluogrwydd mor aberrant o'r Fosb genyn, gan gynnwys recriwtio Pol II wedi'i stopio yn y Fosb hyrwyddwr agosrwydd yn NAc yn unig yn ogystal â newidiadau mewn sawl addasiad histone actifol neu ormesol yn nau ranbarth yr ymennydd. Mae'r canlyniadau hyn yn rhoi mewnwelediad newydd i ddeinameg cromatin yn y Fosb hyrwyddwr genynnau a nodi am y tro cyntaf fecanwaith ar gyfer stondiniad Pol II Fosb ar gyfer mwy o actifadu yn NAc wrth ail-ddod i gysylltiad â chocên.

Ewch i:

Deunyddiau a Dulliau

Anifeiliaid

Cafodd llygod mawr Dawra Sprague Gwryw (250-275 g; Charles River Laboratories), a ddefnyddiwyd ym mhob arbrawf, eu cartrefu mewn pâr mewn ystafell a reolir gan yr hinsawdd ar gylchred golau / tywyll 12 hr (goleuadau ymlaen yn 7 AM) gyda mynediad at fwyd a dwr ad libitum. Chwistrellwyd pob anifail ddwywaith y dydd am ddeg diwrnod gyda chocên (15 mg / kg, ip) neu halwynog (ip) yn eu cewyll cartref. Cymeradwywyd arbrofion anifeiliaid gan y Pwyllgor Gofal a Defnydd Anifeiliaid Sefydliadol (IACUC) ym Mount Sinai.

Mesuriadau locomotor

Roedd anifeiliaid yn cael eu preswylio yn siambr y locomotor y diwrnod cyntaf ar gyfer 1 hr, ac yna'n cael eu monitro ar gyfer gweithgaredd locomotor ar ôl pigiad halwynog gan ddefnyddio'r System Gweithgaredd Photobeam (San Diego Instruments). Ar ôl sefydlu 1 hr yn siambrau'r locomotor bob dydd, roedd cocên (15 mg / kg, ip) yn cael ei roi bob dydd am ddiwrnodau 2 ac roedd anifeiliaid yn cael eu monitro eto ar gyfer gweithgaredd locomotor ar gyfer 1 hr.

Immunohistochemistry

Cafodd anifeiliaid eu darlifio 24 awr ar ôl eu datguddiad cyffuriau diwethaf. Canfuwyd imiwnoleddedd ΔFosB / FosB fel y disgrifiwyd (Perrotti et al., 2004). Cadarnhaodd blotio gorllewinol fod pob un o'r imiwnoleddedd tebyg i ΔFosB / FosB a arsylwyd 24 awr neu'n hwy ar ôl i bigiadau cocên adlewyrchu ΔFosB, gyda FosB yn anghanfyddadwy (heb ei ddangos).

Ynysu RNA, trawsgrifio cefn, a PCR

Cafwyd dyrnu mesurydd dwyochrog 12 o NAc a CPu dorsolateral / dorsomedial fel y disgrifiwyd (Perrotti et al., 2004), wedi'i rewi ar rew sych a'i brosesu yn unol â phrotocolau cyhoeddedig (Covington et al., 2011). Mesurwyd mRNA ΔFosB a FosB gan ddefnyddio PCR meintiol (qPCR) gyda phreserau ΔFosB a FosB isofform penodol (Alibhai et al., 2007). Cafodd lefelau mRNA ΔFosB a FosB eu normaleiddio i lefelau GAPDH mRNA, nad oedd amlygiad i gocên yn effeithio arnynt (nas dangosir).

Blotio gorllewinol

Casglwyd dyrnu NAc a CPu fel yr uchod a'u prosesu ar gyfer blotio'r Gorllewin fel y disgrifiwyd (Covington et al., 2011), gan ddefnyddio gwrthgyrff yn erbyn ERK44 / 42 [signal allgellog a reoleiddir kinase-44 / 42] a phosphoERK44 / 42 (pERK), AKT [proto-oncogene firaol thymoma] a p-AKT, SRF (ffactor ymateb serwm), a pSRF, CREB [protein rhwymol elfen ymateb cAMP], a pCREB. Cafodd maint y protein a blotiwyd ar bob lôn ei normaleiddio i lefelau actin neu diwbwlin, nad oedd amlygiad i gocên yn effeithio arnynt.

