Arzneimittelexperimentelle Epigenetik prädestiniert die Fosb-Gen-Induzierbarkeit im Nucleus accumbens der Ratte (2012)

KOMMENTARE: Hinweise darauf, dass Deltafosb noch lange nach der Sucht Erholung hinterlässt. Insbesondere Sucht verursacht epigenetische Veränderungen, die zu einer viel schnelleren Induktion von Deltafosb führen, wenn ein Rückfall auftritt. Dies erklärt, wie Rückfälle, selbst nach Jahren, schnell zu einem voll entwickelten Suchtzustand eskalieren können.



J Neurosci. Autorenmanuskript; verfügbar in PMC 2013 Januar 25.

 

Abstrakt

ΔFosB, a Fosb Genprodukt, wird in Nucleus Accumbens (NAc) und Caudate Putamen (CPu) durch wiederholte Exposition gegenüber Drogen wie Kokain induziert. Diese Induktion trägt zu abweichenden Mustern der Genexpression und Verhaltensauffälligkeiten bei, die bei wiederholter Arzneimittelexposition beobachtet werden.

Hier haben wir untersucht, ob eine entfernte Vorgeschichte der Arzneimittelexposition bei Ratten die Induzierbarkeit der Fosb Gen, das durch nachfolgende Kokainexposition ausgelöst wurde. Wir zeigen, dass eine vorherige chronische Kokainverabreichung, gefolgt von einem längeren Entzug, die Induzierbarkeit erhöht Fosb in NAc, wie durch eine stärkere akute Induktion von ΔFosB-mRNA und eine schnellere Akkumulation von ΔFosB-Protein nach wiederholter Kokain-Reexposition gezeigt wird. Nein, so grundiert Fosb Induktion wurde in CPu beobachtet, tatsächlich wurde die nachfolgende akute Induktion von ΔFosB-mRNA in CPu unterdrückt.

Diese abnormen Muster von Fosb Expression sind mit Chromatin - Modifikationen an der Fosb Genpromotor. Frühere chronische Kokainverabreichung induziert einen langanhaltenden Anstieg der RNA-Polymerase II (Pol II) -Bindung an der Fosb Promoter nur in NAc, was darauf hindeutet, dass Pol II Primzahlen "stagniert" Fosb zur Induktion in dieser Region bei erneuter Kokain-Exposition. Eine Kokain-Challenge löst dann die Freisetzung von Pol II aus dem Genpromotor aus, was schneller möglich ist Fosb Transkription. Eine Kokain - Herausforderung verringert auch repressive Histon - Modifikationen an der Fosb Promoter in NAc, erhöht jedoch solche repressive Markierungen und verringert aktivierende Markierungen in CPu.

Diese Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Chromatindynamik im Fosb Promotor und enthüllen einen neuen Mechanismus für grundiert Fosb Induktion in NAc bei erneuter Exposition gegenüber Kokain.

Einleitung

Drogenabhängigkeit ist gekennzeichnet durch zwanghaftes Drogensuchen und -einnehmen trotz schwerwiegender negativer Folgen (Kalivas et al., 2005; Hyman et al., 2006). Chronische Arzneimittelexposition verursacht anhaltende Veränderungen in der Genexpression im ventralen Striatum (oder Nucleus accumbens; NAc) und im dorsalen Striatum (oder Caudate Putamen; CPu), striatalen Strukturen, die an der Belohnung und Abhängigkeit von Drogen beteiligt sind (Freeman et al., 2001; Robinson und Kolb, 2004; Shaham und Hoffnung, 2005; Labyrinth und Nestler, 2011). ΔFosB, ein verkürztes und stabiles Protein, das vom unmittelbar frühen Gen codiert wird, Fosb, ist ein gut charakterisierter Transkriptionsfaktor, der in NAc und CPu durch chronische Exposition gegenüber praktisch allen Drogen des Missbrauchs induziert wird, wo er sensibilisierte Verhaltensreaktionen auf wiederholte Arzneimittelverabreichung vermittelt (Nestler, 2008). Ob jedoch eine frühere chronische Exposition gegenüber einem Missbrauchsdrogen die nachfolgende Induktion von ΔFosB verändert, bleibt unbekannt.

