DeltaFosB vermittelt epigenetische Desensibilisierung des c-fos-Gens nach chronischer Amphetamin-Exposition (2008)

Abstrakt

Die molekularen Mechanismen, die dem Übergang vom Freizeitdrogenkonsum zur chronischen Sucht zugrunde liegen, sind noch wenig erforscht. Ein Molekül, das an diesem Prozess beteiligt ist, ist ΔFosB, ein Transkriptionsfaktor, der sich nach wiederholter Arzneimittelexposition im Striatum ansammelt und sensibilisierte Verhaltensreaktionen auf Psychostimulanzien und andere Drogen vermittelt. Die nachgeschalteten Transkriptionsmechanismen, durch die ΔFosB drogeninduzierte Verhaltensweisen reguliert, sind unvollständig verstanden. Wir haben bereits über Chromatin-Remodelling-Mechanismen berichtet, durch die ΔFosB die Expression bestimmter Gene aktiviert, die Mechanismen, die der ΔFosB-vermittelten Gen-Repression zugrunde liegen, bleiben jedoch unbekannt. Hier identifizieren wir uns c-fos, ein unmittelbares frühes Gen, das nach Exposition mit Psychostimulantien schnell im Striatum induziert wird, als ein neues Downstream-Ziel, das durch ΔFosB unterdrückt wird. Wir zeigen, dass die Akkumulation von ΔFosB im Striatum nach chronischer Amphetaminbehandlung desensibilisiert c-fos mRNA-Induktion zu einer nachfolgenden Medikamentendosis. ΔFosB desensibilisiert c-fos Expression durch Rekrutierung von Histon Deacetylase 1 (HDAC1) an die c-fos Genpromotor, der wiederum umgebende Histone deacetyliert und die Genaktivität abschwächt. Demnach hebt lokales Knockout von HDAC1 im Striatum die Amphetamin-induzierte Desensibilisierung der Leber auf c-fos Gen. Zusammenfassend erhöht chronisches Amphetamin Histon H3 Methylierung auf der c-fos Promotor, eine Chromatinmodifikation, von der auch bekannt ist, dass sie die Genaktivität unterdrückt, sowie Expressionsspiegel der H3-Histonmethyltransferase, KMT1A / SUV39H1. Diese Studie zeigt einen neuartigen epigenetischen Weg auf, durch den ΔFosB verschiedene Transkriptionsprogramme und letztendlich die Verhaltensplastizität zu chronischer Amphetamin-Exposition vermittelt.

Stichwort: Sucht, Amphetamin, Striatum, Chromatin, Histonmodifikation, Genregulation

Einleitung

Wiederholter Konsum von Psychostimulanzien wie Amphetamin und Kokain führt häufig zu einem Übergang vom Konsumkonsum in einen chronisch abhängigen Zustand (). Ein Mechanismus, der an diesem Prozess beteiligt ist, umfasst den Transkriptionsfaktor & Dgr; FosB, ein hochstabiles Spleißprodukt des unmittelbaren frühen Gens fosB, die mit Proteinen der Jun-Familie zu funktionellen AP-1-Transkriptionskomplexen dimerisiert (). ΔFosB akkumuliert im Striatum nach mehrfacher Exposition gegenüber Missbrauchsdrogen mehrfach, und diese Akkumulation wurde mit einer erhöhten Kokainbelohnung, lokomotorischen Sensibilisierung und Selbstverabreichung in Verbindung gebracht (; ; ), die zusammen eine Rolle bei den neuralen Mechanismen beim Übergang zwischen Freizeit- und Drogenabhängigkeit vermuten lassen. Gemäß dieser Hypothese funktioniert ΔFosB in einer positiven Rückkopplungsschleife, indem das Drogensuchverhalten erhöht wird, was wiederum mehr ΔFosB induziert. Eine Schlüsselfrage ist, wie ΔFosB seine Auswirkungen auf drogenbezogene Verhaltensweisen vermittelt. Genomweite Microarray-Studien an Mäusen, die ΔFosB im Striatum überexprimieren, lieferten erste Einblicke in potentielle Downstream-Targets (). Diese Studie legt nahe, dass & Dgr; FosB abhängig von dem Zielgen als ein Transkriptionsaktivator oder Repressor dienen kann. Die Studie untersuchte jedoch Transkripte, die in einer Überexpressionsregulation reguliert wurden, so dass nicht klar ist, welches dieser Gene direkte, physiologische ΔFosB-Ziele sind.