Blodeufadiad cromatin (ChIP)

Paratowyd dyrnu NAc a CPu wedi'u dyrannu'n ffres ar gyfer ChIP fel y disgrifiwyd (Maze et al., 2010). Dadansoddwyd pob cyflwr arbrofol yn driphlyg gan grwpiau annibynnol o anifeiliaid. Ar gyfer pob sampl ChIP, cyfunwyd dyrnu dwyochrog NAc a CPu o bum llygoden fawr (dyrnu 10). Mae'r gwrthgyrff a ddefnyddir ar gyfer addasiadau histone penodol yr un fath â'r rhai a gyhoeddir (Maze et al., 2010); cafwyd gwrthgyrff i Pol II ffosfforyleiddiedig yn Ser5 o'i ranbarth ailadrodd parth terfynell carboxyl (CTD) (Pol II-pSer5) gan abcam 5131. Dyluniwyd pedair set o primers ChIP ar gyfer Fosb (Lazo et al., 1992; Mandelzys et al., 1997): 1F: GTACAGCGGAGGTCTGAAGG, 1R: GAGTGGGATGAGATGCGAGT; 2F: CATCCCACTCGGCCATAG, 2R: CCACCGAAGACAGGTACTGAG; 3F: GCTGCCTTTAGCCAATCAAC, 3R: CCAGGTCCAAAGAAAGTCCTC; 4F: GGGTGTTTGTGTGTGAGTGG, 4R: AGAGGAGGCTGGACAGAACC. Mae lefelau addasiadau cromatin yn cael eu cymharu â'r lefelau ar gyfer DNA mewnbwn fel y disgrifir (Maze et al., 2010).

Dadansoddiad ystadegol

Mae'r holl werthoedd a adroddir yn gymedrig ± sem Dadansoddwyd data ar gyfer gweithgaredd locomotor a chyfrif celloedd gan ANOVA dwyffordd gyda thriniaeth a chwistrelliad fel ffactorau. Dadansoddwyd arbrofion qPCR fesul pwynt amser gan ANOVAs unffordd gyda thriniaeth fel ffactor. Pan welwyd prif effeithiau sylweddol (p <0.05), cynhaliwyd profion post-hoc Bonferroni ar gyfer cymariaethau ag anifeiliaid â thriniaeth halwynog naïf (^ mewn ffigurau) ac anifeiliaid wedi'u trin â chocên naïf cyffuriau (* mewn ffigurau). Defnyddiwyd profion t Myfyriwr dwy gynffon heb eu paratoi ar gyfer data blotio Gorllewinol a ChIP, gyda chywiriadau ar gyfer sawl cymhariaeth.

Ewch i:

Canlyniadau

Mwy o Ansefydlogrwydd Fosb yn NAc, ond nid CPu, llygod mawr â phrofiad cocên

Archwilio dylanwad cwrs cronig blaenorol o gocên, ac yna cyfnod hir o dynnu'n ôl, ar addysgiadoldeb y Fosb genyn mewn ymateb i her cocên ddilynol, rhoddwyd dosau her o'r cyffur i lygod mawr a gafodd eu chwistrellu ip ddwywaith y dydd gyda halwynog neu gocên (15 mg / kg) am ddiwrnodau 10 ar ôl diwrnodau 28 o'i dynnu'n ôl (Ffig 1A). Fe wnaethom fesur ymatebion locomotor yn gyntaf mewn un grŵp o anifeiliaid i gadarnhau ymsefydlu sensiteiddio locomotor trwy amlygiad blaenorol i gocên, canlyniad parhaol disgwyliedig o roi cyffuriau. Dangosodd llygod mawr a phrofodd cocên a pheiriant naïf weithgaredd locomotor llinell sylfaen cyfatebol, gyda her cocên i anifeiliaid naïf cyffuriau yn cynyddu eu locomotif (Ffig 1B. Mesurau dro ar ôl tro ANOVA dwy ffordd, triniaeth: F.1,66 = 30.42, p <0.0001; her cocên: F.2,66= 58.39, p <0.0001; triniaeth x her cocên: F.2,66= 8.56, p = 0.0005, ôl-brofion Bonferroni ^p <0.001). Achosodd yr her cocên hon lawer mwy o weithgaredd locomotor, hy, sensiteiddio, mewn llygod mawr a brofwyd gan gocên (ôl-brofion Bonferroni * p <0.001).

