Überexpression von DeltaFosB im Nucleus accumbens imitiert den protektiven Suchtphänotyp, nicht aber den protektiven Depressionsphänotyp der Umweltanreicherung (2014)

Front Behav Neurosci. 2014; 8: 297.

Veröffentlicht online Aug 29, 2014. doi:  10.3389 / fnbeh.2014.00297

PMCID: PMC4148937

Abstrakt

Environmental enrichment produziert Schutz Sucht und Depression Phänotypen in Ratten. ΔFosB ist ein Transkriptionsfaktor, der die Belohnung im Gehirn reguliert und durch psychischen Stress sowie Missbrauchsdrogen ausgelöst wird. Die Rolle von ΔFosB in den protektiven Phänotypen der Umweltanreicherung wurde jedoch nicht gut untersucht. Hier zeigen wir, dass ΔFosB differentiell in Ratten in einem isolierten Zustand (IC) gezüchtet im Vergleich zu denen in einem angereicherten Zustand (EC) als Reaktion auf Stress oder Kokain beschränkt ist.

Chronischer Stress oder chronische Kokainbehandlung erhöht jeweils die ΔFosB-Proteinspiegel im Nucleus accumbens (NAc) von IC-Ratten, jedoch nicht von EC-Ratten aufgrund einer bereits erhöhten basalen Akkumulation von ΔFosB unter EC-Bedingungen.

Die viral vermittelte Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale von Ratten mit Paarhaltung (dh unabhängig von Umgebungsanreicherung / -isolierung) erhöht operant für Saccharose, wenn sie durch Hunger ausgelöst wird, reagiert aber bei sattgesättigten Tieren. Darüber hinaus verringert die ΔFosB-Überexpression die Selbstverabreichung von Kokain, verstärkt das Auslöschen der Kokainsuche und verringert die Kokain-induzierte Wiederherstellung der intravenösen Selbstverabreichung von Kokain; alle Verhaltensbefunde stimmen mit dem Anreicherungsphänotyp überein.

Im Gegensatz dazu änderte die ΔFosB-Überexpression die Reaktionen von Ratten mit Paarhaltung nicht in mehreren Tests des angst- und depressionsbezogenen Verhaltens.

Somit ist ΔFosB in der NAc-Shell ahmt nach der protektive Suchtphänotyp, nicht aber der schützende Depressionsphänotyp der Umweltanreicherung.

Stichwort: [Zuwachs]FosB, Umweltanreicherung, Depression, Kokain-Selbstverabreichung, Adeno-assoziiertes Virus (AAV), Überexpression

Einleitung

Lebenserfahrung, besonders in den frühen Phasen des Lebens, hat einen tiefgreifenden Einfluss auf das Verhalten der Tiere während des gesamten Lebens. Umwelt spielt eine wesentliche Rolle bei der Vulnerabilität und Resistenz gegen psychische Störungen beim Menschen (Elisei et al., 2013; Akdeniz et al., 2014; Kato und Iwamoto, 2014; van Winkel et al., 2014). In Nagetiermodellen wurde berichtet, dass das Leben in einer angereicherten Umgebung von der Entwöhnung bis zum jungen Erwachsenenalter protektive Sucht- und Depressionsphänotypen erzeugt (Green et al., 2002, 2003, 2010; Laviola et al., 2008; Solinaset al., 2008, 2009; El Rawas et al., 2009; Thiel et al., 2009, 2010). In diesem Paradigma werden Tiere entweder einem angereicherten Zustand (EC) zugeordnet, in dem Tiere in Gruppen untergebracht sind und täglichen Zugang zu neuartigen Objekten haben, oder einem isolierten Zustand (IC), in dem Tiere ohne Neuheit oder sozialen Kontakt einzeln untergebracht sind. Tiere, die in dem angereicherten Zustand gehalten werden, was sozialen Kontakt, Sport und Neuheit einschließt, zeigen weniger Verstärkung und das Suchen nach Kokain oder Amphetamin bei dem intravenösen Medikamenten-Selbstverwaltungs-Paradigma (Green et al., 2002, 2010). Eine solche Anreicherung zeigt neben dem Suchtphänotyp in depressiven Tiermodellen eine antidepressivähnliche Wirkung (Green et al., 2010; Jhaet al., 2011). Insbesondere zeigen angereicherte Tiere ein vermindertes anhedoniaähnliches Verhalten im Saccharosepräferenztest, weniger soziales Zurückziehen in einem sozialen Interaktionstest und weniger Unbeweglichkeit im erzwungenen Schwimmtest (FST). Trotz der Anti-Sucht- und antidepressiv-ähnlichen Effekte der Anreicherung bleiben die Mechanismen, die diesen protektiven Phänotypen der Anreicherung mit der Umwelt zugrunde liegen, unvollständig verstanden, obwohl unsere frühere Forschung eine Rolle für die verringerte Aktivität des Transkriptionsfaktors CREB im Nucleus accumbens (NAc ) bei der Vermittlung einiger der Auswirkungen der Umweltanreicherung (Green et al., 2010; Larson et al., 2011). Das Ziel dieser differentiellen Aufzuchtstudien ist es daher, einen grundlegenden wissenschaftlichen Ansatz zu verwenden, um molekulare Mechanismen der Resilienz zu identifizieren, die später in die Klinik übertragen werden können. Dieser Ansatz ist das ökologische Äquivalent zu etablierten genetischen Strategien wie der selektiven Züchtung (McBride et al., 2014).

Hier konzentrieren wir uns auf einen anderen Transkriptionsfaktor, ΔFosB, der in der NAc durch bestimmte Formen von Stress oder durch praktisch alle Drogen des Missbrauchs, einschließlich Kokain, Morphin, Alkohol, Nikotin und Amphetamin, prominent induziert wird (Hope et al., 1992; Kelz und Nestler, 2000; Perrottiet al., 2004, 2008). Als Transkriptionsfaktor dimerisiert ΔFosB mit Proteinen der Jun-Familie, vorzugsweise JunD, um einen aktiven AP-1-Komplex zu bilden, der an das AP-1-Response-Element bindet, um die Transkription seiner Zielgene zu verstärken oder zu unterdrücken (Nestler, 2001), obwohl neue Forschungsergebnisse darauf hindeuten, dass ΔFosB auch als Homodimer fungieren kann (Wang et al., 2012). Das ΔFosB - Protein ist eine verkürzte Spleißvarianz der FosB Gen, das dem ΔFosB-Protein zwei C-terminale Degron-Domänen fehlen lässt und das ΔFosB-Protein vor dem schnellen Abbau schützt, der bei FosB und allen anderen Proteinen der Fos-Familie beobachtet wird. Da ΔFosB in der NAc außerordentlich stabil ist, reagiert ΔFosB im Vergleich zu anderen Fos-Proteinen sehr unterschiedlich auf akute gegenüber chronischen Reizen. Bei wiederholter Exposition gegenüber Missbrauchs- oder Streßdrogen akkumuliert das & Dgr; FosB-Protein allmählich und bleibt für Tage bis Wochen bestehen, während FosB und andere Fos-Proteine ​​nur für eine kurze Zeit (Stunden) induziert werden und bei anschließender Exposition eine abgeschwächte Induktion entwickeln (Nestler et al., 2001; Nestler, 2008).

