DeltaFosB diferencigas modulajn nukleajn funkciojn rektajn kaj nerektajn vojajn funkciojn (2013)

Proc Natl Acad Sci Usono A. 2013 Jan 29;110(5):1923-8. doi: 10.1073/pnas.1221742110.

Grueter BA, Robison AJ, Neve RL, Nestler EJ, Malenka RC.

fonto

Nancy Pritzker Laboratory, Sekcio de Psikiatrio kaj Kondutismaj Sciencoj, Universitato de Medicina Universitato Stanford, Palo Alto, CA 94305, Usono.

abstrakta

Sinaptaj modifoj en nucleus accumbens (NAc) mezaj dornaj neŭronoj (MSN) ludas ŝlosilan rolon en adapta kaj patologia rekompenc-dependa lernado, inkluzive de misadaptaj respondoj implikitaj en drogmanio.. NAc MSNoj partoprenas du paralelajn cirkvitojn, rektajn kaj nerektajn padojn kiuj subtenas apartajn kondutismajn funkciojn. Modifo de NAc MSN-sinapsoj povas okazi delvis per ŝanĝoj en la transskriba potencialo de certaj genoj en ĉeltip-specifa maniero. La transkripcifaktoro [pliigo] FosB estas unu el la esencaj proteinoj implikitaj en la genesprimoŝanĝoj en NAc kaŭzitaj de drogoj de misuzo, tamen ĝiaj efikoj al sinapta funkcio en NAc MSNoj estas nekonataj. Ĉi tie, ni pruvas, ke troesprimo de DeltaFosB malpliigis ekscitan sinaptan forton kaj verŝajne pliigis silentajn sinapsojn sur D1-dopamina receptoro-esprimanta rektan vojon MSN-oj en kaj la NAc-ŝelo kaj kerno.

En kontrasto, deltaFosB verŝajne malpliigis silentajn sinapsojn sur NAc-ŝelo, sed ne kerno, D2-dopamina receptor-esprimanta nerektajn vojojn MSN-ojn.. Analizo de NAc MSN-dendrita spina morfologio rivelis ke [incremento] FosB pliigis la densecon de nematuraj spinoj en D1 rektaj sed ne D2 nerektaj vojoj MSN-oj. Por determini la kondutismajn sekvojn de ĉeltip-specifaj agoj de [incremento]FosB, ni selekteme troesprimis [incremento]FosB en D1 rektaj aŭ D2 nerektaj MSNoj en NAc en vivo kaj trovis ke rekta (sed ne nerekta) vojo MSN-esprimo plibonigas kondutismajn respondojn. al kokaino. Ĉi tiuj rezultoj rivelas, ke [incremento] FosB en NAc diferencige modulas sinaptajn trajtojn kaj rekompenc-rilatajn kondutojn laŭ ĉela tipo- kaj subregion-specifa modo.

Determini la kondutismajn sekvojn de ĉeltip-specifaj agoj de ∆FosB, ni selekteme troesprimis ∆FosB en D1 rekta aŭ D2 nerekta MSNs en NAc en vivo kaj trovis tion rekta (sed ne nerekta) pado MSN-esprimo plibonigas kondutismajn respondojn al kokaino. Ĉi tiuj rezultoj malkaŝas ke ∆FosB en NAc diferencige modulas sinaptaj propraĵoj kaj rekompencaj kondutoj laŭ ĉeltip- kaj subregion-specifa modo.

La nukleo accumbens (NAc) estas esenca substrato por integri instigajn informojn por la celo de reguligo de cel-direktita konduto. Pli ol 90% de la ĉeloj ene de la NAc estas mezaj dornaj neŭronoj (MSNoj), kiuj povas esti dividitaj en du gravajn subpopulaciojn. Rekta vojo MSN-oj, kiuj ĉefe esprimas D1-dopaminreceptorojn (D1 MSN-oj), projekcias ĉefe al mezcerbaj dopaminaj (DA) nukleoj, dum nerekta vojo MSN-oj, kiuj ĉefe esprimas D2-receptorojn (D2 MSN-oj), projekcias plejparte al la ventra palido, tiel nerekte influante. DA neŭronoj (1, 2). La agado de NAc MSNoj estas movita ĉefe per ekscitaj enigaĵoj de la antaŭalfronta kortekso, hipokampo, kaj amigdalo. Estis sugestite ke patologia agado ĉe NAc-ekscitaj sinapsoj induktitaj per kondutismaj travivaĵoj kiel ekzemple eksponiĝo al drogoj de misuzo induktas reorganizadon de kaj transskriba maŝinaro kaj sinapsoj sur NAc MSNoj, kiuj siavice mediacias longdaŭrajn kondutismajn adaptiĝojn asociitajn kun dependeco. (1-3).

