BEMERKUNGEN: Obwohl Stress, Drogenmissbrauch und bestimmte natürliche Belohnungen eine Akkumulation von DeltaFosB auslösen, aktiviert Stress verschiedene nachgeschaltete Zellen und später verschiedene Rezeptoren und Gene. Mit anderen Worten, Süchte und Stressresistenz beruhen auf grundlegend unterschiedlichen Mechanismen
J Neurosci. 2010 27, 30 (43): 14585-92.
Vialou V, Maze I, Renthal W, LaPlant QC, Watt EL, Mouzon E, Ghose S, Tamminga CA, Nestler EJ.
Quelle
Fishberg Abteilung für Neurowissenschaften, Mount Sinai Schule für Medizin, New York, New York 10029, USA.
Abstrakt
Die molekularen Mechanismen, die stress- und medikamenteninduzierten neuronalen Anpassungen zugrunde liegen, sind unvollständig verstanden. Ein Molekül, das an solchen Anpassungen beteiligt ist, ist ΔFosB, ein Transkriptionsfaktor, der sich im Nagetier Nucleus accumbens (NAc), einer zentralen Belohnungsregion des Gehirns, als Reaktion auf chronischen Stress oder wiederholte Exposition gegenüber Missbrauchsdrogen ansammelt. TDie Upstream-Transkriptionsmechanismen, die die ΔFosB-Induktion durch diese Umweltreize steuern, bleiben schwer zugänglich. Hier identifizieren wir den Aktivität-abhängigen Transkriptionsfaktor, Serum-Response-Faktor (SRF), als einen neuen Upstream-Vermittler von Stress-, aber nicht Kokain-, induzierte ΔFosB. SRF ist sowohl bei depressiven Patienten als auch bei Mäusen, die chronischer Stressbelastung ausgesetzt sind, herunterreguliert. Diese Herabregulierung von SRF fehlt bei widerstandsfähigen Tieren. Durch die Verwendung von induzierbarer Mutagenese zeigen wir, dass die stressvermittelte Induktion von ΔFosB, die vorwiegend in elastischen Mäusen auftritt, von der SRF-Expression in dieser Hirnregion abhängig ist. Darüber hinaus fördert die NAc-spezifische genetische Deletion von SRF eine Vielzahl von pro-depressiven und proangriffsähnlichen Phänotypen und macht Tiere empfindlicher gegenüber den schädlichen Auswirkungen von chronischem Stress. Im Gegensatz dazu zeigen wir, dass SRF keine Rolle bei der Akkumulation von ΔFosB in NAc als Reaktion auf chronische Kokain-Exposition spielt. Darüber hinaus hat NAc-spezifisches knock-out von SRF keinen Einfluss auf kokaininduziertes Verhalten, was darauf hinweist, dass chronischer Stress durch soziale Niederlagen und wiederholte Kokainexposition die ΔFosB-Akkumulation und Verhaltenssensitivität durch unabhängige Mechanismen regulieren.
Einleitung
Der Nucleus accumbens (NAc), eine wichtige Gehirn-Belohnungsregion, ist wichtig für die Integration von sensorischen und kognitiven Inputs, die motivationsrelevante Verhaltensweisen als Reaktion auf Umweltreize anregen (Nestler und Carlezon, 2006; Sesack und Grace, 2010). Die NAc wurde auch mit Verhaltensauffälligkeiten im Zusammenhang mit Drogenabhängigkeit und Depression in Verbindung gebracht. Dementsprechend wurde gezeigt, dass die zielgerichtete Stimulation des NAc mit Tiefenhirnstimulation depressions- und suchtähnliches Verhalten sowohl bei Menschen als auch bei Nagern lindert (Schlaepfer et al., 2008; Vassoler et al., 2008; Heinze et al., 2009; Kuhn et al., 2009).
Wiederholte Exposition gegenüber Missbrauchs- oder Streßdrogen induziert veränderte Genexpressionsmuster in NAc, was möglicherweise der Chronizität von Sucht und Depression zugrunde liegt (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007; Maze et al., 2010; Vialou et al ., 2010). Interessanterweise akkumuliert der Transkriptionsfaktor & Dgr; FosB, ein Spleißprodukt des fosB-Gens, in NAc als Reaktion auf wiederholte Arzneimittel- oder Stressbelastung (Nestler, 2008; Perrotti et al., 2008; Vialou et al., 2010). ΔFosB wurde als möglicher molekularer Schalter vorgeschlagen, der den Übergang vom Freizeitdrogenkonsum zum chronisch abhängigen Zustand steuert (Nestler et al., 1999; McClung et al., 2004; Renthal et al., 2009), da seine Akkumulation in NAc verbessert wird lohnende Antworten auf mehrere Drogen des Missbrauchs. In jüngerer Zeit wurde die Rolle der ΔFosB-Induktion in NAc nach chronischem Streß der sozialen Niederlage aufgeklärt (Nikulina et al., 2008; Vialou et al., 2010): ΔFosB fördert aktive Coping-Reaktionen auf stressige Stimuli und erhöht die Resilienz. Obwohl die Induktion von ΔFosB stimulusabhängig erfolgt, sind die für die arzneimittel- und stressinduzierte ΔFosB-Akkumulation in NAc verantwortlichen Mechanismen unbekannt.
Der Serum Response Factor (SRF) ist ein Transkriptionsfaktor, der für die aktivitätsabhängige Transkriptionsaktivierung mehrerer unmittelbarer früher Gene erforderlich ist, darunter c-fos, fosb, Egr1 und Arc (Knöll und Nordheim, 2009). Jüngste Studien haben die Auswirkungen von SRF auf die morphologischen und cytoarchitektonischen Eigenschaften von Neuronen gezeigt, einschließlich der Regulation der synaptischen Aktivität und der Bildung von Schaltkreisen im erwachsenen Gehirn (Knöll und Nordheim, 2009). Diese Ergebnisse veranlassten uns zu untersuchen, ob SRF durch chronische Exposition gegenüber Drogenmissbrauch oder Stress funktionell reguliert wird und welche möglichen Auswirkungen eine solche Regulierung auf die ΔFosB-Induktion unter diesen Bedingungen hat.
Hier beschreiben wir einen neuartigen Mechanismus, durch den die Herunterregulierung von SRF in NAc prodepressive und anxiogene Phänotypen fördert und letztendlich die Anfälligkeit eines Tieres für die schädlichen Auswirkungen von chronischem Stress erhöht. Diese Effekte werden teilweise durch den Verlust der ΔFosB-Induktion in NAc von gestressten Tieren vermittelt. Die beobachteten Abnahmen der SRF- und ΔFosB-Expression in postmortem NAc-Gewebe von depressiven Patienten stützen die Relevanz unserer Ergebnisse für die Depression beim Menschen. Interessanterweise scheint dieser Mechanismus zur Steuerung der ΔFosB-Akkumulation stressspezifisch zu sein: Die chronische Kokainexposition hat keinen Einfluss auf die SRF-Expression, die SRF-Deletion aus dem NAc hat keinen Einfluss auf die ΔFosB-Akkumulation nach chronischer Kokainexposition und eine solche SRF-Deletion hat keinen Einfluss auf die Kokain-Exposition. induzierte Verhaltensweisen. Dieses neuartige Zusammenspiel von SRF und ΔFosB im Zusammenhang mit Stress kann einen wichtigen homöostatischen Mechanismus darstellen, der die Empfindlichkeit eines Individuums gegenüber chronischem Stress reguliert.