Die Bedeutung von ΔFosB besteht nicht nur darin, dass es stark durch Missbrauchsdrogen und Stress induziert wird, sondern auch, dass die Manipulation von ΔFosB im Gehirn das Verhalten von Tieren beeinflusst. Selektive Induktion von ΔFosB im Dynorphinmedium stachelige Neuronen in erwachsenen Mäusen erhöht die lokomotorische Sensitivität als Reaktion auf akutes und wiederholtes Kokain sowie die Belohnungsreaktionen auf Kokain im Paradigma der konditionierten Platzpräferenz und Verstärkung im Selbstverwaltungsparadigma (Kelz et al., 1999; Kelz und Nestler, 2000; Colbyet al., 2003).

Obwohl die schützenden Sucht- und Depressionsphänotypen im Detail für umweltrangereicherte Ratten beschrieben wurden, wurde eine mögliche Rolle von ΔFosB bei der Vermittlung dieser protektiven Phänotypen noch nicht vollständig evaluiert. Frühere Studien zur Umweltanreicherung zeigten, dass im Vergleich zur Standardumgebung (SE) eine angereicherte Umgebung basale ΔFosB-Spiegel in D1- und D2-Medium-Spiny-Neuronen striataler Regionen in Mäusen erhöht (Solinaset al., 2009; Lobo et al. 2013). Darüber hinaus zeigten angereicherte Wistar-Ratten erhöhte ΔFosB-positive Zellen im NAc und präfrontalen Kortex im Vergleich zu SE-Ratten, was auf eine mögliche Rolle von ΔFosB im protektiven Suchtphänotyp gegenüber Nikotin hinweist (Venebra-Muñoz et al., 2014). Darüber hinaus erhöht das Überexprimieren von ΔFosB im gesamten Striatum von Mäusen den täglichen Radlauf, was analog zu der erhöhten Aktivität von Ratten in einer angereicherten Umgebung sein kann (Werme et al., 2002).

In der vorliegenden Studie stellten wir die Hypothese auf, dass: (1) die Umweltanreicherung die Akkumulation von basalen ΔFosB-Spiegeln im NAc erhöht; und (2) würde diese Anhäufung von ΔFosB zu den schützenden Wirkungen der Umweltanreicherung beitragen.

Material und Methoden

Tiere

Zur Environmental Enrichmentation wurden männliche Sprague-Dawley-Ratten (Harlan, Houston, TX, USA) nach dem Zufallsprinzip entweder dem EG- oder dem IC-Gehäuse vom postnatalen Tag 21 bis zum Tag 51 zugeordnet. EC-Ratten wurden in Gruppen (20 pro Käfig) in einem großen Metallkäfig (70 × 70 × 70 cm) mit mehreren Hartplastikobjekten (Kinderspielzeug, Kunststoffbehälter, PVC-Röhrchen usw.) untergebracht. Diese Objekte wurden täglich durch neue Objekte ersetzt und neu angeordnet. IC-Ratten wurden einzeln in Standard-Polycarbonatkäfigen untergebracht. Die Ratten blieben während der Versuche in diesen Bedingungen und alle Verhaltenstests und biochemischen Tests begannen nach 51-Tagen (dh mindestens 30 Tage der Anreicherung / Isolierung). Zur Überexpression von ΔFosB wurden männliche Sprague-Dawley-Ratten (Harlan, Houston, TX, USA) in der Größe 225-250 g erhalten und paarweise in Standard-Polycarbonatkäfigen untergebracht, bevor sie stereotaktisch mit einem Adeno-assoziierten viralen Vektor (AAV2) injiziert wurden. Überexpression von ΔFosB mit grün fluoreszierendem Protein (GFP) oder nur GFP als Kontrolle (siehe unten). Standard-Rattenfutter und Wasser waren für alle Ratten frei verfügbar, außer bei Verhaltenstests und Nahrungsmittelregulierung. Alle Ratten wurden in einer kontrollierten Umgebung (Temperatur, 22 ° C; relative Feuchtigkeit, 50% und 12 h Hell / Dunkel-Zyklus, Lichter an 600 h) in einer von der Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care (AAALAC) zugelassenen Kolonie gehalten . Alle Experimente stimmten mit dem NIH-Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren und dem Institutional Animal Care and Use Committee der Universität von Texas überein.

Umweltanreicherung ist eine zusammengesetzte Manipulation, die aus Neuheit, sozialem Kontakt und Bewegung besteht. Pair-Gehäuse bietet sozialen Kontakt und stellt somit eine EC dar (siehe NIH Guide). Somit wäre die geeignete Kontrollgruppe für eine Bedingung mit Neuheit, sozialem Kontakt und Übung eine Gruppe ohne Neuheit, sozialer Kontakt oder Übung, die IC-Bedingung. IC-Ratten zeigen weniger Anzeichen von chronischem Stress als EC-Ratten. Insbesondere haben EC-Ratten vergrößerte Nebennieren (Mlynarik et al., 2004), abgestumpfte CORT-Antworten (Stairs et al., 2011), abgeschwächte Sofort-frühe Geninduktion (Zhang et al., Manuskript in Vorbereitung) und ΔFosB-Akkumulation (Solinas et al., 2009; Lobo et al. 2013), alle Anzeichen von chronischem Stress (Crofton et al., im Rückblick).

Psychologischer Stress

Angereicherte und isolierte Ratten wurden für 60min für entweder 1-Tag (akut) oder 9-Tage (wiederholt) in wegwerfbare Weichplastik-Nagetierhalter (DecapiCone®, Braintree Scientific Inc., MA, USA) gegeben. Für Kurzzeit-Expositions-mRNA-Tests wurden 30-Ratten (5-Ratten pro Gruppe) nach dem Beginn des letzten Zeitraums der Ruhestress 30 min dekapitiert, Rattengehirne wurden extrahiert und der NAc wurde für die mRNA-Analyse seziert. Für die Immunhistochemie wurden 12-Ratten mit Salzlösung und 4% Paraformaldehyd perfundiert, die Gehirne extrahiert, in 4% Paraformaldehyd nachfixiert und in 20xPBS bei 1 ° C in 4% Glycerin gelagert. Rattengehirne wurden bei 40 & mgr; m mit einem Gefriermikrotom geschnitten. Die Gehirne wurden 24 h nach dem letzten Stress geerntet, um das vollständige FosB-Protein abbauen zu lassen (Perrotti et al., 2008).

Intravenöse Kokain-Selbstverabreichung mit Umweltanreicherung

Intravenöse Katheterimplantation

Die Ratten wurden unter Verwendung von Ketamin (100 mg / kg IP) und Xylazin (10 mg / kg IP) anästhesiert und ein Silastic-Katheter wurde eingeführt und in der Jugularvene befestigt, wobei er die Haut auf dem Rücken des Tieres verließ. Jeden Tag wurden die Katheter mit 0.1 ml einer sterilen Salzlösung infundiert, die Heparin (30.0 U / ml), Penicillin G Kalium (250,000 U / ml) und Streptokinase (8000 IU / ml) enthielt, um eine Infektion zu verhindern und die Katheterdurchgängigkeit während der gesamten Dauer aufrecht zu erhalten von Experimenten.