Wir haben kürzlich die Cyclin-abhängige Kinase 5 (cdk5) Gen als direktes Ziel für endogenes ΔFosB, das fördert Cdk5 Transkription im Striatum (). Die Mechanismen, die bei der Repression von Zielgenen durch ΔFosB eine Rolle spielen, sind jedoch noch nicht bekannt. Ein attraktiver Kandidat ist c-fos, ein Gen, das durch akute Psychostimulanzien dramatisch, bei wiederholter Exposition jedoch nur schwach induziert wird (; ; ), wenn die Konzentrationen von ΔFosB- und ΔFosB-haltigen AP-1-Komplexen hoch sind (, ). Seit der c-fos Gen enthält eine AP-1-ähnliche Stelle in seinem proximalen Promotor (), ist es ein plausibler Kandidat für die ΔFosB-vermittelte Repression. Induktion von c-fos wird traditionell als ein früher Marker der neuralen Aktivierung angesehen, da es schnell und transient als Reaktion auf eine Vielzahl von Reizen induziert wird (). Die c-fos Gen ist auch wichtig für Verhaltensreaktionen auf Kokain, wie Mäuse fehlen c-fos in Dopamin-D1-Rezeptor-enthaltenden Neuronen, dem neuronalen Zelltyp, bei dem ΔFosB durch Psychostimulanzien induziert wird (), haben die Verhaltenssensibilisierung gegenüber Kokain reduziert (). Diese Ergebnisse veranlassten uns zu untersuchen, ob ΔFosB kontrolliert c-fos Genaktivität nach chronischer Amphetamin-Exposition. Wir beschreiben hier einen neuartigen epigenetischen Mechanismus, durch den sich die ΔFosB-Akkumulation in Reaktion auf chronisches Amphetamin zurück zur Desensibilisierung auswirkt c-fos Induktion zu nachfolgenden Arzneimitteldosen. Dieses neuartige Wechselspiel zwischen ΔFosB und Chromatin - Remodelling - Ereignissen auf der c-fos Der Promotor kann ein wichtiger homöostatischer Mechanismus sein, um die Empfindlichkeit eines Tieres gegenüber wiederholter Arzneimittelexposition zu regulieren.

Materialen und Methoden

RNA-Isolierung und Quantifizierung

Gefrorenes Hirngewebe wurde in TriZol (Invitrogen, Carlsbad, CA) aufgetaut und gemäß dem Protokoll des Herstellers verarbeitet. RNA wurde mit RNAesy Micro-Säulen (Qiagen, Valencia, CA) gereinigt. Die Gesamt-RNA wurde unter Verwendung von Superscript III (Invitrogen) revers transkribiert. Echtzeit-PCR wurde dann unter Verwendung von SYBR Green (ABI, Foster City, CA) durchgeführt und unter Verwendung der ΔΔCt-Methode quantifiziert. Sehen Zusatztabelle für eine vollständige Liste von Primern.

Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP)

Chromatin wurde mit Ultraschall behandelt und dann immunpräzipitiert (vgl Ergänzende Methoden) unter Verwendung von acetylierten Histon-Antikörpern (Millipore, Billerica, MA), Anti-HDAC1 oder Anti-H3K9me2 von Abcam (Cambridge, UK), Anti-FosB (C-Terminus) (), Anti-FosB (N-Terminus) (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, State) oder eine Kaninchen-IgG-Kontrolle (Millipore). Die IP wurde unter Verwendung von Protein A-Perlen von Millipore gesammelt. Nach dem Waschen wurde Chromatin von den Kügelchen eluiert und in Gegenwart von Proteinase K revers quervernetzt. Die DNA wurde dann gereinigt und unter Verwendung von Echtzeit-PCR quantifiziert.