Materialen und Methoden
Tiere
Acht Wochen alte männliche C57BL / 6J-Mäuse (Jackson Laboratory) wurden in allen Verhaltens- und biochemischen Experimenten verwendet. Alle Tiere wurden an die Tiereinrichtung für mindestens 1 Woche vor den experimentellen Manipulationen gewöhnt und wurden bei 23-25 ° C mit einem 12 h Hell / Dunkel-Zyklus (Licht von 7: 00 AM bis 7: 00 PM) ad ad libitum gehalten Zugang zu Nahrung und Wasser. Die Experimente wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien der Society for Neuroscience und des Ausschusses für institutionelle Tierpflege und -nutzung an der Mount Sinai School of Medicine durchgeführt.
Für Kokain-Experimente [Western-Blotting und quantitative Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP)] wurden 8- bis 10-Wochen alte männliche C57BL / 6J-Mäuse verwendet. Die Tiere erhielten sieben tägliche intraperitoneale Injektionen von entweder Kochsalzlösung oder Kokain (20 mg / kg Kokain-HCl; Sigma). Die Mäuse wurden nach der letzten Behandlung mit 24 h behandelt. Für Verhaltensexperimente wurden Mäuse einzeln postchirurgisch untergebracht und wurden wie nachstehend beschrieben mit 10 mg / kg (lokomotorische Sensibilisierung) oder 7.5 mg / kg (konditionierte Platzpräferenz) Kokain-HCl intraperitoneal behandelt.
Srffl / fl-Mäuse wurden wie zuvor beschrieben (Ramanan et al., 2005) erzeugt. NAc-spezifisches knock-out von Srf wurde durch stereotaktische Injektion und anschließende virale Überexpression von Cre-Rekombinase (Cre), fusioniert mit grün fluoreszierendem Protein (GFP), unter Verwendung von Vektoren des Adeno-assoziierten Virus (AAV) erreicht. Ein nicht selbstlöschendes Cre wurde verwendet. AAV-GFP wurde anstelle von AAV-Cre-GFP in Srffl / fl-Mäuse als Kontrolle injiziert. Kurz gesagt wurden Mäuse unter Verwendung einer Mischung von Ketamin (10 mg / kg) und Xylazin (10 mg / kg) unter Verwendung der folgenden stereotaktischen Koordinaten, die für die Virusabgabe verwendet wurden, anästhesiert: + 1.6 (anterior / posterior), + 1.5 (lateral), - 4.4 (dorsal / ventral) in einem Winkel von 10 ° von der Mittellinie (relativ zum Bregma). Eine Gesamtmenge von 0.5 & mgr; l gereinigten Virus wurde bilateral über eine 5 min-Periode (0.1 & mgr; l / min) verabreicht, gefolgt von 5 min Rest. Die Mäuse wurden 2 Wochen nach der Operation getestet, wenn die virale Expression maximal war, und virale Injektionsstellen wurden für alle Tiere unter Verwendung von histologischen Standardmethoden bestätigt. Die Wirksamkeit der viral-vermittelten Cre-Expression wurde durch Immunhistochemie und durch Reverse-Transkriptase-PCR für Srf validiert, die an mikrodissezierten NAc-Stempeln von Tieren durchgeführt wurde, die AAV-Cre-GFP und AAV-GFP in NAc erhielten. AAV-GFP- und AAV-Cre-GFP-Viren wurden wie zuvor beschrieben erzeugt (Maze et al., 2010).
Verhaltensweisen
Soziale Niederlage Stress.
C57BL / 6J-Mäuse wurden an 10-konsekutiven Tagen einem chronischen Streß der sozialen Niederlage ausgesetzt, wie zuvor beschrieben (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007; Vialou et al., 2010). Kurz gesagt wurde jede Maus einer unbekannten und aggressiven männlichen CD1-Züchtermaus für 5 min pro Tag ausgesetzt. Nach direkter Interaktion mit dem CD1-Aggressor wurden die Tiere dann in ein benachbartes Kompartiment des gleichen Käfigs für den nächsten 24 h mit sensorischem, aber nicht physischem Kontakt gebracht. Kontrolltiere wurden in äquivalenten Käfigen untergebracht, jedoch mit Mitgliedern des gleichen Stammes. Soziale Interaktionstests wurden 24 h nach dem letzten Tag der Niederlage durchgeführt.
Die soziale Vermeidung einer unbekannten männlichen CD1-Maus wurde gemäß veröffentlichten Protokollen bewertet (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007; Vialou et al., 2010). Die experimentelle Maus wurde zuerst 2.5 Minuten lang in ein offenes Feld eingeführt, das einen leeren Drahtgitterkäfig enthielt. Während einer zweiten Sitzung wurde eine unbekannte männliche CD1-Maus in den verdrahteten Käfig eingeführt. Die in der Wechselwirkungszone (einem 8 cm breiten Korridor, der den Käfig umgibt) verbrachte Zeit wurde gemessen. Die Segregation besiegter Mäuse in anfällige und belastbare Subpopulationen wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt (Krishnan et al., 2007; Vialou et al., 2010). Da die Mehrheit der Kontrollmäuse mehr Zeit mit der Interaktion mit einem sozialen Ziel verbrachte als mit einem leeren Zielgehäuse, wurde ein Interaktionsverhältnis von 100 (gleiche Zeit, die in der Interaktionszone in Gegenwart oder Abwesenheit eines sozialen Ziels verbracht wurde) als Grenzwert festgelegt. Mäuse mit Punktzahlen <100 wurden als anfällig und Mäuse mit Punktzahlen ≥ 100 als belastbar markiert. Umfangreiche verhaltensbezogene, biochemische und elektrophysiologische Analysen unterstützen die Gültigkeit dieser unterschiedlichen anfälligen und belastbaren Subpopulationen (Krishnan et al., 2007; Wilkinson et al., 2009; Vialou et al., 2010).
Um die Vulnerabilität von Srffl / fl-Mäusen gegenüber Streß der sozialen Niederlage zu untersuchen, wurden die Mäuse, die bilateral mit AAV-GFP oder AAV-Cre-GFP injiziert wurden, am selben Tag drei aufeinanderfolgenden Niederlagen ausgesetzt und dann später auf soziale Interaktion 24 getestet. Dieses submaximale Misserfolgsverfahren wurde zuvor validiert, um nach genetischen Manipulationen Phänotype der Prosuszeptibilität aufzudecken (Krishnan et al., 2007; Vialou et al., 2010).
Erlernte Hilflosigkeit.
