DeltaFosB: Ένας παρατεταμένος μοριακός διακόπτης για τον εθισμό (2001)

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ: Καθώς οι μεταγενέστερες μελέτες θα αποκαλύψουν το DeltaFosB είναι ο κοινός μοριακός διακόπτης τόσο για ναρκωτικούς όσο και για συμπεριφορικούς εθισμούς. Είναι ένας παράγοντας μεταγραφής που σημαίνει ότι επηρεάζει τα γονίδια που ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται. Όπως δηλώνεται αλλού, τα εθιστικά ναρκωτικά παραβιάζουν μόνο φυσιολογικούς μηχανισμούς. Γι 'αυτό είναι ανόητο να προτείνουμε ότι δεν μπορούν να υπάρχουν εθισμοί συμπεριφοράς.

ΠΛΗΡΗΣ ΜΕΛΕΤΗ

Proc Natl Acad Sci US Α. 2001 Σεπτεμβρίου 25; 98 (20): 11042-11046.

doi: 10.1073 / pnas.191352698.

Eric J. Nestler *, Michel Barrot και David W. Self

Τμήμα Ψυχιατρικής και Κέντρο Βασικής Νευροεπιστήμης, Πανεπιστήμιο του Τέξας Νοτιοδυτικό Ιατρικό Κέντρο, 5323 Χάρη Hines Boulevard, Ντάλλας, TX 75390-9070

Περίληψη

Η μακροζωία ορισμένων από τις συμπεριφορικές ανωμαλίες που χαρακτηρίζουν την τοξικομανία έχει δείξει ότι η ρύθμιση της έκφρασης νευρικού γονιδίου μπορεί να εμπλέκεται στη διαδικασία με την οποία τα φάρμακα κατάχρησης προκαλούν κατάσταση εθισμού. Εγώη αύξηση των στοιχείων υποδηλώνει ότι ο παράγοντας μεταγραφής ΔFosB αντιπροσωπεύει έναν μηχανισμό με τον οποίο τα φάρμακα κατάχρησης παράγουν σχετικά σταθερές αλλαγές στον εγκέφαλο που συμβάλλουν στον φαινότυπο του εθισμού. ΔFosB, ένα μέλος της οικογένειας Fos μεταγραφικών παραγόντων, συσσωρεύεται μέσα σε ένα υποσύνολο νευρώνων του πυρήνα accumbens και ραχιαίου ραβδωτού σώματος (περιοχές εγκεφάλου σημαντικές για εθισμό) μετά από επανειλημμένη χορήγηση πολλών ειδών φαρμάκων κατάχρησης. Παρόμοια συσσώρευση ΔFosB συμβαίνει μετά από ψυχαναγκαστική λειτουργία, γεγονός που υποδηλώνει ότι το ΔFosB μπορεί να συσσωρεύεται σε απόκριση πολλών τύπων καταναγκαστικών συμπεριφορών. Είναι σημαντικό ότι το ΔFosB παραμένει σε νευρώνες για σχετικά μεγάλες χρονικές περιόδους λόγω της εξαιρετικής σταθερότητάς του. Ως εκ τούτου, το ΔFosB αντιπροσωπεύει έναν μοριακό μηχανισμό ο οποίος θα μπορούσε να προκαλέσει και στη συνέχεια να διατηρήσει αλλαγές στην έκφραση γονιδίου που επιμένουν πολύ μετά την παύση της έκθεσης του φαρμάκου. Μελέτες σε επαγώγιμους διαγονιδιακούς ποντικούς που υπερεκφράζουν είτε το ΔFosB είτε έναν κυρίαρχο αρνητικό αναστολέα της πρωτεΐνης παρέχουν άμεσες αποδείξεις ότι το ΔFosB προκαλεί αυξημένη ευαισθησία στις συμπεριφορικές επιδράσεις των ναρκωτικών κατάχρησης και, ενδεχομένως, αυξημένη συμπεριφορά αναζήτησης φαρμάκων. Αυτή η εργασία υποστηρίζει την άποψη ότι το ΔFosB λειτουργεί ως ένας τύπος διατηρούμενου «μοριακού μετασχηματιστή» που σταδιακά μετατρέπει τις οξείες αντιδράσεις φαρμάκων σε σχετικά σταθερές προσαρμογές που συμβάλλουν στη μακροπρόθεσμη νευρική και συμπεριφορική πλαστικότητα που υποκρύπτει τον εθισμό.

Η έρευνα για τον εθισμό επικεντρώνεται στην κατανόηση των σύνθετων τρόπων με τους οποίους τα ναρκωτικά της κατάχρησης αλλάζουν τον εγκέφαλο για να προκαλέσουν συμπεριφορικές ανωμαλίες που χαρακτηρίζουν τον εθισμό. Μία από τις κρίσιμες προκλήσεις στον τομέα αυτό είναι ο εντοπισμός σχετικά σταθερών μεταβολών που προκαλούνται από το φάρμακο στον εγκέφαλο, ώστε να ληφθούν υπόψη οι ανωμαλίες συμπεριφοράς που είναι ιδιαίτερα μακροχρόνιες. Για παράδειγμα, ένας εξαρτημένος άνθρωπος μπορεί να διατρέχει αυξημένο κίνδυνο υποτροπής ακόμη και μετά από χρόνια αποχής.