Lastatempaj studoj pruvis, ke D1 MSN kaj D2 MSN en la kernsubregiono de NAc elmontras malsamajn elektrofiziologiajn kaj sinaptajn trajtojn (4) kaj ke la du subtipoj de MSN-oj ludas apartajn rolojn en dependeco-rilata konduto (5). Tamen, la molekulaj mekanismoj subestaj ĉi tiuj diferencoj restas nebone komprenitaj. Dum la lastaj du jardekoj, kreskanta evidenteco ligis indukton de ΔFosB, transkripcifaktoro de la familio Fos, en NAc al ŝanĝoj en la rekompenca cirkulado de la cerbo asociita kun kutimiga kaj deprimiĝema konduto. (3). ΔFosB, precipe stabila produkto de la FosB geno (6), heterodimerigas kun Jun-familioproteinoj por formi aktivigan protein-1 (AP-1) kompleksojn kiuj ligas al AP-1-ejoj ene de genreklamantoj por reguligi transskribon. Kvankam multaj Fos-familioproteinoj estas paseme induktitaj per akuta drogekspozicio, kronika administrado de preskaŭ ajna drogo de misuzo induktas la longdaŭran amasiĝon de ΔFosB en la NAc (6). Konsekvence kun la funkcia graveco de ĉi tiu amasiĝo, longdaŭra troesprimo de ΔFosB selekteme en D1 MSN-oj de la NAc kaj dorsa striato de indukteblaj bitransgenaj musoj kaŭzas pliigitajn lokomotorajn respondojn al kokaino (7), pliigita kondiĉigita lokoprefero al kaj kokaino kaj morfino (7, 8), kaj plifortigita kokaina memadministrado (9).

La neŭralaj misadaptiĝoj sub la toksomaniofenotipoj, tamen, povas komenciĝi tuj ĉe komenca eksponiĝo al drogoj de misuzo aŭ aliaj stimuloj kiel streso. En subteno de ĉi tiu hipotezo, eĉ mallonga antaŭeksponiĝo al streso kaŭzas pliigitan emon al drogo-konsumado (kruc-sentemo) (10-12) kaj inverse (13). Krome, kvankam la efikoj de streso kaj kokaino sur la sinaptaj ecoj de ĉi tiuj neŭronoj estis studitaj (1-3, 14-16), rekta indico por la efikoj de ΔFosB sur MSN sinaptaj trajtoj mankas. [pliigo]FosB-reguligo de sinapta funkcio estas de speciala intereso ĉar ΔFosB-troesprimo ŝanĝas NAc-dendritan spinomorfologion (17, 18), kaj lastatempa laboro indikas ke aliaj transskribaj reguligistoj povas influi NAc MSN-fiziologion (19) kaj sinapta strukturo (20).

Por ekzameni la pli mallongperspektivajn sinaptajn efikojn de ΔFosB-esprimo en rekta kaj nerekta vojo NAc MSN-oj, ni uzis bakteriajn artefaritajn kromosomojn (BAC) transgenajn musojn, kiuj selekteme etikedas D1-MSN-ojn kaj virus-vektorojn, kiuj selekteme celas ĉi tiujn MSN-subpopulaciojn. Celitaj registradoj de MSN-oj rivelis okulfrapajn ĉeltipojn kaj region-specifajn efikojn de [pliigo]FosB-troesprimo sur la trajtoj de ekscitaj sinapsoj sur NAc MSNoj. Esprimo de [pliigo]FosB en la NAc ankaŭ modifis dendrita spina morfologio kaj dependeco-rilataj kondutoj en ĉela tipo-specifa maniero. Ĉi tiuj rezultoj provizas pliajn pruvojn, ke la reguligo de [pliigo]FosB-niveloj de drogoj de misuzo kaŭzas ĉeltip-specifajn ŝanĝojn en la NAc, kiuj grave kontribuas al la kompleksaj cirkvitaj adaptoj sub la dependeco-rilataj kondutoj.

rezultoj

[pliigo]FosB Ne Influas Presinaptan Funkcion en NAc MSNoj.