Srffl / fl-Mäuse, die entweder AAV-GFP oder AAV-Cre-GFP überexprimierten, wurden der erlernten Hilflosigkeitsprozedur wie zuvor beschrieben unterzogen (Berton et al., 2007). Kurz gesagt, Mäuse wurden intermittierenden, unausweichlichen Fußschocks für 1 h über 2-Folgetage ausgesetzt (0.45 mA, 5 s Dauer). Am Tag des Tests wurden Mäuse in die Box für 15-aufeinanderfolgende Fluchtversuche eingeführt. Während jedes Versuchs wurde ein kontinuierlicher Schock abgegeben und Mäusen wurde die Möglichkeit gegeben zu entkommen, indem sie in das angrenzende, nicht elektrifizierte Kompartiment eintraten. Nach einer erfolgreichen Flucht wurde die Tür automatisch geschlossen und die Fluchtlatenz aufgezeichnet. Wenn Mäuse innerhalb von 25 nicht entkommen konnten, wurde der Versuch beendet und als Fehler registriert. Frühere Studien haben gezeigt, dass die virale Expression in NAc und anderen Regionen keinen Einfluss auf das Fluchtverhalten der Grundlinie in Abwesenheit von Stress hat (Newton et al., 2002; Berton et al., 2007).
Lokomotorische Sensibilisierung.
Zwei Wochen nach Intra-NAc-Injektionen von entweder AAV-GFP oder AAV-Cre-GFP wurden Srffl / fl-Mäuse einer lokomotorischen Sensibilisierung unterzogen. Die Mäuse wurden 30 Tage lang 4 Minuten pro Tag an die Bewegungsarena gewöhnt. Nach der Gewöhnung wurden den Tieren 10 mg / kg Kokain-HCl intraperitoneal injiziert und in die Bewegungsboxen gegeben. Die Bewegungsaktivitäten der Tiere wurden unter Verwendung eines Fotostrahlsystems (San Diego Instruments) als ambulante Strahlbrüche für 30 Minuten pro Tag aufgezeichnet. Die Sensibilisierung des Bewegungsapparates wurde über einen Zeitraum von 6 Tagen aufgezeichnet.
Konditionierte Ortspräferenz.
Das Ortskonditionierungsverfahren wurde wie zuvor beschrieben (Maze et al., 2010) mit den folgenden Modifikationen durchgeführt. Kurz gesagt, 18 Tage nach Intra-NAc-Infusionen von AAV-GFP oder AAV-Cre-GFP in Srffl / fl-Mäusen wurden die Tiere in die Konditionierungskammern gebracht, die aus drei kontextuell unterschiedlichen Umgebungen bestanden. Mäuse, die eine signifikante Präferenz für eine der beiden Konditionierungskammern zeigten, wurden von der Studie ausgeschlossen (<10% aller Tiere). Die Konditionierungsgruppen wurden weiter ausgeglichen, um eventuell noch vorhandene Kammervorspannungen auszugleichen. An den folgenden Tagen wurde den Tieren Kochsalzlösung injiziert und am Nachmittag 30 Minuten lang in eine Kammer und dann Kokain (7.5 mg / kg, ip) injiziert und am folgenden Tag 30 Minuten lang in die andere Kammer eingeschlossen, was insgesamt entspricht zwei Assoziationsrunden pro Behandlung (zwei Kochsalz- und zwei Kokainpaarungen). Am Tag des Tests wurden die Mäuse ohne Behandlung für 20 Minuten in den Apparat zurückgebracht und getestet, um die Seitenpräferenz zu bewerten. Die Reaktionen des Bewegungsapparates auf Kokain wurden über Strahlbrüche in den mit Kokain gepaarten Kammern bewertet, um die Wirksamkeit der Arzneimittelbehandlung sicherzustellen. Für alle Gruppen wurde die Grundbewegung als Reaktion auf Kochsalzlösung bewertet, um sicherzustellen, dass die Fortbewegung nicht durch eine Virusbehandlung beeinflusst wurde.
Andere Verhaltenstests
Srffl / fl-Mäuse wurden in offenen Feld-, Hell / Dunkel- und erzwungenen Schwimmversuchen getestet, basierend auf veröffentlichten Protokollen (Vialou et al., 2010). Die Aktivität von Mäusen im Freiland wurde für 5 min unter Verwendung eines Video-Tracking-Systems (Ethovision) unter Rotlichtbedingungen aufgezeichnet. Für den Hell-Dunkel-Test durften Mäuse frei eine Zweikammer-Box erkunden, die aus einer großen beleuchteten Arena besteht, die mit einer kleineren geschlossenen Arena verbunden ist. Die Mäuse wurden über einen Zeitraum von 5 min getestet, um die in beiden Gehäusen verbrachte Zeit zu bewerten. In den Offenfeld- und Hell / Dunkel-Tests wurde die Zeit, die im Zentrum bzw. in der Lichtarena verbracht wurde, als ein inverser Index der angstbezogenen Reaktionen bewertet. Ein 1 d forced-swim-Test wurde für einen Zeitraum von 5 min durchgeführt. Erhöhte Zeit der Immobilität während des forced-swim-Tests wurde als pro-depressiv-ähnliches Verhalten interpretiert. Der 1 d forced-swim-Test wurde in großem Umfang bei Mäusen angewendet und wurde als ein Maß für die prädiktive Validität validiert, da antidepressive Therapien die Immobilitätszeiten reduzieren.
Immunhistochemie
Srffl / fl-Mäuse wurden anästhesiert und intrakardial mit 4% Paraformaldehyd / PBS perfundiert. Die Gehirne wurden entfernt und in 30% Sucrose / PBS kryogeschützt. Koronale Schnitte (30 & mgr; m) wurden auf einem Gefriermikrotom geschnitten und für immunhistochemische Analysen verarbeitet. Die Validierung von Srffl / fl knock-out wurde mit einem polyklonalen Antikörper gegen SRF (1 / 2000; Santa Cruz Biotechnology) durchgeführt. Cre-Expression wurde über GFP (Huhn polyklonal, 1 / 8000, Aves Labs) Expression in sezierten Gehirnen bestätigt, wie das Cre mit GFP fusioniert ist. Zur Quantifizierung der ΔFosB-Induktion nach Streß der sozialen Niederlage in Srffl / fl knock-out-Mäusen wurde ΔFosB unter Verwendung eines polyklonalen Kaninchen-Antikörpers gegen die N-terminale Region des Proteins (1 / 1000; Santa Cruz Biotechnology) nachgewiesen. Bilder wurden mit einem konfokalen Mikroskop (20 × Vergrößerung; Zeiss) aufgenommen. Die Anzahl der GFP-immunopositiven Zellen, die als negativ und positiv für die ΔFosB-Immunreaktivität gezählt wurden, wurde in mehreren Bildern für jedes Tier quantifiziert, wobei die Mittelwerte anschließend für jedes Tier berechnet wurden. Jedes Tier wurde als individuelle Beobachtung für die statistische Analyse betrachtet.
