Stress und Sucht: Beitrag des Corticotropin Releasing Factor (CRF) Systems zur Neuroplastizität (2012)

Corticotropin-Releasing-Factor-System (CRF).

CRF, auch bekannt als Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH), führt nachweislich zu verschiedenen Verhaltensänderungen im Zusammenhang mit der Anpassung an Stress. Eine Fehlregulation des CRF-Systems zu irgendeinem Zeitpunkt kann zu einer Vielzahl psychiatrischer Störungen wie Depressionen, Zwangsstörungen, posttraumatischen Belastungsstörungen und SUD führens (Cole et al., 1990; Sarnyai et al., 1992, 2001; Cador et al., 1993; Koob und Kreek, 2007; Koob und Le Moal, 2008a). Es hat sich gezeigt, dass durch Fußschocks verursachter Stress die Wiederaufnahme des Alkoholkonsums wirksam induziert (Le et al., 1998, 2000; Gas und Olive, 2007; Richards et al., 2008), Nikotin (Buczek et al., 1999), Kokain (Erb et al., 1996), Opiate und Psychostimulanzien (Lu et al., 2003) und Heroin (Shaham et al., 1997) suchen. Insbesondere wird CRF mit der Wiederaufnahme der Drogenabhängigkeit in Verbindung gebracht (Shaham et al., 1997; Le et al., 2002; Liu und Weiss, 2002; Funk et al., 2006). Es wurde auch gezeigt, dass CRF beim Entzug von chronischem Ethanol angstähnliches Verhalten hervorruft (Baldwin et al., 1991; Overstreet et al., 2004) und kann für anhaltende Verletzlichkeit und eventuelle Rückfälle verantwortlich sein.

Das Das CRF-System besteht aus vier Liganden: CRF, Urocortin (UCN) (Vaughan et al., 1995) 1, 2 und 3, zwei G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR), CRF-Rezeptor 1 (CRF-R1) und CRF-Rezeptor 2 (CRF-R2), sowie ein sekretiertes CRF-Bindungsprotein (CRF- BP); siehe Tabelle Table11 und (Bale und Vale, 2004) zur Überprüfung des CRF-Systems.

Es wurde ursprünglich als hypothalamischer Faktor identifiziert, der für die Stimulierung der Sekretion des adrenocorticotropen Hormons (ACTH) aus der Hypophyse anterior verantwortlich ist (Guillemin und Rosenberg, 1955; Saffran et al., 1955), wo es die Synthese und Sekretion von Glukokortikoiden aus der Nebennierenrinde stimuliert (Turnbull und Rivier, 1997). Sein Name wurde dreißig Jahre vor seiner biochemischen Identifizierung in den 1980er Jahren festgelegt (Vale et al., 1981), während sein Genidentifikator im National Center for Biotechnology Information (NCBI) CRH ist. Es ist ein 4.7 Kilodalton (kDa) großes Peptid und besteht aus 41 Aminosäureresten. Neurosekretorische Neuronen des paraventrikulären Kerns (PVN) des Hypothalamus synthetisieren CRF (Meloni et al., 2005). CRF wird dann in die afferenten Pfortaderblutgefäße zur vorderen Hypophyse abgegeben wo es die ACTH-Freisetzung im systemischen Kreislauf induziert. Die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA) wird durch negative Rückkopplung von Glukokortikoiden reguliert, die Glukokortikoidrezeptoren speziell im PVN und Hippocampus aktivieren. CRF wird auch außerhalb der HPA-Achse ausgedrückt, um autonome und Verhaltensreaktionen auf Stressfaktoren zu steuern (Palkovits et al., 1983; Swanson et al., 1983), einschließlich der stressbedingten Wiederaufnahme des Drogenkonsums.