Η σταθερότητα αυτών των συμπεριφορικών ανωμαλιών οδήγησε στην πρόθεση να διαμεσολαβούν, τουλάχιστον εν μέρει, μέσω αλλαγών στην έκφραση γονιδίων (1-3). Σύμφωνα με αυτή την άποψη, η επανειλημμένη έκθεση σε φάρμακο κατάχρησης επανειλημμένα διαταράσσει τη μετάδοση σε συγκεκριμένες συνάψεις στον εγκέφαλο που είναι ευαίσθητες στο φάρμακο. Τέτοιες διαταραχές σηματοδοτούν τελικά μέσω των ενδοκυττάριων μηνυμάτων του αγγελιαφόρου στον πυρήνα, όπου αρχίζουν και στη συνέχεια διατηρούν αλλαγές στην έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων. Ένας πρωταρχικός μηχανισμός μέσω του οποίου οι οδοί μεταγωγής σήματος επηρεάζουν τη γονιδιακή έκφραση είναι η ρύθμιση παραγόντων μεταγραφής, πρωτεϊνών που δεσμεύονται σε ρυθμιστικές περιοχές γονιδίων και τροποποιούν τη μεταγραφή τους.

Ένας στόχος της εθιστικής έρευνας, συνεπώς, ήταν να προσδιοριστούν οι παράγοντες μεταγραφής που μεταβάλλονται στις περιοχές του εγκεφάλου που εμπλέκονται στον εθισμό μετά από χρόνια χορήγηση φαρμάκων κατάχρησης. Αρκετοί τέτοιοι παράγοντες μεταγραφής έχουν αναγνωριστεί κατά την τελευταία δεκαετία (1-6). Το επίκεντρο αυτής της ανασκόπησης είναι ένας συγκεκριμένος παράγοντας μεταγραφής που ονομάζεται ΔFosB.

Επαγωγή του ΔFosB με φάρμακα κατάχρησης

Το ΔFosB, που κωδικοποιείται από το γονίδιο fosB, είναι μέλος της οικογένειας Fos των παραγόντων μεταγραφής, οι οποίες περιλαμβάνουν επίσης c-Fos, FosB, Fra1 και Fra2 (7). Αυτές οι πρωτεΐνες οικογενείας Fos ετεροδιμερίζονται με πρωτεΐνες οικογένειας Jun (c-Jun, JunB ή JunD) για να σχηματίσουν ενεργοποιημένους παράγοντες μεταγραφής AP-1 (ενεργοποιητή πρωτεΐνης-1) που δεσμεύονται σε θέσεις ΑΡ-ΧΝΥΜΧ (συναινετική αλληλουχία: TGAC / GTCA) οι υποκινητές ορισμένων γονιδίων να ρυθμίζουν τη μεταγραφή τους.

Αυτές οι πρωτεΐνες οικογένειας Fos επάγονται ταχέως και παροδικά σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου μετά από οξεία χορήγηση πολλών φαρμάκων κατάχρησης (Σχήμα 1) (8-11). Σημαντικές περιοχές είναι οι πυρήνες του πυρήνα και του ραχιαίου ραβδωτού σώματος, οι οποίες είναι σημαντικοί μεσολαβητές των συμπεριφορικών αντιδράσεων στα φάρμακα, και συγκεκριμένα, τα ανταμείβοντας και τα κινητικά ενεργοποιητικά αποτελέσματα τους (12, 13). Αυτές οι πρωτεΐνες επιστρέφουν στα βασικά επίπεδα εντός ωρών από τη χορήγηση του φαρμάκου.

Εικόνα 1

Σχέδιο που δείχνει τη σταδιακή συσσώρευση ΔFosB έναντι της ταχείας και παροδικής διέγερσης άλλων πρωτεϊνών οικογένειας Fos σε απόκριση σε φάρμακα κατάχρησης. (Α) Το αυτοραδιογράφημα απεικονίζει τη διαφορική επαγωγή αυτών των διαφόρων πρωτεϊνών με οξεία διέγερση (1-2 hr μετά από μία έκθεση φαρμάκου) έναντι χρόνιας διέγερσης (1 ημέρα μετά από επανειλημμένη έκθεση φαρμάκου). (Β) Αρκετά κύματα πρωτεϊνών τύπου Fos (που αποτελούνται από ισομορφές c-Fos (52- έως 58-kDa), FosB (46- έως 50-kDa ισομορφές), ΔFosB (ισομορφία 33-kDa) και Fra1 ή Fra2 40 kDa)] διεγείρονται στον πυρήνα accumbens και στους νωτιαίους νευρώνες του ραβδωτού σώματος με οξεία χορήγηση ενός φαρμάκου κατάχρησης. Επίσης διεγείρονται βιοχημικώς τροποποιημένα ισόμορφα του ΔFosB (35-37 kDa). Επίσης, προκαλούνται (αν και σε χαμηλά επίπεδα) μετά από οξεία χορήγηση φαρμάκου, αλλά παραμένουν στον εγκέφαλο για μεγάλες χρονικές περιόδους λόγω της σταθερότητάς τους. (C) Με επανειλημμένη (π.χ., δύο φορές ημερησίως) χορήγηση φαρμάκου, κάθε οξεία διέγερση προκαλεί χαμηλό επίπεδο σταθερών ισομορφών ΔFosB, γεγονός που υποδεικνύεται από το χαμηλότερο σύνολο επικαλυπτόμενων γραμμών που υποδηλώνουν ΔFosB που προκαλείται από κάθε οξύ ερέθισμα. Το αποτέλεσμα είναι μια σταδιακή αύξηση των συνολικών επιπέδων ΔFosB με επαναλαμβανόμενα ερεθίσματα κατά τη διάρκεια μιας πορείας χρόνιας θεραπείας, πράγμα που υποδεικνύεται από την αυξανόμενη βαθμιδωτή γραμμή στο γράφημα.