Menschliches postmortales NAc-Gewebe
Humanes postmortales Hirngewebe wurde aus der Dallas Brain Collection entnommen, wo das Gewebe vom Dallas Medical Examiner's Office und dem Tissue Transplant Program der University of Texas (UT) Southwestern nach Zustimmung der nächsten Angehörigen entnommen wurde. Das Gewebe wurde sowohl von Männern als auch von Frauen analysiert, die auf Alter, postmortales Intervall, RNA-Integritätszahl (RIN) und pH abgestimmt waren. Spezifische agonale Faktoren wie Koma, Hypoxie, Pyrexie, Anfälle, Dehydration, Hypoglykämie, Multiorganversagen und Aufnahme neurotoxischer Substanzen zum Zeitpunkt des Todes beeinflussen die RNA-Integrität in postmortalen Hirngeweben (Tomita et al., 2004). Wir verwendeten eine Agonal Factor Scale (AFS), um Gewebeproben unter jeder dieser acht Bedingungen zu charakterisieren. Das Fehlen eines agonalen Faktors wurde mit 0 bewertet, und sein Vorhandensein wurde mit 1 bewertet, um einen AFS-Gesamtwert zwischen 0 und 8 zu erhalten. Gewebe mit agonalen Werten von 0 oder 1 spiegelt Proben von guter Qualität wider; Die Falldemografie ist in Tabelle 1 angegeben. Die hervorragende Gewebequalität wurde durch hohe RIN-Werte bestätigt. Die Fälle wurden vor dem Einfrieren in Isopentan bei –40 ° C und der Lagerung bei –80 ° C einer Standardsektion unterzogen. Eine weitere Dissektion von NAc wurde an gefrorenem Gewebe durchgeführt. Das institutionelle Überprüfungsgremium von UT Southwestern überprüfte und genehmigte die Sammlung dieses Gewebes für Forschungszwecke. Für jeden Depressionsfall wurde zu einem späteren Zeitpunkt ein direktes Informanteninterview durchgeführt, in dem Informationen über die Krankheit des Falls dokumentiert wurden. Eine Konsensdiagnose einer Major Depression wurde unter Verwendung von DSM-IV-Kriterien von zwei Forschungspsychiatern gestellt. In keinem der in diese Studie einbezogenen Fälle wurden bluttoxikologische Untersuchungen durchgeführt, die positiv auf Drogenmissbrauch, Alkohol oder andere verschreibungspflichtige Medikamente als Antidepressiva waren. Trotz Antidepressivum-Behandlung waren alle Probanden zum Zeitpunkt des Todes klinisch depressiv. Gewebeproben wurden zur Analyse blind abgegeben.
Tabelle 1.
Demographische Daten für die humane postmortale Studie
Western-Blotting
Human- und Maus-NAc-Proben wurden wie zuvor beschrieben verarbeitet (Maze et al., 2010). Gefrorenes Gewebe wurde in einem 5 mM HEPES Lysepuffer, der 1% SDS enthielt, mit Protease (Roche) und Phosphataseinhibitoren (Sigma) ultraschallbehandelt. Die Proteinkonzentrationen wurden mit dem DC-Protein-Assay (Bio-Rad) bestimmt. Gleiche Mengen an Proteinproben wurden SDS-PAGE und Western-Blotting unterzogen. Western-Blots wurden unter Verwendung eines Antikörpers gegen SRF (1 / 2000; Santa Cruz Biotechnology) oder GAPDH (1 / 1500; Abcam) sondiert und dann unter Verwendung eines Odyssey-Bildgebungssystems (Licor) gescannt und quantifiziert.
RNA-Isolierung und quantitative PCR
RNA-Isolierung, quantitative PCR (qPCR) und Datenanalyse wurden wie zuvor beschrieben durchgeführt (Maze et al., 2010; Vialou et al., 2010). Kurz gesagt wurde RNA mit TriZol-Reagens (Invitrogen) isoliert und weiter mit RNAeasy Micro Kits von Qiagen gereinigt. Alle RNA-Proben wiesen 260 / 280- und 260 / 230-Werte ≥ 1.8 auf. Die reverse Transkription wurde unter Verwendung von iScript (Bio-Rad) durchgeführt. qPCR unter Verwendung von SYBR-Grün (Quanta) wurde mit einem Applied Biosystems 7900HT RT-PCR-System mit den folgenden Zyklusparametern durchgeführt: 2 min bei 95 ° C; 40-Zyklen von 95 ° C für 15 s, 59 ° C für 30 s, 72 ° C für 33 s; und abgestuftes Erhitzen auf 95 ° C, um Dissoziationskurven zur Bestätigung einzelner PCR-Produkte zu erzeugen. Die Daten wurden analysiert, indem die C (t) -Werte des Behandlungszustands (Kontrolle versus empfindliche oder resiliente Mäuse oder humane Kontrollen versus depressive Patienten) mit der ΔΔC (t) -Methode (Tsankova et al., 2006) verglichen wurden. ΔFosB qPCR-Primer: foward, AGGCAGAGCTGGAGTCGGAGAT und reverse, GCCGAGGACTTGAACTTCACTCG.
Chip
ChIP wurde wie zuvor beschrieben (Maze et al., 2010) an gepoolten bilateralen NAc-Stempeln von Kontroll-, anfälligen und belastbaren Mäusen (vier 14-Messstempeln / Maus) 1 h nach der letzten Niederlageserfahrung und von Kochsalz- und Kokain- behandelte Tiere 24 h nach der letzten Behandlung. Das Gewebe wurde in 1% Formaldehyd vernetzt. Die Fixierung wurde anschließend durch Glycin-Auftragung unterbrochen, und das Gewebe wurde gewaschen und bis zur Verwendung bei -80 ° C gehalten. Geschertes Chromatin wurde über Nacht mit einem anti-SRF-Antikörper (Santa Cruz Biotechnology) inkubiert, der zuvor an magnetische Beads gebunden war (Dynabeads M-280; Invitrogen). Nach der reversen Vernetzung und DNA-Reinigung wurde die Bindung von SRF an den fosb-Promotor durch qPCR unter Verwendung von Primern bestimmt, die eine Region des fosb-Promotors überspannen, die zwei Bindungsstellen des Serum-Response-Elements enthält. SRF Pulldowns waren im Vergleich zu Kontrollen ohne Antikörper signifikant angereichert. Maus-fosb-Gen-Promotor-Primer: forward, CCCTCTGACGTAATTGCTAGG und reverse, ACCTCCCAAACTCTCCCTTC.
Statistische Analysen
Einweg-ANOVAs wurden verwendet, um Mittelwerte zwischen Kontroll-, anfälligen und belastbaren Mäusen in biochemischen und Verhaltensanalysen zu vergleichen. Zweiwege-ANOVAs wurden verwendet, um die ΔFosB-Induktion durch soziale Niederlage bei lokalen Srf-Knock-out-Mäusen zu vergleichen sowie um die Wirkung des Srf-Knock-out in den erlernten Protokollen zur Hilflosigkeit und Sensibilisierung des Bewegungsapparates zu vergleichen. Student-t-Tests wurden verwendet, um Mittelwerte in der Wirkung von Srf-Knockout auf die ΔFosB-Induktion und zwischen Gruppen in menschlichem postmortalem Gewebe und Maus-ChIP-Analyse zu vergleichen. Unterschiede zwischen den Versuchsbedingungen wurden als statistisch signifikant angesehen, wenn p ≤ 0.05 war.