Ekzameni la sinaptajn efikojn de [pliigo]FosB-troesprimo en NAc MSN-oj, ni stereotakse injektis Herpetan simplan viruson (HSV) esprimantan [pliigo]FosB kunfandiĝis al EGFP en la NAc de 8- ĝis 10-jaraj viraj BAC-transgenaj musoj en kiuj tdTomato-esprimo estis pelita de la D1-dopamina receptorreklamanto (21). Tri ĝis 4 d poste, ni faris tutĉelajn flik-krampajn registradojn de NAc-ŝelo kaj kernaj MSN-oj kun la ĉeesto aŭ foresto de tdTomato difinanta D1-MSN-ojn kaj D2-MSN-ojn, respektive (4), kaj EGFP-esprimo difinantaj ĉelojn en kiuj [pliigo]FosB estis esprimita. Kvankam ne eblas selekteme celi la NAc-kernon kaj ŝelon kun virusoj en musoj, estis grave distingi ĉi tiujn cerbajn regionojn pro konataj diferencoj en ilia reguligo de rekompenco- kaj dependeco-rilataj kondutoj (2, 3). Du normaj elektrofiziologiaj provoj rivelis tion [pliigo]FosB-troesprimo ne rimarkeble influis presinaptan funkcion en iu ajn el la NAc MSN-subpopulacioj ekzamenitaj. Specife, par-pulsaj rilatumoj (PPRoj) de ekscitaj postsinaptaj fluoj (EPSCoj) je kvin malsamaj interstimulaj intervaloj, norma mezuro de dissendila eldonprobablo, estis netuŝitaj de [pliigo]FosB-troesprimo en aŭ la NAc-ŝelo aŭ kerno (Fig. S1). Krome, la averaĝa ofteco de miniaturaj EPSCoj (mEPSCoj), kiu ankaŭ korelacias kun presinapta funkcio, estis netuŝita de [pliigo]FosB-troesprimo en D1 kaj D2 MSNoj en kaj la NAc-ŝelo kaj kerno (Fig. S1).

Efektoj de [pliigo]FosB sur Excitatory Postsynaptic Properties en NAc D1 MSNoj.

Por ekzameni la efikojn de pli mallongatempa [pliigo]FosB-troesprimo pri postsinaptaj trajtoj de ekscitaj sinapsoj en NAc-ŝelo kaj kernaj MSN-oj, ni mezuris la rilatumon de AMPA-receptoro (AMPAR) - al NMDA-receptoro (NMDAR)-mediaciitaj EPSC-oj (22). En kaj la ŝelo kaj kernsubregionoj, AMPAR/NMDAR-proporcioj estis signife pli malgrandaj en D1 MSN-oj troesprimataj. [pliigo]FosB relative al najbaraj neinfektitaj D1 MSNoj (Figo. 1 A kaj B). Tiu malkresko en AMPAR-/NMDAR-proporcioj ŝuldiĝis, almenaŭ delvis, al malkresko en AMPAR-mediaciita sinapta dissendo, ĉar la mezaj amplitudoj de AMPAR-mediaciitaj mEPSCoj ankaŭ estis signife malpliigitaj de [pliigo]FosB troesprimo (Figo. 1 C kaj D). Ĉar GluA2-mankaj, interne ĝustigantaj AMPAR-oj estas integrigitaj en NAc MSN-sinapsoj post retiriĝo de memadministrado de drogoj de misuzo kaj kronikaj streĉaj protokoloj (14, 15, 23), ni poste ekzamenis la kurent-tension (IV) rilato de farmakologie izolitaj AMPAR EPSCoj por determini ĉu [pliigo]FosB-troesprimo influis la stoiĥiometrion de sinaptaj AMPARoj. AMPAR EPSC IV kurboj registritaj de kaj kontrolo kaj [pliigo]FosB-esprimantaj D1 MSN-oj en la NAc-ŝelo kaj kerno estis liniaj kaj elmontris minimuman enen rektifigon (Figo. 1 E kaj F). Tiel, [pliigo]FosB-troesprimo ne rezultigas enkadrigo de GluA2-mankaj AMPARoj en NAc D1 MSN sinapsojn. Finfine, determini ĉu NMDAR-stoiĥiometrio estis trafita per [pliigo]FosB-troesprimo, ni mezuris kursojn de NMDAR EPSC-kadukaj tempoj, kiuj estas plilongigitaj per la ĉeesto de GluN2B-subunuoj. [pliigo]FosB-esprimo kaŭzis signife pli grandan tempon al duonpinto en D1 MSNoj en la NAc-ŝelo (Figo. 1 G1 kaj G2), kaj simila tendenco estis observita en la NAc-kerno (Figo. 1 H1 kaj H2). Ĉi tiuj rezultoj sugestas, ke simila al la esprimo de konstitue aktiva CREB en NAc (24), [pliigo]FosB-troesprimo ellogas pliiĝon en la proporcio de GluN2B-enhavantaj NMDARoj ĉe NAc D1 MSN-sinapsoj.