Kokain-Selbstverwaltung mit Umweltanreicherung

Zwanzig angereicherte und 20-isolierte Ratten wurden in operante Kammern 30 × 24 × 21 cm (Med-Associates, St. Albans, VT) gesetzt und durften auf einen Hebel für Infusionen von Kokain drücken (0.5 mg / kg / Infusion, NIDA-Medikamentenzufuhr, Research Triangle Institute, NC, USA) oder Kochsalzlösung unter einem festen Verhältnis 1 (FR1) Zeitplan für 2 h pro Tag für insgesamt 14 Tage. Um eine ähnliche Kokainaufnahme zwischen den EC- und IC-Gruppen aufrechtzuerhalten, gab es ein Maximum an 30-Infusionen pro Sitzung. Die Gewebeverarbeitungskapazität war auf 30-Proben beschränkt, so dass die am wenigsten reagierenden Ratten aus jeder Gruppe nicht verarbeitet wurden, wobei Ns von 8 für Kokain und 7 für Kochsalzgruppen zurückblieben. Somit gab es keine EC / IC-Unterschiede in der gesamten Kokainaufnahme oder dem Zeitverlauf von Infusionen zwischen EC- und IC-Ratten. Rattenhirne wurden nach Beginn der letzten Selbstverwaltungssitzung 3 h extrahiert, und der NAc wurde auf mRNA- und Proteinanalyse seziert. Eine Seite des NAc wurde für den Western Blot verwendet, die andere Seite wurde für qPCR verwendet.

Nicht-kontingente Kokain-Verabreichung mit Umweltanreicherung

Zum direkten Vergleich mit früher publizierter Literatur (Hope et al., 1994; Chen et al., 1995), EG (N = 12) und IC-Ratten (N = 12) wurden für 20-Tag (akut) oder 1-Tage (wiederholt) Kochsalzlösung oder 9 mg / kg Kokain intraperitoneal (IP) injiziert. Eine EC-Probe ging während der Verarbeitung verloren. Die akute Gruppe erhielt am Tag 8 Injektionen von Kochsalzlösung für 9-Tage und eine Injektion von Kokain, so dass alle Ratten die gleiche Anzahl von Injektionen erhielten. Die Gehirne wurden 30 min nach der letzten Injektion extrahiert und der NAc für die mRNA-Analyse seziert.

Quantifizierung von mRNA unter Verwendung von qPCR

Die RNA wurde durch Homogenisieren in RNA STAT-60 (Teltest, Friendswood, TX), Trennen von RNA von DNA und Protein unter Verwendung von Chloroform und Ausfällen der Gesamt-RNA mit Isopropanol extrahiert. Kontaminierende DNA wurde entfernt (TURBO DNA-Free, Life Technologies, CA, USA) und 5 & mgr; g der gereinigten RNA wurde in cDNA revers transkribiert (SuperScript III Erststrang-Synthese: Invitrogen Katalog # 18080051). ΔFosB-mRNA wurde quantifiziert unter Verwendung von quantitativer Echtzeit-PCR (SYBR Green: Applied Biosystems, Foster City, CA) auf einem Applied Biosystems 7500-Fast-Thermocycler mit Primern, die nur zum Nachweis von ΔFosB (vorwärts: AGGCAGAGCTGGAGTCGGAGAT; reverse: GCCGAGGACTTGAACTTCACTCG) entworfen und auf Primer entwickelt wurden Ratten-GAPDH nachzuweisen (vorwärts: AACGACCCCTTCATTGAC; umgekehrt: TCCACGACATACTCAGCAC). Alle Primer wurden vor Experimenten validiert und auf Spezifität und Linearität analysiert (Alibhai et al., 2007).

Western-Blot

Die rechte Seite des NAc aus sich selbst verabreichenden EC- und IC-Ratten aus Kokain oder Salzlösung wurde in einem Puffer homogenisiert, der Saccharose, Hepes-Puffer, Natriumfluorid, 10% SDS und Protease- und Phosphatase-Inhibitoren (Sigma-Aldrich: P-8340, P -2850, P-5726). Die Proteinkonzentration wurde unter Verwendung des Pierce BCA Protein Assay Kit (Thermo Scientific, IL, USA) bewertet. Da das Protein, das von einer Ratte extrahiert wurde, für die Analyse nicht ausreichte, wurden 2-Proben aus derselben Gruppe zusammen gepoolt, wobei für jede Gruppe 4-Proben erzeugt wurden. Proteinproben wurden bei 95 ° für 5min denaturiert und auf einem 10-20% -Polyacrylamid-Gradientengel (Criterion TGX, Bio-Rad Laboratories, CA, USA) laufengelassen und dann auf eine Polyvinylidenfluorid (PVDF) -Membran (Millipore, MA, USA) übertragen ). Die Membran wurde mit Blotting-Blocker (fettfreie Trockenmilch) blockiert, inkubiert mit primärem ΔFosB-Antikörper (Kaninchen, 1: 1000, # 2251, Cell Signaling Technology, MA, USA) und primärem β-Actin-Antikörper (Maus, 1: 1000 , Cell Signaling Technology, MA, USA), gewaschen mit TBST und dann inkubiert mit fluoreszierenden sekundären Antikörpern (Esel-Anti-Kaninchen (780 nm), Esel-Anti-Maus (680 nm), 1: 15000, Li-Cor Biosciences, NE, VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA). Western-Blots wurden dann aufgenommen (Odyssey, Li-Cor Biosciences, NE, USA) und Proteinmengen wurden mit der Odyssey-Software quantifiziert.

Immunhistochemie

Für Abbildung Abbildung11 (N = 3) wurden Zellen, die ΔFosB enthielten, durch immunhistochemische Markierung von ΔFosB in mit DAB gefärbten NAc-Scheiben (DAB-Peroxidase-Substrat-Kit, Vector Laboratories, CA, USA) sichtbar gemacht und gezählt. Die Gehirne wurden extrahiert, postfixiert, kryogeschützt und in 40 & mgr; m-Schnitte geschnitten, die die NAc auf einem gleitenden Gefriermikrotom enthielten (Leica Biosystems, IL, USA). Die Schnitte blieben schwimmend und wurden mit 1xPBS gespült, bevor endogene Peroxidasen gelöscht wurden, bevor sie mit 3% normalem Ziegenserum (Jackson ImmunoResearch, PA, USA) mit 0.3% Triton und Avidin D (Vector Laboratories, CA, USA) blockiert wurden. NAc-Scheiben wurden über Nacht mit FosB-Primärantikörper (1: 1000, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, USA) mit 3% Ziegenserum, 0.3% Triton, 1xPBS und Biotinlösung (Vector Laboratories, CA, USA) inkubiert. Obwohl dieser Antikörper sowohl FosB als auch ΔFosB erkennt, zeigten frühere Western-Blot-Studien, dass bei 24 h nach der Stimulation der überwiegende Teil des immunhistochemischen Signals aus ΔFosB besteht, da FosB vor 24 h stark abgebaut wird (Perrotti et al., 2008). Nach dem Waschen wurden die Scheiben mit einem biotinylierten Ziege-Anti-Kaninchen-Sekundärantikörper-IgG (Vector Laboratories, CA, USA), Ziegenserum und 1xPBS inkubiert. Dann wurden die Scheiben mit einer Avidin-Biotin-Komplex (ABC) -Peroxidasefärbung für 15 min (Thermo Scientific, IL, USA) inkubiert. Schließlich wurden Scheiben angebracht, dehydriert unter Verwendung von Ethanol und CitriSolv (Fischer Scientific, MA, USA) und mit DPX (Fisher Scientific) eingedeckt. Für die Zellzählung wurden Abschnitte von Bregma + 1.80 bis + 1.44 von jedem Tier genommen. Die Gesamtzahl der ΔFosB-immunopositiven Zellen wurde aus vier NAc-Abschnitten von Kern und Hülle jeder Ratte gezählt.