Die Ergebnisse
SRF- und ΔFosB-Expression in menschlichen Depressionen und sozial besiegten Mäusen
Um eine mögliche Rolle von SRF bei der Entwicklung depressiver Verhaltensweisen zu untersuchen, untersuchten wir zunächst die SRF-Proteinexpression in NAc von postmortal depressiven menschlichen Patienten. Depressive Probanden zeigten im Vergleich zu ihren altersangepassten Kontrollen signifikant verringerte SRF-Spiegel in NAc (t (19) = 1.9; p <0.05) (Fig. 1A). Angesichts der Rolle von SRF bei der Regulierung der aktivitätsabhängigen unmittelbaren frühen Genexpression (Ramanan et al., 2005) stellten wir die Hypothese auf, dass SRF an der Kontrolle der ΔFosB-Expression in dieser Gehirnregion beteiligt sein könnte. Zur Unterstützung dieser Hypothese beobachteten wir, dass die Δfosb-mRNA-Spiegel auch in NAc von depressiven Menschen signifikant verringert waren (t (16) = 1.8; p <0.05) (1B). Dies steht im Einklang mit jüngsten Erkenntnissen über verringerte Spiegel von ΔFosB-Protein auch unter diesen Bedingungen (Vialou et al., 2010).
Abbildung 1.
Chronisch stressinduzierte Repression von SRF korreliert mit einer verminderten ΔFosB-Transkription in NAc. A, B, postmortale humane depressive Patienten zeigen reduzierte Spiegel an SRF-Protein (n = 10 / Gruppe; A) und Δfosb-mRNA-Expression in NAc (n = 8 / Gruppe; B). C: Mäuse, die chronischem (10 d) sozialem Niederlagenstress ausgesetzt waren, wurden in anfällige und belastbare Subpopulationen eingeteilt. D: Chronischer sozialer Niederlagenstress reduziert die SRF-Proteinspiegel in NAc anfälliger Mäuse, jedoch nicht an belastbaren Mäusen, im Vergleich zu Kontrollen 24 h nach dem in C. E gezeigten sozialen Interaktionstest. E, ΔfosB-mRNA-Spiegel in NAc sind bei anfälligen Mäusen unverändert, jedoch signifikant bei elastischen Tieren hochreguliert (n = 7–15 / Gruppe). F, SRF-Protein zeigt eine erhöhte Bindung an den fosb-Genpromotor nach chronischem sozialem Niederlagenstress nur bei belastbaren und nicht bei anfälligen Mäusen (n = 5 / Gruppe). Die angezeigten Daten werden als Mittelwert ± SEM (dargestellt als Fehlerbalken) ausgedrückt. Con., Kontrolle; Dep., Deprimiert; Sus., Anfällig; Res., Elastisch. * p <0.05 gegen Kontrolle; *** p <0.001 gegen Kontrolle; #p <0.05 gegen anfällig; p <0.01 gegen anfällig; ### p <0.001 versus anfällig.
Um diese Ergebnisse zu erweitern, verwendeten wir das Protokoll für chronischen sozialen Niederlagenstress bei Mäusen. Zwei unterscheidbare Gruppen besiegter Mäuse, anfällig und belastbar, waren offensichtlich (Krishnan et al., 2007), basierend auf einem Maß der sozialen Vermeidung, bei dem anfällige Tiere im Vergleich zu Kontrolltieren und belastbaren Tieren eine signifikant verringerte soziale Interaktion zeigten (F (2,23, 157.2) = 0.001; p <0.001; t-Tests mit einer Bonferroni-Korrektur, anfällig gegen Kontrolle, p <0.05; elastisch gegen Kontrolle, p <0.01; elastisch gegen anfällig, p <1) (Fig. 2,32C). Zwei Tage nach der letzten Niederlage wurden anfällige, elastische und nicht besiegte Kontrollmäuse auf SRF-Expression in NAc analysiert. Ähnlich wie bei Depressionen beim Menschen waren die SRF-Proteinspiegel in NAc anfälliger Mäuse im Vergleich zu Kontrollen signifikant verringert, während die SRF-Spiegel in NAc von elastischen Mäusen nicht beeinflusst wurden (F (4.7) = 0.05; p <0.05; t-Tests mit a Bonferroni-Korrektur, anfällig gegen Kontrolle, p <0.05; elastisch gegen anfällig, p <1) (Fig. XNUMXD).
Als nächstes untersuchten wir die & Dgr; fosb-mRNA-Expression in NAc dieser drei Tiergruppen und beobachteten einen signifikanten Anstieg der & Dgr; fosb-Expression nur bei elastischen Tieren, wobei bei anfälligen Mäusen ein Trend, jedoch kein signifikanter Anstieg beobachtet wurde (t (14) = 2.1; p <0.05) ) (Fig. 1E). Um mögliche Wechselwirkungen zwischen SRF-Spiegeln und Δfosb-Transkription weiter zu untersuchen, verwendeten wir ChIP, um zu untersuchen, ob die SRF-Bindung an den fosb-Genpromotor nach chronischem sozialem Niederlagenstress in getrennten Kohorten anfälliger und belastbarer Mäuse verändert wurde. Resiliente Tiere zeigten eine signifikant erhöhte SRF-Bindung an den fosb-Promotor in NAc im Vergleich zu Kontrollen (t (8) = 2.1; p <0.05) sowie im Vergleich zu anfälligen Mäusen (t (8) = 2.0; p <0.05). Es wurde kein Unterschied zwischen Kontrollen und anfälligen Mäusen beobachtet, was wahrscheinlich auf das Fehlen einer SRF-Induktion bei anfälligen Mäusen zurückzuführen ist (1F).
Um die Rolle von SRF bei der Regulation von ΔFosB nach chronischem sozialem Niederlagenstress zu bestätigen, wurden Srffl / fl-Mäuse verwendet, um die Wirkung einer selektiven Deletion von SRF aus dem NAc auf die Stressinduktion von ΔFosB zu untersuchen. Srffl / fl-Mäusen wurden stereotaktisch intra-NAc AAV-Vektoren injiziert, die GFP oder Cre-GFP exprimierten. Ein durch AAV-Cre-GFP induziertes NAc-spezifisches Ausschalten von SRF wurde immunhistochemisch bestätigt (Fig. 2A). In der Tat gab es keine Überlappung zwischen SRF-Färbung und Cre-Expression, was die Wirksamkeit des Knock-out zeigt. In mikrodissekten NAc-Stempeln wurde eine signifikante Abnahme der SRF-Proteinspiegel um 50% festgestellt (t (11) = 4.3; p <0.001). Die Größe spiegelt wahrscheinlich die Tatsache wider, dass ein Teil des Gewebes in solchen Mikrodissektionen nicht viral infiziert ist.
Abbildung 2.
SRF vermittelt die ΔFosB-Induktion durch chronischen sozialen Niederlagenstress. A: Die Injektion von AAV-Cre-GFP in die NAc von Srffl / fl-Mäusen führt zum Ausschalten des SRF-Proteins in Cre-exprimierenden Neuronen. Die Injektion von AAV-GFP war ohne erkennbaren Effekt. B: Ein solches selektives Ausschalten von SRF aus dem NAc blockiert die Induktion von ΔFosB in NAc nach chronischem sozialem Niederlagenstress vollständig (n = 4 / Gruppe). Die angezeigten Daten werden als Mittelwert ± SEM (dargestellt als Fehlerbalken) ausgedrückt. * p <0.05 gegenüber AAV-GFP-Kontrolle; ** p <0.01 gegen AAV-GFP-Niederlage.