Ffigur 1  

Effaith amlygiad cocên cronig blaenorol ar weithgaredd locomotor a Fosb ymsefydlu yn NAc a CPu ar ail-amlygiad i'r cyffur

Er mwyn gwerthuso effeithiau'r regimen pretreatment cocên hwn ar fynegiant ΔFosB yn NAc a CPu, gwnaethom fesur protein ΔFosB gyda dulliau imiwnocemegol 24 hr ar ôl i anifeiliaid â phrofiad cocên-naïf a chocên gael eu trin â her cocên ddyddiol 0, 1, 3, neu 6. pigiadau (15 mg / kg; gweler Ffig 1A). Fel y sefydlwyd yn flaenorol (Nye et al., 1995), Roedd pigiadau cocên 3 yn ddigonol i gymell protein ΔFosB yn sylweddol yn NAc a CPu anifeiliaid naïf cyffuriau ac arhosodd ei gronni yn sylweddol ar ôl diwrnodau 6 o bigiadau cocên (Ffig 1C. Mesurau dro ar ôl tro ANOVA dwyffordd, craidd NAc, triniaeth: F.1,28= 23.5, p <0.0001; her cocên: F.3,28= 49.16, p <0.0001; triniaeth x her cocên: F.3,28= 6.83, p = 0.0014; Cragen NAc, triniaeth: F.1,28= 18.69, p <0.0001; her cocên: F.3,28= 31.52, p <0.0001; triniaeth x her cocên: F.3,28= 3.21, p <0.05; CPu, triniaeth: F.1,28= 9.47, p <0.001; her cocên: F.3,28= 19.74, p <0.0001; triniaeth x her cocên: F.3,28= 0.94, p> 0.05. Mewn craidd NAc, cragen, a CPu, ôl-brofion Bonferroni ^p <0.05). Mewn anifeiliaid â phrofiad o gocên, nid oedd tystiolaeth o barhau i ymsefydlu ΔFosB yn NAc neu CPu ar ôl 28 diwrnod o dynnu'n ôl, yn gyson ag adroddiadau blaenorol bod y signal ΔFosB yn afradloni'n llawn erbyn yr amser hwn (Nye et al., 1995), y rheswm y defnyddiwyd y pwynt amser hwn yn yr astudiaeth hon. Yn drawiadol, fodd bynnag, dangosodd llygod mawr â phrofiad cocên a dderbyniodd bigiadau her cocên 3 neu 6 gryn dipyn yn fwy o ymsefydlu protein ΔFosB yn NAc, effaith sy'n amlwg mewn israniadau craidd a chregyn (Ffig 1C. Ôl-brofion Bonferroni * p <0.05). Mewn cyferbyniad, ni welwyd ymsefydlu mwy o brotein ΔFosB yn CPu; yn lle hynny, gwelwyd ymsefydlu cyfatebol ΔFosB yn y rhanbarth hwn ar ôl 3 neu 6 diwrnod o bigiadau her cocên mewn llygod mawr cocên-naïf a llygod dibrofiad (Ffig 1C).