Immunpräzipitation

PC12-Zellen wurden mit V5-markiertem HDAC1 (), FosB oder ΔFosB wie zuvor beschrieben (). Zelllysate wurden aufgeteilt und über Nacht bei 48 ° C mit entweder nicht-immunen IgG- (Sigma) oder anti-FosB-Antikörpern (sc-4, Santa Cruz) inkubiert. Die Immunpräzipitation wurde mit Protein G Beads (Sigma) durchgeführt. Die immunpräzipitierten Proteine ​​wurden mit SDS-PAGE analysiert und mittels Western Blot unter Verwendung eines maßgeschneiderten polyklonalen Anti-FosB (N-Terminus) -Antikörpers analysiert () und Anti-V5-Antikörper (Abcam). Um festzustellen, ob HDAC1 und ΔFosB Bindungspartner sind in vivo, verwendeten wir wiederholte elektrokonvulsive Anfälle, um hohe Konzentrationen an ΔFosB-Protein zu induzieren (). Kortikales Gewebe wurde aus chronischen (7 täglich) Anfällen oder scheinbehandelten Ratten seziert, lysiert und wie oben beschrieben mit Anti-HDAC1-Antikörpern (Abcam) immunpräzipitiert.

Laser-Mikrodissektion

Unter Verwendung stereotaktischer Chirurgie wurden die ventralen Striata von Mäusen mit einem Adeno-assoziierten Virus (AAV) infiziert, das das angegebene Gen oder GFP auf gegenüberliegenden Seiten des Gehirns exprimiert. Nach der Amphetaminbehandlung wurden gefrorene Gehirne zu 8-μm-dicken Koronalschnitten verarbeitet und auf Membranfolien (Lieca, Wetzlar, Deutschland) montiert. AAV-infizierte Regionen wurden mittels Laser seziert (Leica), um nicht-infizierte Zellen auszuschließen, und mit PicoPure RNA Extraktionskit (MDS, Sunnyvale, CA) verarbeitet. Die RNA wurde mit dem RiboAmp HS-Kit (MDS) amplifiziert und wie oben beschrieben revers transkribiert. Sehen Ergänzende Methoden für nähere Details.

Die Ergebnisse

ΔFosB desensibilisiert c-fos mRNA-Induktion im Striatum nach chronischer Amphetamin-Exposition

Um zu untersuchen, ob die Desensibilisierung von c-fos Die mRNA-Expression ist eine zelluläre Adaptation, die durch ΔFosB kontrolliert wird, wir behandelten Ratten mit Kochsalzlösung oder akutem oder chronischem Amphetamin und ließen sie in ihrem Heimkäfig für 1 bis 10 Tage ziehen. Die Ratten wurden dann nach einer Kochsalz- oder Amphetamin-Provokationsdosis 1 h analysiert. Wie zuvor gezeigt (siehe Einleitung), c-fos Die mRNA wurde durch akute Amphetaminverabreichung im Striatum 4-fach induziert. Bei Ratten, die zuvor chronischem Amphetamin ausgesetzt waren, ist jedoch die Expression von c-fos als Reaktion auf eine Arzneimittelexposition wurde bis zu 5-Tagen des Drogenentzugs signifikant abgeschwächt (Abbildung 1A), ein Punkt, an dem ΔFosB in dieser Hirnregion erhöht bleibt (). Zusätzlich fanden wir bei Ratten, die für 5-Tage aus chronischem Amphetamin zurückgezogen wurden, das Basal c-fos Die mRNA-Expression wurde unter die in Kochsalz-behandelten Kontrollen gefundenen Werte reduziert (Abbildung 1A). Wichtig ist, die Größenordnung von c-fos Die Induktion zu einer Amphetamin-Provokation war am Tag 1 des Entzugs im Vergleich zu mit Kochsalzlösung behandelten Tieren signifikant abgeschwächt. Zusammen zeigen diese Befunde eine Wirkung von chronischem Amphetamin auf basale und induzierte c-fos mRNA-Niveaus, obwohl die zwei Effekte mit einem komplexen zeitlichen Verlauf auftreten.