Πολύ διαφορετικές αποκρίσεις παρατηρούνται μετά από χρόνια χορήγηση φαρμάκων κατάχρησης (Εικ. 1). Οι βιοχημικώς τροποποιημένες ισομορφές του ΔFosB (μοριακή μάζα 35-37 kDa) συσσωρεύονται στις ίδιες περιοχές του εγκεφάλου μετά από επανειλημμένη έκθεση φαρμάκου, ενώ όλα τα άλλα μέλη οικογενειών Fos δείχνουν ανοχή (δηλαδή, μειωμένη επαγωγή σε σύγκριση με αρχικές εκθέσεις φαρμάκων). Αυτή η συσσώρευση ΔFosB έχει παρατηρηθεί για κοκαΐνη, μορφίνη, αμφεταμίνη, αλκοόλη, νικοτίνη και φαινκυκλιδίνηe (11, 14-18). Υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι αυτή η διέγερση είναι επιλεκτική για το υποσύνολο μεσογειακών νευρώνων που περιέχουν Dynorphin / substance P που βρίσκονται σε αυτές τις περιοχές του εγκεφάλου (15, 17), αν και χρειάζεται περισσότερη δουλειά για να το επιβεβαιώσουμε με βεβαιότητα. Οι ισομορφές 35- προς 37-kDa του ΔFosB διμερίζονται κυρίως με JunD για να σχηματίσουν ένα δραστικό και μακροχρόνιο σύμπλεγμα AP-1 μέσα σε αυτές τις περιοχές του εγκεφάλου (19, 20). Αυτές οι ισομορφές ΔFosB συσσωρεύονται με χρόνια έκθεση φαρμάκου λόγω των εξαιρετικά μεγάλων ημιζωών τους (21) και επομένως παραμένουν στους νευρώνες για τουλάχιστον αρκετές εβδομάδες μετά την διακοπή της χορήγησης του φαρμάκου. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι αυτές οι ισομορφές ΔΡοδΒ είναι εξαιρετικά σταθερά προϊόντα ενός άμεσου πρώιμου γονιδίου (fosB). Η σταθερότητα των ισομορφών ΔΡοδΒ παρέχει ένα νέο μοριακό μηχανισμό, μέσω του οποίου οι προκαλούμενες από το φάρμακο αλλαγές στην γονιδιακή έκφραση μπορούν να παραμείνουν παρά τις σχετικά μακρές περιόδους απόσυρσης του φαρμάκου.

Αν και ο πυρήνας accumbens διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στις ανταμείβοντας επιδράσεις των ναρκωτικών κατάχρησης, πιστεύεται ότι λειτουργεί κανονικά ρυθμίζοντας τις απαντήσεις σε φυσικές ενισχυτικές ουσίες, όπως τρόφιμα, ποτά, φύλο και κοινωνικές αλληλεπιδράσεις (12, 13). Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για τον πιθανό ρόλο αυτής της περιοχής του εγκεφάλου σε άλλες καταναγκαστικές συμπεριφορές (π.χ. παθολογική υπερκατανάλωση τροφής, τυχερά παιχνίδια, άσκηση κ.λπ.). Για το λόγο αυτό, εξετάσαμε εάν το ΔFosB ρυθμίζεται σε ένα ζωϊκό μοντέλο ψυχαναγκαστικής λειτουργίας. Πράγματι, οι σταθερές 35- έως 37-kDa ισομορφές του ΔFosB διεγείρονται επιλεκτικά εντός του πυρήνα accumbens σε αρουραίους που παρουσιάζουν ψυχαναγκαστική συμπεριφορά λειτουργίας. †

Βιοχημική ταυτότητα σταθερών ισομορφών ΔFosB

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι ισομορφές ϋΡοδΒ που συσσωρεύονται μετά από χρόνια χορήγηση ενός φαρμάκου κατάχρησης ή ψυχαναγκαστικής λειτουργίας παρουσιάζουν μοριακή μάζα 35-37 kDa. Μπορούν να διαφοροποιηθούν από την ισομορφή 33-kDa του ΔFosB που επάγεται ταχέως αλλά παροδικά μετά από μία έκθεση φαρμάκου (Εικ. 1) (14, 19, 22). Τα τρέχοντα στοιχεία υποδεικνύουν ότι η ισομορφή 33-kDa είναι η φυσική μορφή της πρωτεΐνης, η οποία μεταβάλλεται για να σχηματίσει τα πιο σταθερά προϊόντα 35- έως 37-kDa (19, 21). Ωστόσο, η φύση της βιοχημικής τροποποίησης που μετατρέπει την ασταθή ισομορφή 33-kDa στις σταθερές ισομορφές 35-37-kDa παρέμεινε ασαφής. Έχει υποτεθεί ότι η φωσφορυλίωση μπορεί να είναι υπεύθυνη (11). Για παράδειγμα, η διέγερση του ΔFosB εξασθενεί σε ποντικούς χωρίς DARPP-32, πρωτεΐνη εμπλουτισμένη με ραβδωτό σώμα (23, 24). Επειδή το DARPP-32 ρυθμίζει την καταλυτική δραστικότητα της πρωτεϊνικής φωσφατάσης-1 και της πρωτεϊνικής κινάσης Α (25, 26), η απαίτηση αυτής της πρωτεΐνης για την κανονική συσσώρευση των σταθερών ισομορφών ΔFosB υποδεικνύει έναν πιθανό ρόλο φωσφορυλίωσης στην παραγωγή αυτών των σταθερών προϊόντων.