Figure 1  

Stress und [Zuwachs]FosB in EC- und IC-Ratten. (ANZEIGE) Repräsentative immunhistochemische DAB-Färbung von ΔFosB in NAc Schale und Kern von IC (A und B) und EG (C und D) Ratten mitB und D) und ohne (A und C) wiederholter Stress (N = 3). (E) Quantifizierung ...

Adeno-assoziiertes Virus, das überexprimiert [Zuwachs]FosB

Ein AAV2-basierter Vektor, der ΔFosB und humanisiertes Renilla-GFP exprimiert (hrGFP; Winstanley et al., 2007, 2009a,b) oder hrGFP Kontrollvektor (N (Jeweils 10) wurde bilateral in den Ratten-NAc injiziert. Da es keine IC-Menschen gibt, wurden für diese Studie Ratten mit Paarhaltung anstelle von IC-Ratten verwendet, um die Relevanz für die wissenschaftliche Gemeinschaft zu erhöhen, indem die Wirkungen von ΔFosB demonstriert wurden unabhängig des EC / IC-Paradigmas. Ein AAV, der hrGFP exprimiert, aber ΔFosB nicht überexprimiert, wurde als Kontrolle verwendet. Der Ausdruck von ΔFosB in vivo wurde durch Immunfluoreszenzfärbung mit FosB-Primärantikörper (1: 200, Rabbit, Cell Signaling Technology, MA, USA) validiert. AAV-Vektoren wurden bilateral in die NAc-Schale injiziert (1 & mgr; l / Seite über 10 min) unter Verwendung von Koordinaten (AP = 1.7, L = 2.0, D = -6.5). Die Verhaltenstests begannen 3 Wochen nach der stereotaktischen Operation. Die genaue Platzierung wurde immunhistochemisch nach Abschluss des Verhaltenstests bestimmt.

Saccharose Neophobie

ΔFosB-überexprimierende Ratten (N = 10) und Kontrollratten (N = 8) wurden für die 1-Woche vor Beginn der Verhaltenstests behandelt. Um auf Angst-ähnliches Verhalten zu testen, wurden Ratten auf Neophobie auf einen neuen Geschmack (Saccharose) untersucht. Die Ratten wurden in einzelne Käfige getrennt und Wasser wurde bei 1600 h entfernt. Standard-Rattenwasserflaschen wurden mit einer 1% Gew./Vol. Saccharoselösung in normalem "Leitungswasser" der Ratten gefüllt und gewogen, bevor sie bei 1800 h auf jeden Käfig gegeben wurden. Nach 30 min wurden die Flaschen entnommen und erneut gewogen, und der Unterschied des Gewichts der Saccharoseflaschen vor und nach dem Test wurde berechnet. Dann wurde Saccharose in den Käfigen für zusätzliche 2-Tage ersetzt, um die Ratten vor dem Saccharosepräferenztest mit dem Geschmack von Saccharose vertraut zu machen.

Erhöht plus Labyrinth

Ein weiterer Test für angstähnliches Verhalten, das erhöhte Plus-Labyrinth (EPM), wurde 2 Tage nach Saccharose-Neophobie getestet. Das EPM misst vektormodifiziertes exploratives Verhalten in einer neuartigen und angsterzeugenden Umgebung (Green et al., 2008). Zwei geschlossene Arme und zwei offene Arme (Med Associates Inc., VT, USA) mit 12 × 50 cm waren 75 cm über dem Boden und hatten am Eingang jedes Arms Lichtstrahlen. Die Zeit, die für die offenen Arme aufgewendet wurde, wurde mittels Photobeam Breaks mit Med-PC-Software auf 5 min überwacht.

Kältestressbedingte Defäkation

Am Tag nach der EPM wurde ein dritter Angsttest durchgeführt: Defäkation als Antwort auf eine leicht stressige Umgebung (Kälte). Polycarbonat-Mäuse-Käfige (33 × 17 × 13 cm) wurden auf Eis für 10 min vorgekühlt. Die Ratten wurden für 30 min in die Käfige auf Eis gestellt und die Anzahl der Stuhlboli wurde jede 5 min aufgezeichnet.

Sozialer Kontakt

Am folgenden Tag wurde das depressionsähnliche Verhalten mit einem sozialen Interaktionstest gemessen. Die Ratten wurden vor dem Test für den 24 h getrennt. Am Testtag wurden die Ratten in eine neuartige Umgebung (Kunststoffbehälter, 45 × 40 × 45 cm) mit ihrem Käfiggenossen platziert und das Verhalten wurde für 30 min aufgezeichnet. Die Menge an Zeit, die das Paar von Ratten damit verbrachte, sich gegenseitig zu pflegen, wurde von einem für den Zustand der Ratten blinden Untersucher gemessen.

Saccharosepräferenz

Nach dem sozialen Kontakt wurde der Saccharosepräferenztest als Modell der Anhedonie verwendet. Paar-beherbergte Ratten wurden bei 1600 h mit Nahrung getrennt, aber für 2 h wurde kein Zugang zu Wasser erlaubt. Bei 1800 h wurden zwei vorgewogene Wasserflaschen auf jeden Käfig gegeben, von denen der eine Wasser enthielt, der andere eine 1% Saccharoselösung in Wasser. Die Wasserflaschen wurden in die normale Position gebracht, während die Saccharose ungefähr 10 cm entfernt angeordnet wurde. Die Flaschen wurden entfernt und nach 15 min erneut gewogen.

Lokomotivaktivität

Drei Tage nach der Saccharosepräferenz wurde die lokomotorische Aktivität unter normalen Lichtbedingungen bewertet, indem die Ratten in klare Plexiglaskammern (40 × 40 × 40 cm) mit einer dünnen Schicht Bettung, umgeben von zwei 4 × 4-Photobeammatrizen, eine 4 cm darüber, gelegt wurden der Boden und ein 16 cm über dem Boden, um horizontale Gehfähigkeit und vertikale (Aufzucht) Aktivität aufzuzeichnen. Photobrennebrüche wurden auf 2 h durch ein modifiziertes Freifeld-Aktivitätssystem (San Diego Instruments, CA, USA) überwacht.

Erzwungener Schwimmtest

Der letzte spontane Verhaltenstest war das FST, ein auf Antidepressiva ansprechendes Modell. Die Ratten wurden in einen Plexiglaszylinder gegeben, der mit 14 L von Raumtemperatur (24 ± 0.5 °) Wasser für 15 min in der Sitzung 1 und 5 min in der Sitzung 2 am folgenden Tag gefüllt war. Die Ratten wurden getrocknet und in ihre Heimkäfige zurückgebracht. Die Schwimmaktivität wurde aufgezeichnet und die Latenz bis zum ersten Immobilitätszeitraum (1 s) und die Gesamtzeit, die unbeweglich war, wurden für die Sitzung 2 von einem für die Bedingungen geblendeten Untersucher bestimmt.

