DeltaFosB-Induktion in striatalen mittleren Spiny-Neuron-Subtypen als Antwort auf chronische pharmakologische, emotionale und optogenetische Stimuli (2013)

J Neurosci. 2013 Nov 20; 33 (47):18381-95. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1875-13.2013.

Lobo MK, Zaman S, Damez-Werno DM, Koo JW, Bagot RC, Dinieri JA, Nugent A, Finkel E, Chaudhury D, Chandra R, Riberio E, Rabkin J, Mouzon E, Cachope R, Jubel JF, Han MH, Dietz DM, Selbst DW, Hurd YL, Vialou V, Nestler EJ.

Quelle

Abteilung für Anatomie und Neurobiologie, Universität von Maryland Schule der Medizin, Baltimore, Maryland 21201, Fishberg Abteilung für Neurowissenschaften und Friedman Brain Institute, Icahn Schule für Medizin am Mount Sinai, New York, New York 10029, Abteilungen für Psychiatrie und für Pharmakologie und Systeme Therapeutics, Icahn School of Medicine am Mount Sinai, New York, New York 10029, Abteilung für Psychiatrie, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390, Abteilung für Pharmakologie und Toxikologie und dem Forschungsinstitut für Sucht, State University of New York in Buffalo, New York, New York 14214, und Institut National de la Santé und der Forschung Médicale, U952, Forschungszentrum Scientifique, Unité Mixte de Recherche 7224, UPMC, Paris, 75005, Frankreich.

Abstract

Der Transkriptionsfaktor, ΔFosB, wird im Striatum durch verschiedene chronische Reize wie Missbrauchsdrogen, Antipsychotika, natürliche Belohnungen und Stress robust und anhaltend induziert. Jedoch haben nur sehr wenige Studien den Grad der ΔFosB-Induktion in den zwei Striatum-Spiny-Neuron (MSN) -Subtypen untersucht. Wir verwenden fluoreszente Reporter BAC transgene Mäuse, um die Induktion von ΔFosB in mit Dopaminrezeptor 1 (D1) angereicherten und Dopaminrezeptor 2 (D2) angereicherten MSNs im ventralen Striatum, Nucleus accumbens (NAc) Schale und Kern und im dorsalen Striatum (dStr ) nach chronischer Exposition gegenüber verschiedenen Drogen wie Kokain, Ethanol, Δ (9) -Tetrahydrocannabinol und Opiate; das Antipsychotikum Haloperidol; jugendliche Bereicherung; Saccharosetrinken; Kalorienrestriktion; der Serotonin-selektive Wiederaufnahmehemmer Antidepressivum, Fluoxetin; und soziale Niederlage Stress. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die chronische Exposition gegenüber vielen Stimuli ΔFosB in einem MSN-Subtyp-selektiven Muster über alle drei striatalen Regionen induziert. Um die schaltungsinduzierte Induktion von ΔFosB im Striatum zu untersuchen, nutzen wir die Optogenetik, um die Aktivität in limbischen Hirnregionen zu steigern, die synaptische Inputs an NAc senden. Zu diesen Regionen gehören der ventrale Tegmentum und mehrere glutamaterge afferente Regionen: medialer präfrontaler Kortex, Amygdala und ventraler Hippocampus. Diese optogenetischen Bedingungen führen zu sehr unterschiedlichen Mustern der ΔFosB-Induktion in MSN-Subtypen in NAc-Kern und -Shell. Zusammengenommen stellen diese Ergebnisse selektive Muster der ΔFosB-Induktion in striatalen MSN-Subtypen als Antwort auf chronische Stimuli her und liefern neue Einblicke in die Mechanismen der Induktion von & Dgr; FosB auf Schaltkreisebene im Striatum.

Einführung

Chronische Reize, einschließlich Missbrauchsdrogen, Antipsychotika, Stress und natürliche Belohnungen, verursachen die stabile Akkumulation von ΔFosB, einem verkürzten Produkt der FosB Gen im Striatum (z. B. Hope et al., 1994; Hiroi und Graybiel, 1996; Hiroi et al., 1997; Moratalla et al., 1996; Perrottiet al., 2004, 2008; Müller und Unterwald, 2005; McDaid et al., 2006; Teegarden und Bale, 2007; Wallaceet al., 2008; Solinas et al., 2009; Vialou et al., 2010, 2011; Kaplan et al., 2011). Diese Akkumulation führt zur bidirektionalen Regulation vieler Gene durch ΔFosB in dieser Hirnregion (McClung und Nestler, 2003; Renthalet al., 2008, 2009; Vialou et al., 2010; Robison und Nestler, 2011). Das Striatum besteht hauptsächlich aus (~ 95%) GABAergen Spiny-Neuronen (MSNs), die aufgrund ihrer Anreicherung vieler Gene, darunter der Dopaminrezeptor 1 (D1) oder der Dopaminrezeptor 2 (D2), in zwei Subtypen unterteilt sind (Gerfen, 1992; Graybiel, 2000; Lobo et al., 2006; Heiman et al., 2008) und durch ihre differentiellen Ausgänge zu verschiedenen subkortikalen Strukturen (Albinet al., 1989; Gerfen, 1992; Kalivas et al., 1993; Graybiel, 2000; Nicola, 2007; Smith et al., 2013). Kürzlich gab es eine Fülle von Berichten, die unterschiedliche molekulare und funktionelle Rollen dieser MSN-Subtypen im ventralen Striatum (Nucleus accumbens [NAc]) und dorsalen Striatum (dStr) bei der Vermittlung von motivationalen und motorischen Verhaltensweisen zeigen (Lobo und Nestler, 2011; Gittis und Kreitzer, 2012).

Frühere Studien haben gezeigt, dass ΔFosB hauptsächlich in D1-MSNs durch chronische Behandlung mit Kokain oder chronischem Radlauf, einer Form der natürlichen Belohnung, induziert wird (Moratalla et al., 1996; Werme et al., 2002; Lee et al., 2006), während chronischer Stress in beiden MSN-SubtypenPerrottiet al., 2004). Darüber hinaus zeigen überzeugende Beweise von Zelltyp-spezifischen transgenen Linien oder Virus-vermittelten Gentransfer, dass ΔFosB Induktion in D1-MSN Verhalten und strukturelle Plastizität Kokain, Verhaltensreaktionen auf Morphin, Laufrad, Nahrung Belohnung und Widerstandsfähigkeit gegen chronische soziale Niederlage erhöht Stress, während ΔFosB Induktion in D2-MSNs Verhaltensreaktionen auf Radlauf negativ reguliert (Kelz et al., 1999; Werme et al., 2002; Colby et al., 2003; Olausson et al., 2006; Zachariouet al., 2006; Vialou et al., 2010; Grueter et al., 2013; Robison et al., 2013).

Angesichts der entscheidenden Rolle von ΔFosB bei der Regulation dieser chronischen Motivationsreize mit ausgeprägter Wirkung bei D1-MSNs gegenüber D2-MSNs führen wir hier eine umfassende Untersuchung der Muster der ΔFosB-Induktion in MSN-Subtypen durch verschiedene chronische Stimuli, einschließlich chronischer Exposition gegenüber Medikamenten, durch Misshandlung, chronische Behandlung mit einem Antipsychotikum, chronische Exposition gegenüber veränderten umweltbedingten und appetitiven Reizen, chronischer Stress bei sozialer Niederlage und chronische Behandlung mit einem Antidepressivum. Um die Schaltkreismechanismen zu verstehen, die die Induktion von ΔFosB im Striatum durch mehrere afferente limbische Hirnregionen steuern, verwenden wir optogenetische Technologien, um Zellkörper in dopaminergen oder glutamatergen afferenten Hirnregionen wiederholt zu aktivieren und die resultierende ΔFosB-Induktion in MSN-Subtypen zu untersuchen. Unsere Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Induktion von ΔFosB in striatalen D1-MSNs und D2-MSNs durch chronische Stimuli und demonstrieren erstmals die schaltungsinduzierte Induktion von ΔFosB im Striatum und innerhalb selektiver MSN-Subtypen.

Materialen und Methoden

Tiere.

D1-GFP or D2-GFP hemizygote Mäuse (Gong et al., 2003) auf einem C57BL / 6-Hintergrund wurden auf einem 12-Hell-Dunkel-Zyklus mit beibehalten ad libitum Nahrung und Wasser. Alle Studien wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien durchgeführt, die von den Institutional Animal Care and Use Committees der University of Maryland School of Medicine und der Icahn School of Medicine am Mount Sinai aufgestellt wurden. Männliche Mäuse (Alter 8 Wochen) wurden für alle Experimente verwendet. Alle Mäuse wurden perfundiert und die Gehirne wurden am Nachmittag des Lichtzyklus gesammelt. Hemizygote D1-GFP und D2-GFP Es wurde gezeigt, dass Mäuse auf einem C57BL / 6- oder FVB / N-Hintergrund in Bezug auf das Verhalten, die Physiologie von D1-MSNs und D2-MSNs sowie die Entwicklung der MSNs (Lobo et al., 2006; Chan et al., 2012; Nelson et al., 2012). Darüber hinaus sind die Gesamtmuster der ΔFosB-Induktion, die in dieser Studie beobachtet wurden, vergleichbar mit denen, die bei Wildtyptieren mit nicht zelltypselektiven Werkzeugen beobachtet wurden (z. B. Perrottiet al., 2004, 2008).

Kokain-Behandlung.