CRF vermittelt physiologische Stressreaktionen durch die Aktivierung von CRF-R1 und CRF-R2, die in der Peripherie und im Gehirn verteilt werden (De Souza, 1995; Bale und Vale, 2004). Es wird angenommen, dass die Bindung von CRF an CRF-Rs ein zweistufiger Mechanismus ist. Der N-Terminus des Rezeptors bindet zunächst an den C-Terminus von CRF, was eine Neuordnung des Rezeptors initiiert (Grace et al., 2007). Der CRF-N-Terminus kontaktiert die anderen Stellen am Rezeptor, um die zelluläre Signalübertragung zu initiieren (Vale et al., 1981; Rivier et al., 1984) und folglich das G-Protein aktivieren (Nielsen et al., 2000; Grace et al., 2004; Rijkers et al., 2004; Yamada et al., 2004; Hoare, 2005). Das CRF-System umfasst andere Peptide mit struktureller Homologie zu CRF. UCN 1 zeigt 45 % Sequenzidentität mit CRF und bindet mit hoher Affinität an beide CRF-Rezeptor-Subtypen (Perrin et al., 1995), wohingegen CRF mit höchster Affinität an CRF-R1 bindet (Vaughan et al., 1995; Burnett, 2005). UCN 2, auch bekannt als Stresscopin-verwandtes Peptid, und UCN 3, auch bekannt als Stresscopin, binden spezifisch an CRF-R2 (Hsu und Hsueh, 2001; Lewis et al., 2001; Reyes et al., 2001).

CRF-R1 hat 415 Aminosäurereste und wird in der Peripherie und im ZNS exprimiert (Chang et al., 1993; Chen et al., 1993; Vita et al., 1993; Potter et al., 1994; Tsai-Morris et al., 1996; Sanchez et al., 1999; Van Pett et al., 2000). Chronischer Stress, der durch die Aktivierung von CRF-R1 durch CRF vermittelt wird, wurde mit der Entwicklung von Angststörungen in Verbindung gebracht (Arborelius et al., 1999); Es wurde gezeigt, dass CRF-R1-Antagonisten angstähnliches Verhalten reduzieren (Funk et al., 2007). Transgene Mäuse mit Deletion von CRF-R1 (CRF-R1 knock out (KO)-Mäuse) reagieren weniger auf Stress und Angst, für eine umfassende Übersicht siehe (Bale und Vale, 2004). Dieser anxiolytische Effekt kann jedoch auf die Verringerung der zirkulierenden Glukokortikoide in präklinischen Modellen zurückgeführt werden (Tronche et al., 1999). Eine bedingte KO-Mauslinie wurde generiert, um die verhaltensbezogenen von den neuroendokrinen CRF-vermittelten CRF-R1-Signalwegen zu unterscheiden. Die selektive Inaktivierung der limbischen Strukturen, jedoch nicht des HPA-Systems hat gezeigt, dass CRF-R1 angstähnliche Verhaltensweisen moduliert und unabhängig vom HPA ist (Muller et al., 2003). Darüber hinaus wird angenommen, dass CRF-R1 die Anfälligkeit für Alkoholrückfallverhalten erhöht (Hansson et al., 2006; Heilig und Koob, 2007). Eine kürzlich durchgeführte Studie untersuchte die Rolle von CRF sowohl innerhalb als auch außerhalb der HPA und hat gezeigt, dass CRF über die CRF-R1-Signalisierung gegensätzliche Auswirkungen auf den stressbedingten Alkoholkonsum haben kann (Molander et al., 2012).

CRF-R2 hat drei Varianten: α,β und γ. Das α besteht aus 411 Aminosäureresten und das β besteht aus 413–418 Aminosäureresten. Beide kommen im Gehirn und in der Peripherie vor; CRF-R2β kommt jedoch überwiegend im Herzen und im Gefäßsystem vor (Lovenberg et al., 1995a,b; Kimura et al., 2002; Burnett, 2005). Die γ-Variante ist ein kleineres Peptid mit nur 397 Aminosäureresten und kommt nur im menschlichen Gehirn vor (Kostich et al., 1998). Die genaue Rolle von CRF-R2 bei der Regulierung der Stressreaktion ist Gegenstand intensiver Untersuchungen. Genetische Mausmodellstudien mit Deletion von CRF-R2 (CRF-R2 KO-Mäuse) haben gezeigt, dass die CRF-Aktivierung von CRF-R2 entweder zu einer verstärkten oder verminderten Reaktion auf Stressfaktoren führen kann (Bale et al., 2000, 2002; Coste et al., 2000; Kishimoto et al., 2000).