Fig. 1.    

Troa elpremo de [pliigo]FosB en NAc modifas D1 MSN sinaptan forton en ŝelo kaj kerno. (A) Reprezentaj EPSCoj (A1) registrita ĉe –70 kaj +40 mV de NAc-ŝelo D1-kontrolo (nigra) kaj [pliigo]FosB(+) (ruĝa) MSN kaj resuma grafikaĵo (A2) de la ...

Efektoj de [pliigo]FosB sur Excitatory Postsynaptic Properties en NAc D2 MSNoj.

Kontraste al D1 NAc MSNoj, [pliigo]FosB-troesprimo en D2 MSN-oj kaŭzis pliiĝon en AMPAR/NMDAR-proporcioj en la NAc-ŝelo (Figo. 2A), sed surprize, neniu konstatebla efiko en la NAc-kerno (Figo. 2B). Krome, neniu el la aliaj sinaptaj analizoj rivelis efikojn de [pliigo]FosB-troesprimo en NAc D2 MSNoj. AMPAR-mediaciitaj mEPSC-amplitudoj (Figo. 2 C kaj D), AMPAR EPSC IV kurboj, kaj korektindeksoj (Figo. 2 E kaj F), same kiel NMDAR EPSC kadukiĝotempokursoj, estis ĉiuj netuŝitaj per [pliigo]FosB-troesprimo en NAc D2 MSNoj. Ĉi tiuj trovoj pruvas tion [pliigo]FosB-troesprimo modifas la trajtojn de ekscitaj sinapsoj sur NAc D2 MSNoj laŭ multe pli malgranda mezuro ol ekscitaj sinapsoj sur NAc D1 MSNoj.

Fig. 2.    

Troa elpremo de [pliigo]FosB en NAc modifas D2 MSN sinaptan forton en la ŝelo sed ne la kerno. (A) Reprezentaj EPSCoj (A1) registrita ĉe –70 kaj +40 mV de NAc-ŝelo D2-kontrolo (nigra) kaj [pliigo]FosB(+) (verda) MSN kaj resuma grafikaĵo ...

Efektoj de [pliigo]FosB sur Silent Synapses en NAc D1 kaj D2 MSNoj.

Postsinaptaj silentaj sinapsoj estas sinapsoj kun nerimarkeblaj niveloj de AMPARoj sed facile detekteblaj NMDARoj (25-27). Ili provizas idealan substraton por longtempa potencigo (LTP) (28) kaj povas esti generita per esprimo de konsistige aktiva CREB en hipokampaj CA1-piramidaj ĉeloj (28) kaj NAc MSN-oj (24). Ĉar pluraj el la observitaj sinaptaj efikoj de [pliigo]FosB-troesprimo povas esti klarigita per ŝanĝoj en la proporcio de silentaj sinapsoj sur NAc MSN-oj, ni faris CV-analizon de AMPAR-EPSC-oj rilate al NMDAR-EPSC-oj. En registradoj de unuopaj ĉeloj, la proporcio de 1/CV2 de NMDAR-EPSCoj al 1/CV2 de AMPAR EPSCoj rekte korelacias kun la proporcio de silentaj sinapsoj (28, 29). [pliigo]FosB-troesprimo kaŭzis signifan pliiĝon en tiu rilatumo en D1 MSNoj en la NAc-ŝelo kaj kerno (Figo. 3 A kaj B). En kontrasto, neniu ŝanĝo en tiu rilatumo estis observita en [pliigo]FosB-esprimado de NAc-kerno D2 MSN-oj, dum malkresko okazis en NAc-ŝelo D2 MSN-oj troesprimanta [pliigo]FosB (Figo. 3C). Ĉi tiuj rezultoj kongruas kun la hipotezo ke [pliigo]FosB-troesprimo kaŭzas pliiĝon en la proporcio de silentaj sinapsoj sur NAc-ŝelo kaj kerno D1 MSNoj kaj malsilentigo de sinapsoj sur NAc-ŝelo D2 MSNs.