D1-GFP (n = 4 pro Behandlung) und D2-GFP (n = 4 pro Behandlung) Mäuse erhielten täglich 7 intraperitoneale Injektionen von Kokain (20 mg / kg) oder 0.9% Kochsalzlösung in den Heimkäfig. Für 1- oder 3 d-Kokain (20 mg / kg) Injektionen erhielten die Mäuse 6 oder 4 d 0.9% Kochsalzlösungsinjektionen gefolgt von 1 bzw. 3 d Kokaininjektionen. Alle Mäuse wurden nach der letzten Injektion mit 24 h perfundiert. Diese Kokaindosis wurde basierend auf früheren Studien ausgewählt (z. B. Maze et al., 2010).

Haloperidol Behandlung.

D1-GFP (n = 3 oder 4 pro Behandlung) und D2-GFP (n = 4 pro Behandlung) erhielten die Mäuse Haloperidol (2 mg / kg) im Trinkwasser, pH 6.0 (Narayanet al., 2007) oder normales Trinkwasser, pH 6.0, für 3-Wochen (21 d). Mäuse wurden am Tag 22 perfundiert.

Morphin-Behandlung.

D2-GFP Mäuse (n = 4 oder 5 pro Behandlung) wurden kurz mit Isofluran anästhesiert und subkutane Implantate von Morphin (25 mg) oder Scheinpellets an Tag 1 und Tag 3 wie zuvor beschrieben (Mazei-Robison et al., 2011). Mäuse wurden am Tag 5 perfundiert.

Ethanol-Behandlung.

D2-GFP Mäuse (n = 4 oder 5 pro Behandlung) wurden 10% Ethanol (EtOH) ausgesetzt, einer Dosis, die C57BL / 6 nachweislichYoneyama et al., 2008). Die Mäuse erhielten einen Zwei-Flaschen-Auswahltest für 10% EtOH (Flasche A) und Wasser (Flasche B), während D2-GFP Kontrollen erhielten Wasser in beiden Flaschen (Flasche A und B) für 10 d. Alle Mäuse, die EtOH-Flaschen erhielten, zeigten eine Präferenz für EtOH, wie berechnet durch (100 × Volumen der Flasche A / [Volumen der Flasche A + Volumen der Flasche B]). Mäuse, die die 10% EtOH-Flasche erhielten, verbrauchten im Vergleich zu Wasser signifikant mehr EtOH, während Mäuse, die Wasser in beiden Flaschen erhielten, keinen Unterschied im Flüssigkeitsverbrauch zeigten. Am Abend des Tages 10 erhielten alle Mäuse normales Trinkwasser und wurden am Tag 11 perfundiert.

Δ (9) -Tetrahydrocannabinol (Δ (9) -THC) Behandlung.

D2-GFP (n = 3 pro Behandlung) Mäuse erhielten zweimal täglich intraperitoneale Injektionen von Δ (9) -THC (10 mg / kg) oder Vehikel (0.9% Kochsalzlösung mit 0.3% Tween) für 7 d (Perrottiet al., 2008). Die Mäuse wurden nach der letzten Injektion 24 h perfundiert.

Kokain-Selbstverwaltung.

D2-GFP Mäuse (n = 4 oder 5 pro Behandlung) wurden zunächst auf Hebelpressen für 20 mg Saccharosepellets mit einem 1 (FR1) Verstärkungsplan bis zu einem festgelegten Verhältnis trainiert, bis ein Aufnahmekriterium von 30 Saccharosepellets für 3 konsekutive Testtage gemäß Standardverfahren erreicht wurde (Larson et al., 2010). Mäusen, die Hebelpresse lernten, wurde chirurgisch ein intravenöser Jugularkatheter implantiert, um eine anschließende intravenöse Verabreichung von Kokain zu ermöglichen. Eine Woche nach der Operation wurde den Mäusen das Selbstverwaltungs-Paradigma während der täglichen 2 h-Sitzungen auf einem FR1-Verstärkungsplan vorgestellt. Die Selbstverwaltungsausrüstung (Med Associates) wurde so programmiert, dass eine Reaktion auf den aktiven Hebel zur Abgabe (über 2.5 s) von Kokain (0.5 mg / kg / Infusion pro korrekter Hebelpresse) führte, während eine Reaktion auf den inaktiven Hebel erfolgte hatte keine programmierte Konsequenz. Mäuse verabreichten Kokain in einem FR1-Programm in täglichen 2 h-Sitzungen, 5 d pro Woche, für 3-Wochen. D2-GFP Mäuse, die 0.9% Kochsalzlösungsinjektionen über den äquivalenten Zeitraum erhielten, wurden als Kontrollen verwendet. Die Mäuse wurden 24 h nach der letzten Kokain- oder Kochsalzlösungs-Verabreichung perfundiert.

Heroin-Selbstverwaltung.

Vor der Heroin-Selbstverwaltung, D2-GFP Mäuse (n = 4 pro Behandlung) wurden in sieben täglichen 1 h-Sitzungen zu Hebelpressen für Schokoladenpellets (BioServ, Dustless Precision Pellets) geschult. Mäusen, die Hebelpresse lernten, wurde chirurgisch ein intravenöser Jugularkatheter implantiert, um die anschließende intravenöse Verabreichung von Heroin zu ermöglichen. Eine Woche nach der Operation wurden die Mäuse während der täglichen Sitzungen mit 3 h auf einem FR1-Bestrahlungsplan nach Standardverfahren in das Selbstverwaltungsparadigma eingeführt (Navarroet al., 2001). Die Selbstverwaltungsausrüstung (Med Associates) wurde so programmiert, dass eine Reaktion auf den aktiven Hebel zur Abgabe (über 5 s) von Heroin (30 & mgr; g / kg / Injektion; NIDA Drug Supply Program) führte, während eine Reaktion auf den Inaktiven erfolgte Hebel hatte keine programmierten Konsequenzen. Die Tiere erhielten Zugang zu dem von Heroin selbstverwalteten Verfahren für 14 d. D2-GFP Mäuse, die 0.9% Kochsalzlösungsinjektionen über den äquivalenten Zeitraum erhielten, wurden als Kontrollen verwendet. Die Mäuse wurden nach der letzten Heroin- oder Kochsalzlösungs-Verabreichung 24 h perfundiert.

Juvenile Umweltanreicherung.

D2-GFP (n = 4 pro Gruppe) Mäuse wurden am postnatalen Tag 21 (P21) unter Verwendung eines von Ratten adaptierten Paradigmas in eine angereicherte Umgebung oder normale Stallbedingungen entwöhnt (Green et al., 2010). Die angereicherte Umgebung bestand aus einem größeren Hamsterkäfig mit einer Anreicherungs- und Entbeinungs-Einstreu (Andersons Laboratory-Einstreu), die mit Anreicherungsvorrichtungen gefüllt war, die Mäusetunnel, Kuppel und Räder, Krabbelbälle, Hütten (Bio Serv) und anderes Spielzeug enthielten. Die Mäuse blieben für 4 Wochen bis zu P50 in den Wohnbedingungen und wurden dann perfundiert.

Saccharosebehandlung.

D2-GFP Mäuse (n = 4 oder 5 pro Behandlung) erhielten einen Zwei-Flaschen-Auswahltest für 10% Saccharose ähnlich einer früheren Studie (Wallaceet al., 2008). Die Mäuse erhielten 10% Saccharose (Flasche A) und Wasser (Flasche B), während D2-GFP Kontrollen erhalten Wasser in beiden Flaschen für 10 d. Alle Mäuse, die Saccharoseflaschen erhielten, zeigten eine Präferenz für Saccharose, wie berechnet durch (100 × Volumen der Flasche A / Volumen der Flasche A + Volumen der Flasche B). Mäuse, die die 10% Saccharose-Flasche erhielten, verbrauchten im Vergleich zu Wasser signifikant mehr Saccharose, während Mäuse, die Wasser in beiden Flaschen erhielten, keinen Unterschied im Flüssigkeitsverbrauch zeigten. Am Abend des Tages 10 erhielten alle Mäuse normales Trinkwasser und wurden am Tag 11 perfundiert.

Kalorienbeschränkung.

D2-GFP Mäuse (n = 4 pro Genotyp) durchliefen ein Kalorienrestriktionsprotokoll, in dem sie 60% erhalten hatten ad libitum Kalorien täglich (Vialou et al., 2011) für 10 d. D2-GFP Kontrollmäuse erhielten vollen Zugang zu Chow. Am Abend des Tages 10 erhielten alle Mäuse vollen Zugang zu Futter und wurden am Tag 11 perfundiert.

Soziale Niederlage Stress.