Figure 1  

ΔFosB desensibilisiert c-fos mRNA-Induktion im Striatum nach chronischer Amphetamin-Exposition

Um zu bestimmen, ob ΔFosB Akkumulation nach chronischem Amphetamin direkt zur Desensibilisierung beiträgt c-fos Ausdruck, führten wir zuerst ChIP für ΔFosB auf der c-fos Genpromotor im Striatum. Wie gezeigt in Abbildung 1B, der c-fos Promotor hat nach chronischer Amphetamin-Exposition signifikant mehr gebundenes ΔFosB, ein Effekt, der für mindestens 5 Tage des Drogenentzuges beobachtet wurde. Diese Daten korrelieren die ΔFosB-Belegung auf der c-fos Promotor mit der Kinetik von reduziert c-fos Genaktivität. Als nächstes soll direkt getestet werden, ob ΔFosB reduziert verursacht c-fos Induktion als Reaktion auf Amphetamin-Provokation, verwendeten wir einen AAV-Vektor, um entweder ΔFosB oder GFP als Kontrolle im Striatum zu überexprimieren. Wir isolierten dann das infizierte Striatum durch Laser-Mikrodissektion (Abbildung 1C) und führte qRT-PCR für c-fos mRNA. Wir haben deutlich weniger beobachtet c-fos mRNA induziert nach einer akuten Dosis von Amphetamin in dem Striatumgewebe, das mit AAV-ΔFosB infiziert ist, verglichen mit der kontralateralen Seite, die mit AAV-GFP infiziert ist, während Spiegel von β-Tubulin mRNA blieb unverändert (Abbildung 1D). Diese Daten deuten darauf hin c-fos Desensibilisierung wird durch Akkumulation von ΔFosB auf seinem Promotor nach chronischer Amphetamin-Exposition vermittelt.

ΔFosB rekrutiert HDAC1 an die c-fos Promoter zu vermitteln c-fos Gen-Repression

Erforschung der Mechanismen, durch die ΔFosB vermittelt c-fos Desensibilisierung, konzentrierten wir uns auf den Zeitpunkt, an dem c-fos war am meisten unterdrückt: 5 Tage des Entzugs von chronischem Amphetamin. Ein Schlüsselmechanismus in c-fos Aktivierung als Antwort auf eine Vielzahl von Reizen, einschließlich Kokain (), ist Histonacetylierung. Wir waren daher interessiert zu bestimmen, ob Histonacetylierung auf der c-fos Der Genpromotor wurde auch durch akutes Amphetamin induziert, und ob eine wiederholte Arzneimittelexposition diese Reaktion abschwächte. In der Tat erhöhte akutes Amphetamin Histon H4 Acetylierung auf der c-fos Promotor und nach chronischer Amphetaminbehandlung wurde diese Induktion nicht mehr beobachtet (Abbildung 2A). Die Acetylierung von H4 war spezifisch, da für H3 kein Effekt beobachtet wurde (nicht gezeigt). Diese Daten weisen darauf hin, dass die Histonacetylierung verringert ist, verbunden mit einer kompakteren und inaktiven Chromatinstruktur (), trägt zur Desensibilisierung der c-fos Gen nach chronischer Amphetamin-Exposition. Um diese Hypothese direkt zu testen, behandelten wir Ratten mit chronischem Amphetamin und verabreichten nach 5-Tagen des Entzugs den HDAC-Inhibitor, Natriumbutyrat oder sein Vehikel. Wir fanden heraus, dass Natriumbutyrat die Amphetamin-induzierte Repression von c-fos Ausdruck (Abbildung 2B), die direkt die Hypoacetylierung auf der c-fos Der Promotor ist ein Schlüsselmechanismus, der der Desensibilisierung des Gens zugrunde liegt.