Das Fehlen spezifischer Antiseren, die immunhistochemische Experimente unterstützen, und die geringe Auflösung von Ligandenbindungsansätzen haben die Studien zur Aufklärung der CRF-Rs-Verteilung eingeschränkt und die Analyse auf mRNA-Ebene eingeschränkt. Um dieses Hindernis zu überwinden, wurde erfolgreich eine transgene Maus erzeugt, die die Expression von CRF-R1 mit grün fluoreszierendem Protein (GFP) meldet. Dies stellt ein neuartiges Werkzeug zur Untersuchung der Rolle der CRF-R1-Signalübertragung bei der Stressanpassung dar (Justice et al., 2008).

CRF-BP ist ein wasserlösliches 37-kD-Protein und besteht aus 322 Aminosäureresten (Bale und Vale, 2004). Es handelt sich um ein sezerniertes Glykoprotein, das effizient in sekretorischen Granula gespeichert und durch Exozytose in den extrazellulären Raum freigesetzt wird (Blanco et al., 2011). Es enthält Aspargin-N-verknüpfte Oligosaccharide, die für die CRF-BP-Bindung an CRF entscheidend sind (Suda et al., 1989). Frühere Versuche, kleinmolekulare Inhibitoren von CRF-BP zu identifizieren, hatten nur begrenzten Erfolg, teilweise aufgrund der hohen Affinität (pikomolar) der CRF-Bindung an CRF-BP (Behan et al., 1995a) und auch, weil CRF-BP voller Länge (FL) anfällig für autokatalytische Proteolyse ist (Woods et al., 1999). Die spontane proteolytische Spaltung ergibt ein größeres N-terminales Fragment von 27 kD, CRF-BP (27 kD), das die Bindungsstelle für CRF behält, und ein kleineres, 9.6 kD großes C-terminales Fragment, CRF-BP (10 kD) (Woods et al., 1999) ohne erkennbare physiologische oder pathologische Rolle. Die einzigartige Spaltstelle in CRF-BP (FL) wurde zwischen den Aminosäureresten Serin 234 und Alanin 235 identifiziert. Die Erzeugung von zwei Fragmenten hat es äußerst schwierig gemacht, ausreichende Mengen von CRF-BP (FL) erfolgreich zu reinigen, um die physiologischen Eigenschaften zu untersuchen Eigenschaften des nativen Proteins. CRF-BP ist im Plasma, in der Fruchtwasser- und Synovialflüssigkeit, in der Plazenta, in der Hypophyse, in der Leber und in mehreren unterschiedlichen Hirnregionen, einschließlich der Großhirnrinde und dem Hippocampus, verteilt (Behan et al., 1995a), die Amygdala (Herringa et al., 2004) und die VTA (Wang und Morales, 2008). In der Peripherie neutralisiert zirkulierendes CRF-BP die physiologischen Wirkungen von CRF (Kemp et al., 1998). Aufgrund der hohen Affinität zu CRF wird angenommen, dass CRF-BP eine Pufferfunktion spielt, indem es die Menge an freiem CRF reduziert. Im Gehirn ist CRF-BP jedoch größtenteils membrangebunden und wird in unterschiedlichen Mengen in Neuronen und Neurogliazellen exprimiert (Behan et al., 1995b). In neuronalen Zellen zeigten neuere Erkenntnisse, dass diskrete Subpopulationen von dopaminergen und γ-Aminobuttersäure (GABAergen) VTA-Neuronen CRF-BP exprimieren (Wang und Morales, 2008). Die physiologische Rolle von CRF-BP im Zentralnervensystem (ZNS) ist noch unklar. Darüber hinaus deuten Theorien auf die Möglichkeit hin, dass CRF-BP die Beseitigung von CRF aus dem Körper unterstützen und CRF auch vor dem Abbau schützen könnte (Seasholtz et al., 2002). Genetische Mausmodellstudien mit Deletion von CRF-BP (CRF-BP KO-Mäuse) haben gezeigt, dass es zu einer Zunahme angstähnlichen Verhaltens kommt (Karolyi et al., 1999). EElektrophysiologische Studien haben gezeigt, dass CRF-Signale über CRF-R2 N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-vermittelte exzitatorische postsynaptische Ströme (EPSCs) im VTA verstärken (Ungless et al., 2003). Darüber hinaus wurde unter Verwendung von CRF (6–33), einem Peptid, das mit CRF an der CRF-BP-Bindungsstelle konkurriert, aber nicht an CRF-R2 bindet, gezeigt, dass es die CRF-induzierte Potenzierung von NMDAR-vermittelten EPSCs blockiert (Ungless et al., 2003). Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass CRF-BP eine vielfältige Rolle bei der Modulation des CRF-Systems spielt. Wie beschrieben von in vitro und in vivo Studien zufolge war die Reinigung von menschlichem CRF-BP (FL) in ausreichenden Mengen für die Untersuchung bisher nicht erfolgreich (Woods et al., 1997). Es standen keine Forschungsinstrumente zur Charakterisierung der Rolle von CRF-BP im ZNS durch die Expression von CRF-BP auf der Zelloberfläche zur Verfügung. Daher konnte nicht festgestellt werden, ob CRF-BP spezifisch an der CRF-R2-Signalübertragung beteiligt ist. Eine Zusammenfassung der Beteiligung der CRF-Bindung am Suchtverhalten ist in der Tabelle beschrieben Table22.