Saccharose operant reagiert

Kontroll-AAV-Ratten und & Dgr; FosB-überexprimierende Ratten wurden über 85-Tage auf 7% des Gewichts der freien Fütterung reguliert. Alle Ratten wurden trainiert, auf Saccharosepellets (Bio-Serv, NJ, USA) auf einem FR1-Verstärkungsplan für 15 min-Sitzungen an 5-aufeinanderfolgenden Tagen zu bügeln. Die Ratten erhielten dann für 3-Tage freien Zugang zu Futter und durften erneut auf Saccharosepellets auf einem FR1-Plan für 15 min, diesmal mit 100% -Freifuttergewicht, stabdrücken.

Kokain-Selbstverwaltung

Erwerb

Eine Woche nach der Katheteroperation (wie oben beschrieben) wurden alle Ratten (7-Kontrollratten und 10-ΔFosB-überexprimierende Ratten, eine Kontrollratte wurde durch Katheteroperation verloren) in operante Kammern 30 × 24 × 21 cm (Med-Associates, St.) gebracht. Albans, VT) und darf 0.2 mg / kg / Infusionsdosis Kokain für 2 h pro Sitzung für 4-Tage selbst verabreichen; dann 0.5 mg / kg / Infusion für 3 Tage auf einem FR1-Zeitplan. Jede Infusion wurde intravenös in einem Volumen von 0.01 ml über 5.8 s verabreicht. Die Infusion wurde durch das Aufleuchten von zwei Lichtern für 20 s signalisiert, die eine Zeitüberschreitung signalisierten, während der keine weiteren Infusionen erreicht werden konnten.

Aussterben

Da eine chronische Kokain-Exposition vermutlich eine Akkumulation von ΔFosB in Kontrollratten induzieren würde, was die Ratten in beiden Vektorzuständen zu hohen Spiegeln von ΔFosB im Gehirn veranlassen würde, wurden die Ratten für 4-Tage in ihre Heimkäfige eingesperrt, ohne dass sie sich selbst verabreichen konnten ΔFosB-Proteinspiegel in Kontroll-Vektor-Ratten zu verringern. Nach der 4-Tage-Abstinenz wurden Ratten in die operante Kammer gebracht und es wurde ihnen erlaubt, Kochsalzlösung anstelle von Kokain unter einem FR1-Plan für 1h-Sitzungen für 3-aufeinanderfolgende Tage zu verabreichen.

Fixed-Rate-Dosis-Antwort

Jede Ratte (Kontrolle und ΔFosB-Überexpression) durfte 0.00325-, 0.0075-, 0.015-, 0.03-, 0.06-, 0.125-, 0.25-, 0.5-mg / kg / Infusions-Kokain in aufsteigender Reihenfolge auf einem FR1-Zeitplan täglich für 5-aufeinanderfolgende Tage verabreichen. Ratten verabreichten jede Dosis Kokain für 30 min.

Kokaininduzierte Wiedereinstellung

Die Ratten unterzogen sich einem Wiedereingliederungsverfahren innerhalb der Sitzung. Die Ratten erhielten 0.5 mg / kg / Infusion auf einem FR1-Plan für 60 min, gefolgt von 3 h vom Aussterben (mit kontingenten Kokain-Hinweisen). Als nächstes erhielten sie eine IP-Injektion (Green et al., 2010) Kokain einer von fünf Dosen (0, 2.5, 5, 10 oder 20 mg / kg) in zufälliger Reihenfolge für jede Ratte über die 5-Sitzungen der Wiedereinsetzung. Die letzte 3-h-Phase der Sitzung reagierte wieder, wiederum mit Kokain-Hinweisen, aber immer noch ohne Kokain-Infusionen. Nach jeder Kokain-induzierten Wiederaufnahme-Sitzung erhielten die Ratten 2 zwischen den Tagen mit hoher Dosis (0.5 mg / kg / Infusion) Kokain auf einem FR1-Plan für 2 h, um hohe Antwortreaktionen über die Sitzungen aufrechtzuerhalten. Während des Kokain-Selbstverabreichungsprozesses verloren die Katheter einiger Ratten allmählich die Durchgängigkeit; Daher wurden die Daten von 6-Kontrollratten und 7-ΔFosB-überexprimierenden Ratten in dieser Analyse verwendet.

statistische Analyse

Zwei-Wege-Varianzanalysen (ANOVAs) und Zwei-Wege-ANOVAs mit wiederholten Messungen wurden durchgeführt, um die vier Behandlungsgruppen zu vergleichen, und geplante Vergleiche wurden verwendet, um Unterschiede zwischen den Bedingungen zu vergleichen. Die Signifikanz zwischen nur zwei Bedingungen wurde unter Verwendung eines Studenten analysiert t-Prüfung. Alles tTestdaten bestanden den Shapiro-Wilk-Test der Normalität. Alle Daten sind als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. Die statistische Signifikanz wurde festgelegt auf p <0.05. Alle angereicherten Ratten für ein einzelnes Experiment wurden in einem Käfig gehalten, aber als separate Probanden behandelt, was Auswirkungen auf das Problem einer möglichen Pseudoreplikation hatte.

Die Ergebnisse

EC - Ratten zeigen höhere Basalwerte von [Zuwachs]FosB in NAc als IC-Ratten

Im Vergleich zu IC-Ratten weisen EC-Ratten eine signifikant höhere Anzahl von ΔFosB-positiven Zellen in beiden NAc-Kernen auf (t(4) = -3.31, p <0.05) und Schale (t(4) = -6.84, p <0.05) (Figuren 1A, C, E, F), was darauf hindeutet, dass der Basalton von ΔFosB bei EC-Ratten im Vergleich zu IC-Ratten höher ist. Darüber hinaus zeigten Western-Blot-Ergebnisse einen starken Trend für EC-Kochsalzratten mit einem höheren Grundniveau an ΔFosB-Protein im NAc im Vergleich zu IC-Kochsalzratten (t(6) = -2.03, p = 0.089; Zahl Abbildung2A) 2A) mit einem zweiseitigen Test. Angesichts der erhöhten Expression in den Abbildungen 1A-F und die Zunahmen in anderen Zeitungen (Solinas et al., 2009), sind wir zuversichtlich in diesem Effekt. Die Western-Blot-Befunde belegen auch, dass praktisch die gesamte immunhistochemisch nachgewiesene FosB-ähnliche Immunoreaktivität ΔFosB und nicht FosB war, was bei 24 h nicht nachweisbar war.

Figure 2  

Kokain und [Zuwachs]FosB in EC- und IC-Ratten. (A-B) Mittleres ΔFosB-Protein (A) und mRNA (B) Spiegel (± SEM) in NAc nach 14-Tagen der Kochsalz- oder Kokain-Selbstverabreichung bei IC- und EC-Ratten (N = 7-8). Rote Bänder in Panel a bezeichnen ...