Figure 2  

Die Rekrutierung von HDAC1 vermittelt die Wirkung von ΔFosB c-fos

Um zu verstehen, wie ΔFosB die Histonacetylierung auf der c-fos Promotor untersuchten wir, ob ΔFosB mit Enzymen interagiert, die die Histonacetylierung reduzieren, nämlich HDACs. Wir erforschten zuerst HDAC1 und HDAC2, da diese Enzyme Komplexe mit einer Vielzahl von Transkriptionsfaktoren bilden, um die Genexpression zu unterdrücken (). Da vorläufige ChIP - Studien eine signifikante HDAC1 - Bindung auf der c-fos Promotor (siehe unten), aber kein nachweisbares HDAC2 (nicht gezeigt), führten wir Co-Immunopräzipitationsexperimente durch, um zu bestimmen, ob ΔFosB physikalisch mit HDAC1 interagiert. Tatsächlich fanden wir heraus, dass die Immunpräzipitation von ΔFosB auch HDAC1 in PC12-Zellen (Abbildung 2D). Wichtig ist, dass diese Interaktion spezifisch für ΔFosB ist, als FosB voller Länge, das sich nach chronischer Verabreichung von Psychostimulans nicht akkumuliert (), interagiert nicht mit HDAC1. Wir haben das umgekehrte Experiment durchgeführt in vivo durch Induktion großer Mengen von ΔFosB mit Elektrokonvulsionsanfällen. In Übereinstimmung mit unseren Zellkulturdaten hat die Immunpräzipitation mit einem Antikörper gegen HDAC1 ΔFosB aus dem Hirngewebe abgebaut (Abbildung 2E).

Basierend auf diesen Befunden, dass ΔFosB und HDAC1 physikalisch interagieren in vitro und in vivoWir stellten die Hypothese auf, dass ΔFosB nach chronischem Amphetamin HDAC1 in den c-fos Genpromotor. In der Tat fand ChIP von striatalen Lysaten signifikant höhere Konzentrationen von HDAC1 auf der c-fos Promotor nach chronischer Amphetamin Exposition (Abbildung 2C), während Amphetamin die Bindung von HDAC1 an β-Actin Genpromotor. Um direkt zu bestimmen, ob HDAC1 ausreichend war, um zu dämpfen c-fos Induktion induzierten wir HEK293T Zellen mit HDAC1 oder GFP und stimulierten sie mit 5% Serum (vgl Ergänzende Methoden). Wir fanden das Serum induziert c-fos Die Expression wurde in Zellen, die HDAC1 überexprimierten, signifikant abgestumpft (Abbildung 2F). Diese Studien wurden erweitert in vivo durch Verwendung von gefloxten HDAC1-Mäusen, die mit AAV-GFP auf einer Seite ihres Striatums und AAV-CreGFP infiziert waren, um eine lokale Knockout-Wirkung der Maus zu induzieren hdac1 Gen im kontralateralen Striatum. AAV-CreGFP reduziert Hdac1 Die mRNA-Expression im infizierten Gewebe (isoliert durch Lasermikrodissektion) um> 75% im Vergleich zu Kontrollen, denen AAV-GFP injiziert wurde, während Hdac2 die Expression blieb unverändert (Abbildung 2G). Die Mäuse wurden dann mit chronischem Amphetamin behandelt, gefolgt von einem Drogenentzug für 5-Tage. Die Mäuse wurden 30 Minuten nach der Amphetaminbelastung analysiert und die infizierten Striatumregionen wurden mikrodisseziert. Wir haben festgestellt, dass Amphetamin signifikant mehr induziert c-fos mRNA in striatalem Gewebe, das mit AAV-CreGFP im Vergleich zu AAV-GFP infiziert ist (Abbildung 2G), was zeigt, dass HDAC1 für die chronische Amphetamin-induzierte Repression notwendig ist c-fos Ausdruck. Diese Daten deuten darauf hin, dass die ΔFosB - Akkumulation bei Ratten nach chronischer Amphetaminbehandlung zu einer höheren ΔFosB - Bindung an die c-fos Promotor, Rekrutierung von HDAC1, weniger Histonacetylierung und schließlich weniger Aktivität des Gens.

Histon Methylierung ist auf der erhöht c-fos Promotor nach chronischer Amphetamin Exposition