Ο ρόλος του ΔFosB στην πλαστικότητα της συμπεριφοράς στα ναρκωτικά της κατάχρησης

Η κατανόηση του ρόλου του ΔFosB στην τοξικομανία έρχεται σε μεγάλο βαθμό από τη μελέτη των διαγονιδιακών ποντικών στα οποία το ΔFosB μπορεί να διεγερθεί επιλεκτικά εντός των πυρήνων accumbens και άλλων περιοχών striatal των ενήλικων ζώων (27, 28). Είναι σημαντικό ότι αυτοί οι ποντικοί υπερεκφράζουν ΔFosB επιλεκτικά στους ακανθώδεις νευρώνες που περιέχουν DYNORPHIN / ουσία Ρ, όπου τα φάρμακα πιστεύεται ότι επάγουν την πρωτεΐνη. Ο φαινότυπος συμπεριφοράς των ποντικών που υπερεκφράζουν το ΔFosB, ο οποίος με πολλούς τρόπους μοιάζει με ζώα μετά από χρόνια έκθεση σε φάρμακο, συνοψίζεται στον Πίνακα 1. Τα ποντίκια παρουσιάζουν αυξημένες κινητικές αποκρίσεις στην κοκαΐνη μετά από οξεία και χρόνια χορήγηση (28). Επίσης, παρουσιάζουν αυξημένη ευαισθησία στις επιβραβευτικές επιδράσεις της κοκαΐνης και της μορφίνης σε δοκιμασίες κλιματισμού (11, 28) και θα χορηγούν αυτομάτως χαμηλότερες δόσεις κοκαΐνης από ό, τι τα συντρόφια που δεν υπερεκφράζουν το ΔFosB. Αντίθετα, αυτά τα ζώα παρουσιάζουν φυσιολογική κλινική κινητική ευαισθητοποίηση στην κοκαΐνη και φυσιολογική εκμάθηση του χώρου στο λαβύρινθο νερού Morris (28). ΤΑυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι το ΔFosB αυξάνει την ευαισθησία ενός ζώου στην κοκαΐνη και ίσως σε άλλα ναρκωτικά κατάχρησης και μπορεί να αντιπροσωπεύει έναν μηχανισμό σχετικά παρατεταμένης ευαισθητοποίησης στα φάρμακα..

Πίνακας 1

Συμπεριφορική πλαστικότητα που προκαλείται από ΔFosB στον πυρήνα accumbens-dorsalραβδωτό σώμα

Αυξημένη κινητική ενεργοποίηση σε απόκριση της οξείας και επαναλαμβανόμενης χορήγησης κοκαΐνης.

Αυξημένες ανταποκρίσεις επιβράβευσης της κοκαΐνης και της μορφίνης σε δοκιμασίες κλιματισμού.

Αυξημένη αυτοχορήγηση χαμηλών δόσεων κοκαΐνης.

Αυξημένο κίνητρο για κοκαΐνη σε αναλύσεις προοδευτικής αναλογίας.

Αυξημένες αγχολυτικές αποκρίσεις στο αλκοόλ.

Αυξημένη ψυχαναγκαστική συμπεριφορά κατά τη λειτουργία.

Με βάση τα στοιχεία σε αναφορές. 28 και 29.^{† ‡ §¶}

Συμπεριφορική πλαστικότητα που προκαλείται από ΔFosB στο πυρήνα accumbens-ραχιαίο ραβδωτό σώμα

IΕπιπλέον, υπάρχουν προκαταρκτικές αποδείξεις ότι οι επιδράσεις του ΔFosB μπορεί να επεκταθούν πολύ πέρα από τη ρύθμιση της ευαισθησίας του φαρμάκου per se σε πιο σύνθετες συμπεριφορές που σχετίζονται με τη διαδικασία εξάρτησης. Τα ποντίκια που εκφράζουν ΔFosB δουλεύουν πιο σκληρά για να αυτο-χορηγήσουν κοκαΐνη σε προοδευτική αναλογία αυτο-χορήγησης, suθεωρώντας ότι το ΔFosB μπορεί να ευαισθητοποιήσει τα ζώα στις κινήτριες κινητικές ιδιότητες της κοκαΐνης και έτσι να οδηγήσει σε τάση για υποτροπή μετά την απομάκρυνση ναρκωτικών□ Τα ποντίκια που εκφράζουν ΔFosB παρουσιάζουν επίσης αυξημένες αγχολυτικές επιδράσεις της αλκοόλης, § έναν φαινότυπο που έχει συσχετιστεί με αυξημένη πρόσληψη αλκοόλης σε ανθρώπους. Μαζί, αυτά τα πρώιμα ευρήματα υποδηλώνουν ότι το ΔFosB, εκτός από την αυξανόμενη ευαισθησία στα ναρκωτικά της κατάχρησης, παράγει ποιοτικές αλλαγές στη συμπεριφορά που προωθούν τη συμπεριφορά που αναζητά ναρκωτικά. Έτσι, το ΔFosB μπορεί να λειτουργήσει ως ένας παρατεταμένος "μοριακός διακόπτης" που βοηθά στην εκκίνηση και στη συνέχεια στη διατήρηση κρίσιμων πτυχών της εθισμένης κατάστασης. Ένα σημαντικό ερώτημα στο πλαίσιο της τρέχουσας έρευνας είναι εάν η συσσώρευση ΔFosB κατά τη διάρκεια της έκθεσης του φαρμάκου προωθεί τη συμπεριφορά αναζήτησης ναρκωτικών μετά από παρατεταμένες περιόδους διακοπής, ακόμη και μετά την ομαλοποίηση των επιπέδων ΔFosB (βλέπε παρακάτω).

Ενήλικος τα ποντίκια που υπερεκφράζουν το ΔFosB επιλεκτικά εντός του πυρήνα accumbens και του ραχιαίου ραβδωτού σώματος εμφανίζουν επίσης μεγαλύτερη καταναγκαστική λειτουργία συγκριτικά με τα ζώα ελέγχου. † Αυτές οι παρατηρήσεις εγείρουν την ενδιαφέρουσα πιθανότητα ότι η συσσώρευση ΔFosB μέσα σε αυτούς τους νευρώνες εξυπηρετεί έναν γενικότερο ρόλο στη διαμόρφωση και διατήρηση μνήμης συνηθειών συμπεριφορές, ίσως ενισχύοντας την αποτελεσματικότητα των νευρικών κυκλωμάτων στα οποία λειτουργούν οι νευρώνες.