Wir stellten kürzlich die Hypothese auf, dass Chromatinmodifikationen als Reaktion auf chronische Arzneimittelexposition die Induzierbarkeit bestimmter Gene in Zielregionen des Gehirns verändern könnten (Robison und Nestler, 2011). Zunehmende Beweise haben gezeigt, dass Missbrauchsdrogen nach chronischer Verabreichung die Struktur und die Transkriptionszugänglichkeit von Chromatin durch zahlreiche Arten von Modifikationen verändern, einschließlich Phosphorylierung, Acetylierung und Methylierung von Histonschwänzen. Neuere Arbeiten in Zellkultursystemen konzentrierten sich auf die Rekrutierung von RNA-Polymerase II (Pol II) zum Promotor von "induzierbaren" Genen vor ihrer Expression, wobei Pol II dauerhaft an proximale Promotorregionen und um die Transkriptionsstartstelle (TSS) gebunden war ) in einem "blockierten" Zustand (Core und Lis, 2008; Nechaev und Adelman, 2008). Es wird dann angenommen, dass die Aktivierung des blockierten Pol II für seine Flucht aus Promotor- und TSS-Regionen und seine Transkription dieser "vorbereiteten" Gene verantwortlich ist (Zeitlinger et al., 2007; Saha et al., 2011; Batailleet al., 2012).

Hier zeigen wir, dass eine chronische Kokainexposition, gefolgt von einer verlängerten Entzugszeit, die Induciblität des Kokains verändert Fosb Gen für die nachfolgende Kokainverabreichung, wobei NAc für die Induktion vorbereitet ist, während CPu nicht dafür ist. Wir identifizieren dann unterschiedliche Chromatinsignaturen im Fosb Genpromotor in NAc und CPu, die mit einer solchen aberranten Induzierbarkeit des Gens assoziiert sind Fosb Gen, einschließlich der Rekrutierung von blockierten Pol II bei der Fosb proximaler Promotor in NAc sowie Veränderungen in mehreren aktivierenden oder repressiven Histonmodifikationen in beiden Hirnregionen. Diese Ergebnisse liefern einen neuen Einblick in die Chromatindynamik im Fosb Gen-Promotor und zeigen zum ersten Mal einen Mechanismus, mit dem Pol II Priming abstürzt Fosb für eine stärkere Aktivierung in NAc bei erneuter Exposition gegenüber Kokain.

Materialen und Methoden

Tiere

Männliche Sprague-Dawley-Ratten (250-275g; Charles River Laboratories), die in allen Experimenten verwendet wurden, wurden paarweise in einem klimatisierten Raum in einem 12 hr Hell / Dunkel-Zyklus (Licht an 7 AM) mit Zugang zu Nahrung und Wasser ad libitum. Alle Tiere wurden zweimal täglich für 10 Tage mit Kokain (15 mg / kg, ip) oder Kochsalzlösung (ip) in ihren Hauskäfigen injiziert. Tierversuche wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) am Mount Sinai genehmigt.

Lokomotionsmessungen

Die Tiere wurden am ersten Tag für 1 hr in der Lokomotorenkammer gewöhnt und dann nach einer Kochsalzlösungsinjektion unter Verwendung des Photobeam Activity System (San Diego Instruments) auf lokomotorische Aktivität überwacht. Nach täglicher 1-Std-Gewöhnung in den Bewegungszentren wurde Kokain (15 mg / kg, ip) täglich für 2-Tage verabreicht und die Tiere wurden erneut auf lokomotorische Aktivität für 1 hr überwacht.

Immunhistochemie

Die Tiere wurden 24 Stunden nach ihrer letzten Arzneimittelexposition perfundiert. ΔFosB / FosB-Immunreaktivität wurde wie beschrieben nachgewiesen (Perrottiet al., 2004). Western-Blotting bestätigte, dass die gesamte ΔFosB / FosB-ähnliche Immunoreaktivität, die 24 hr oder länger nach Kokaininjektionen beobachtet wurde, ΔFosB widerspiegelte, wobei FosB nicht nachweisbar war (nicht gezeigt).