Er mwyn cael mewnwelediad i'r newidiadau trawsgrifio sy'n digwydd yn NAc a CPu mewn ymateb i her cocên, fe wnaethom astudio cwrs amser (45, 90, a 180 min) o ansefydlogrwydd trawsgrifiadau mRNA ΔFosB a FosB ar un pigiad cocên neu halwynog a roddwyd. i lygod mawr cocên-naïf a dibrofiad ar ôl 28 diwrnod o dynnu'n ôl (gweler Ffig 1A). Yn gymharol â her halwynog, achosodd her cocên gynnydd cyflym yn lefelau mRNA ΔFosB a FosB ar bob un o'r tri phwynt amser yn NAc a CPu anifeiliaid naïf cocên (Ffig 1D. Mae dro ar ôl tro yn mesur ANOVA un ffordd y pwynt amser; Ôl-brofion Bonferroni ^p <0.05). Yn NAc, gwelsom fwy o ymsefydlu mRNA ΔFosB a FosB mewn anifeiliaid â phrofiad cocên o gymharu ag anifeiliaid naïf cocên ar ôl yr her cocên, gyda'r effaith yn sylweddol ar 90 munud tra, mewn cyferbyniad, roedd ansefydlogrwydd ΔFosB a FosB mRNA yn CPu yn sylweddol. gostyngiad mewn anifeiliaid â phrofiad cocên (Ffig 1D. Ôl-brofion Bonferroni %p = 0.08, * p <0.05).

Nodweddu llwybrau signalau i fyny'r afon yn NAc a CPu llygod mawr sydd â phrofiad o gocên

Un esboniad posib am anaddasrwydd newidiol y Fosb genyn yn NAc a CPu ar ôl cwrs cronig blaenorol o gocên yw y gallai hanes anghysbell o amlygiad cocên arwain at newidiadau parhaol mewn llwybrau signalau sydd i fyny'r afon o Fosb ymsefydlu genynnau fel bod her cocên wedyn yn cymell y genyn i raddau amharchus. I astudio’r rhagdybiaeth hon, gwnaethom ddadansoddi’r ddau ffactor trawsgrifio, SRF a CREB, y dangoswyd yn ddiweddar eu bod yn ofynnol ar gyfer ymsefydlu cocên o ΔFosB yn y rhanbarthau ymennydd hyn (Vialou et al., 2012) ynghyd â chinases protein i fyny'r afon, ERK ac AKT, hefyd yn gysylltiedig â gweithredu cocên (Valjent et al., 2000; Lu et al., 2006; Boudreau et al., 2009). Fe wnaethom fethu â chanfod unrhyw newidiadau yng nghyfanswm neu lefelau ffosfforyleiddiedig yr amrywiol broteinau hyn a allai esbonio anaddasrwydd newidiol Fosb a arsylwyd, gan gynnwys dim newidiadau yn SRF, CREB, neu AKT (Ffig 2B, C.). Mae'r diffyg newid yn pSRF a pCREB yn NAc mewn ymateb i her cocên yn gyson ag adroddiad diweddar, a ganfu fod y ddau wedi'u cymell yn sylweddol gan gocên cronig yn unig (Vialou et al., 2012).

Ffigur 2  

Effaith amlygiad blaenorol cocên cronig ar raeadrau signalau moleciwlaidd i fyny'r afon yn NAc a CPu

Mewn NAc a CPu o anifeiliaid naïf cyffuriau, 20 min ar ôl dod i gysylltiad cychwynnol â chyffuriau (Ffig 2A), gostyngodd un her cocên lefelau pERK42 / 44 (Ffig 2B, C.. Prawf t Myfyriwr cynffon: * p <0.05). Mae adroddiadau blaenorol o lefelau pERK uwch yn y rhanbarthau hyn ar ôl rhoi cocên acíwt (Valjent et al., 2000). Mae'n anodd cymharu hyn â phapurau eraill sy'n archwilio ffosfforyleiddiad ERK yn NAc wrth dynnu'n ôl o bigiadau cocên dro ar ôl tro (Boudreau et al., 2007; Shen et al., 2009), fel yn ein hastudiaeth fe fesurwyd pERK ar ôl 28 diwrnod o dynnu'n ôl ac ar ôl her cocên neu halwynog. Yn gymharol ag anifeiliaid naïf cyffuriau sy'n profi cocên am y tro cyntaf, achosodd ail-amlygiad i gocên mewn llygod mawr a brofwyd gan gocên, ar ôl diwrnodau 28 o'u tynnu'n ôl, gynnydd sylweddol yn lefelau pERK42 / 44 yn CPu (Ffig 2B, C.. Prawf t myfyriwr cynffon: * p <0.05).