D2-GFP Mäuse (n = 4 oder 5 pro Gruppe) unterzog sich 10 d der sozialen Defizienz Stress wie zuvor beschrieben (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007). Mäuse wurden in einem großen Hamsterkäfig aggressiven CD1-Züchtern für 5 min ausgesetzt. Mäuse wurden dann für 24 h in demselben Käfig auf der anderen Seite eines perforierten Teilers untergebracht, um den sensorischen Kontakt aufrechtzuerhalten. Am nächsten Tag wurden die Mäuse unter den gleichen Bedingungen und unter gleichen Bedingungen einer neuen CD1-Maus ausgesetzt. Dies wurde für 10 d jeden Tag mit einem neuen CD1 wiederholt. Kontrollmäuse wurden unter ähnlichen Bedingungen ohne Streßbelastung gehalten. Die Mäuse wurden am Tag 11 auf soziale Interaktion getestet. Die Mäuse wurden zuerst auf die Zeit getestet, die sie mit einer neuen Kammer in einer offenen Feldbox verbracht hatten, ohne dass eine andere Maus vorhanden war (kein Ziel), und anschließend auf die Zeit getestet, die sie mit einer neuartigen CD1-Maus (Ziel) verbracht hatten (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007). Die Mäuse wurden auf der Grundlage zuvor beschriebener Parameter in anfällige oder belastbare Gruppen getrennt (Krishnan et al., 2007). Dies umfasste die Gesamtzeit, die mit der neuartigen Maus verbracht wurde, und das Interaktionsverhältnis: (Zeit, die mit Ziel / Zeit verbracht wurde, die ohne Ziel verbracht wurde) × 100. Diese Maßnahme zeigt nachweislich zuverlässig anfällige und belastbare Gruppen und korreliert stark mit anderen Verhaltensunterschieden (Krishnan et al., 2007). Alle Mäuse wurden 24 h nach dem Test der sozialen Interaktion (48 h nach der letzten Episode der sozialen Niederlage) perfundiert.

Fluoxetin-Behandlung.

D2-GFP Mäuse (n = 3 oder 4 pro Gruppe) erhielten täglich 14 intraperitoneale Injektionen von Fluoxetin (20 mg / kg) oder Vehikel (0.9% Kochsalzlösung mit 10% Cyclodextrin) (Berton et al., 2006). Die Mäuse wurden nach der letzten Injektion 24 h perfundiert.

Stereotaxische Chirurgie.

D2-GFP Die Mäuse wurden mit Ketamin (100 mg / kg) / Xylazin (10 mg / kg) anästhesiert, in ein stereotaktisches Kleintier-Instrument gegeben und ihre Schädeloberfläche wurde freigelegt. Dreiunddreißig-Gauge-Spritzennadeln wurden verwendet, um 0.5-1 & mgr; l mit einer Rate von 0.1 & mgr; l pro Minute Virus bilateral in den ventralen tegmentalen Bereich (VTA), den medialen präfrontalen Kortex (mPFC), den Amygdala oder den ventralen Hippocampus ( vHippo). AAV [Adeno-assoziiertes Virus] -hSyn-ChR2 [Kanalrhodopsin 2] -EYFP oder AAV-hSyn-EYFP wurde in die VTA von. Infundiert D2-GFP Mäuse (n = 5 pro Gruppe) an stereotaktischen Koordinaten (anterior-posterior, -3.3 mm; lateral-medial, 0.5 mm; dorsal-ventral, -4.4 mm, 0 ° Winkel). Es folgte eine beidseitige Kanüle (26-Gauge) mit einer Länge von 3.9 mm, Implantation über die VTA (anterior-posterior, -3.3 mm; lateral-medial, 0.5 mm; dorsal-ventral, -3.7 mm) (Koo et al., 2012; Chaudhury et al., 2013). AAV-CaMKII-ChR2-mCherry oder AAV-CaMKII-mCherry wurden in den mPFC injiziert (n = 4 oder 5 pro Gruppe), Amygdala (n = 3 oder 4 pro Gruppe) oder vHippo (n = 3 oder 4 pro Gruppe) von D2-GFP Mäuse gefolgt von der Implantation von 105 & mgr; m chronisch implantierbaren optischen Fasern (Sparta et al., 2011). Die Koordinaten waren wie folgt: mPFC (infralimbic wurde abgezielt, aber wir beobachteten Spillover von Virus in prälimbische Regionen: anterior-posterior, 1.7 mm; lateral-medial, 0.75 mm; dorsal-ventral, -2.5 mm, 15 ° Winkel) und optische Faser (dorsal-ventral, -2.1 mm); Amygdala (basolaterale Amygdala wurde ins Visier genommen, aber wir beobachteten Spillover von Virus in den zentralen Kern der Amygdala; anterior-posterior, -1.6 mm; lateral-medial, 3.1 mm; dorsal-ventral, -4.9 mm, 0 ° Winkel) und Optik Faser (dorsal-ventral, -4.9 mm); vHippo (ventrales Subiculum wurde ins Visier genommen, aber wir beobachteten Spillover von Virus in andere Regionen des ventralen Hippocampus; anterior-posterior, -3.9 mm; lateral-medial, 3.0 mm; dorsal-ventral, -5.0 mm, 0 ° Winkel) und optische Faser (dorsal-ventral, -4.6 mm).

Optogenetische Bedingungen.

Für in vivo Englisch: www.opus-bayern.de/uni-wuerzburg/fr...s=2253&la=de Zur optischen Kontrolle des VTA - Neuronalbrandes wurde ein 200 - Kern - Kernfaser - Patchkabel zur Befestigung an der Kanüle modifiziert. Wenn die Faser an der Kanüle befestigt war, erstreckte sich die Spitze der Faser ~ 0.5 mm über die Kanüle (Lobo et al., 2010; Chaudhury et al., 2013). Für in vivo Optische Kontrolle von mPFC, Amygdala und vHippo neuronalem Brennen, ein 62.5 & mgr; m Splitfaser-Patchcord wurde an die implantierbaren Kopfträgerfasern (Sparta et al., 2011) angeheftet. Optische Fasern wurden über einen FC / PC-Adapter an eine blaue 473 nm-Laserdiode (Crystal Lasers, BCL-473-050-M) angeschlossen, und Lichtimpulse wurden durch einen Stimulator (Agilent, 33220A) erzeugt. Für VTA, blaues Licht (473 nm) phasische Impulse, 20 Hz für 40 ms (Chaudhury et al., 2013), wurden für 10 min einen Tag über 5 d geliefert. Für mPFC, Amygdala und vHippo wurden Blaulicht (473 nm) -Pulse, 20 Hz für 30 s, für 10 d am Tag 5 d geliefert. Eine leichte Abgabe trat in dem Heimkäfig auf und alle Mäuse wurden nach der letzten Lichtstimulation 24 h perfundiert.

In-vitro-Patch-Clamp-Elektrophysiologie.

Ganzzell-Aufzeichnungen wurden von VTA-Dopamin-Neuronen oder mPFC-glutamatergen Neuronen in akuten Hirnschnitten von Mäusen erhalten, denen oben genannte Viren injiziert wurden. Scheibenaufzeichnungen wurden an Mäusen mit keinem durchgeführt in vivo Stimulation, aber mit 1 d der Schnittstimulation (1 d) oder 4 d von in vivo Stimulation und 1 d der Schnittstimulation (5 d). Um Stress zu minimieren und gesunde Schnitte zu erhalten, wurden die Mäuse unmittelbar nach dem Einbringen in den Elektrophysiologiebereich anästhesiert und für 40-60 mit eiskaltem aCSF, der 128 mm NaCl, 3 mm KCl, 1.25 mm NaH enthielt, perfundiert2PO4, 10 mm d-Glucose, 24 mm NaHCO3, 2 mm CaCl2und 2 mm MgCl2 (mit 95% O2 und 5% CO2, pH 7.4, 295-305 mOsm). Akute Hirnschnitte, die mPFC oder VTA enthielten, wurden unter Verwendung eines Mikroslicer (Ted Pella) in kalter Saccharose-aCSF geschnitten, die durch vollständiges Ersetzen von NaCl mit 254 mm Sucrose und Sättigung mit 95% O erhalten wurde2 und 5% CO2. Die Scheiben wurden in einer Haltekammer mit einem CSF für 1h bei 37 ° C gehalten. Patchpipetten (3-5 MΩ) für den Ganzzellenstrom wurden mit einer internen Lösung gefüllt, die folgendes enthielt: 115 mm Kaliumgluconat, 20 mm KCl, 1.5 mm MgCl2, 10 mm Phosphokreatin, 10 mm HEPES, 2 mm Magnesium ATP und 0.5 mm GTP (pH 7.2, 285 mOsm). Ganzzell-Aufzeichnungen wurden unter Verwendung von aCSF bei 34 ° C (Flussrate = 2.5 ml / min) durchgeführt. Blaue Lichtstränge (20 Hz für mPFC oder phasische 20 Hz, 40 ms für VTA) wurden durch einen Stimulator erzeugt, der über einen FC / PC-Adapter mit einer 473 nm blauen Laserdiode (OEM) verbunden war und über ein 200 an mPFC- und VTA-Scheiben geliefert wurde optische Faser. Current-Clamp-Experimente wurden unter Verwendung des Multiclamp-700B-Verstärkers durchgeführt, und die Datenerfassung wurde in pClamp 10 (Molecular Devices) durchgeführt. Der Serienwiderstand wurde während der Experimente überwacht und die Membranströme und -spannungen wurden bei 3 kHz (Bessel-Filter) gefiltert.

Immunhistochemie.