RNA-Isolierung, reverse Transkription und PCR

Bilaterale 12-Stanzen von NAc und dorsolateralem / dorsomedialem CPu wurden wie beschrieben erhalten (Perrottiet al., 2004), auf Trockeneis gefroren und nach veröffentlichten Protokollen verarbeitet (Covington et al., 2011). ΔFosB- und FosB-mRNA wurde unter Verwendung von quantitativer PCR (qPCR) mit Isoform-spezifischen ΔFosB- und FosB-Primern (Alibhai et al., 2007). Die ΔFosB- und FosB-mRNA-Spiegel wurden auf GAPDH-mRNA-Spiegel normalisiert, die durch Kokain-Exposition nicht beeinflusst wurden (nicht gezeigt).

Western-Blotting

NAc- und CPu-Stempel wurden wie oben beschrieben gesammelt und für das Western-Blot wie beschrieben verarbeitet (Covington et al., 2011), unter Verwendung von Antikörpern gegen ERK44 / 42 [extrazelluläre Signal-regulierte Kinase-44 / 42] und PhosphoERK44 / 42 (pERK), AKT [Thymom virales Proto-Onkogen] und p-AKT, SRF (Serum-Response-Faktor) und pSRF, CREB [cAMP-Antwortelement-bindendes Protein] und pCREB. Die Menge an Protein, die auf jede Spur geblottet wurde, wurde auf Actin- oder Tubulin-Spiegel normalisiert, die durch Kokain-Exposition nicht beeinflusst wurden.

Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP)

Frisch sezierte NAc- und CPu-Stanzen wurden wie beschrieben für ChIP vorbereitet (Maze et al., 2010). Jede Versuchsbedingung wurde dreifach von unabhängigen Tiergruppen analysiert. Für jede ChIP-Probe wurden bilaterale NAc- und CPu-Stanzen von fünf Ratten (10-Stanzen) gepoolt. Die für spezifische Histonmodifikationen verwendeten Antikörper sind die gleichen wie die veröffentlichten (Maze et al., 2010); Antikörper gegen Pol II, das an Ser5 seiner repetitiven Carboxyl-terminalen Domäne (CTD) -Region (Pol II-pSer5) phosphoryliert war, wurde aus Abcam 5131 erhalten. Vier Sätze ChIP-Primer wurden für entwickelt 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. Die Chromatinmodifikationen werden wie beschrieben mit denen für die Input-DNA verglichen (Maze et al., 2010).

statistische Analyse

Alle angegebenen Werte sind Mittelwerte ± Sem. Die Daten für die Bewegungsaktivität und die Zellzählung wurden durch Zwei-Wege-ANOVAs mit Behandlung und Injektion als Faktoren analysiert. qPCR-Experimente wurden pro Zeitpunkt durch Einweg-ANOVAs mit Behandlung als Faktor analysiert. Wenn signifikante Haupteffekte beobachtet wurden (p <0.05), wurden Bonferroni-Post-hoc-Tests durchgeführt, um Vergleiche mit mit arzneimittel-naiver Kochsalzlösung behandelten Tieren (^ in Abbildungen) und mit drogen-naivem Kokain behandelten Tieren (* in Abbildungen) durchzuführen. Ungepaarte zweiseitige Student-T-Tests wurden für Western-Blot- und ChIP-Daten verwendet, mit Korrekturen für mehrere Vergleiche.