Als nächstes führten wir eine quantitative Immunhistochemie für ΔFosB in NAc von besiegten Srffl / fl-Mäusen durch, denen entweder AAV-Cre-GFP oder AAV-GFP intra-NAc injiziert worden war. Nach chronischem sozialem Niederlagenstress wurde die ΔFosB-Expression in NAc von AAV-GFP-injizierten Tieren signifikant induziert (Virus × Behandlungswechselwirkung, F (1,12) = 6.4; t-Tests mit Bonferroni-Korrektur, Kontrolle gegen Niederlage, p <0.05; AAV-Cre gegen AAV-GFP, p <0.01). Diese Induktion wurde jedoch bei Srffl / fl-Mäusen, die AAV-Cre-GFP erhielten, nicht beobachtet (Fig. 2B), was zeigt, dass die ΔFosB-Induktion in NAc durch chronischen Stress SRF erfordert.
SRF knock-out in NAc fördert pro-pressure- und proanxiety-ähnliche Phänotypen
Da zuvor gezeigt wurde, dass die ΔFosB-Induktion durch chronischen sozialen Niederlagenstress die Resilienz vermittelt (Vialou et al., 2010), haben wir angenommen, dass eine Herunterregulierung von SRF und der daraus resultierende Verlust der ΔFosB-Induktion bei anfälligen Tieren eine negative Anpassung darstellen kann, die letztendlich zu einer negativen Anpassung führt Tiere, die anfälliger für die schädlichen Auswirkungen von Stress sind. Um diese Hypothese zu testen, induzierten wir eine lokale NAc-spezifische Deletion des Srf-Gens in erwachsenen Srffl / fl-Mäusen, wie oben beschrieben, und die resultierenden Mäuse und ihre Kontrollen wurden in einer Reihe von Verhaltensparadigmen getestet, um die Grundlinien-Depression und Angst zu bewerten. wie Verhalten. Die lokale NAc-Deletion von SRF förderte einen prodepressionsähnlichen Effekt, gemessen über den Zwangsschwimmtest (t (30) = 2.5; p <0.05), sowie einen anxiogenen Effekt, gemessen im offenen Feld (t (38)). = 1.9; p <0.05) und Hell / Dunkel-Tests (t (8) = 1.9; p <0.05). Somit zeigten Srffl / fl-Mäuse, die AAV-Cre-GFP in die NAc erhielten, eine verringerte Latenz bis zur Immobilität im Zwangsschwimmtest, weniger Zeit in der Mitte eines offenen Feldes und weniger Zeit im hellen Kompartiment einer Hell / Dunkel-Box verglichen mit AAV-GFP-injizierten Tieren (Abb. 3A - C). Die intra-NAc-Deletion von SRF veränderte jedoch nicht die Grundlinienwerte der Fortbewegung, was darauf hindeutet, dass die beobachteten Verhaltenseffekte bei SRF-Knock-out-Tieren nicht auf Anomalien der allgemeinen Bewegungsaktivität zurückzuführen waren (3D). Diese Daten sind vor dem Hintergrund früherer Berichte interessant, die darauf hinweisen, dass ΔFosB in NAc zwar depressive Verhaltensweisen reguliert, jedoch nicht an angstbedingten Reaktionen beteiligt zu sein scheint (Vialou et al., 2010). Unsere aktuellen Erkenntnisse, dass der Verlust von SRF anxiogene Reaktionen hervorruft, legen nahe, dass dies durch andere Ziele als ΔFosB geschieht.
Abbildung 3.
SRF-Knock-out aus dem NAc fördert prodepressions- und proanxiety-ähnliche Phänotypen. A - C, selektives Ausschalten von SRF aus dem NAc, erreicht durch AAV-Cre-GFP-Injektion in das NAc von Srffl / fl-Mäusen, verringert die Latenz bis zur Immobilität im Zwangsschwimmtest (n = 14–18 / Gruppe; A) und reduziert die im Zentrum verbrachte Zeit und die im hellen Bereich verbrachte Zeit im Freiland- (B) bzw. Hell / Dunkel- (C) Test (n = 5–15 / Gruppe). D: Im offenen Feld von Mäusen, denen intra-NAc-Injektionen von AAV-GFP oder AAV-Cre-GFP verabreicht wurden, wurde kein Unterschied in der basalen Bewegungsaktivität beobachtet. E, F, Erhöhte Anfälligkeit für erlernte Hilflosigkeit (n = 7–8 / Gruppe; E) und sozialen Niederlagenstress (n = 5–6 / Gruppe; F), gemessen an der Fluchtlatenz und der sozialen Interaktionszeit . Die angezeigten Daten werden als Mittelwert ± SEM (dargestellt als Fehlerbalken) ausgedrückt. * p <0.05 gegenüber GFP oder gegenüber fehlendem Ziel; ** p <0.01 gegen GFP; *** p <0.001 gegen GFP.
Als nächstes untersuchten wir, ob die SRF-Deletion in NAc auch die Anfälligkeit eines Tieres für die schädlichen Auswirkungen von wiederholtem Stress erhöht. Srffl / fl-Mäuse, denen entweder AAV-Cre-GFP oder AAV-GFP in die NAc injiziert wurde, wurden in zwei Depressionsmodellen untersucht, um Hilflosigkeit und chronischen sozialen Niederlagenstress zu erlernen. Bei erlernter Hilflosigkeit zeigten Srffl / fl-Tiere, die AAV-Cre-GFP erhielten, eine erhöhte Latenz, um einem Fußschock zu entgehen, nachdem sie zuvor einem unvermeidlichen Fußschockstress ausgesetzt worden waren (Behandlung × Studieninteraktion, F (14,180) = 10.2; t-Tests mit einer Bonferroni-Korrektur, p <0.001; AAV-Cre gegen AAV-GFP, p <0.01), was auf eine erhöhte Anfälligkeit für stressinduzierte Verhaltensdefizite hinweist (Fig. 3E). In ähnlicher Weise erhöhte die lokale SRF-Deletion aus NAc auch die soziale Abneigung (t (10) = 1.8; p <0.05) im Vergleich zu Kontrolltieren, denen AAV-GFP injiziert worden war, nach chronischem sozialem Niederlagenstress (3F), einem prodepressionsähnlichen Effekt.
Fehlende Beteiligung von SRF bei der Induktion von ΔFosB und Verhaltensreaktionen auf Kokain
Angesichts der Tatsache, dass ΔFosB auch in NAc als Reaktion auf Drogenmissbrauch wie Kokain induziert wird, war es von Interesse, eine mögliche Rolle von SRF bei der Kokainwirkung zu untersuchen. Im Gegensatz zu chronischem sozialem Niederlagenstress veränderte die wiederholte Kokainexposition die SRF-Proteinexpression in NAc nicht (t (14) = 0.8; p> 0.05) (Fig. 4A) und hatte keinen Einfluss auf die SRF-Bindung an den fosB-Genpromotor in dieser Hirnregion (t (4) = 0.7; p> 0.05) (Fig. 4B). Dies legt nahe, dass im Gegensatz zu Stress die Induktion von ΔFosB nach chronischem Kokain nicht durch SRF vermittelt wird. Wir haben dies direkt getestet, indem wir untersucht haben, ob die ΔFosB-Akkumulation nach chronischem Kokain bei Srffl / fl-Tieren, die AAV-Cre-GFP erhalten, gegenüber AAV-GFP in NAc verändert ist. Wir fanden, dass die SRF-Deletion keinen Einfluss auf die kokaininduzierte ΔFosB-Akkumulation in dieser Gehirnregion hatte (4C).