Die Mäuse wurden mit Chloralhydrat anästhesiert und mit 0.1 m PBS perfundiert, gefolgt von 4% Paraformaldehyd in PBS. Die Gehirne wurden über Nacht in 4% Paraformaldehyd postfixiert und dann in 30% Saccharose cyrokonserviert. Die Gehirne wurden auf einem Kryostaten (Leica) bei 35 & mgr; m in PBS mit 0.1% Natriumazid geschnitten. Für die Immunhistochemie wurden die Schnitte in 3% normalem Eselserum mit 0.01% Triton-X in PBS für 1 h auf dem Schüttler bei Raumtemperatur blockiert. Die Schnitte wurden dann in primären Antikörpern in Block über Nacht auf dem Schüttler bei Raumtemperatur inkubiert. Die verwendeten Antikörper waren die folgenden: Kaninchen-Anti-FosB (1: 2000, Katalog # sc-48, Santa Cruz Biotechnology), Maus-Anti-NeuN (1: 1000, Katalog #MAB377, Millipore), Huhn-Anti-GFP (1: 5000 , Katalog # 10-20, Aves) und Kaninchen-anti-CREB (cAMP-Antwortelement-bindendes Protein; 1: 1000, Katalog # 06-863, Millipore). Am nächsten Tag wurden die Schnitte in PBS gespült, gefolgt von einer 1 h-Inkubation in sekundären Antikörpern: Esel-Anti-Kaninchen-Cy3, Esel-Anti-Maus-Cy5 und Esel-Anti-Huhn-DyLight-488 oder Alexa-488 (Jackson ImmunoResearch Laboratories). Für die mCherry- und Tyrosin-Hydroxylase-Immunhistochemie wurden Experimente wie zuvor beschrieben durchgeführt (Lobo et al., 2010; Mazei-Robison et al., 2011). Die Schnitte wurden in PBS gespült, auf Objektträger aufgebracht und mit Deckgläsern versehen.

Bildgebung und Zellzählung.

Die Immunfluoreszenz wurde auf einem konfokalen Mikroskop Zeiss Axioscope oder Olympus Bx61 abgebildet. Die Zellzählung wurde mit der ImageJ-Software durchgeführt. Bilder, die das Bregma 1.42-1.1 von NAc (Kern und Hülle) und das dorsale Striatum abtasten, wurden aus 2- oder 3-Gehirnschnitten / Tier entnommen (siehe Abb. 1A). Eine Gesamtzahl von 400-500-Zellen wurde pro Gehirnregion pro Maus unter Verwendung von 250 & mgr; m × 250 & mgr; m-Bildern gezählt. Die Zellen wurden unter Verwendung von ImageJ-Software ähnlich einer früheren Studie (Lobo et al., 2010). Ungefähr 400-500-Gesamt-NeuN-Zellen wurden pro Hirnregion pro Maus und dann die Anzahl an GFP gezählt+, GFP+: ΔFosB+, GFP-und GFP-: ΔFosB+ Zellen wurden in jeder Region gezählt. Die Daten wurden wie folgt quantifiziert: (GFP+: ΔFosB+ Neuronen × 100%) / (Gesamt - GFP+ Neuronen) und (GFP-: ΔFosB+ Neuronen × 100%) / (Gesamt - GFP- Neuronen). Statistische Analysen wurden mit GraphPad Prism Software durchgeführt. Zwei-Wege-ANOVAs gefolgt von Bonferroni-Post-Tests wurden für alle Zellzählungsanalysen verwendet.

Abbildung 1.  

Chronisches Kokain induziert ΔFosB selektiv in D1-MSNs in striatalen Regionen. AStriatum-Schnitte von Bregma + 1.42 bis + 1.10 wurden für die Zellzählung verwendet. Bild von a D2-GFP striataler Schnitt zeigt die drei untersuchten striatalen Regionen: NAc-Kern, ...

Ergebnisse

ΔFosB wird differentiell in D1-MSNs und D2-MSNs nach wiederholter Exposition gegenüber Kokain gegenüber Haloperidol induziert

Wir untersuchten zunächst die ΔFosB - Induktion in MSN - Subtypen in D1-GFP und D2-GFP Mäuse, die chronische Kokain-Bedingungen verwendeten, von denen zuvor gezeigt wurde, dass sie vorzugsweise ΔFosB-Protein in D1-MSNs induzieren (Moratalla et al., 1996). D1-GFP und D2-GFP BAC-transgene Mäuse, die unter dem D1- oder D2-Rezeptor-Gen verstärkt grün fluoreszierendes Protein exprimieren (Abb. 1A) erhielten intraperitoneale Injektionen von Kokain (20 mg / kg) oder Kochsalzlösung für 7 d, und die Gehirne wurden 24 h nach der letzten Injektion (Abb. 1B). Wir führten dann Immunhistochemie an Gehirnschnitten unter Verwendung von Antikörpern gegen NeuN, GFP oder FosB durch und bebilderten und zählten Zellen in NAc-Kern, NAc-Schale und dStr (Abb. 1A,C). Während der Anti-FosB-Antikörper Volllängen-FosB und -FosB erkennt, haben zahlreiche Studien unter Verwendung von Western-Blotting oder Immunhistochemie bestätigt, dass & Dgr; FosB die einzige nachweisbare Spezies ist, die am 24 h-Entnahmezeitpunkt vorhanden ist (z. B. Perrottiet al., 2008). Wir verwendeten daher den 24 h oder einen längeren Zeitpunkt, um nach allen Bedingungen in dieser Studie Gehirne zu sammeln, um sicherzustellen, dass nur ΔFosB detektiert wird. Da striatale MSNs ~ 95% aller Neuronen im Striatum umfassen, verwendeten wir NeuN-Immunmarkierung, um das GFP zu identifizieren- Neuronen, die im gegenüberliegenden MSN-Subtype angereichert sind (zB D2-MSNs im D1-GFP Mäuse und D1-MSNs in der D2-GFP Mäuse). Wir haben das gefunden D1-GFP Mäuse, die mit Kokain behandelt wurden, zeigen eine signifikante Induktion von ΔFosB in GFP+/ NeuN+ Neuronen (D1-MSNs) in NAc-Kern, NAc-Shell und dStr, während GFP-/ NeuN+ Zellen (D2-MSNs) zeigten keine signifikante Induktion von ΔFosB in allen striatalen Regionen (Abb. 1D): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp F(1,12) = 16.41, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: Arzneimittel × Zelltyp F(1,12) = 12.41, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.001; dStr: Medikament × Zelltyp F(1,12) = 12.07, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01. In Übereinstimmung mit diesen Befunden beobachteten wir in D2-GFP Mäuse keine signifikante Induktion von ΔFosB in GFP+/ NeuN+ Neuronen (D2-MSNs), aber eine signifikante Induktion von ΔFosB in GFP-/ NeuN+ (D1-MSNs) in allen striatalen Regionen nach Kokainbehandlung (Abb. 1D): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp F(1,12) = 15.76, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.0001; NAc-Schale: Medikament × Zelltyp: F(1,12) = 20.33, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; dStr: Medikament × Zelltyp: F(1,12) = 35.96, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.001. Wir untersuchten die Kinetik der ΔFosB-Induktion in MSNs nach 1, 3 oder 7 Tagen Kokaininjektionen (20 mg / kg, ip). Wir beobachteten eine signifikante Induktion von ΔFosB in D1-MSNs mit 3 oder 7 Tagen Kokainbehandlung im Vergleich zur Kochsalzbehandlung in allen striatalen Regionen (Abb. 1F): repräsentativer Graph von dStr; Zweiwege-ANOVA, Zelltyp × Tag F(2,13) = 17.87, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.01, p <0.001. Dies stimmt mit dem zeitlichen Verlauf der ΔFosB-Akkumulation im Striatum überein, der zuvor durch Western Blot (Hope et al., 1994) und bestätigt die selektive Induktion von ΔFosB ausschließlich in D1-MSNs während einer Kokain-Exposition.

Als nächstes untersuchten wir die Induktion von ΔFosB durch Immunhistochemie bei MSN-Subtypen nach chronischer Haloperidol-Exposition (Abb. 2). Frühere Arbeiten wiesen indirekt darauf hin, dass chronisches Haloperidol ΔFosB bevorzugt in D2-MSNs induzieren könnte (Hiroi und Graybiel, 1996; Atkins et al., 1999), obwohl dies bisher nicht direkt untersucht wurde. D1-GFP und D2-GFP Mäuse erhielten Haloperidol (2 mg / kg) im Trinkwasser, pH 6.0, während D1-GFP und D2-GFP Kontrollmäuse erhielten regelmäßig Trinkwasser, pH 6.0, für 21 d (3-Wochen) und Gehirne wurden am Tag 22 gesammelt (Abb. 2A). Wie bei Kokain wissen wir, dass die gesamte FosB-ähnliche Immunoreaktivität im Striatum zu diesem Zeitpunkt ΔFosB und nicht FosB voller Länge darstellt (Atkins et al., 1999). Wir haben das gefunden D1-GFP Mäuse, die Haloperidol erhielten, zeigten keine signifikante Induktion von ΔFosB in GFP+/ NeuN+ Neuronen (D1-MSNs) in NAc-Kern, NAc-Shell oder dStr; jedoch wurde ein signifikanter Anstieg von ΔFosB in GFP beobachtet-/ NeuN+ Neuronen (D2-MSNs) in allen striatalen Regionen (Abb. 2B,C): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp: F(1,10) = 23.29, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: Medikament: Medikament × Zelltyp: F(1,10) = 30.14, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; dStr: Medikament × Zelltyp: F(1,10) = 37.63, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.0001. Dies wurde durch Prüfung von bestätigt D2-GFP Mäuse: Wir beobachteten eine signifikante Induktion von ΔFosB in GFP+/ NeuN+ Neuronen (D2-MSNs) in allen drei striatalen Regionen, jedoch keine signifikante Änderung von ΔFosB in GFP-/ NeuN+ (D1-MSNs) nach Haloperidolbehandlung (Abb. 2B,C): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp: F(1,12) = 24.30, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.05; NAc-Schale: Medikament × Zelltyp: F(1,12) = 26.07, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.001; dStr: Medikament × Zelltyp: F(1,12) = 21.36, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.01. Angesichts dessen, dass wir in beiden Fällen ein ähnliches Muster der ΔFosB-Induktion in D1-MSNs durch wiederholte Kokainexposition beobachteten D1-GFP (GFP+/ NeuN+) und D2-GFP (GFP-/ NeuN+) Mäuse und durch wiederholte Haloperidol in D2-MSNs in D1-GFP (GFP-/ NeuN+) und D2-GFP (GFP+/ NeuN+) Mäuse, der Rest unserer Experimente verwendet D2-GFP Mäuse zur Untersuchung der ΔFosB-Induktion in D1-MSNs (GFP-/ NeuN+) und D2-MSNs (GFP+/ NeuN+) nach anderen chronischen Reizen.