[Zuwachs]FosB wird differentiell in EC- und IC-Ratten durch Stress induziert

Es gab einen signifikanten Haupteffekt der wiederholten Zwangsspannung in beiden Schalen (F(1, 8) = 16.6, P <0.005) und Kern (F(1, 8) = 7.9, P <0.05) des NAc und ein Haupteffekt der Umweltanreicherung in der Schale (F(1, 8) = 22.3, P <0.005; Zahlen 1A-F). Noch wichtiger ist, dass die Wechselwirkung zwischen Stress und Umweltanreicherung auch in beiden Schalen signifikant war (F(1, 8) = 25.6, P <0.01) und Kern (F(1, 8) = 6.7, P <0.05). Die Wechselwirkung war derart, dass nach wiederholtem Rückhaltestress die Anzahl der ΔFosB-positiven Zellen bei IC-Ratten signifikant anstieg, während sich diese Anzahl bei EC-Ratten nach wiederholtem Stress nicht änderte.

Um weiter zu untersuchen, wie ΔFosB durch akute gegenüber wiederholter Belastung dynamisch reguliert wird und um einen Vergleich mit früherer Forschung zu ermöglichen (Alibhai et al., 2007), Induktion von ΔFosB mRNA wurde mit akuter und wiederholter Zwangsbelastung untersucht (Abb (Abbildung1G) .1G). Es gab einen signifikanten Haupteffekt von Stress (F(2, 24) = 31.9, P <0.001) und Umweltanreicherung (F(1, 24) = 5.1, P <0.05). Bei den IC-Ratten wurde ΔFosB-mRNA nach akutem Rückhaltestress stark induziert. Bei wiederholtem Stress war die Induktion von ΔFosB-mRNA jedoch im Vergleich zur akuten Induktion signifikant abgeschwächt. Es gab auch eine signifikante Interaktion (F(2, 24) = 4.6, P <0.05), was zeigt, dass die akute Induktion von ΔFosB-mRNA bei EC-Ratten im Vergleich zu IC-Ratten geringer war. Somit haben EC-Ratten höhere Grundspiegel von ΔFosB Protein in der NAc, aber weniger ΔFosB mRNA Induktion als Reaktion auf einen akuten Stressor.

[Zuwachs]FosB wird durch Kokain in NAc von EC- und IC-Ratten differentiell induziert

Um zu bestimmen, ob EC- und IC-Ratten unterschiedlich auf Kokain reagieren, untersuchten wir die Regulierung von & Dgr; FosB-Protein und mRNA in Ratten-NAc nach der Selbstverabreichung von Kokain (Fig 2A, B beziehungsweise). Ein Western Blot zeigte einen signifikanten Haupteffekt von Kokain (F(1, 12) = 24.9, P <0.001) und eine signifikante Wechselwirkung (F(1,12) = 5.5, P <0.05). Die Wechselwirkung war derart, dass ΔFosB bei IC-Ratten stärker anstieg als bei EC-Ratten (Abbildung) (Abbildung2A) .2A). In der Tat, nach der Selbstverabreichung von Kokain waren die ΔFosB-Proteinspiegel signifikant erhöht einzige in IC-Ratten. In Bezug auf die mRNA-Spiegel zeigten die qPCR-Ergebnisse auch einen signifikanten Haupteffekt von Kokain (F(1, 26) = 47.1, P <0.001) und Haupteffekt der Umweltanreicherung (F(1, 26) = 13.8, P <0.005). Obwohl die Gesamtspiegel bei EC-Ratten niedriger waren, erhöhten beide Gruppen die ΔFosB-mRNA (Abbildung) (Abbildung2B2B).

Obwohl die Proteindaten die ursprüngliche Hypothese unterstützten, wurde die Hypothese aus Abbildung abgeleitet Abbildung1G1G dass EC-Ratten weniger zeigen würden mRNA Induktion als isolierte Ratten in dem oben genannten Kokain-Experiment, die nicht passieren, wahrscheinlich, weil Abbildung Abbildung1G1G nutzte einen 30 min-Zeitpunkt und das Kokain-Experiment nutzte einen 3 h-Zeitpunkt. Um die mRNA-Hypothese weiter zu untersuchen, wurde ein 30 min-Zeitpunkt verwendet, um sowohl die akute als auch die wiederholte Kokainbehandlung als einen besseren Vergleich mit Figur zu untersuchen Abbildung1G.1G. Da die akute Selbstverabreichung von Kokain von Natur aus problematisch ist (dh Lernerwerb), erhielten EC- und IC-Ratten akute oder 9-Tage wiederholter nicht-konditionaler Kokain-IP-Injektionen (20 mg / kg). Wie angenommen, gab es einen signifikanten Haupteffekt der Umweltanreicherung (F(1, 17) = 14.3, P <0.005), aber der Haupteffekt der Kokainbehandlung (F(2, 17) = 3.4, P = 0.057) und die Interaktion (F(2, 17) = 3.4, P = 0.055) zeigte nur starke Trends mit einem zweiseitigen Test. Allerdings hatten wir Richtungshypothesen aus Abbildung Abbildung1G, 1GWir sind der Meinung, dass EC - Ratten weniger Induktion zeigen als IC - Ratten (Abb (Abbildung2C2C).

Überexpression von [Zuwachs]FosB in NAc-Shell ahmt den schützenden Anreicherungs-induzierten Suchtphänotyp nach

Um die Wirkung von ΔFosB auf das Verhalten der Ratten unabhängig von der Anreicherung / Isolierung der Umgebung zu untersuchen (dh um diese Ergebnisse relevanter für Nicht-EC / IC-Studien zu machen), wurde das Adeno-assoziierte Virus (AAV) bilateral in der NAc überexprimiert nicht angereicherte paarweise gehaltene Ratten. Gemäß unseren früheren Studien reagiert die NAc-Schale am empfindlichsten auf die Kontrolle von Depressionen und Drogenkonsum / Suchverhalten, so dass in dieser Studie AAV-Vektoren in die NAc-Schale injiziert wurden (Green et al., 2006, 2008, 2010). Zahlen 3A, B zeigen die repräsentative Immunhistofluoreszenz von ΔFosB mit dem Kontrollvektor (Panel A; dh endogene ΔFosB-Expression) und dem ΔFosB-überexprimierenden Vektor (Panel B) in der NAc-Schale.

Figure 3  

Überexpression von [Zuwachs]FosB in NAc-Hülle ahmt den schützenden Suchtphänotyp der Umweltanreicherung nach. (A-B) Repräsentative Immunhistochemie von ΔFosB für hrGFP Kontrolle (A) und ΔFosB-überexprimierend (B) AAV-Vektoren. ...

Nachdem der Titer validiert wurde, in vivo Englisch: www.opus-bayern.de/uni-wuerzburg/fr...s=1023&la=de In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst der Effekt der Überexpression von ΔFosB in Angstmodellen untersucht. Die Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale war nicht ausreichend, um den anxiogenen Effekt der Umweltanreicherung in den Paradigmen Sucrose-Neophobie und Kältestress-induzierter Defäkation zu reproduzieren (Daten nicht gezeigt). Darüber hinaus gab es keine Auswirkungen auf das EPM (Daten nicht gezeigt). Da die Anreicherung in der Umwelt eine antidepressivähnliche Wirkung bei Ratten hervorruft, führten wir als nächstes depressionsbezogene Tests an ΔFosB-überexprimierenden Ratten durch. Ähnlich wie bei Angstmodellen zeigten die Ergebnisse, dass die Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale nicht ausreichte, um das depressionsähnliche Verhalten im Saccharose-Präferenztest, dem sozialen Interaktionstest oder der FST zu verringern (Daten nicht gezeigt).