Tirwedd Chromatin yn y Hyrwyddwr genynnau Fosb yn NAc a CPu llygod mawr â phrofiad cocên

Gwnaethom ymchwilio nesaf a yw newidiadau yn Fosb mae inducibility genynnau yn gysylltiedig â newidiadau yn ei strwythur cromatin. Perfformiwyd ChIP ar NAc a CPu gan ddefnyddio gwrthgyrff a gyfeiriwyd yn erbyn tri math o addasiadau histone â nodwedd dda: trimethylation Lys4 o histone H3 (H3K4me3) sy'n gysylltiedig ag actifadu genynnau, a H3K27me3 a H3K9me2 sy'n gysylltiedig â genyn repression. Gwnaethom ddadansoddi llygod mawr naïf cocên a dibrofiad ar ôl diwrnodau 28 o'u tynnu naill ai heb neu gyda chwistrelliad her o gocên, gydag anifeiliaid yn cael eu harchwilio 1 awr yn ddiweddarach (Ffig 3A). Yn NAc, ni chanfuom unrhyw newidiadau sylweddol o ran rhwymo unrhyw un o'r tri addasiad histone hyn i'r Fosb hyrwyddwr genynnau yn absenoldeb her cocên, er bod tuedd ar gyfer lefelau is o H3K9me2 (Ffig 3B-D. Prawf t Myfyriwr cynffon dau. #p = 0.2 o'i gymharu â rheolyddion Naïf Cyffuriau priodol). Daeth yr effaith hon yn sylweddol ar ôl her cocên ac roedd yn benodol ar gyfer rhanbarth hyrwyddwr agosrwydd y genyn (Ffig 3C. * p <0.05). Er bod lefelau H3K9me2 yn isel iawn mewn rhai genynnau, mae'r Fosb mae hyrwyddwr genynnau yn dangos lefelau sylweddol o'r marc hwn yn NAc o dan amodau rheoli (Maze et al., 2010, data heb ei ddangos). Mewn cyferbyniad, yn CPu, gwelsom ostyngiadau bach ond sylweddol yn rhwymo H3K4me3, a chynnydd mewn rhwymo H3K27me3, wrth y Fosb hyrwyddwr yn absenoldeb her cocên, effeithiau a gollir ar ôl yr her (Ffig 3D. * p <0.05).

Ffigur 3  

Effaith amlygiad cocên cronig blaenorol ar breimio epigenetig y Fosb genyn yn NAc a CPu

Ymchwiliwyd nesaf i rwymo Pol II i'r Fosb genyn, yn seiliedig ar ganfyddiadau diweddar mewn diwylliant celloedd bod stondin Pol II mewn TSSs, a nodweddir gan ei ffosfforyleiddiad yn Ser 5 yn ei ranbarth ailadrodd CTD, yn gysylltiedig â phreimio genynnau (gweler y Cyflwyniad). Felly gwnaethom ddadansoddi Pol II-pSer5 yn rhwymo i Fosb mewn pedwar rhanbarth gwahanol o'r genyn (Ffig 3B). Datgelodd y dadansoddiad hwn gyfoethogi sylweddol o Pol II-pSer5 yn y Fosb genyn yn ei ranbarth hyrwyddwr agosrwydd ac o amgylch ei TSS yn NAc o anifeiliaid â phrofiad cocên, ar ôl tynnu'n ôl yn hir, yn absenoldeb her cocên o'i gymharu â rheolyddion (Ffig 3E. * p <0.05). Nid oedd y cyfoethogi hwn yn amlwg mewn dau ranbarth corff genynnau yn Fosb, yn gyson â stondin Pol II a ddisgrifir mewn systemau arbrofol symlach. Yn ddiddorol, ar ôl her cocên, roedd rhwymo Pol II-pSer5 yn dal i ddangos arwyddion o gyfoethogi, er nad oedd yn sylweddol bellach, yn y Fosb rhanbarth hyrwyddwr agosrwydd (Ffig 3E. %p = 0.1), ond dychwelodd i lefelau rheoli yn y TSS. Roedd y canfyddiadau yn CPu yn fwy amrywiol, heb arsylwi patrwm clir o rwymiad Pol II-pSer5.