Το ΔFosB συσσωρεύεται σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου εκτός του πυρήνα accumbens και του ραχιαίου ραβδωτού σώματος μετά από χρόνια έκθεση στην κοκαΐνη. Προφανής μεταξύ αυτών περιοχές είναι η αμυγδαλή και ο μετωπικός προμετωπικός φλοιός (15). Ένας από τους κύριους στόχους της τρέχουσας έρευνας είναι η κατανόηση της συμβολής της επαγωγής του ΔFosB σε αυτές τις περιοχές με τον φαινότυπο του εθισμού.

Νωρίτερα οι εργασίες σε ποντίκια νοκ-άουτ fosB αποκάλυψαν ότι αυτά τα ζώα δεν αναπτύσσουν ευαισθητοποίηση στις κινητικές επιδράσεις της κοκαΐνης, η οποία συνάδει με τα ευρήματα των ποντικών υπερέκφρασης ΔFosB που αναφέρονται παραπάνω (22). Ωστόσο, οι μεταλλάξεις fosB έδειξαν αυξημένη ευαισθησία στις οξείες επιδράσεις της κοκαΐνης, κάτι που δεν συνάδει με αυτά τα άλλα ευρήματα. Η ερμηνεία των ευρημάτων με τα μεταλλάγματα fosB, ωστόσο, περιπλέκεται από το γεγονός ότι αυτά τα ζώα δεν έχουν μόνο ΔFosB, αλλά και FosB πλήρους μήκους επίσης. Επιπλέον, τα μεταλλάγματα στερούνται και των δύο πρωτεϊνών σε όλο τον εγκέφαλο και από τα πρώτα στάδια ανάπτυξης. Πράγματι, πιο πρόσφατη δουλειά υποστηρίζει συμπεράσματα από τα ποντίκια υπερέκφρασης ΔFosB: επαγώγιμη υπερέκφραση ενός περικομμένου μεταλλάγματος του c-Jun, που δρα ως κυρίαρχος αρνητικός ανταγωνιστής του ΔFosB, επιλεκτικά σε πυρήνες και ραχιαίο ραβδωτό σώμα δείχνει μειωμένη ευαισθησία στις ανταμείβουσες επιδράσεις της κοκαΐνης Αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν την προσοχή που πρέπει να χρησιμοποιείται για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων από ποντίκια με συστατικές μεταλλάξεις και δείχνουν τη σημασία των ποντικών με επαγόμενες και κυτταρικές ειδικές μεταλλάξεις σε μελέτες πλαστικότητας στον εγκέφαλο των ενηλίκων.

Γονίδια στόχου για ΔFosB

Επειδή το ΔFosB είναι ένας παράγοντας μεταγραφής, πιθανώς η πρωτεΐνη προκαλεί συμπεριφοριστική πλαστικότητα μέσω αλλοιώσεων στην έκφραση άλλων γονιδίων. Το ΔFosB δημιουργείται με εναλλακτική σύνδεση του γονιδίου fosB και στερείται τμήματος του C-τερματικού πεδίου διενεργοποίησης που υπάρχει σε πλήρους μήκους FosB. Ως αποτέλεσμα, αρχικά προτάθηκε ότι το ΔFosB λειτουργεί ως μεταγραφικός καταστολέας (29). Ωστόσο, η εργασία στην κυτταρική καλλιέργεια έχει καταδείξει σαφώς ότι ΔFosB μπορεί να προκαλέσει ή να καταστείλει AP-1 με μεσολάβηση της μεταγραφής ανάλογα με τη συγκεκριμένη θέση AP-1 που χρησιμοποιήθηκε (21, 29-31). Το FosB πλήρους μήκους ασκεί τα ίδια αποτελέσματα με το ΔFosB σε ορισμένα θραύσματα προαγωγού, αλλά διαφορετικά αποτελέσματα σε άλλα. Απαιτούνται περαιτέρω προσπάθειες για την κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν αυτές τις ποικίλες δράσεις των ΔFosB και FosB.

Η ομάδα μας έχει χρησιμοποιήσει δύο προσεγγίσεις για τον εντοπισμό γονιδίων στόχων για το ΔFosB. Το ένα είναι η υποψήφια γονιδιακή προσέγγιση. Αρχικά θεωρήσαμε τους υποδοχείς γλουταμικού α-αμινο-3-υδροξυ-5-μεθυλ-4-ισοξαζολοπροπιονικού οξέος (ΑΜΡΑ) ως υποτιθέμενους στόχους, δεδομένου του σημαντικού ρόλου της γλουταματερικής μετάδοσης στον πυρήνα. Οι μέχρι σήμερα εργασίες έδειξαν ότι μια συγκεκριμένη υπομονάδα υποδοχέα γλουταμικού ΑΜΡΑ, η GluR2, μπορεί να είναι καλόπιστος στόχος για το ΔFosB (Εικ. 2). Η έκφραση GluR2, αλλά όχι η έκφραση άλλων υπομονάδων υποδοχέα ΑΜΡΑ, αυξάνεται στους πυρήνες (αλλά όχι ραχιαίο ραβδωτό σώμα) με την υπερέκφραση του ΔFosB (28) και η έκφραση ενός κυρίαρχου αρνητικού μεταλλάκτη εξασθενεί την ικανότητα της κοκαΐνης να προκαλεί την πρωτεΐνη. Επιπλέον, ο προαγωγέας του γονιδίου GluR2 περιέχει μια συναινετική θέση ΑΡ-1 που δεσμεύει το ΔFosB (28). Η υπερέκφραση του GluR2 στον πυρήνα, με τη χρήση γονιδιακής μεσολάβησης μεταφοράς γονιδίου, αυξάνει την ευαισθησία ενός ζώου στις ανταμείβουσες επιδράσεις της κοκαΐνης, μιμείται έτσι μέρος του φαινοτύπου που φαίνεται στους ποντικούς που εκφράζουν το ΔFosB (28). Η επαγωγή του GluR2 θα μπορούσε να εξηγήσει τη μειωμένη ηλεκτροφυσιολογική ευαισθησία των νευρώνων του πυρήνα σε συναγωνιστές υποδοχέα ΑΜΡΑ μετά από χρόνια χορήγηση κοκαΐνης (32), επειδή οι υποδοχείς ΑΜΡΑ που περιέχουν GluR2 εμφανίζουν μειωμένη συνολική αγωγιμότητα και μειωμένη διαπερατότητα Ca2 +. Η μειωμένη ανταπόκριση αυτών των νευρώνων σε διεγερτικές εισόδους μπορεί στη συνέχεια να ενισχύσει τις απαντήσεις σε ένα φάρμακο κατάχρησης. Ωστόσο, οι τρόποι με τους οποίους τα ντοπαμινεργικά και τα γλουταμινεργικά σήματα στον πυρήνα των συσσωρευτών ρυθμίζουν την εθιστική συμπεριφορά παραμένουν άγνωστοι. Αυτό θα απαιτήσει ένα επίπεδο κατανόησης ενός νευρικού κυκλώματος, το οποίο δεν είναι ακόμη διαθέσιμο.