Im Paradigma der Umweltanreicherung zeigen EC-Ratten eine geringere basale lokomotorische Aktivität als IC-Ratten (Bowling et al., 1993; Bowling und Bardo, 1994; Smith et al., 1997; Green et al., 2003, 2010). Um den Effekt der Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale zu untersuchen, wurde die spontane lokomotorische Aktivität auf 120 min getestet. Bei Verwendung eines zweiseitigen Tests zeigten die Ergebnisse, dass die Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale einen starken Trend zur verminderten basalen lokomotorischen Aktivität bei Ratten zeigte (Abb (Abbildung3C; 3C; t(16) = 1.84, p = 0.084). Obwohl diese Daten mit einem zweiseitigen Test nicht statistisch signifikant sind, sind diese Daten dennoch faszinierend, da sie unserer expliziten Richtungshypothese auf der Basis von Green et al. (2010), was im Einklang mit der Umweltanreicherung steht.

IIm Gegensatz zu Depressions- und Angstmodellen war die Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale in der Lage, einen EC-ähnlichen Phänotyp in multiplen Sucht- / Verstärkungsparadigmen zu erzeugen. ichIm Saccharose-Pellet-Operanten-Selbst-Verabreichungstest gab es eine signifikante Wechselwirkung zwischen ΔFosB-Überexpression und Hungermotivation von Ratten (F(1, 16) = 7.4, P <0.01). Ratten, die ΔFosB in der NAc-Schale überexprimierten, nahmen signifikant zu mehr Saccharose-Pellets unter hunger-motivierten Bedingungen (dh bei 85% freies Futtergewicht), aber weniger Pellets unter dem schwach motivierten Zustand (dh 100% freies Futtergewicht; Abbildung3D), 3D), die den EC-Phänotyp perfekt imitiert (Green et al., 2010).

Im Paradigma der Umweltanreicherung zeigten EC-Ratten ein reduziertes Kokainsuchverhalten beim Aussterben und Kokain-induzierte Wiederherstellung (Green et al., 2010). Somit wurde das Kokainaufnahme- und Suchverhalten in ΔFosB-exprimierenden Ratten unter Verwendung des intravenösen Kokain-Selbstverwaltungs-Paradigmas gemessen. Als ein Modell des Verlangens zeigte das Kokain-Extinktionsparadigma, dass die ΔFosB-Überexpression in der NAc-Schale das Suchtverhalten der Droge verringerter (F(1, 15) = 6.7, P <0.05; Zahl Abbildung3E) .3E). Es gab auch einen signifikanten Haupteffekt der Sitzung (F(2, 30) = 74.0, P <0.001). Für die Wartung, die nach einem FR1-Zeitplan ansprach, gab es einen signifikanten Haupteffekt der Dosis (F(7, 105) = 222.6, P <0.001) und eine signifikante Wechselwirkung (F(7, 105) = 2.3, P <0.05) bei der kumulativen Kokainaufnahme. Die Art der Wechselwirkung war derart, dass Unterschiede nur bei höheren Kokain-Dosen erkennbar waren (Abbildung) (Abbildung3F) .3F). Bei der Kokain-induzierten Wiederherstellung gab es schließlich einen signifikanten Haupteffekt der Dosis (F(4, 44) = 15.5, P <0.001) und ein Trend für einen Haupteffekt der ΔFosB-Überexpression unter Verwendung eines zweiseitigen Tests (F(1, 11) = 4.1, P = 0.067). Angesichts der Richtungshypothese von Green et al. (2010) und die statistisch signifikanten und konsistenten Ergebnisse in den Abbildungen 3D, E, F, ist es wahrscheinlich, dass ΔFosB die Wiederherstellung verringert (Abb (Abbildung3G) .3G). Die Reaktion bei der 10 mg / kg-Dosis war signifikant niedriger für ΔFosB-exprimierende Ratten. Die Ergebnisse als Ganzes deuten darauf hin, dass die Überexpression von ΔFosB in der Ratten-NAc-Schale das Kokainkonsum- und Suchverhalten verringert, was mit den Auswirkungen der Umweltanreicherung auf das Verhalten übereinstimmt.

Diskussion

Die Anfälligkeit von Personen gegenüber Abhängigkeit und Depression wird stark von Umweltfaktoren beeinflusst. Environmental Enrichment ist ein Paradigma, das das Lebensumfeld von Tieren manipuliert und schützende Wirkungen gegen viele psychiatrische Erkrankungen erzeugt. ΔFosB spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulation der Belohnungsfunktion in mehreren Gehirnregionen, einschließlich NAc und dorsalem Striatum (Koob et al., 1998; Weise, 1998; Wallaceet al., 2008; Grüter et al., 2013; Pitcher et al., 2013). In diesem Projekt untersuchten wir die dynamische Regulation von ΔFosB durch Stress und Kokain in angereicherten und isolierten Ratten. Die wichtigsten Ergebnisse dieses Projekts sind:

(1) EC-Ratten zeigten im Vergleich zu IC-Ratten erhöhte ΔFosB-Spiegel in der NAc zu Studienbeginn;

(2) nur IC-Ratten akkumulieren zusätzliches ΔFosB-Protein mit wiederholter Belastung;

(3) EC-Ratten zeigen nach Stress oder Kokain eine abgeschwächte Induktion von ΔFosB-mRNA; und

(4) Überexprimieren von ΔFosB in der NAc von paarweise gehaltenen Ratten ahmt den protektiven Suchtphänotyp nach, jedoch nicht den schützenden Depressionsphänotyp.

Man könnte aus der veröffentlichten Literatur erwarten, die zeigt, dass transgene ΔFosB-überexprimierende Mäuse eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Kokainbelohnung und Selbstverabreichung bei niedrigen Wirkstoffdosen zeigen (Kelz et al., 1999; Colbyet al., 2003; Vialou et al., 2010; Robison et al., 2013), dass die & Dgr; FosB-überexprimierenden Ratten in dem gegenwärtigen Experiment eine erhöhte Neigung zur Selbstverabreichung und Suche nach Kokain zeigen würden. IIn den aktuellen Experimenten verringerte jedoch die Überexpression von ΔFosB in der NAc-Schale die Kokainaufnahme und die Suche nach Kokain während des Aussterbens und der Wiederaufnahme, was auf eine verminderte Motivation für Kokain hinweist. Die Diskrepanz könnte auf der Tatsache beruhen, dass die transgenen Mäuse & Dgr; FosB im gesamten Striatum, jedoch nur in Dynorphin + -Zellen exprimierten (Colbyet al., 2003). In dem aktuellen Experiment wurde ΔFosB durch einen AAV-Vektor, der Dynorphin + und Enkephalin + Neuronen infiziert, überexprimiert. Zweitens konzentrierte sich die aktuelle Studie auf die NAc-Shell und nicht auf die gesamte Striatalregion.