Abbildung 2.  

Chronisches Haloperidol induziert selektiv ΔFosB in D2-MSNs in striatalen Regionen. A, Zeitverlauf von 21 d Behandlung von Haloperidol (2 mg / kg, im Trinkwasser) oder Wasser. B, Immunhistochemie der NAc - Schale von D1-GFP und D2-GFP Mäuse nach Haloperidol ...

Als Kontrolle untersuchten wir die CREB-Expression in den Kokain- und Haloperidol-Bedingungen, um festzustellen, ob unsere Ergebnisse auf andere Transkriptionsfaktoren verallgemeinert werden konnten (Abb. 3). Wir beobachteten keinen signifikanten Unterschied in der CREB-Expression zwischen Kontroll- und arzneimittelbehandelten Mäusen. Außerdem haben wir keinen Unterschied in CREB-Levels zwischen D2-MSNs und D1-MSNs festgestellt (Abb. 3B,C).

Abbildung 3.  

Chronisches Kokain oder Haloperidol induziert CREB in MSN-Subtypen nicht. AImmunfärbung für CREB und GFP im Striatum von D2-GFP Mäuse nach chronischem Kokain oder chronischem Haloperidol (Abb. 1 und Und22 Legenden für medikamentöse Behandlungen). Maßstabsbalken, 50 μm. ...

Deutliche Muster der ΔFosB-Induktion in MSN-Subtypen durch Missbrauchsdrogen

Weil frühere Studien gezeigt haben, dass andere Drogen missbrauch in striatalen Subregionen (Perrottiet al., 2008) untersuchten wir ΔFosB in MSN-Subtypen nach chronischer Exposition gegenüber Opiaten, EtOH oder Δ (9) -THC. Wir untersuchten zuerst, ob chronische Morphin-Exposition ΔFosB in spezifischen MSN-Subtypen über striatale Regionen induziert. D2-GFP Die Mäuse erhielten an den Tagen 25 und 1 zwei subkutane Implantate eines Sham- oder Morphin-Pellets (3 mg), und die Gehirne wurden am Tag 5 (Abb. 4A) wenn ΔFosB, nicht aber FosB induziert wird (Zachariouet al., 2006). Im krassen Gegensatz zu Kokain zeigten beide MSN-Subtypen einen signifikanten (und ungefähr vergleichbaren) Anstieg von ΔFosB in NAc-Kern, NAc-Schale und dStr in der Morphin-Gruppe im Vergleich zu Scheinkontrollen, wobei keine differentielle Zellsubtyp-Induktion von ΔFosB über das gesamte Striatum hinweg beobachtet wurde Regionen (Abb. 4A): Zweiweg-ANOVA; NAc-Kern: Droge F(1,14) = 75.01, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN); NAc-Schale: Droge F(1,14) = 62.87, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN); dStr: Droge F(1,14) = 60.11, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN).

Abbildung 4.  

Drogenmissbrauch induziert ΔFosB in MSN-Subtypen in striatalen Regionen. A, Behandlung mit chronischem Morphin (25 mg Pellets an den Tagen 1 und 3) in D2-GFP Mäuse führen zu einer signifikanten Induktion von ΔFosB in beiden MSN-Subtypen in NAc-Kern, NAc-Schale und dStr ...

Als nächstes untersuchten wir das Muster der Induktion von ΔFosB in MSN-Subtypen nach chronischer Exposition gegenüber EtOH. D2-GFP Die Mäuse erhielten einen Zweiflaschen - Auswahltest für 10% EtOH (Flasche A) und Wasser (Flasche B), während D2-GFP Kontrollen erhielten Wasser in beiden Flaschen (Flaschen A und B), für 10 d und Gehirne wurden am Tag 11 gesammelt (Abb. 4B). Mäuse, die die 10% EtOH-Flasche erhielten, verbrauchten im Vergleich zu Wasser signifikant mehr EtOH, während Mäuse, die Wasser in beiden Flaschen erhielten, keinen Unterschied beim Flüssigkeitsverbrauch zeigten (Abb. 4B): Präferenz für Flasche A Wassergruppe: 50.00 ± 4.551%, EtOH-Gruppe: 84.44 ± 8.511%; Studenten t Test p <0.05. Die chronische EtOH-Verabreichung führte zu einer signifikanten Induktion von ΔFosB selektiv in D1-MSNs im NAc-Kern, in der NAc-Hülle und in dStr, ohne dass sich die D2-MSNs änderten (Abb. 4B): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp: F(1,14) = 24.58, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.05; NAc-Schale: Medikament × Zelltyp: F(1,14) = 36.51, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; dStr: Medikament × Zelltyp: F(1,14) = 29.03, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.01.

D2-GFP Die Mäuse wurden ebenfalls zweimal täglich mit Δ (9) -THC (10 mg / kg, ip) für 7 d behandelt, und die Gehirne wurden nach der letzten Injektion 24 h gesammelt. Ähnlich den Kokain- und EtOH-Bedingungen beobachteten wir einen signifikanten Anstieg von ΔFosB in D1-MSNs in allen striatalen Regionen bei Mäusen, die chronische Δ (9) -THC (Abb. 3E): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp F(1,8) = 26.37, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: Medikament × Zelltyp: F(1,8) = 44.49, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.001; dStr: Medikament × Zelltyp F(1,8) = 29.30, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01.

Als nächstes untersuchten wir, ob das beobachtete Muster der ΔFosB-Induktion in MSN-Subtypen durch die Verabreichung von Kokain oder Opiaten durch Forscher in kontingenten Paradigmen auftritt, in denen sich Mäuse das Arzneimittel freiwillig verabreichen. Zuerst, D2-GFP Mäuse wurden darauf trainiert, Kokain (0.5 mg / kg / Infusion) auf einem FR1-Plan für 2 ha Tag für 3-Wochen selbst zu verabreichen und die Gehirne wurden 24 h nach der letzten Infusion (Abb. 4D), wenn bekannt ist, dass ΔFosB, nicht aber FosB induziert wird (Larson et al., 2010). Mäuse verbrachten wesentlich mehr Zeit mit dem Drücken des aktiven gegenüber dem inaktiven Hebels (Abb. 4D;; Studenten t Test p <0.01). Die durchschnittliche tägliche Kokain-Dosis betrug 19.1 mg / kg intravenös (Abb. 4D), ähnlich der oben verwendeten intraperitonealen Dosis 20 mg / kg (Abb. 1). Wie bei nicht-kontingenten Kokain-Exposition (Abb. 1), fanden wir, dass die Selbstverabreichung von Kokain eine signifikante Induktion von ΔFosB nur in D1-MSNs in allen striatalen Regionen im Vergleich zur Salinexposition verursachte (Abb. 4D): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp F(1,14) = 21.75, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: Medikament × Zelltyp: F(1,14) = 26.52, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; dStr: Medikament × Zelltyp F(1,14) = 33.68, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.001. Ebenso ähnlich wie bei einer nichtkontingenten Opiatexposition (Morphin) (Abb. 4A), wir haben das gefunden D2-GFP Mäuse, die selbst Heroin verabreichten (30 ug / kg pro Infusion), auf einem FR1-Plan 3 ha Tag für 2 Wochen 24 h nach der letzten Arzneimittelexposition untersucht, zeigten signifikante ΔFosB-Induktion sowohl in D2-MSNs als auch D1-MSNs in allen Striatalen Regionen (Abb. 4E): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Droge F(1,12) = 68.88, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN); NAc-Schale: Droge F(1,12) = 80.08, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN); dStr: Droge F(1,12) = 63.36, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p < 0.05 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN). Die durchschnittliche Tagesdosis für Heroin betrug 0.459 mg / kg, und Mäuse verbrachten signifikant mehr Zeit damit, den aktiven gegenüber dem inaktiven Hebel (Student's) zu drücken t Test p <0.05) (Abb. 4E).

Umgebungsanreicherung und appetitive Stimuli induzieren ΔFosB sowohl in D1-MSNs als auch in D2-MSNs

Weil frühere Studien gezeigt haben, dass natürliche Belohnungen ΔFosB in striatalen Regionen induzieren (Werme et al., 2002; Teegarden und Bale, 2007; Wallaceet al., 2008; Solinas et al., 2009; Vialou et al., 2011), mit Induktion durch Radlauf selektiv für D1-MSNs (Werme et al., 2002) untersuchten wir, ob die Induktion durch andere natürliche Belohnungen zelluläre Spezifität zeigte. Wir verwendeten zuerst ein Jugendbereicherungsparadigma, in dem D2-GFP Mäuse wurden in einer angereicherten Umgebung vom Absetzen (3-Wochen) für eine 4-Woche (Abb. 5A). Es wurde bereits früher gezeigt, dass dieser Ansatz ΔFosB in Maus-NAc und dStr (Solinas et al., 2009; Lehmann und Herkenham, 2011). Im Vergleich zu normalen Stallbedingungen erhöhte die angereicherte Umgebung ΔFosB in allen striatalen Regionen signifikant, aber nicht in einer zelltypspezifischen Weise, wobei eine vergleichbare Induktion in D1-MSNs und D2-MSNs beobachtet wurde (Abb. 5A): Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Umwelt F(1,12) = 89.13, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.0001 (D2-MSN), p <0.0001 (D1-MSN); NAc-Shell: Umgebung F(1,12) = 80.50, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.001 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN); dStr: Umgebung F(1,12) = 56.42, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: p <0.05 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN).