Die Ergebnisse

Größere Fosb-Induzierbarkeit in NAc, aber nicht CPu von Kokain-erfahrenen Ratten

Um den Einfluss eines früheren chronischen Kokainkurses, gefolgt von einer längeren Entzugszeit, auf die Induzierbarkeit des Kokains zu untersuchen Fosb Gen als Reaktion auf eine nachfolgende Kokain-Provokation erhielten Ratten, denen zuvor zweimal täglich ip zweimal täglich Kochsalzlösung oder Kokain (15 mg / kg) für 10-Tage injiziert worden war, Challenge-Dosen des Arzneimittels nach 28-Tagen des Entzugs (Abb. 1A). Wir haben zunächst lokomotorische Reaktionen in einer Gruppe von Tieren gemessen, um die Induktion einer lokomotorischen Sensibilisierung durch vorherige Kokain-Exposition zu bestätigen, eine erwartete dauerhafte Folge der Arzneimittelverabreichung. Kokain-erfahrene und -naive Ratten zeigten eine gleichwertige Ausgangs-lokomotorische Aktivität, wobei eine Kokain-Herausforderung für drogen-naive Tiere ihre Fortbewegung erhöhte (Bild 1B. Wiederholte Maßnahmen Zwei-Wege-ANOVA, Behandlung: F1,66 = 30.42, p <0.0001; Kokain-Herausforderung: F.2,66= 58.39, p <0.0001; Behandlung x Kokain-Herausforderung: F.2,66= 8.56, p = 0.0005, Bonferroni-Nachtests ^p <0.001). Diese Kokainbelastung induzierte bei Ratten mit Kokainerfahrung eine signifikant höhere Bewegungsaktivität, dh eine Sensibilisierung (Bonferroni-Post-Tests * p <0.001).

Figure 1  

Einfluss einer vorherigen chronischen Kokainexposition auf lokomotorische Aktivität und Fosb Induktion in NAc und CPu bei erneuter Exposition gegenüber dem Medikament

Um die Auswirkungen dieses Kokain-Vorbehandlungsregimes auf die ΔFosB-Expression in NAc und CPu zu untersuchen, maßen wir das ΔFosB-Protein mit immunhistochemischen Methoden 24 hr nach Kokain-naiven und Kokain-erfahrenen Tieren mit 0, 1, 3 oder 6 täglichem Kokain-Challenge Injektionen (15 mg / kg; vgl Abb. 1A). Wie zuvor festgestellt (Nye et al., 1995), Waren 3-Kokaininjektionen ausreichend, um ΔFosB-Protein in NAc und CPu von nicht naiven Tieren signifikant zu induzieren, und seine Akkumulation blieb nach 6-Tagen mit Kokaininjektionen signifikant (Bild 1C. Wiederholte Maßnahmen Zwei-Wege-ANOVA, NAc Kern, Behandlung: F1,28= 23.5, p <0.0001; Kokain-Herausforderung: F.3,28= 49.16, p <0.0001; Behandlung x Kokain-Herausforderung: F.3,28= 6.83, p = 0.0014; NAc Schale, Behandlung: F1,28= 18.69, p <0.0001; Kokain-Herausforderung: F.3,28= 31.52, p <0.0001; Behandlung x Kokain-Herausforderung: F.3,28= 3.21, p <0.05; CPu, Behandlung: F.1,28= 9.47, p <0.001; Kokain-Herausforderung: F.3,28= 19.74, p <0.0001; Behandlung x Kokain-Herausforderung: F.3,28= 0.94, p> 0.05. In NAc Core, Shell und CPu, Bonferroni Post-Tests ^p <0.05). Bei Tieren mit Kokain-Erfahrung gab es keine Hinweise auf eine anhaltende ΔFosB-Induktion in NAc oder CPu nach 28 Tagen Entzug, was mit früheren Berichten übereinstimmt, dass sich das ΔFosB-Signal zu diesem Zeitpunkt vollständig auflöst (Nye et al., 1995), der Grund, warum dieser Zeitpunkt in dieser Studie verwendet wurde. Bemerkenswerterweise zeigten Kokain-erfahrene Ratten, die 3- oder 6-Kokain-Injektionen erhalten hatten, eine signifikant höhere ΔFosB-Proteininduktion in NAc, ein Effekt, der sowohl in den Kern- als auch in den Schalenunterregionen auftrat (Bild 1C. Bonferroni-Nachuntersuchungen * p <0.05). Im Gegensatz dazu wurde in CPu keine derart größere Induktion von ΔFosB-Protein beobachtet; Stattdessen wurde in dieser Region eine äquivalente ΔFosB-Induktion nach 3 oder 6 Tagen Kokain-Challenge-Injektionen bei kokain-naiven und -erfahrenen Ratten beobachtet (Bild 1C).