Zusätzlich zum Suchtphänotyp erzeugt die Umweltanreicherung bei Ratten antidepressive und anxiogenartige Profile (Green et al., 2010; Vialou et al., 2010). In der aktuellen Studie konnte die Überexpression von ΔFosB im NAc bei keinem der drei Depressions- oder drei Angsttests Wirkung zeigen. Obwohl es viele mögliche Faktoren gibt, die dazu beitragen können, dass ΔFosB die Anreicherungsabhängigkeit, nicht aber den Depressionsphänotyp nachahmt, ist es möglich, dass die NAc-Schale dominanter für suchtbezogenes Verhalten ist, während depressionsbezogenes Verhalten von anderen Regionen robuster vermittelt werden kann. Die vorliegenden Ergebnisse stehen im Widerspruch zu Studien in Mäuse wo ΔFosB-Überexpression in der NAc (wo man Shell vs. Core nicht zuverlässig unterscheiden kann) in mehreren Verhaltenstests robuste Antidepressiva-ähnliche Effekte erzeugte (Vialou et al., 2010). Ein möglicher Grund ist, dass es einfacher ist, die Wirkung von ΔFosB auf schwere Stress-Verhaltensmodelle wie Stress bei sozialer Niederlage zu sehen. Die aktuelle Überexpressionsstudie untersuchte depressionsähnliches Verhalten in Abwesenheit eines schweren Stressors.

Während dieser Studie korrelierten hohe basale Spiegel von ΔFosB (z. B. aus Anreicherung, wiederholtem Stress oder Kokain) mit einer schwächeren anschließenden Induktion von ΔFosB. Dies kann einen Deckeneffekt darstellen, wobei keine weitere Induktion zusätzlich zu erhöhten Basalspiegeln des Proteins möglich ist. Es ist auch möglich, dass akkumulierte Mengen von ΔFosB Rückkopplung zeigen, um eine weitere Induktion von ΔFosB-mRNA nach Stress oder Kokain als negative Rückkopplungsschleife zu inhibieren. Zum Beispiel, EC-Ratten hatten hohe Konzentrationen von ΔFosB und zeigten eine abgeschwächte Induktion von ΔFosB nach Stress oder Kokain. Dies unterstreicht die negative Korrelation zwischen den ΔFosB-Proteinspiegeln und der mRNA-Induktion. Die negative Rückkopplung von akkumuliertem ΔFosB erklärt auch die abgeschwächte Induktion von ΔFosB mit wiederholter Belastung bei IC-Ratten.

Um es klar zu sagen, wir behaupten nicht, dass das Paradigma der Umweltanreicherung eine direkte translationale Relevanz hat, da nur sehr wenige Kinder in einer echten Benachteiligung aufwachsen (es sei angemerkt, dass sozioökonomische Benachteiligung nicht mit Umweltentzug gleichzusetzen ist). Der Nutzen dieses Paradigmas besteht darin, dass es sich um eine nicht-medikamentöse, nicht-chirurgische, nicht-genetische Manipulation handelt, die schützende Verhaltensphänotypen für Sucht und Depression erzeugt, die in einem Labor-kontrollierten Umfeld als ein grundlegendes wissenschaftliches Werkzeug zur Identifizierung molekularer Mechanismen genutzt werden können Resilienz gegenüber psychiatrischen Erkrankungen. Frühere Forschung hat die Verhaltensphänotypen im Detail beschrieben (Bowling et al., 1993; Bowling und Bardo, 1994; Bardo et al., 1995; Green et al., 2002, 2003; El Rawas et al., 2009) und neuere Studien (Solinas et al., 2009; Green et al., 2010; Lobo et al. 2013) liefern zusammen mit der aktuellen Studie Hinweise auf die Transkriptionsmechanismen, die diesen Verhaltensphänotypen zugrunde liegen. Die stromabwärts gelegenen Transkriptionszielgene / Proteine, die die schützenden Phänotypen produzieren, werden derzeit untersucht (Fan et al., 2013a,b; Lichti et al., 2014).

Unsere Konzeptualisierung der Umweltanreicherung ist, dass Bereicherung ein Kontinuum mit Isolation am unteren Ende und voller Bereicherung am oberen Ende ist. "Die vollständige "Bereicherung" ist in diesem Fall definiert als eine Umgebung, in der die Versuchspersonen der Neuheit, dem nicht bedrohlichen sozialen Kontakt mit Artgenossen, ausgesetzt sind und Raum und Objekte für die Übung zugelassen sind. TDiese drei Faktoren stellen alle die zusammengesetzte Bedingung der "Anreicherung" dar, weil sie jeweils lohnend sind und Dopamin in der NAc freisetzen und als solche eine gemeinsame neurobiologische Schaltung aktivieren (Louilotet al., 1986; Calcagnetti und Schechter, 1992; Crowder und Hutto, 1992; Rebecet al., 1997; Bevins et al., 2002). In dieser Konzeptualisierung wird Isolation als Kontrollgruppe betrachtet, weil sie die Abwesenheit der Manipulation darstellt (dh Anreicherung; Crofton et al., Im Rückblick). Andere Konzeptualisierungen sind jedoch möglich. In einer alternativen Konzeptualisierung ist das Kontinuum das gleiche, aber die Isolierungsgruppe ist die experimentelle Gruppe und die angereicherte Gruppe ist die Kontrolle. ichIn diesem Modell berauben die Probanden die normale Bereicherung is die tatsächliche Manipulation. IIn diesem Fall würde man, anstatt zu sagen, dass die Bereicherung schützend ist, sagen, dass Isolation Anfälligkeit verleiht. Noch eine dritte Konzeptualisierung postuliert, dass es kein Kontinuum gibt und dass Anreicherung und Isolation zwei grundlegend verschiedene Manipulationen sind. In dieser Ansicht sollten Anreicherung und Isolierung getrennt sein und beide im Vergleich zu einer Paar-Unterbringungssteuerung. Das Fehlen eines universellen Konsenses über die Art der Anreicherung stellt eine Einschränkung des Paradigmas dar und gibt dennoch eine Richtung für zukünftige Studien vor. Ungeachtet dessen bleiben die Ergebnisse dieser Experimente unabhängig von der nachfolgenden Interpretation fest.

Umwelt- und Lebenserfahrungen haben einen starken Einfluss auf die Entwicklung und den Ausdruck vieler psychiatrischer Erkrankungen. Das Verständnis des Mechanismus der protektiven Sucht- und Depressionsphänotypen der Umweltanreicherung adressiert eine grundlegende Frage in der Forschung zur psychischen Störung - nämlich den Beitrag der Umwelt zur Anfälligkeit oder Widerstandsfähigkeit gegenüber psychiatrischen Erkrankungen. Diese Studie unterstreicht die Bedeutung von ΔFosB bei der Regulierung von Suchtverhalten. In zukünftigen Studien muss die Wirkung von ΔFosB und seine aktivierenden und inhibitorischen Effekte auf spezifische Zielgene im Modell der Umweltanreicherung weiter untersucht werden.

Finanzierung und Offenlegung

Yafang Zhang, keiner; Elizabeth J. Crofton, keine; Dingge Li, keiner; Mary Kay Lobo, keine; Xiuzhen Fan, keiner; Eric J. Nestler, R37DA007359; Thomas A. Grün, DA029091.

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass die Untersuchung in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als möglicher Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Anerkennungen

Diese Experimente wurden mit Mitteln des National Institute on DrugAmuse, DA029091 und R37DA007359 finanziert. Kokain wird vom Nationalen Institut für Drogenmissbrauch zur Verfügung gestellt.

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