Zelluläre Beteiligung von CNI an der Amygdala

Es wird angenommen, dass die Amygdala eine zentrale Gehirnregion für emotionale Reaktionen ist und entscheidend dafür ist, sensorischen Informationen affektive Bedeutung zu verleihen (Adolphs et al., 1994; LeDoux, 2003; Phelps und LeDoux, 2005). Negative affektive Reaktionen wurden in bestimmten Kernen der Amygdala untersucht, indem die konditionierte Angstreaktion untersucht wurde (Davis, 1992a,b). Die Amygdala ist eng mit anderen limbischen Regionen verbunden, wo sie an der Integration sensorischer und kognitiver Informationen beteiligt ist (LeDoux, 1992, 1993). Experimentelle Erkenntnisse deuten stark darauf hin, dass Drogen auf dieses System einwirken und synaptische Ereignisse, insbesondere während des Entzugs, verändern können. Während die VTA mit der verstärkenden Wirkung von Ethanol in Verbindung gebracht wurde (Gatto et al., 1994), wurde die Aktivierung des GABAergen Systems mit der anxiolytischen Wirkung von Alkohol in Verbindung gebracht (Frye und Breese, 1982). Zusätzlich zu den belohnenden Schaltkreisen der Hülle des NAcc und der durch pharmakologische Stressoren wie Yohimbin und Footshock aktivierten Gehirnregionen wurde festgestellt, dass sie spezifisch in den basolateralen und zentralen Amygdalakernen sowie im Bettkern der Stria terminalis (BNST) sind. (Funk et al., 2006). Präklinische Studien zeigten, dass die Exposition und der Entzug von Ethanol funktionelle und biochemische Veränderungen in der Amygdala von Ratten hervorrufen, was zeigt, dass dieser Kreislauf an der langfristigen Zunahme angstähnlichen Verhaltens nach chronischer Ethanolexposition beteiligt ist (Christian et al., 2012).

Die Amygdala vermittelt konditionierte und unbedingte Reaktionen auf aversive Reize (Davis und Whalen, 2001) und es wurde mithilfe der Pawlowschen Angstkonditionierung untersucht, indem ein konditionierter Reiz mit einem aversiven unbedingten Reiz gepaart wurde. Das erneute Aussetzen des unbedingten Reizes löst eine konditionierte Angstreaktion aus, die durch die bedingt-unbedingte Assoziation abgeleitet wird (Pitts et al., 2009). Das Assoziationssignal findet in der basolateralen Amygdala (BLA) statt und wird dann an den zentralen Kern der Amygdala (CeA) weitergeleitet (McDonald, 1998; Maren, 1999; Davis und Shi, 2000; Pitkanen et al., 2000; Pare et al., 2004). Dieser Übertragungsprozess beinhaltet sowohl positive als auch negative Assoziationen.