Die Unterdrückung der Genaktivität beinhaltet oft mehrere epigenetische Modifikationen, die parallel auftreten (; ). Eine der am besten charakterisierten Histonmodifikationen, die mit reduzierter Genaktivität assoziiert sind, ist die Methylierung von Histon H3 an Lysin 9 (H3K9). Diese Histonmodifikation, wenn sie in Promotorregionen gefunden wird, ist mit Transkriptionsrepression durch Rekrutierung von Co-Repressoren wie HP1 (Heterochromatin-Protein 1) assoziiert (). Wir haben daher analysiert, ob Hypoacetylierung der c-fos Gen, gesehen nach chronischer Amphetaminverabreichung, ist auch mit Veränderungen in der H3K9-Methylierung assoziiert. Übereinstimmend mit dieser Hypothese zeigte ChIP, das an striatalem Gewebe von Ratten, die mit chronischem Amphetamin behandelt wurden, durchgeführt wurde, dass dimethyliertes H3K9 (H3K9me2) bei der Behandlung von Ratten signifikant erhöht war c-fos Förderer (Abbildung 3A), ein Effekt, der nicht auf der β-Actin Genpromotor. Eines der Schlüsselenzyme, das die H3K9-Methylierung vermittelt, ist KMT1A / SUV39H1, was die Frage aufwirft, ob die Expression dieses Enzyms durch chronische Amphetamin-Exposition reguliert wird. Wir führten eine qRT-PCR am Striatum von Ratten durch, die mit chronischem Amphetamin behandelt wurden, und beobachteten eine signifikante Hochregulation von Kmt1a / Suv39h1 mRNA, während das distinkte Chromatin-modifizierende Enzym Hdac5, blieb unberührt (Abbildung 3B). Im Gegensatz zu HDAC1 zeigten Co-Immunopräzipitationsexperimente jedoch keine nachweisbare Wechselwirkung zwischen ΔFosB und KMT1A / SUV39H1, und wir konnten auch keine signifikante Anreicherung der Methyltransferase auf der Oberfläche feststellen c-fos Promotor von ChIP (nicht gezeigt). Ungeachtet dessen legen diese Befunde nahe, dass die Hochregulation von KMT1A / SUV39H1 H3 hypermethylieren kann c-fos und dazu beitragen, die Mechanismen zu reduzieren c-fos Genaktivität nach chronischer Amphetamin-Exposition.

Figure 3  

Histon-Methylierung nach chronischer Amphetamin-Exposition

Diskussion

Diese Studie identifiziert c-fos als neues Downstream-Zielgen von ΔFosB im Striatum nach chronischer Amphetaminverabreichung. Wir liefern direkte Beweise dafür, dass endogenes ΔFosB an das Enzym bindet c-fos Promoter in vivo, wo ΔFosB HDAC1 rekrutiert, um umgebende Histone zu deacetylieren und die Transkriptionsaktivität des Proteins zu reduzieren c-fos Gen. Sowohl pharmakologische Inhibition von HDACs als auch die induzierbare Knockout-Wirkung von HDAC1 waren ausreichend, um zu lindern c-fos Desensibilisierung und erhöhen c-fos Expression im Striatum von Amphetamin-behandelten chronischen Tieren. Wir fanden auch gleichzeitige Erhöhung der repressiven Histon - Methylierung bei H3K9 auf der c-fos Promotor, eine Anpassung, die mit Amphetamin-induzierter Hochregulation der Histon-Methyltransferase, KMT1A / SUV39H1, assoziiert ist. Zusammengefasst liefern diese Ergebnisse grundlegend neue Einblicke in die Mechanismen, durch die ΔFosB die Aktivität bestimmter Gene unterdrückt und ein neues Wechselspiel zwischen zwei Schlüsselwegen, die die Verhaltensreaktionen auf Psychostimulanzien steuern, veranschaulicht: ΔFosB-Induktion () und Chromatin Remodelling (). Unsere Ergebnisse zeigen, wie diese beiden Pfade auf der c-fos Promotor nach chronischer Amphetaminexposition, um die Aktivität des Gens zu verändern.

Wir beobachteten zuerst Desensibilisierung von c-fos mRNA Expression nach chronischer Kokainbehandlung vor 15 Jahren (), aber es gibt keine mechanistischen Erkenntnisse darüber, wie solche grundlegend unterschiedlichen Transkriptionsreaktionen zwischen akuter und chronischer Arzneimittelexposition auftreten können. In unserem Bestreben, die nachgelagerten Aktionen von ΔFosB zu verstehen, haben wir die Kontrolle von c-fos Ausdruck dieser differentiellen Regulation zwischen akuten und chronischen Psychostimulantien. Da ΔFosB nach chronischer Arzneimittelexposition mehrfach erhöht ist, ist diese differentielle Induktion von c-fos mRNA sowie eine AP-1-ähnliche Stelle in der c-fos proximaler Promotor, schlug eine mögliche regulatorische Rolle für ΔFosB vor. Dies machte auch die c-fos Gen ist ein attraktiver Kandidat, um die reprimierenden Effekte von ΔFosB auf die Genexpression zu untersuchen ().