Um Einblick in die transkriptionellen Veränderungen zu erhalten, die in NAc und CPu als Reaktion auf eine Kokainexposition auftreten, untersuchten wir den zeitlichen Verlauf (45, 90 und 180 min) der Induzierbarkeit von ΔFosB- und FosB-mRNA-Transkripten bei einer gegebenen Kokain- oder Kochsalzinjektion gegenüber Kokain-naiven und -experimentierten Ratten nach 28-Tagen des Entzugs (vgl Abb. 1A). In Bezug auf eine Kochsalzlösung-Herausforderung induzierte eine Kokain-Herausforderung einen schnellen Anstieg der ΔFosB- und FosB-mRNA-Spiegel zu allen drei Zeitpunkten sowohl in NAc als auch in CPu von Kokain-naiven Tieren (Bild 1D. Wiederholte Messungen Einweg-ANOVA pro Zeitpunkt; Bonferroni-Nachprüfungen ^p <0.05). In NAc beobachteten wir eine größere ΔFosB- und FosB-mRNA-Induktion bei Tieren mit Kokain-Erfahrung im Vergleich zu kokain-naiven Tieren nach der Kokain-Exposition, wobei der Effekt nach 90 Minuten signifikant war, während im Gegensatz dazu die Induzierbarkeit von ΔFosB- und FosB-mRNA in CPu signifikant war bei kokainerfahrenen Tieren abgenommen (Bild 1D. Bonferroni-Nachprüfungen %p = 0.08, * p <0.05).

Charakterisierung von Upstream-Signalwegen in NAc und CPu von Kokain-erfahrenen Ratten

Eine mögliche Erklärung für die veränderte Induzierbarkeit der Fosb Englisch: bio-pro.de/en/region/freiburg/magaz...1/index.html Gen in NAc und CPu nach einem früheren chronischen Kokainkurs ist, dass eine entfernte Anamnese der Kokainexposition zu dauerhaften Veränderungen der Signalwege führt, die stromaufwärts von Kokain liegen Fosb Geninduktion, so dass eine Kokain-Herausforderung das Gen dann zu einem abweichenden Grad induziert. Um diese Hypothese zu untersuchen, analysierten wir die beiden Transkriptionsfaktoren SRF und CREB, von denen kürzlich gezeigt wurde, dass sie für die Kokaininduktion von ΔFosB in diesen Hirnregionen erforderlich sind (Vialou et al., 2012) zusammen mit den stromaufwärts gelegenen Proteinkinasen ERK und AKT, die ebenfalls an der Kokainwirkung beteiligt sind (Valjent et al., 2000; Lu et al., 2006; Boudreau et al., 2009). Wir konnten keine Veränderungen der Gesamt - oder Phosphorylierungsgehalte dieser verschiedenen Proteine ​​nachweisen, die die veränderte Induciblität von Fosb beobachtet, einschließlich keine Änderungen in SRF, CREB oder AKT (Fig. 2B, C). Das Fehlen einer Veränderung von pSRF und pCREB in NAc als Reaktion auf eine Kokainherausforderung steht im Einklang mit einem kürzlich veröffentlichten Bericht, in dem beide nur durch chronisches Kokain signifikant induziert wurden (Vialou et al., 2012).

Figure 2  

Einfluss einer früheren chronischen Kokain-Exposition auf molekulare Signalkaskaden in NAc und CPu

Bei NAc und CPu von arzneimittelfreien Tieren, 20 min nach einer anfänglichen Medikamentenexposition (Abb. 2A), ein einziger Kokain-Challenge senkte den pERK42 / 44-Spiegel (Fig. 2B, C. Zweischwänziger Student-T-Test: * p <0.05). Es gibt frühere Berichte über erhöhte pERK-Spiegel in diesen Regionen nach akuter Kokainverabreichung (Valjent et al., 2000). Dies ist schwer zu vergleichen mit anderen Veröffentlichungen, in denen die ERK-Phosphorylierung in NAc während des Entzugs aus wiederholten Kokain-Injektionen untersucht wurde (Boudreau et al., 2007; Shenet al., 2009), wie in unserer Studie wurde pERK nach 28-Tagen des Entzugs und nach einer Kokain- oder Salzinfektion quantifiziert. Im Vergleich zu drogen-naiven Tieren, die zum ersten Mal Kokain hatten, führte eine erneute Kokain-Exposition bei Kokain-erfahrenen Ratten nach 28-Tagen nach dem Absetzen zu einem signifikanten Anstieg der pERK42 / 44-Spiegel in CPu (Fig. 2B, C. T-Test mit zwei Schwanzschülern: * p <0.05).