Abbildung 4.
Der Verlust von SRF hatte keinen Einfluss auf die Kokaininduktion von ΔFosB oder Kokain-reguliertem Verhalten. A, B, wiederholte Kokain-Exposition (7 d, 20 mg / kg Kokain-HCl) hatte keine Auswirkung auf SRF-Proteinexpression in NAc (A) oder auf SRF-Bindung an den fosB-Gen-Promotor in dieser Gehirnregion (B) 24 h nach Arzneimittelexposition (n = 5 / Gruppe). C, ΔFosB Akkumulation, immunozytochemisch nach chronischer Kokainexposition gemessen, wird durch NAc-spezifische Knock-Out von SRF nicht beeinflusst. D, E, Lokale Deletion von SRF aus der NAc hatte auch keine Wirkung auf lokomotorische Aktivität nach einer Kochsalzlösung Injektion (d 1) auf Kokain-induzierte lokomotorische Aktivität und Sensibilisierung (n = 8 / Gruppe) (d 1-7; D) oder auf Kokain konditionierten Platz Präferenz (n = 8 / Gruppe; E). Die angezeigten Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt (dargestellt als Fehlerbalken).
Um diesem überraschenden Befund nachzugehen, untersuchten wir, ob ein selektiver SRF-Knock-out von NAc die Verhaltensreaktionen auf Kokain verändert. In Übereinstimmung mit der fehlenden Regulation der ΔFosB-Induktion durch Kokain durch SRF hatte das NAc-spezifische Ausschalten von SRF keinen Einfluss auf die durch akutes Kokain induzierte Bewegungsaktivität oder die Sensibilisierung des Bewegungsapparates nach wiederholter Kokainexposition (Behandlung × Zeitinteraktion, F (4,80)). = 0.3; p> 0.05) (Fig. 4D). Ebenso hatte das NAc-spezifische Ausschalten von SRF keinen Einfluss auf die Präferenz für kokainbedingte Orte (t (14) = 0.1; p> 0.05) (Fig. 4E), was ein indirektes Maß für die Kokainbelohnung darstellt.
Diskussion
Diese Studie identifizierte SRF als einen neuen Upstream-Mediator von ΔFosB in NAc nach chronischem Stress bei sozialer Niederlage und impliziert SRF bei der Entwicklung von depressivem und angstähnlichem Verhalten. Wir liefern direkte Belege dafür, dass chronischer Stress durch soziale Stressminderung die SRF-Spiegel in NAc von anfälligen, aber nicht belastbaren Tieren verringert und dass diese Herabregulation die Induktion von ΔFosB in dieser Hirnregion verhindert, die für die effektive Bewältigung von chronischem Stress notwendig ist. dh Resilienz (Vialou et al., 2010). Eine ähnliche Reduktion der SRF-Expression wurde in NAc von depressiven Menschen gefunden, wo auch die ΔFosB-mRNA- und Proteinexpression reduziert wurde. Im Gegensatz dazu waren die ΔFosB-Spiegel in der NAc von anfälligen Mäusen trotz einer Herunterregulierung von SRF nicht verringert, was andere Transkriptionsmechanismen impliziert, die bisher unbekannt sind, bei der Kontrolle der ΔFosB-Expression. Eine kausale Rolle von SRF bei der Vermittlung von ΔFosB-Induktion in NAc nach chronischem Stress wurde durch die Verwendung von induzierbarer genetischer Deletion von SRF aus dieser Hirnregion festgestellt. Die Verhaltensanalyse von Mäusen mit diesem NAc-spezifischen SRF-Knock-out zeigt weiterhin, dass SRF eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von sowohl baseline- als auch stressinduziertem depressions- und angstähnlichem Verhalten spielt. Im krassen Gegensatz dazu hatte die SRF-Deletion keinen Effekt auf die Induktion von ΔFosB als Reaktion auf die chronische Kokainverabreichung oder auf die Verhaltenseffekte von Kokain. Diese Befunde stützen eine neuartige stimulusspezifische Rolle von SRF bei der Regulierung der ΔFosB-Induktion und von Verhaltensreaktionen auf bestimmte Umweltstörungen.
Es wurde früher gezeigt, dass die SRF-vermittelte Transkription auf die synaptische Aktivität, die hauptsächlich durch einen erhöhten Calciumeinstrom ausgelöst wird, sowie auf eine erhöhte neurotrophe Aktivität reagiert, insbesondere im Falle des von Gehirn stammenden neurotrophen Faktors (BDNF) (Bading et al., 1993; Xia et al., 1996; Johnson et al., 1997; Chang et al., 2004; Kalita et al., 2006; Knöll und Nordheim, 2009). Dies wirft die interessante Frage auf, warum SRF in NAc von anfälligen, aber nicht belastbaren Mäusen nach chronischem Streß der sozialen Niederlage herunterreguliert ist. Diese differentielle Regulation wird wahrscheinlich nicht durch Dopamin - oder BDNF - Signaltransduktion vermittelt, da empfängliche Mäuse erhöhte BDNF - Proteinspiegel und erhöhte BDNF - Signalisierung in NAc sowie verstärkte Burst - Befeuerung von Ventral - Tegmental - Area (VTA) - Dopaminneuronen zeigen, die die NAc innervieren resiliente Tiere zeigen normale Niveaus von BDNF-Signalisierungs- und VTA-Befeuerungsraten (Krishnan et al., 2007). Eine alternative Möglichkeit besteht darin, dass die SRF-Expression in NAc als Reaktion auf eine veränderte glutamaterge Innervation dieser Hirnregion unterdrückt wird, von der gezeigt wurde, dass sie in empfindlichen gegenüber resilienten Mäusen differentiell reguliert ist (Vialou et al., 2010). Weitere Arbeiten sind notwendig, um diese und andere mögliche Mechanismen direkt zu untersuchen.