Εικόνα 2

Η υπομονάδα υποδοχέα γλουταμικού AMPA, GluR2, είναι πιθανός στόχος για το ΔFosB. Παρουσιάζεται πώς η διέγερση του GluR2 με τη μεσολάβηση ΔFosB μπορεί να αλλάξει τη φυσιολογική ανταπόκριση των νευρώνων του πυρήνα και να οδηγήσει σε ευαισθητοποιημένες αποκρίσεις σε φάρμακα κατάχρησης. Σύμφωνα με αυτό το σχήμα, τα ναρκωτικά κατάχρησης παράγουν τα οξέα ενισχυτικά τους αποτελέσματα μέσω της αναστολής των νευρώνων του πυρήνα. Με επανειλημμένη έκθεση, τα φάρμακα προκαλούν ΔFosB, το οποίο ρυθμίζει πολλά γονίδια στόχους, συμπεριλαμβανομένου του GluR2. Αυτό αυξάνει την αναλογία των υποδοχέων ΑΜΡΑ (AMPA-R) στους νευρώνες συσσωρευμένου πυρήνα που περιέχουν την υπομονάδα GluR2, η οποία προκαλεί μειωμένο συνολικό ρεύμα ΑΜΡΑ και μειωμένο ρεύμα Ca2 +. Αυτή η μειωμένη διέγερση θα μπορούσε να καταστήσει τους νευρώνες πιο ευαίσθητους στις οξείες ανασταλτικές επιδράσεις των φαρμάκων και ως εκ τούτου στα ενισχυτικά αποτελέσματα των φαρμάκων.

Ένας άλλος υποτιθέμενος στόχος για το ΔΡοδΒ είναι το γονίδιο που κωδικοποιεί τη δυνορφίνη. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η δυνορφίνη εκφράζεται στο υποσύνολο των νευρώνων των μέσων νευρώσεων του πυρήνα accumbens που δείχνουν επαγωγή του ΔFosB. Η δυνόρφίνη φαίνεται να λειτουργεί σε έναν ενδοκυτταρικό βρόγχο ανάδρασης: η απελευθέρωσή της αναστέλλει τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες που ενοφθαλμίζουν τους νευρώσεις του μέσου νεύρου, μέσω των κ οπιοειδών υποδοχέων που υπάρχουν στα ντοπαμινεργικά νευρικά τερματικά στον nucleus accumbens και επίσης στα κυτταρικά σώματα και τους δενδρίτες στην κοιλιακή τμηματική περιοχή (Σχήμα 3) (33-35). Αυτή η ιδέα είναι σύμφωνη με την ικανότητα ενός αγωνιστή υποδοχέα κ, κατά τη χορήγηση σε οποιαδήποτε από αυτές τις δύο περιοχές του εγκεφάλου, να μειώσει το επαναληπτικό φάρμακοd (35).

Rη εργασία έδειξε ότι το ΔFosB μειώνει την έκφραση της δυνορφίνης, που θα μπορούσε να συμβάλει στην ενίσχυση των μηχανισμών ανταμοιβής που παρατηρούνται με την επαγωγή του ΔFosB. Είναι ενδιαφέρον ότι ένας άλλος παράγοντας μεταγραφής που ρυθμίζεται από το φάρμακο, το CREB (πρωτεΐνη δέσμευσης στοιχείου απόκρισης cAMP) (2, 3), ασκεί το αντίθετο αποτέλεσμα: επάγει έκφραση δυναρονίνης στον πυρήνα accumbens και μειώνει τις ανταμείβοντας ιδιότητες της κοκαΐνης και της μορφίνης (4) **.

Bδιότι η αμοιβαία ρύθμιση της δυναρίνης από το CREB και το ΔFosB θα μπορούσε να εξηγήσει τις αμοιβαίες αλλαγές συμπεριφοράς που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια των πρώιμων και αργών φάσεων της απόσυρσης, με αρνητικά συναισθηματικά συμπτώματα και μειωμένη ευαισθησία φαρμάκου που κυριαρχείται κατά τη διάρκεια των πρώιμων φάσεων της απόσυρσης και της ευαισθητοποίησης στα επιβραβυντικά και κίνητρα κινητικά αποτελέσματα των ναρκωτικών που επικρατούν σε μεταγενέστερα χρονικά σημεία.