Chromatin Landschaft am Fosb-Genpromotor in NAc und CPu von Kokain-erfahrenen Ratten

Als nächstes untersuchten wir, ob sich Änderungen in ändern Fosb Geninduzierbarkeit ist mit Veränderungen in der Chromatinstruktur verbunden. ChIP wurde an NAc und CPu unter Verwendung von Antikörpern durchgeführt, die gegen drei gut charakterisierte Formen von Histonmodifikationen gerichtet waren: Trimethylierung von Lys4 von Histon H3 (H3K4me3), die mit der Genaktivierung assoziiert waren, und H3K27me3XXX. Wir analysierten kokain-naive und -erfahrene Ratten nach 3-Tagen des Entzugs entweder ohne oder mit einer Challenge-Injektion von Kokain. Tiere untersuchten 9 Stunde später (Abb. 3A). In NAc fanden wir keine signifikanten Änderungen in der Bindung einer dieser drei Histonmodifikationen an Fosb Genpromotor in Abwesenheit einer Kokainherausforderung, obwohl es einen Trend für reduzierte H3K9me2-Werte gab (Fig. 3B-D. Zwei-Schwanz-Student-T-Test. #p = 0.2 im Vergleich zu entsprechenden Drug-Naive-Kontrollen). Dieser Effekt wurde nach einer Kokain-Exposition signifikant und war spezifisch für die proximale Promotorregion des Gens (Bild 3C. * p <0.05). Während die H3K9me2-Spiegel bei einigen Genen sehr niedrig sind, ist die Fosb Der Genpromotor zeigt unter Kontrollbedingungen nennenswerte Mengen dieser Markierung in NAc (Maze et al., 2010Daten nicht gezeigt). Im Gegensatz dazu fanden wir in CPu eine kleine, aber signifikante Abnahme der H3K4me3-Bindung und eine Zunahme der H3K27me3-Bindung an der Fosb Promotor in Abwesenheit einer Kokain-Herausforderung, nach der Herausforderung verloren gegangene Effekte (Bild 3D. * p <0.05).

Figure 3  

Einfluss einer früheren chronischen Kokain-Exposition auf das epigenetische Priming des Fosb Gen in NAc und CPu

Als nächstes untersuchten wir die Bindung von Pol II an Fosb Gen, basierend auf den jüngsten Erkenntnissen in der Zellkultur, dass das Abwürgen von Pol II an TSS, das durch seine Phosphorylierung an Ser 5 in seiner CTD-Wiederholungsregion gekennzeichnet ist, mit dem Priming von Genen assoziiert ist (siehe Einleitung). Wir haben daher die Bindung von Pol II-pSer5 analysiert Fosb in vier verschiedenen Regionen des Gens (Bild 3B). Diese Analyse ergab eine signifikante Anreicherung von Pol II-pSer5 am Fosb Gen in seiner proximalen Promotorregion und um seine TSS in NAc von mit Kokain erfahrenen Tieren nach längerem Entzug, ohne Kokain-Challenge im Vergleich zu Kontrollen (Bild 3E. * p <0.05). Diese Anreicherung war an zwei Genkörperregionen von nicht erkennbar FosbDies entspricht dem Blockieren von Pol II, das in einfacheren experimentellen Systemen beschrieben wird. Interessanterweise zeigte die Bindung von Pol II-pSer5 nach einer Kokainherausforderung noch Anzeichen einer Anreicherung, wenn auch nicht mehr signifikant Fosb proximale Promotorregion (Bild 3E. %p = 0.1), kehrte jedoch zum Kontrollpegel am TSS zurück. Die Befunde in CPu waren variabler, wobei kein klares Muster der Pol II-pSer5-Bindung beobachtet wurde.