Alle Komponenten des CRF-Systems, CRF, CRF-Rs und CRF-BP, werden in der Amygdala exprimiert (Potter et al., 1994). FDarüber hinaus ist die Amygdala eine wichtige extrahypothalamische Quelle für CRF-haltige Neuronen (Palkovits et al., 1983; Van Pett et al., 2000). Sowohl BLA- als auch CeA-Kerne spielen eine Rolle bei der Stressreaktion (Richter et al., 1995; Merali et al., 1998; Koob und Heinrichs, 1999). Umfangreiche Studien haben gezeigt, dass die Das CRF-System beteiligt sich an der Speicherkonsolidierung, die den BLA-CeA-Schaltkreis umfasst (Roozendaal et al., 2002; Hubbard et al., 2007). Es wurde beobachtet, dass die CRF-Freisetzung in der Amygdala während eines akuten Entzugs zunimmt (Richter und Weiss, 1999); deshalb, Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass CRF die durch Arzneimittel hervorgerufene synaptische Plastizität modulieren könnte (Ungless et al., 2001, 2003) und für eine aktuelle Übersicht siehe (Luscher und Malenka, 2011). Die neuronale Grundlage für negative Verstärkung ist weniger gut verstanden; Neuere Verhaltensstudien haben jedoch gezeigt, dass CRF in der Lage ist, erregende synaptische Ströme über CRF-R1 im CeA zwei Wochen nach dem Kokainentzug zu verstärken (Pollandt et al., 2006).

Eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass CRF-R1 speziell eine bidirektionale Rolle bei Angstzuständen spielt (Refojo et al., 2011). Während die Deletion von CRF-R1 in den dopaminergen Neuronen des Mittelhirns angstähnliche Verhaltensweisen verstärkt und die Dopaminausschüttung im präfrontalen Kortex reduziert, reduziert die Deletion von CRF-R1 im glutamanergen neuronalen Netzwerk des Vorderhirns Angstzustände und stört die Übertragung in der Amygdala und im Hippocampus (Refojo et al., 2011).

Die Rolle von CRF wurde auch umfassend beim freiwilligen Ethanolkonsum mithilfe von Genexpression und genetischer Variation in präklinischen Modellen untersucht (siehe Bjork et al., 2010) für eine ausführliche Rezension. Bei Tieren, die Ethanol ausgesetzt waren, wurde die Ethanolaufnahme durch die Verabreichung eines CRF-R1-Antagonisten reduziert und mithilfe pharmakologischer Interventionen getestet, die angstähnliches Verhalten reduzieren (Logrip et al., 2011; Zorrilla und Koob, 2012). Die Verringerung der Ethanolaufnahme wurde auch bei transgenen Mäusen mit Deletion von CRF-R1 (CRF-R1 KO) beobachtet (Chu et al., 2007). CRF-R1-Antagonisten reduzieren die mit dem Drogenentzug verbundene Angst und schwächen die negativen verstärkenden Wirkungen von Ethanol ab, die mit einer längeren Ethanolexposition verbunden sind (Ghitza et al., 2006; Marinelli et al., 2007; Liet al., 2007; Koob und Le Moal, 2008b; Richards et al., 2008). Es hat sich gezeigt, dass CRF-R1-Inhibitoren den stressbedingten Rückfall von Kokain und Heroin bei trainierten Tieren abschwächen (Shaham et al., 1998) und um die stressbedingte Wiederherstellung und stressbedingte Reaktivierung der konditionierten Ortspräferenz bei vielen Suchtmitteln zu reduzieren (Koob und Zorrilla, 2010).

Interessenkonflikt

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