Chronisches Amphetamin abgeschwächt c-fos mRNA-Induktion oder ihre Ausgangswerte im Striatum für ungefähr 5 Tage des Drogenentzugs, ein Zeitverlauf, der mit der Stabilität von ΔFosB übereinstimmt () und seine Belegung auf der c-fos Promoter. Obwohl ΔFosB nach noch längeren Rückzugszeiten nachgewiesen werden kann, nimmt es im Laufe der Zeit allmählich ab (; ) und möglicherweise nicht ausreichen, um die Repression der c-fos Gen weit über den 5-Tag hinaus. Trotzdem ist der zeitliche Verlauf von c-fos Desensibilisierung ist komplex, mit Unterdrückung der Faltungsinduktion durch eine Amphetamin-Challenge maximal am 1-Tag des Entzugs, aber Unterdrückung der Basallevel maximal an 5-Tagen des Entzugs. Unsere ChIP - Daten zeigen, dass ΔFosB an die c-fos Promotor zu beiden Zeitpunkten, was darauf hindeutet, dass die differentielle Aktivität der c-fos Gen, das zwischen 1- und 5-Tagen des Entzugs beobachtet wurde, kann auf zusätzliche Transkriptionsregulatoren zurückzuführen sein, die für das Gen mit einem sehr komplizierten Zeitverlauf rekrutiert wurden. Weitere Studien sind notwendig, um die beteiligten Mechanismen zu verstehen.

Die Verhaltensbedeutung von ΔFosB-vermittelt c-fos Desensibilisierung kann homöostatisch sein, wie Mäuse, denen die c-fos Gen in Dopamin D1-Rezeptor-enthaltenden Neuronen zeigen reduzierte Verhaltensreaktionen auf Kokain (). Darüber hinaus blockieren HDAC-Inhibitoren die ΔFosB-vermittelte Desensibilisierung von c-fos, erhöhen die Empfindlichkeit eines Tieres auf die Verhaltenswirkungen von Kokain (; ). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Nettoeffekt von ΔFosB sensibilisierte Verhaltensreaktionen auf Psychostimulanzien fördert (; ) initiiert es auch ein neues Transkriptionsprogramm durch c-fos Desensibilisierung, um die Größenordnung dieser Verhaltensweisen zu begrenzen. ΔFosB würde tatsächlich Verhaltensreaktionen auf Psychostimulantien durch eine komplexe Reihe von nachgelagerten transkriptionellen Ereignissen titrieren, die die Induktion oder Repression zahlreicher Zielgene beinhalten (), die zusätzlich zu dem Gen, das für c-Fos wie hier gezeigt kodiert, auch die AMPA-Glutamat-Rezeptor-Untereinheit GluR2 (), die Serin-Threonin-Kinase Cdk5 () und das Opioidpeptid Dynorphin (), unter anderen (). Einige dieser Gene werden durch ΔFosB aktiviert (wobei ΔFosB transkriptionelle Co-Aktivatoren rekrutiert) (), während andere durch ΔFosB unterdrückt werden (wobei ΔFosB, wie hier gezeigt, Transkriptions-Co-Repressoren rekrutiert). Eine Hauptaufgabe zukünftiger Forschung besteht darin, die Faktoren zu identifizieren, die bestimmen, ob ΔFosB ein Zielgen aktiviert oder unterdrückt, wenn es an den Genpromotor bindet.

Zusammenfassend identifizieren unsere Ergebnisse einen neuartigen epigenetischen Mechanismus, durch den ΔFosB nach chronischer Amphetamin-Exposition einen Teil seiner transkriptionellen Effekte im Striatum vermittelt. Diese Studie liefert auch wichtige neue Einblicke in die grundlegenden transkriptionellen und epigenetischen Mechanismen in vivo an der Desensibilisierung (dh Toleranz) eines entscheidenden Gens für psychostimulierende Verhaltensreaktionen beteiligt.

 

Ergänzungsmaterial

Danksagung

Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse von NIDA unterstützt

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