Ewch i:

Trafodaeth

Mae'r astudiaeth bresennol yn rhoi mewnwelediad newydd i reoleiddio parhaus Fosb wythnosau ar ôl rhoi’r gorau i amlygiad dro ar ôl tro i gocên. Rydym yn dangos bod gweinyddu cocên cronig blaenorol yn golygu bod y Fosb genyn yn fwy addysgiadol yn NAc, gan arwain at gronni ΔFosB yn gyflymach wrth ail-amlygiad i'r cyffur. O ystyried pa mor aml yw'r dystiolaeth bod ymsefydlu ΔFosB yn NAc yn cyfryngu ymatebion ymddygiadol sensitif i gocên (Nestler, 2008), mae ein canfyddiadau yn datgelu mecanwaith newydd ar gyfer adfer ymatebion sensitif o'r fath yn gyflymach ar ôl tynnu'n ôl yn hir.

Rydym yn dangos bod ymsefydlu gwell ΔFosB yn NAc yn gysylltiedig â newidiadau cromatin yn y Fosb genyn y byddai disgwyl iddo ei arwain ar gyfer mwy o ymsefydlu. Felly, rydym yn dangos mwy o rwymo Pol II i'r hyrwyddwr agosrwydd a rhanbarthau TSS y genyn sy'n bresennol ar ôl wythnosau 4 o dynnu'n ôl o weinyddu cocên cronig blaenorol. Mae cyfoethogi Pol II o'r fath yn y TSS yn cael ei golli'n gyflym yn sgil her cocên a Fosb mae ymsefydlu, sy'n gyson â model mewn diwylliant celloedd sy'n stopio Pol II yn cael ei ryddhau o TSSs wrth actifadu genynnau (gweler y Cyflwyniad). Mae her cocên hefyd yn arwain at ostyngiad cyflym mewn rhwymo H3K9me2 - marc o ormes genynnau - i'r Fosb hyrwyddwr. Mewn cyferbyniad, ni wnaethom ganfod unrhyw ymsefydlu parhaol o sawl ffactor trawsgrifio, na'u cinases i fyny'r afon, y gwyddys eu bod yn cyfryngu Fosb ymsefydlu gan gocên. Mae'r canlyniadau hyn yn cefnogi ein rhagdybiaeth bod ymsefydlu gwell ΔFosB yn NAc yn cael ei gyfryngu trwy breimio epigenetig y Fosb genyn ac nid trwy ddadreoleiddio digwyddiadau i fyny'r afon.

Cafwyd canlyniadau gwahanol iawn ar gyfer CPu. Nid oedd tystiolaeth bod Pol II yn stondin yn Fosb mewn llygod mawr a brofodd cocên cyn her cocên, er bod addasiadau histone bach ond sylweddol yn gyson â gormes genynnau: mwy o rwymo H3K27me3 a gostwng rhwymiad H3K4me3. Hefyd, ni fu unrhyw newid mewn ffactorau trawsgrifio i fyny'r afon na chinases sy'n gyson â llai Fosb sefydlu. Mae'r canfyddiadau hyn yn awgrymu, ar ôl rhoi cocên cronig, bod addasiadau epigenetig yn lleihau Fosb inducibility genynnau yn CPu, mewn cyferbyniad â'r preimio a welir yn NAc. Fodd bynnag, er bod yr effeithiau hyn yn atal ymsefydlu ΔFosB mRNA wrth ail-amlygiad i gocên, nid oes unrhyw golled o ran cronni protein ΔFosB. Bellach mae angen ymchwilio ymhellach i'r mecanwaith sy'n sail i'r paradocs hwn.