Εικόνα 3

Η δυνορφίνη είναι ένας υποτιθέμενος στόχος για το ΔFosB. Εμφανίζεται ένας νευρώνας ντοπαμίνης (DA) του κοιλιακού τεφταλίου (VTA) που νευρώνει μια κατηγορία νευρώνων GABAergic projection nucleus accumbens (NAc) που εκφράζει τη δυναρίνη (DYN). Η δυνορφίνη εξυπηρετεί έναν μηχανισμό ανάδρασης σε αυτό το κύκλωμα: η δυνορφίνη, που απελευθερώνεται από τα τερματικά των νευρώνων NAc, δρα σε κ υποδοχείς οπιοειδών που βρίσκονται σε νευρικά τερματικά και κυτταρικά σώματα των νευρώνων DA για να εμποδίσουν τη λειτουργία τους. ΔFosB, αναστέλλοντας την έκφραση της δυνορφίνης, μπορεί να ρυθμίσει προς τα κάτω αυτόν τον βρόχο ανατροφοδότησης και να ενισχύσει τις ανταμείβοντας ιδιότητες των φαρμάκων κατάχρησης. Δεν παρουσιάζεται η αμοιβαία επίδραση του CREB σε αυτό το σύστημα: Το CREB ενισχύει την έκφραση της δυνορφίνης και ως εκ τούτου εξασθενεί τις ανταμείβοντας ιδιότητες των φαρμάκων κατάχρησης (4). GABA, γ-αμινοβουτυρικό οξύ. DR, υποδοχέας ντοπαμίνης. Ή, υποδοχέας οπιοειδών.

Η δεύτερη προσέγγιση που χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό γονιδίων στόχου για ΔFosB περιλαμβάνει ανάλυση μικροσυστοιχιών DNA. Η επαγώγιμη υπερέκφραση του ΔFosB αυξάνει ή μειώνει την έκφραση πολλών γονιδίων στον πυρήνα (36). Αν και απαιτείται σημαντική εργασία για να επικυρωθεί καθένα από αυτά τα γονίδια ως φυσιολογικοί στόχοι του ΔFosB και για να κατανοηθεί η συμβολή τους στον φαινότυπο εθισμού, ένας σημαντικός στόχος φαίνεται να είναι το Cdk5 (εξαρτώμενη από κυκλίνη κινάση-5). Έτσι, το Cdk5 αναγνωρίστηκε αρχικά ως ρυθμισμένο με ΔFosB με τη χρήση μικροσυστοιχιών, και αργότερα αποδείχθηκε ότι επάγεται σε πυρήνες και ραχιαίο ραβδωτό μετά από χρόνια χορήγηση κοκαΐνης (37). Το ΔFosB ενεργοποιεί το γονίδιο cdk5 μέσω μιας θέσης ΑΡ-1 που υπάρχει εντός του υποκινητή του γονιδίου (36). Μαζί, αυτά τα δεδομένα υποστηρίζουν ένα σχήμα όπου η κοκαΐνη προκαλεί έκφραση Cdk5 σε αυτές τις περιοχές του εγκεφάλου μέσω ΔFosB. Η επαγωγή της Cdk5 φαίνεται να μεταβάλλει τη ντοπαμινεργική σηματοδότηση τουλάχιστον εν μέρει μέσω αυξημένης φωσφορυλίωσης του DARPP-32 (37), η οποία μετατρέπεται από έναν αναστολέα της πρωτεϊνικής φωσφατάσης-1 σε έναν αναστολέα της πρωτεϊνικής κινάσης Α κατά τη φωσφορυλίωσή της από Cdk5 (26).

Ο ρόλος του ΔFosB στη διαμεσολάβηση της "μόνιμης" πλαστικότητας στα ναρκωτικά της κατάχρησης

Αν και το σήμα ΔFosB είναι σχετικά μακροχρόνιο, δεν είναι μόνιμο. Το ΔFosB υποβαθμίζεται βαθμιαία και δεν μπορεί πλέον να ανιχνευθεί στον εγκέφαλο μετά από μήνες απόσυρσης του φαρμάκου 1-2, παρόλο που ορισμένες ανωμαλίες συμπεριφοράς επιμένουν για πολύ μεγαλύτερες χρονικές περιόδους. Συνεπώς, το ΔFosB per se δεν φαίνεται να είναι σε θέση να μεσολαβεί σε αυτές τις ημιτελή συμπεριφορικές ανωμαλίες. Η δυσκολία στην εξεύρεση των μοριακών προσαρμογών που αποτελούν τη βάση των εξαιρετικά σταθερών συμπεριφορικών αλλαγών που σχετίζονται με τον εθισμό είναι ανάλογες με τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει το πεδίο μάθησης και μνήμης. Παρόλο που υπάρχουν κομψά κυτταρικά και μοριακά μοντέλα εκμάθησης και μνήμης, μέχρι στιγμής δεν ήταν δυνατό να προσδιοριστούν οι μοριακές και κυτταρικές προσαρμογές που είναι επαρκώς μακρόβιες ώστε να λαμβάνουν υπόψη εξαιρετικά σταθερές συμπεριφορικές μνήμες. Πράγματι, το ΔFosB είναι η μακροχρόνια προσαρμογή που είναι γνωστό ότι συμβαίνει στον εγκέφαλο των ενηλίκων, όχι μόνο ως απόκριση σε φάρμακα κατάχρησης, αλλά και σε οποιαδήποτε άλλη διαταραχή (που δεν περιλαμβάνει βλάβες) επίσης. Δύο προτάσεις έχουν εξελιχθεί, τόσο στον τομέα του εθισμού και της μάθησης όσο και στη μνήμη, για να ληφθεί υπόψη αυτή η ασυμφωνία.