Abbildung 5.  

Umgebungsanreicherung und appetitive Stimuli induzieren ΔFosB in beiden MSN-Subtypen. A, D2-GFP Mäuse, die in einer angereicherten Umgebung, beginnend bei P21 für 4-Wochen, untergebracht waren, zeigen eine Induktion von & Dgr; FosB in beiden MSN-Subtypen über alle Striatum ...

Als nächstes untersuchten wir die ΔFosB-Expression in MSN-Subtypen nach chronischen Appetitreizen. Wir haben zuerst die Auswirkungen von chronischem Saccharosetrinken getestet, von dem zuvor gezeigt wurde, dass es ΔFosB in Ratten-NAc induziert (Wallaceet al., 2008). D2-GFP Die Mäuse erhielten einen Zweiflaschen - Auswahltest für 10% Sucrose (Flasche A) und Wasser (Flasche B), während D2-GFP Kontrollen erhielten Wasser in beiden Flaschen (Flasche A und B) für 10 d und Gehirne wurden am Tag 11 gesammelt (Abb. 5B). Mäuse, die 10% Saccharose erhielten, nahmen signifikant mehr Saccharose auf, während Mäuse, die Wasser in beiden Flaschen erhielten, keinen Unterschied im Flüssigkeitsverbrauch aufwiesen (Abb. 5B): Präferenz für Flasche A, Wasser: 50.00 ± 4.749%, Saccharose: 89.66 ± 4.473%; Studenten t Test p <0.001. Wir fanden heraus, dass chronischer Saccharoseverbrauch ΔFosB im NAc-Kern, in der NAc-Schale und in dStr induzierte und dass dies in beiden MSN-Subtypen auftrat (Abb. 5B): Zwei-Wege-ANOVA, NAc-Kern: Behandlung F(1,12) = 76.15 p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); NAc-Schale: Behandlung F(1,12) = 63.35, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.05 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); dStr: Behandlung F(1,12) = 63.36, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN).

Schließlich untersuchten wir die ΔFosB-Expression in MSN-Subtypen nach einer Kalorienrestriktion, da zuvor gezeigt wurde, dass dieser Zustand, der die lokomotorische Aktivität und den motivationalen Zustand erhöht, die ΔFosB-Spiegel in Maus-NAc erhöht (Vialou et al., 2011). D2-GFP Mäuse durchliefen ein kalorienreduziertes Protokoll, in dem sie 60% davon erhielten ad libitum Kalorien täglich für 10 d und Gehirne wurden am Tag 11 gesammelt (Abb. 5C). Kalorienrestriktion erhöhte ΔFosB-Spiegel in NAc-Kern und NAc-Schale, wie zuvor gezeigt (Vialou et al., 2011) und erhöhte ΔFosB-Spiegel in dStr. Wir beobachteten jedoch keine differentielle Induktion in D1-MSNs gegenüber D2-MSNs (Abb. 5C): Zwei-Wege-ANOVA, NAc-Kern: Behandlung F(1,12) = 67.94 p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.01 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); NAc-Schale: Behandlung F(1,12) = 67.84, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.001 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); dStr: Behandlung F(1,12) = 82.70, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.001 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN).

Chronischer sozialer Stress und antidepressive Behandlung verursachen eine differentielle Induktion von ΔFosB in MSN-Subtypen

Wir haben zuvor gezeigt, dass ΔFosB in NAc von Mäusen nach chronischer sozialer Niederlage erhöht ist (Vialou et al., 2010). Obwohl diese Induktion sowohl in empfänglichen Mäusen (jene, die schädliche Folgen der Belastung zeigen) als auch in Mäusen, die elastisch sind (diejenigen, die den meisten dieser schädlichen Wirkungen entgehen) beobachtet wurde, war die ΔFosB-Induktion in der elastischen Untergruppe grßer und wurde direkt gezeigt einen Zustand der Widerstandsfähigkeit vermitteln. In der vorliegenden Studie fanden wir bemerkenswerte zelluläre Spezifität für die Induktion von ΔFosB in diesen beiden phänotypischen Gruppen. D2-GFP Mäuse wurden 10 d einer sozialen Stressbelastung ausgesetzt und auf der Grundlage eines Maßes sozialer Interaktion in anfällige und belastbare Populationen aufgeteilt (Abb. 6A), die stark mit anderen Verhaltenssymptomen korreliert (Krishnan et al., 2007). Mäuse, die nach Stress bei sozialer Niederlage ein anfälliges Verhalten entwickelten, zeigten eine signifikante Induktion von ΔFosB in D2-MSNs in NAc-Kern, NAc-Schale und dStr im Vergleich zu Kontroll- und belastbaren Mäusen, ohne Induktion in D1-MSNs. Im Gegensatz dazu zeigten resiliente Mäuse eine signifikante ΔFosB-Induktion in D1-MSNs über alle striatalen Regionen im Vergleich zu empfänglichen Mäusen und Kontrollmäusen, wobei keine Induktion in D2-MSNs auftrat (Abb. 6A; Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Gruppe × Zelltyp F(1,20) = 20.11, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: D2-MSN / anfällig p <0.05, D1-MSN / elastisch p <0.05; NAc-Shell: Gruppe × Zelltyp F(1,20) = 27.79, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: D2-MSN / anfällig p <0.001, D1-MSN / elastisch p <0.01; dStr: Gruppe × Zelltyp F(1,20) = 19.76, p <0.01, Bonferroni-Post-Test: D2-MSN / anfällig p <0.05, D1-MSN / elastisch p <0.01).

Abbildung 6.  

Chronischer sozialer Stress und chronisches Fluoxetin verursachen eine Induktion von ΔFosB in verschiedenen MSN-Subtypen im Striatum. A, D2-GFP die für einen 10 d-Verlauf der sozialen Schlagbeanspruchung anfällig sind, zeigen ΔFosB-Induktion in D2-MSNs in allen Striatalen ...

Die chronische Behandlung mit dem SSRI-Antidepressivum Fluoxetin kehrt das depressionsähnliche Verhalten um, das empfängliche Mäuse nach chronischer sozialer Stressbelastung aufweisen (Berton et al., 2006). Darüber hinaus induziert eine solche Behandlung ΔFosB in NAc sowohl von anfälligen als auch von Kontrollmäusen, und wir haben gezeigt, dass eine solche Induktion für die vorteilhaften Verhaltenseffekte von Fluoxetin erforderlich ist (Vialou et al., 2010). Wir untersuchten daher die zelluläre Spezifität der ΔFosB-Induktion nach Verabreichung von chronischem Fluoxetin. D2-GFP Mäuse erhielten Fluoxetin (20 mg / kg, ip) für 14 d, und die Gehirne wurden am Tag 15 (Abb. 6B). Wir beobachteten eine signifikante Induktion von ΔFosB in D1-MSNs, aber nicht in D2-MSNs, in mit Fluoxetin behandelten Mäusen im Vergleich zu Vehikel-Kontrollen (Abb. 6B; Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: Medikament × Zelltyp F(1,10) = 14.59, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: Medikament × Zelltyp: F(1,10) = 26.14, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; dStr: Medikament × Zelltyp F(1,10) = 8.19, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.001).

In vivo optogenetische Manipulation von NAc-afferenten Hirnregionen verursacht unterschiedliche Muster der ΔFosB-Induktion in striatalen Regionen und MSN-Subtypen