Neuere Studien, die genomweite und andere Methoden verwenden, legen nahe, dass ~ 5-10% der SRF-Zielgene in Neuronen unmittelbare frühe Gene sind (Philippar et al., 2004; Ramanan et al., 2005; Etkin et al., 2006; Knöll und Nordheim, 2009). Dies steht im Einklang mit unseren Daten, die eine kritische Rolle von SRF bei der Induktion von ΔFosB, einem verkürzten Produkt des frühen fosb-Gens, durch chronischen Stress zeigen. Interessanterweise stellen zahlreiche SRF-Zielgene, die in diesen verschiedenen Studien identifiziert wurden, auch bekannte Ziele von ΔFosB in NAc dar (Kumar et al., 2005; Renthal et al., 2008, 2009; Maze et al., 2010). Zu diesen häufig regulierten Genen gehören mehrere, von denen bekannt ist, dass sie das neuronale Zytoskelett regulieren (z. B. Cdk5, Arc und Actb). Dies steht wiederum im Einklang mit Berichten, dass SRF die Aktindynamik und die neuronale Motilität in mehreren neuronalen Zelltypen beeinflusst (Alberti et al., 2005; Ramanan et al., 2005; Knöll et al., 2006), während ΔFosB dafür bekannt ist beeinflussen das Auswachsen dendritischer Spine von NAc-Neuronen (Maze et al., 2010). Solche gemeinsamen funktionellen Endpunkte können die konzertierten Wirkungen von SRF in Kombination mit der Induktion von ΔFosB widerspiegeln, die auf eine Reihe von gemeinsamen Zielgenen wirken, um die neuronale Morphologie und letztlich das komplexe Verhalten zu beeinflussen.
Es wurde auch gezeigt, dass SRF eine entscheidende Rolle bei der Regulation von synaptischer Plastizität und neuronaler Aktivität-abhängiger Genexpression und -verhalten spielt. Zum Beispiel wurde der Verlust der SRF-abhängigen Induktion von unmittelbaren frühen Genen als Antwort entweder auf freiwillige Erkundung einer neuen Umgebung oder neuronale Aktivierung durch Elektrokrampfsyndrome mit gestörter längerfristiger synaptischer Potenzierung im Hippocampus von Srf-Mutanten assoziiert (Ramanan et al. , 2005; Etkin et al., 2006). Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die SRF-Depletion im Hippocampus zu Defiziten in der langfristigen synaptischen Depression, zu einer durch einen neuartigen Kontext induzierten sofortigen frühen Genexpression und zu einer gestörten Habituation während der Exploration einer neuen Umgebung führt (Etkin et al., 2006). Diese Daten belegen die Bedeutung von SRF für die Fähigkeit eines Tieres, sich angemessen an Umweltstörungen anzupassen, wie im oben genannten Fall des Lernens, sich an eine neue Umgebung zu gewöhnen, oder im Fall der Anpassung an negative Stressreize, um die Ausbreitung von Stress zu verhindern -induzierte Verhaltensdefizite, wie in unserer vorliegenden Studie. Daher beobachten wir, dass Tiere, die Defizite in der SRF-Expression aufweisen, entweder als Reaktion auf sozialen Niederlagenstress bei anfälligen Personen oder durch direkten Abbau von SRF, ein erhöhtes depressives und angstähnliches Verhalten zeigen. Angesichts der Tatsache, dass depressive Menschen auch in der NAc einen verringerten SRF-Spiegel aufweisen, ist es denkbar, dass die SRF eine grundlegende Rolle bei der Regulierung der Fähigkeit eines Individuums spielt, sich positiv an negative Umweltreize anzupassen, teilweise durch Regulierung der ΔFosB-Expression in der NAc.
VERSCHIEDENE MECHANISMEN: SUCHTIGKEIT UND STRESSWIDERSTAND
Ein überraschender Befund der vorliegenden Studie ist, dass, obwohl SRF für die Akkumulation von ΔFosB in NAc als Antwort auf chronischen Stress benötigt wird, es für die Induktion von ΔFosB innerhalb derselben Gehirnregion als Reaktion auf chronisches Kokain nicht erforderlich ist. Ebenso ist SRF für normale Verhaltensreaktionen auf das Medikament nicht erforderlich. Diese Daten zeigen, dass trotz der Tatsache, dass & Dgr; FosB in NAc als Reaktion auf viele Arten von Stimuli induziert wird (Nestler et al., 1999; Nestler, 2008), verschiedene molekulare Signalwege zur Induktion von & Dgr; FosB zu existieren scheinen. Eine mögliche Erklärung für diese Befunde sind die teilweise unterschiedlichen Zelltypen, die eine ΔFosB-Akkumulation als Reaktion auf Stress gegenüber Kokain zeigen. Chronischer Stress induziert ΔFosB ungefähr gleichmäßig innerhalb der beiden Hauptsubpopulationen von NAc-Medium-Spinyneuronen, die vorwiegend D1 gegenüber D2-Dopaminrezeptoren exprimieren, während chronisches Kokain ΔFosB überwiegend innerhalb von D1 + -Neuronen induziert (Kelz et al., 1999; Perrotti et al., 2004) . Daher ist es möglich, dass SRF-abhängige Signalwege für die Induktion von ΔFosB in D2 + -Neuronen wichtig sind. Dies würde jedoch den vollständigen Verlust der ΔFosB-Induktion in SRF-Knockout-Mäusen nach chronischem Stress nicht erklären, da die Induktion in beiden neuronalen Subtypen auftritt. Eine alternative Erklärung ist, dass chronischer Stress und chronisches Kokain aufgrund ihrer unterschiedlichen Wirkungsweise auf NAc-Neuronen auf unterschiedliche intrazelluläre Signalkaskaden einwirken, wobei chronischer Stress möglicherweise durch veränderte glutamaterge Transmission, wie bereits erwähnt, und chronisches Kokain hauptsächlich durch D1 wirkt Rezeptor-Signalisierung (Nestler, 2008). Noch eine andere Möglichkeit ist, dass die ΔFosB-Induktion durch chronischen Stress gegenüber chronischem Kokain von unterschiedlichen Transkriptionsmechanismen abhängt, die differentiell durch unterschiedliche neurale Eingänge gesteuert werden, die die NAc von verschiedenen glutamatergen Projektionsregionen, zum Beispiel mehreren Regionen des präfrontalen Kortex, Hippocampus und Amygdala, innervieren. Es bedarf noch weiterer Arbeit, um diese und alternative Möglichkeiten zu erkunden.
Zusammengenommen identifizieren unsere Ergebnisse einen neuen Transkriptionsmechanismus, durch den ΔFosB in NAc induziert wird, um Proresilienreaktionen auf stressige Stimuli zu vermitteln. Diese Studie liefert auch wichtige neue Einblicke in die Rolle von SRF auf der Ebene der NAc bei der Regulierung von Depression und Angst-ähnlichen Verhaltensweisen. Ein besseres Verständnis der Transkriptionsrolle von SRF bei der Regulierung solcher Verhaltensweisen wird bei der Identifizierung neuer Genziele helfen, die an der Resilienz gegenüber stressbedingten Störungen beteiligt sind, und kann die zukünftige Entwicklung wirksamerer Antidepressivumtherapien erleichtern.
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse des National Institute of Mental Health und des National Institute on Drug Abuse sowie durch eine Forschungsallianz mit AstraZeneca unterstützt. Wir danken David D. Ginty für die Bereitstellung der Srffl / fl-Mäuse.
Die Korrespondenz sollte an Eric J. Nestler, Fishberg-Abteilung für Neurowissenschaften, Mount Sinai School of Medicine, einen Ort von Gustave L. Levy, Box 1065, New York, NY 10029-6574 gerichtet werden. [E-Mail geschützt]
Copyright © 2010 die Autoren 0270-6474 / 10 / 3014585-08 $ 15.00 / 0
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