Μία πιθανότητα είναι ότι περισσότερες μεταβατικές αλλαγές στην γονιδιακή έκφραση, όπως αυτές που μεσολαβούν μέσω ΔFosB ή άλλων παραγόντων μεταγραφής (π.χ., CREB), μπορεί να μεσολαβήσει σε μακροχρόνιες αλλαγές στη νευρωνική μορφολογία και τη συναπτική δομή. Για παράδειγμα, η αύξηση της πυκνότητας των δενδριτικών σπονδύλων (ιδιαίτερα η αύξηση των σπονδύλων με δύο κεφαλές) συνοδεύει το αυξημένη αποτελεσματικότητα των γλουταμινεργικών συνάψεων σε πυραμιδικούς νευρώνες του ιπποκάμπου κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας δυνατοποίησης (38-40) και παραλληλίζει την ενισχυμένη συμπεριφορική ευαισθησία στην κοκαΐνη που προκαλείται στο επίπεδο των ακανόνιστων νευρώνων του πυρήνα του πυρήνα accumbens (41). Δεν είναι γνωστό κατά πόσον τέτοιες δομικές αλλαγές είναι επαρκώς μακρόχρονες ώστε να λαμβάνουν υπόψη τις πολύ σταθερές αλλαγές στη συμπεριφορά, αν και οι τελευταίες επιμένουν για τουλάχιστον 1 μήνα απόσυρσης του φαρμάκου. Πρόσφατες ενδείξεις εγείρουν την πιθανότητα ότι το ΔFosB και η επαγωγή του Cdk5 είναι ένας μεσολαβητής των μεταβολών που προκαλούνται από το φάρμακο στη συναπτική δομή στον πυρήνα accumbens (Εικόνα 4) ‡‡ Έτσι, η έγχυση ενός αναστολέα Cdk5 στον πυρήνα accumbens εμποδίζει ικανότητα επαναλαμβανόμενης έκθεσης στην κοκαΐνη για την αύξηση της πυκνότητας της δενδριτικής σπονδυλικής στήλης στην περιοχή αυτή. Αυτό συμβαδίζει με την άποψη ότι το Cdk5, το οποίο εμπλουτίζεται στον εγκέφαλο, ρυθμίζει τη νευρική δομή και την ανάπτυξη (βλέπε αναφορές 36 και 37). Είναι δυνατόν, αν και με κανένα τρόπο δεν αποδεικνύεται, ότι τέτοιες αλλαγές στη νευρωνική μορφολογία μπορεί να υπερβούν το ίδιο το ΔFosB σήμα.

Εικόνα 4

Ρύθμιση της δενδριτικής δομής από ναρκωτικά κατάχρησης. Εμφανίζεται η επέκταση ενός δενδριτικού δέντρου ενός νευρώνα μετά από χρόνια έκθεση σε ένα φάρμακο κατάχρησης, όπως έχει παρατηρηθεί με την κοκαΐνη στον πυρήνα και τον προμετωπιαίο φλοιό (41). Οι περιοχές μεγέθυνσης δείχνουν αύξηση των δενδρικών σπονδυλικών στηλών, η οποία θεωρείται ότι συμβαίνει σε συνδυασμό με ενεργοποιημένα νευρικά τερματικά. Αυτή η αύξηση της δενδριτικής πυκνότητας της σπονδυλικής στήλης μπορεί να προκαλείται μέσω ΔFosB και της επακόλουθης επαγωγής του Cdk5 (βλέπε κείμενο). Τέτοιες μεταβολές στην δενδριτική δομή, οι οποίες είναι παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται σε ορισμένα μοντέλα μάθησης (π.χ. μακροχρόνια ενίσχυση), θα μπορούσαν να προκαλέσουν μακροχρόνιες ευαισθητοποιημένες απαντήσεις σε ναρκωτικά κατάχρησης ή περιβαλλοντικές ενδείξεις. [Αναπαραγωγή με άδεια από την αναφορά. 3 (Πνευματικά δικαιώματα 2001, Macmillian Magazines Ltd.)].

Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι η παροδική επαγωγή ενός παράγοντα μεταγραφής (π.χ. ΔFosB, CREB) οδηγεί σε πιο μόνιμες αλλαγές στην γονιδιακή έκφραση μέσω της τροποποίησης του χρωματίτηn. Αυτοί και πολλοί άλλοι παράγοντες μεταγραφής πιστεύεται ότι ενεργοποιούν ή καταστέλλουν τη μεταγραφή ενός γονιδίου στόχου προάγοντας την ακετυλίωση ή την αποακετυλίωση αντίστοιχα των ιστονών στην περιοχή του γονιδίου (42). Αν και αυτή η ακετυλίωση και η αποακετυλίωση των ιστονών μπορεί προφανώς να εμφανιστούν πολύ γρήγορα, είναι πιθανό ότι το ΔFosB ή το CREB θα μπορούσαν να παράγουν προσαρμογές μεγαλύτερης διάρκειας στον ενζυμικό μηχανισμό που ελέγχει την ακετυλίωση της ιστόνης. Το ΔFosB ή το CREB μπορούν επίσης να προωθήσουν μακρόβιες μεταβολές στην γονιδιακή έκφραση ρυθμίζοντας άλλες τροποποιήσεις της χρωματίνης (π.χ., μεθυλίωση του DNA ή της ιστόνης) που έχουν εμπλακεί στις μόνιμες μεταβολές της γονιδιακής μεταγραφής που εμφανίζονται κατά την ανάπτυξη (βλέπε αναφορές 42 και 43) . Αν και αυτές οι δυνατότητες παραμένουν κερδοσκοπικές, θα μπορούσαν να παράσχουν ένα μηχανισμό μέσω του οποίου οι παροδικές προσαρμογές σε ένα φάρμακο κατάχρησης (ή κάποια άλλη διαταραχή) να οδηγήσουν ουσιαστικά σε συνέπειες δια βίου.

αναφορές

↵
1. Nestler EJ,
2. Ελπίδα ΒΤ,
3. Widnell KL

(1993) Neuron 11: 995-1006.