Angesichts der Tatsache, dass dopaminerge und glutamaterge afferente Inputs in NAc die Belohnungssuche erleichtern und depressionsähnliches Verhalten verändern können (Tsai et al., 2009; Covington et al., 2010; Adamantidis et al., 2011; Witten et al., 2011; Britt et al., 2012; Lammel et al., 2012; Stuber et al., 2012; Chaudhury et al., 2013; Kumaret al., 2013; Tye et al., 2013), untersuchten wir die Induktion von ΔFosB in striatalen MSN - Subtypen nach Manipulation der Aktivität einiger wichtiger afferenter Hirnregionen. Wir exprimierten ChR2 viral in jeder von mehreren Regionen und aktivierten sie wie zuvor beschrieben mit blauem Licht (473 nm) (Gradinaru et al., 2010; Yizhar et al., 2011). Weil eine kürzlich durchgeführte Studie gezeigt hat, dass phasische Stimulation mit blauem Licht nach nicht-zellselektiver Expression von ChR2 in VTA zu dem gleichen Verhaltensphänotyp führte wie die selektive pharmakologische Stimulierung von VTA-Dopaminneuronen durch ChR2 (Chaudhury et al., 2013) exprimierten wir ChR2 unter Verwendung von AAV-hsyn-ChR2-EYFP in VTA von D2-GFP Mäuse; Kontrollmäusen wurde AAV-hsyn-EYFP injiziert. VTA-Schnitte wurden mit Tyrosinhydroxylase und GFP coimmunfärbt, um die ChR2-EYFP-Expression sichtbar zu machen (Abb. 7C). D2-GFP Mäuse, die ChR2-EFYP oder EYFP alleine in VTA exprimieren, erhielten 5 d von 10 min der phasischen Blaulicht-Stimulation der VTA, wie zuvor beschrieben (Koo et al., 2012; Chaudhury et al., 2013) (Abb. 7A), und die Gehirne wurden 24 h nach der letzten Stimulation gesammelt. Es gab keine Desensibilisierung der Fähigkeit von ChR2, VTA-Dopamin-Neuronen nach 5 d der Stimulation zu aktivieren (Abb. 7B). Wir fanden, dass wiederholte phasische Stimulation von VTA-Neuronen, die ChR2-EYFP exprimieren, ΔFosB in beiden MSN-Subtypen im NAc-Kern erhöht, aber nur in D1-MSNs in NAc-Shell (Abb. 7C; Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: optogenetische Reize F(1,16) = 51.97, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.001; (beide MSN-Subtypen) NAc-Schale: optogenetische Stimuli × Zelltyp: F(1,16) = 13.82, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01). Wir beobachteten keine Induktion von ΔFosB in dStr nach phasischer Blaulichtstimulation für VTA-exprimierendes ChR2-EYFP im Vergleich zu EYFP-Kontrollen. Diese Ergebnisse sollten mit Vorsicht interpretiert werden, da wir nicht selektiv auf VTA-Dopamin-Neuronen zur optischen Stimulation abzielten. Neuere Studien haben nicht-dopaminerge Projektionsneuronen in VTA sowie eine beträchtliche Heterogenität des VTA gezeigt, die je nach Brand zu unterschiedlichen Verhaltensreaktionen führen kann Parameter und Subpopulationen der betroffenen Neuronen (Tsai et al., 2009; Lammel et al., 2011, 2012; Witten et al., 2011; Kim et al., 2012, 2013; Tan et al. 2012; van Zessen ua, 2012; Stamatakis und Stuber, 2012; Chaudhury et al., 2013; Tye et al., 2013).

Abbildung 7.  

Die optogenetische Aktivierung von Hirnregionen, die die NAc innervieren, verursacht unterschiedliche Muster der ΔFosB-Induktion in MSN-Subtypen und striatalen Regionen. A, Optogenetisches Stimulationsparadigma für alle Bedingungen. Die Gehirne wurden 24 h nach 5 d optogenetisch geerntet ...

Als nächstes verwendeten wir AAV-CaMKII-ChR2-mCherry und AAV-CaMKII-mCherry-Vektoren, um ChR2-mCherry oder mCherry allein als Kontrolle in mPFC, Amygdala oder vHippo von zu exprimieren D2-GFP Mäuse (Abb. 7D-F). Es wurde zuvor gezeigt, dass ChR2- und mCherry-Expression, die durch das CaMKII-ChR2-Virus vermittelt wird, mit der CaMKII-Expression kolokalisiert, die vorwiegend glutamaterge Neuronen markiert (Gradinaru et al., 2009; Warden et al., 2012). Wir aktivierten Zellen, die ChR2 in diesen Regionen exprimieren, mit 20 Hz Blaulicht für 10 min pro Tag für 5 d, und die Gehirne wurden 24 h nach der letzten Stimulation gesammelt (Abb. 7A). Dieses Stimulationsmuster löste ein ~ 27-33 Hz-Feuern aus, hauptsächlich aufgrund des beobachteten Doublet-Spikings. Bei 2 d der Stimulation trat keine offensichtliche Desensibilisierung von ChR5 auf; Wir beobachteten jedoch einen leichten Anstieg der Stimulation von 1 auf 5 d (32-33 Hz). Wir fanden, dass die optogenetische Aktivierung von mPFC-Neuronen zu einer Induktion von ΔFosB in D1-MSNs im NAc-Kern führte, während die Induktion von ΔFosB in beiden MSN-Subtypen in NAc-Shell (Abb. 7D; Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: optogenetische Reize × Zelltyp F(1,14) = 10.31, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: optogenetische Reize F(1,14) = 57.17, p <0.001, Bonferroni-Post-Test: p <0.05 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN)). Nach der Aktivierung von mPFC wurde in dStr keine Änderung der ΔFosB-Spiegel beobachtet. Im Gegensatz dazu induzierte die optogenetische Aktivierung von Amygdala-Neuronen ΔFosB in beiden MSN-Subtypen im NAc-Kern und selektiv in D1-MSNs in der NAc-Schale, ohne dass eine Änderung in dStr auftrat (Abb. 7E; Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: optogenetische Reize F(1,10) = 78.92, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.001 (D2-MSN), p <0.0001 (D1-MSN); NAc-Schale: optogenetische Stimuli × Zelltyp: F(1,10) = 30.31, p <0.0001, Bonferroni-Post-Test: p <0.0001). Schließlich verursachte die optogenetische Aktivierung von vHippo-Neuronen eine signifikante ΔFosB-Induktion nur in D1-MSNs sowohl im NAc-Kern als auch in der NAc-Schale, wobei wiederum keine Änderung in dStr beobachtet wurde (Abb. 7F; Zweiwege-ANOVA, NAc-Kern: optogenetische Reize × Zelltyp F(1,10) = 18.30, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01; NAc-Schale: optogenetische Stimuli × Zelltyp: F(1,10) = 22.69, p <0.05, Bonferroni-Post-Test: p <0.01).

Diskussion

Die vorliegende Arbeit untersucht die Induktion von ΔFosB in D1-MSNs und D2-MSNs in striatalen Regionen nach mehreren chronischen Reizen (Tabelle 1). Wir stellen zunächst die Machbarkeit der Nutzung fest D1-GFP und D2-GFP Reporterlinien zum Nachweis der selektiven ΔFosB-Induktion in D1-MSNs nach chronischem Kokain und in D2-MSNs nach chronischem Haloperidol. Die Kokainbefunde stimmen mit früheren Studien überein (Moratalla et al., 1996; Lee et al., 2006) und die etablierte Rolle von ΔFosB in D1-MSNs zur Förderung der Kokainbelohnung (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Grueter et al., 2013). Wir haben zuvor gezeigt, dass Investigator- und selbst verabreichtes Kokain ΔFosB in äquivalentem Ausmaß in NAc induziert (Winstanley et al., 2007; Perrottiet al., 2008), und vor allem zeigen wir hier, dass beide Arten der Kokainaufnahme ΔFosB selektiv in D1-MSNs in allen drei striatalen Regionen induzieren. Unsere Ergebnisse stimmen mit früheren Studien überein, die belegen, dass akutes Kokain nur bei D1-MSN andere unmittelbare frühe Gene und Phosphorylierung mehrerer intrazellulärer Signalproteine ​​induziert (Bateup et al., 2008; Bertran-Gonzalez et al., 2008). In ähnlicher Weise ist das entgegengesetzte Muster der ΔFosB-Induktion nach chronischem Haloperidol mit der Blockade dieser Induktion durch D2-ähnliche Rezeptoragonisten (Atkins et al., 1999) und mit akuter selektiver Induktion von frühen frühen Genen durch Haloperidol und Phosphorylierung mehrerer Signalproteine ​​in D2-MSNs (Bateup et al., 2008; Bertran-Gonzalez et al., 2008).

Tabelle 1.  

ΔFosB-Induktion in striatalen MSN-Subtypen nach chronischen pharmakologischen, emotionalen und optogenetischen Reizena

Wie bei Kokain fanden wir, dass die chronische Exposition gegenüber zwei anderen Drogen, EtOH und Δ (9) -THC, ΔFosB selektiv in D1-MSNs über alle striatalen Regionen induziert. Wir haben zuvor gezeigt, dass EtOH ΔFosB in NAc-Kern, NAc-Schale und dStr induziert, aber dass Δ (9) -THC ΔFosB in NAc-Kern signifikant hochreguliert, mit einem Trend in den anderen Regionen (Perrottiet al., 2008). Wir beobachteten hier ähnlich die größte Δ (9) -THC-Induktion von ΔFosB im NAc-Kern in D1-MSNs; Unsere Fähigkeit, Induktion in anderen striatalen Regionen zu zeigen, ist wahrscheinlich auf die zellspezifische Analyse zurückzuführen. Interessanterweise induzierte die chronische Morphin- und Heroin-Selbstverabreichung, im Gegensatz zu den anderen Drogen des Missbrauchs, ΔFosB in beiden MSN-Subtypen in einem vergleichbaren Ausmaß in allen striatalen Regionen. Eine aktuelle Studie zeigte, dass akutes Morphin c-Fos in D1-MSNs induziert, während Naloxon-präzipitierter Entzug nach chronischem Morphin c-Fos in D2-MSN induziert (Enoksson et al., 2012). Obwohl wir in unserer Studie keine Anzeichen von Opiatentzug beobachtet haben, ist es denkbar, dass eine subtilere Entzugserscheinung mit Morphin oder Heroin zum untersuchten Zeitpunkt für die hier beobachtete ΔFosB-Induktion in D2-MSN verantwortlich ist. Wir haben zuvor gezeigt, dass ΔFosB in D1-MSNs, nicht aber in D2-MSNs, lohnende Reaktionen auf Morphin erhöht (Zachariouet al., 2006). Es wäre nun interessant, die Möglichkeit zu testen, dass die ΔFosB-Induktion in D2-MSNs zu den aversiven Effekten des Opiatabbaus beiträgt. Ebenso sollte der mögliche Beitrag von Drogenentzug und Heißhunger auf ΔFosB-Induktion bei allen Drogen untersucht werden.