Diskussion

Die vorliegende Studie gibt neue Einblicke in die nachhaltige Regulierung von Fosb Wochen nach Beendigung der wiederholten Kokain-Exposition. Wir zeigen, dass die chronische Kokainverabreichung die Fosb In NAc induzierbareres Gen, was zu einer schnelleren Anhäufung von ΔFosB bei erneuter Exposition gegenüber dem Arzneimittel führt. Angesichts des Überwiegens von Beweisen, dass die Induktion von ΔFosB in NAc sensibilisierte Verhaltensreaktionen auf Kokain vermittelt (Nestler, 2008), zeigen unsere Ergebnisse einen neuartigen Mechanismus für die schnellere Wiederherstellung solcher sensibilisierten Reaktionen nach längerem Entzug.

Wir zeigen, dass die verstärkte Induktion von ΔFosB in NAc mit Chromatinveränderungen an der Zelle zusammenhängt Fosb Gen, von dem erwartet wird, dass es für eine stärkere Induktion Daher zeigen wir eine erhöhte Bindung von Pol II an die proximalen Promotor- und TSS-Regionen des Gens, die nach 4-Wochen des Entzugs von der vorherigen chronischen Kokainverabreichung vorhanden sind. Eine solche Pol II-Anreicherung an der TSS geht bei einer Kokain-Herausforderung schnell verloren Fosb Induktion, die mit einem Modell in der Zellkultur übereinstimmt, bei dem Pol II zum Stillstand gekommen ist, wird bei Genaktivierung aus TSS freigesetzt (siehe Einleitung). Ein Kokain-Challenge führt auch zu einer raschen Abnahme der Bindung von H3K9me2 - einer Markierung der Genrepression - an die Fosb Promoter. Im Gegensatz dazu konnten wir keine dauerhafte Induktion mehrerer Transkriptionsfaktoren oder ihrer stromaufwärts gelegenen Kinasen nachweisen, von denen bekannt ist, dass sie vermitteln Fosb Induktion durch Kokain. Diese Ergebnisse stützen unsere Hypothese, dass die verstärkte Induktion von ΔFosB in NAc durch epigenetisches Priming von vermittelt wird Fosb gen und nicht über die Aufwärtsregulierung von Upstream-Ereignissen.

Für CPu wurden sehr unterschiedliche Ergebnisse erhalten. Es gab keine Beweise dafür, dass Pol II anstarrte Fosb Bei Kokain-erfahrenen Ratten vor einer Kokain-Exposition gab es zwar kleine, aber signifikante Histon-Modifikationen, die mit der Genrepression im Einklang standen: erhöhte H3K27me3-Bindung und verringerte H3K4me3-Bindung. Es gab auch keine Änderung in den stromaufwärts gelegenen Transkriptionsfaktoren oder Kinasen, die mit reduzierten übereinstimmen Fosb Induktion. Diese Befunde deuten darauf hin, dass nach chronischer Kokaingabe epigenetische Veränderungen dämpfen Fosb Geninductibilität in CPu, im Gegensatz zu Priming in NAc. Während diese Effekte jedoch die & Dgr; FosB-mRNA-Induktion bei erneuter Exposition gegenüber Kokain unterdrücken, gibt es keinen Verlust bei der Akkumulation von & Dgr; FosB-Protein. Der Mechanismus, der diesem Paradox zugrunde liegt, bedarf nun weiterer Untersuchungen.

Allgemeiner stützen unsere Ergebnisse ein Modell, bei dem Veränderungen in der Chromatin-Landschaft bei spezifischen Genen als Reaktion auf chronische Kokainverabreichung dazu dienen, diese Gene für eine nachfolgende Induktion bei erneuter Exposition gegenüber dem Wirkstoff zu primen oder zu stumpfen. Solche Chromatin-Veränderungen, die als "epigenetische Narben" angesehen werden können, würden bei Analysen von Steady-State-mRNA-Genen fehlen. Auf diese Weise verspricht die Charakterisierung des Epigenoms der Sucht neue Informationen über die molekulare Pathogenese der Störung zu liefern, die für die Entwicklung neuer Behandlungen genutzt werden kann.

Danksagung

Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse des Nationalen Instituts für Drogenmissbrauch unterstützt.

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