Yn fwy cyffredinol, mae ein canlyniadau'n cefnogi model lle mae newidiadau yn y dirwedd cromatin mewn genynnau penodol mewn ymateb i weinyddu cocên cronig yn arwain at briffio'r genynnau hynny neu'n eu difetha i'w sefydlu wedi hynny wrth ail-amlygiad i'r cyffur. Byddai newidiadau cromatin o'r fath, y gellir eu hystyried yn “greithiau epigenetig,” yn cael eu colli mewn dadansoddiadau o lefelau genynnau cyflwr sefydlog mRNA. Yn y modd hwn, mae nodweddu epigenome dibyniaeth yn addo datgelu gwybodaeth ffres am pathogenesis moleciwlaidd yr anhwylder, y gellir ei gloddio ar gyfer datblygu triniaethau newydd.

Ewch i:

Diolchiadau

Cefnogwyd y gwaith hwn gan grantiau gan y Sefydliad Cenedlaethol ar Gam-drin Cyffuriau.

Ewch i:

Cyfeiriadau

  • Alibhai IN, Green TA, Potashkin JA, Nestler EJ. Rheoleiddio mynegiant mBNA maeth a DeltafosB: astudiaethau in vivo a in vitro. Brain Res. 2007;1143: 22-33. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Bataille AR, Jeronimo C, Jacques PE, Laramee L, Fortin ME, Forest A, Bergeron M, Hanes SD, Robert F. Mae Cylchred CTD RNA Cyffredinol Polymerase II yn cael ei Gerddorfa gan Interplays Cymhleth rhwng Kinase, Phosphatase, ac Isomerase Enzymes ar hyd Genes. Cell Mol. 2012;45: 158-170. [PubMed]
  • Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Mae derbynyddion AMPA arwyneb celloedd yn y niwclews llygoden accumbens yn cynyddu wrth dynnu cocên yn ôl ond yn mewnoli ar ôl her cocên mewn cysylltiad ag actifadu newidiol cinases protein wedi'i actifadu gan mitogen. J Neurosci. 2007;27: 10621-10635. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Boudreau AC, Ferrario CR, Glucksman MJ, Wolf ME. Addasiadau llwybr signalau a swbstradau protein kinase A newydd yn ymwneud â sensiteiddio ymddygiad i gocên. J Neurochem. 2009;110: 363-377. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Craidd LJ, Lis JT. Rheoliad trawsgrifio trwy oedi hyrwyddwr-agosrwydd RNA polymerase II. Gwyddoniaeth. 2008;319: 1791-1792. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Covington HE, 3rd, Maze I, Sun H, Bomze HM, DeMaio KD, Wu EY, Dietz DM, Lobo MK, Ghose S, Mouzon E, Neve RL, Tamminga CA, Nestler EJ. Rôl ar gyfer methylation histone gormesol mewn bregusrwydd i straen a achosir gan gocên. Niwron. 2011;71: 656-670. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Freeman WM, Nader MA, Nader SH, Robertson DJ, Gioia L, Mitchell SM, Daunais JB, Porrino LJ, Friedman DP, Vrana KE. Newidiadau cronig wedi'u cyfryngu gan gocên mewn mynegiant genynnau niwclews cysefin nad yw'n ddynol. J Neurochem. 2001;77: 542-549. [PubMed]
  • Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Mecanweithiau niwclear caethiwed: rôl dysgu sy'n gysylltiedig â gwobrwyo a chof. Annu Rev Neurosci. 2006;29: 565-598. [PubMed]
  • Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Cymhelliant na ellir ei reoli mewn caethiwed: patholeg mewn trawsyriant glwtamad prefrontal-accumbens. Niwron. 2005;45: 647-650. [PubMed]
  • Lazo PS, Dorfman K, Noguchi T, Mattei MG, Bravo R. Strwythur a mapio'r genyn fosB. Mae FosB yn israddio gweithgaredd yr hyrwyddwr fosB. Asidau Niwclëig Res. 1992;20: 343-350. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Lu L, Koya E, Zhai H, Hope BT, Shaham Y. Rôl ERK mewn caethiwed i gocên. Tueddiadau Neurosci. 2006;29: 695-703. [PubMed]