Frühere Studien zeigen, dass die Anreicherung der Umwelt während der Entwicklung ΔFosB in NAc und dStr (Solinas et al., 2009; Lehmann und Herkenham, 2011). Unsere Daten zeigen, dass diese Akkumulation gleichmäßig in D1-MSNs und D2-MSNs in allen striatalen Regionen auftritt. Es wurde bereits früher gezeigt, dass das Anreicherungsparadigma lohnende und lokomotorische Reaktionen auf Kokain abschwächt (Solinas et al., 2009); Dieser Verhaltensphänotyp ist jedoch wahrscheinlich keine Folge der ΔFosB-Akkumulation, da die ΔFosB-Induktion in D1-MSNs allein Verhaltensreaktionen auf Kokain verstärkt, während eine solche Induktion in D2-MSNs keine erkennbare Wirkung hat (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Grueter et al., 2013). Es wurde früher gezeigt, dass der chronische Saccharoseverbrauch ΔFosB in NAc erhöht, und die Überexpression von ΔFosB, entweder in D1-MSNs alleine oder in beiden Subtypen, in NAc erhöht den Saccharoseverbrauch (Olausson et al., 2006; Wallaceet al., 2008). Hier beobachteten wir vergleichbare ΔFosB-Induktion in beiden MSN-Subtypen in NAc und dStr nach Saccharose-Trinken. Schließlich zeigten wir früher, dass die Induktion von ΔFosB in NAc bestimmte adaptive Reaktionen auf Kalorienrestriktion durch erhöhte Motivation für fettreiche Nahrung und reduzierten Energieaufwand vermittelt (Vialou et al., 2011). Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass die ΔFosB-Akkumulation in NAc und dStr sowohl in D1-MSNs als auch in D2-MSNs als Reaktion auf mehrere natürliche Belohnungen auftritt. Dieser Befund ist überraschend angesichts der Beobachtung, dass sich ΔFosB in D1-MSNs erst nach einer anderen natürlichen Belohnung, chronischem Radlauf, akkumuliert und dass die Überexpression von ΔFosB in D1-MSNs den Radlauf verbessert, während die ΔFosB-Überexpression in D2-MSN den Radlauf verringert (Werme et al., 2002). Radlauf kann jedoch verschiedene motorische Bahnen aktivieren, die für sein unterschiedliches Muster der ΔFosB-Induktion verantwortlich sind. In jedem Fall deuten Ergebnisse mit den anderen natürlichen Belohnungen darauf hin, dass sie ΔFosB im Striatum im Vergleich zu stärkeren Arzneimittelbelohnungen, wie Kokain, EtOH und Δ (9) -THC, differentiell kontrollieren. Die ΔFosB-Induktion in beiden MSN-Subtypen unter diesen natürlichen Belohnungsbedingungen steht im Einklang mit einer neueren Studie, die zeigt, dass die Initiierung einer Aktion für eine Nahrungsmittelbelohnung beide MSN-Subtypen aktiviert (Cui et al., 2013).

Chronischer Streß der sozialen Niederlage induziert ΔFosB in der NAc-Schale von anfälligen und belastbaren Mäusen, aber im NAc-Kern nur in elastischen Mäusen (Vialou et al., 2010). Darüber hinaus fördert die ΔFosB-Überexpression in D1-MSNs die Widerstandsfähigkeit nach chronischem Stress bei sozialer Niederlage. Eine chronische Behandlung mit Fluoxetin verursacht auch eine ΔFosB-Akkumulation in NAc von stress-naiven Mäusen und in empfänglichen Mäusen nach chronischem Streß der sozialen Niederlage, und es wurde gezeigt, daß die ΔFosB-Überexpression unter diesen Bedingungen antidepressivartige Verhaltensreaktionen vermittelt (Vialou et al., 2010). Schließlich zeigte eine frühere Studie die Induktion von ΔFosB in beiden MSN-Subtypen nach chronischer Stressbelastung (Perrottiet al., 2004). Die Ergebnisse der vorliegenden Studie, in der wir in D1-MSNs in resistenten und mit Fluoxetin behandelten Mäusen, aber selektiv in D2-MSNs in anfälligen Mäusen eine selektive ΔFosB-Induktion zeigen, geben wichtige Einblicke in diese früheren Befunde und stützen die Hypothese, dass ΔFosB in D1- MSNs vermittelt Resilienz und antidepressive Wirkung, während ΔFosB in D2-MSNs Anfälligkeit vermitteln kann. Zur Überprüfung dieser Hypothese sind weitere Arbeiten erforderlich.

Jüngste Arbeiten mit Optogenetik zeigen die starke Rolle von dopaminergen und glutamatergen Afferenzen für NAc bei der Modulation von Belohnungs- und Stressantworten (siehe Ergebnisse). Wir verwenden diese optogenetischen Werkzeuge, um die ΔFosB-Induktion in D1-MSNs und D2-MSNs nach wiederholter Aktivierung von NAc-afferenten Regionen zu untersuchen. Wir fanden, dass phasische Stimulation von VTA-Neuronen oder Aktivierung von hauptsächlich glutamatergen Neuronen in Amygdala, ΔFosB in D1-MSNs in NAc-Schale und in beiden MSN-Subtypen in NAc-Kern induziert. Im Gegensatz dazu führt die Aktivierung von mPFC-Neuronen zu dem entgegengesetzten Muster der ΔFosB-Induktion mit erhöhten Spiegeln in D1-MSNs im NAc-Kern, aber Induktion in beiden MSN-Subtypen in der NAc-Schale. Schließlich verursacht die optogenetische Aktivierung von vHippo-Neuronen eine ΔFosB-Akkumulation nur in D1-MSNs in NAc-Kern und -Shell. Die vHippo-Ergebnisse stimmen mit neueren Studien überein, die zeigen, dass hippokampale Inputs im Vergleich zu D2-MSNs auf D1-MSNs viel schwächer sind (MacAskill et al., 2012) und dass diese Inputs die Kokain-induzierte Fortbewegung kontrollieren (Britt et al., 2012). Darüber hinaus ist unsere Demonstration der ΔFosB-Induktion überwiegend in D1-MSN mit allen Inputs konsistent mit früheren Studien, die zeigen, dass ΔFosB in D1-MSNs Belohnungsreaktionen auf Missbrauchsdrogen verstärkt, sowie Studien, die zeigen, dass optogenetische Stimulation von VTA-Dopaminneuronen oder von mPFC, Amygdala oder vHippo Terminals in NAc fördern Belohnung (Kelz et al., 1999; Zachariouet al., 2006; Tsai et al., 2009; Witten et al., 2011; Britt et al., 2012; Grueter et al., 2013).

Schließlich ist es wahrscheinlich, dass es innerhalb dieser zwei MSN-Subtypen selektive neuronale Ensembles gibt, die differentiell durch positive oder negative Stimuli aktiviert werden. Dies könnte für unsere Beobachtung der ΔFosB-Induktion in D2-MSNs unter bestimmten Belohnungsbedingungen (Opiate und natürliche Belohnungen) sowie für aversive (soziale Niederlage) Bedingungen verantwortlich sein. Striatum ist über MSN-Subtypen hinaus sehr heterogen, einschließlich Patch- und Matrixkompartimenten sowohl im dorsalen als auch im ventralen Striatum (Gerfen, 1992; Watabe-Uchida et al., 2012). Weiter zeigen frühere Studien die Aktivierung eines sehr kleinen Prozentsatzes striataler neuronaler Ensembles durch Psychostimulanzien mit verstärkter Induktion der FosB Gen in diesen aktivierten Neuronen (Guez-Barber et al., 2011; Liu et al., 2013), obwohl es unbekannt ist, ob diese aktivierten Neuronen D1-MSNs oder D2-MSNs sind. Die Funktion von & Dgr; FosB in Kern gegen Schale bei der Vermittlung von belohnenden und aversiven Verhaltensweisen ist ebenfalls unbekannt. Die ΔFosB-Überexpression in D1-MSNs erhöhte die stillen Synapsen sowohl im Core als auch in der Shell, aber die Expression in D2-MSNs reduzierte die stillen Synapsen nur in der Shell (Grueter et al., 2013). Ferner wird die Induktion von ΔFosB im Kern gegen die Schale wahrscheinlich durch verschiedene Mechanismen vermittelt, da wir eine Kokain-vermittelte CaMKIIα-Stabilisierung von ΔFosB in der Schale, aber nicht im Kern fanden, was zu einer größeren ΔFosB-Akkumulation in der Schale führt (Robison et al., 2013). Zukünftige Studien, die selektiv auf MSN-Subtypen in Core versus Shell, aktivierten neuronalen Ensembles oder Patch-Matrix-Kompartimenten abzielen, helfen dabei, die Verhaltensrolle von ΔFosB in diesen heterogenen Regionen zu definieren.

Insgesamt legen diese durch die Schaltung vermittelten zelltypselektiven Induktionsmuster von ΔFosB in NAc nahe, dass belohnende und stressige Stimuli unterschiedliche NAc-Afferenzen differentiell beeinflussen, um spezifische Merkmale dieser Stimuli zu kodieren. Unsere Ergebnisse liefern nicht nur einen umfassenden Einblick in die Induktion von ΔFosB in striatalen MSN-Subtypen durch chronische Stimuli, sondern illustrieren auch den Nutzen der Verwendung von ΔFosB als molekularer Marker, um die dauerhaften Effekte spezifischer neuronaler Schaltkreise auf die NAc-Funktion zu verstehen.

Fußnoten

Die Autoren erklären keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

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