  • Mandelzys A, Gruda MA, Bravo R, Morgan JI. Absenoldeb antigen sy'n gysylltiedig â fos 37 kDa wedi'i ddyrchafu'n barhaus a gweithgaredd rhwymo DNA tebyg i AP-1 yn ymennydd llygod fosB null wedi'u trin ag asid kainig. J Neurosci. 1997;17: 5407-5415. [PubMed]
  • Drysfa I, Nestler EJ. Tirwedd epigenetig dibyniaeth. Ann NY ACAD Sci. 2011;1216: 99-113. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Maze I, Covington HE, 3rd, Dietz DM, LaPlant Q, W Rhent, SJ Russo, M Mecaneg, Mouzon E, NeD RL, Haggarty SJ, Ren Y, Sampath SC, Hurd YL, Greengard P, Tarakhovsky A, Schaefer A, Nestler EJ. Rôl hanfodol y methyltransferase histone G9a mewn plastigrwydd a achosir gan gocên. Gwyddoniaeth. 2010;327: 213-216. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Nechaev S, Adelman K. Hyrwyddwr-proximal Pol II: pan mae stondin yn cyflymu pethau. Cylchred Cell. 2008;7: 1539-1544. [PubMed]
  • Nestler EJ. Adolygiad. Dulliau trawsgrifio o gaethiwed: rôl DeltaFosB. Athroniaeth Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008;363: 3245-3255. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Astudiaethau ffarmacolegol o reoleiddio anwythiad antigen cronig sy'n gysylltiedig â FOS gan gocên yn y striatum a'r accumbens niwclews. J Pharmacol Exp Ther. 1995;275: 1671-1680. [PubMed]
  • Perfformiwr Perrotti, Hadeishi Y, Ulery PG, Barrot M, Monteggia L, Duman RS, Nestler EJ. Sefydlu deltaFosB yn strwythurau'r ymennydd sy'n gysylltiedig â gwobr ar ôl straen cronig. J Neurosci. 2004;24: 10594-10602. [PubMed]
  • Robinson TE, Kolb B. Plastigrwydd strwythurol sy'n gysylltiedig ag amlygiad i gyffuriau cam-drin. Cyflenwad Niwropharmacoleg 47. 2004;1: 33-46. [PubMed]
  • Robison AJ, Nestler EJ. Dulliau trawsgrifio a epigenetig o gaethiwed. Nat Parch Neurosci. 2011;12: 623-637. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Saha RN, Wissink EM, Bailey ER, Zhao M, Fargo DC, Hwang JY, Daigle KR, Fenn JD, Adelman K, Dudek SM. Mae trawsgrifio cyflym o Arc ac IEGs a achosir gan weithgaredd yn dibynnu ar RNA polymerase II parod. Nat Neurosci. 2011;14: 848-856. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Shaham Y, Hope BT. Rôl niwro-drosglwyddiadau wrth ailwaelu at geisio cyffuriau. Nat Neurosci. 2005;8: 1437-1439. [PubMed]
  • Shen HW, Toda S, Moussawi K, Bouknight A, Zahm DS, Kalivas PW. Plastigrwydd asgwrn cefn dendritig wedi'i newid mewn llygod mawr a dynnwyd yn ôl cocên. J Neurosci. 2009;29: 2876-2884. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Valjent E, Corvol JC, Tudalennau C, Besson MJ, Maldonado R, Caboche J. Cynnwys y rhaeadru kinase allgellog a reoleiddir gan signal ar gyfer eiddo sy'n gwobrwyo cocên. J Neurosci. 2000;20: 8701-8709. [PubMed]
  • Zeitlinger J, Stark A, Kellis M, Hong JW, Nechaev S, Adelman K, Levine M, RA Ifanc. Stondin polymeras RNA mewn genynnau rheoli datblygiadol yn embryo Drosophila melanogaster. Nat Genet. 2007;39: 1512-1516. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
  • Vialou VF, Feng J, Robison AJ, Ferguson D, Scobie KN, Mazei-Robison M, Mouzon E, Nestler EJ. Mae angen ffactor ymateb serwm a phrotein rhwymo elfen ymateb cAMP ar gyfer sefydlu cocên o ΔFosB. J Neurosci. 2012 derbyn. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]