Fig. 3.    

ΔFosB-esprimo havas kontraŭajn efikojn al silenta sinapsanalizo en D1 kaj D2 NAc MSN-oj. (A) Intrigoj de AMPAR EPSCoj (−70 mV) kaj NMDAR EPSC (+40 mV) amplitudoj de kontrolo (A1) kaj [pliigo]FosB(+) (A2) D1 MSN en NAc-ŝelo. (B) Resumo ...

Efektoj de [pliigo]FosB sur NAc MSN Dendritaj Spinoj.

Konstanta sekvo de kokainadministrado en NAc MSN-oj estas indukto de dendritaj spinoj (30, 31), struktura ŝanĝo kiu povas esti selektema por D1 MSNoj (32) kaj dependas de ΔFosB (17, 18). Ĉi tiuj observoj sugestas, ke reguligo de spina formado de ΔFosB povas esti specifa por D1 MSN-oj. Ĉar disponeblaj muslinioj esprimantaj fluoreskajn proteinojn kun ĉeltipspecifeco ne taŭgas por identigo de dendritaj pikiloj sur specifaj ĉeloj, por trakti ĉi tiun temon, ni uzis unikan HSV-vektoron kiu esprimas mCherry laŭ Cre-rekombinazo-dependa maniero (Fig. S2; SI-Metodoj) en kombinaĵo kun transgenaj muslinioj kiuj esprimas Cre specife en D1 aŭ D2 MSNoj (5). Kuntransdukti la NAc-ŝelon de ĉi tiuj musoj kun la Cre-dependa HSV-mCherry kaj HSV-GFP-ΔFosB (aŭ HSV-GFP kiel kontrolo) rivelis, ke ΔFosB pliigas la dendritan spinodensecon en D1 MSN-oj sed ne D2-MSN-oj (Figo. 4). Ĉi tiu pliiĝo estas kaŭzita ĉefe de indukto de stupaj kaj eble maldikaj pikiloj, kiuj estas konsiderataj "nematuraj" (33). Kontraste, ΔFosB-troesprimo havis neniun efikon al la denseco de pli maturaj fungoformaj dendritaj spinoj. Ĉi tiuj ΔFosB-induktitaj pliiĝoj en nematuraj dendritaj spinoj en NAc D1 MSN-oj bone korelacias kun la propono, ke ΔFosB-esprimo rezultigas pliiĝon de silentaj sinapsoj (27).

Fig. 4.    

ΔFosB-esprimo pliigas nematurajn spinojn en D1 sed ne D2 NAc MSN-oj. (A) Ekzemplaj bildoj de pikiloj de kontrolo (GFP) kaj [pliigo]FosB(+) D1 kaj D2 NAc MSNoj. (B-E) Kvantigo de efikoj de ΔFosB-esprimo sur ĉiu dendrita ...

Efikoj de Selective [pliigo]FosB-Esprimo en NAc MSNoj pri Dependeco-Rilataj Kondutoj.

Determini ĉu la ĉelo tipo-specifaj efikoj de pli mallongatempa [pliigo]FosB-troesprimo pri sinaptaj propraĵoj korelacias kun ĉeltip-specifaj efikoj al dependeco-rilataj kondutoj, ni uzis D1-Cre kaj D2-Cre musojn, kombine kun unika HSV-vektoro kiu enhavas haltkodonon ĉirkaŭitan de loxP-ejoj (LS1) por malhelpi. cela genesprimo en iu ajn ĉelo kiu ne esprimas Cre (Fig. S3). Plenkreskaj masklaj musoj D1- kaj D2-Cre estis injektitaj duflanke en la NAc kun aŭ HSV-GFP-LS1-[pliigo]FosB aŭ HSV-GFP (kontrolo), kaj kondutoj estis taksitaj dum la 5 d post kirurgio kiam transgena esprimo estas maksimuma. Troesprimo de [pliigo]FosB specife en D1 NAc MSN kaŭzis pliiĝon en lokomotora sentivigo al kokaino ĉe kaj malaltaj (3.75 mg/kg) kaj altaj (7.5 mg/kg) dozoj, same kiel pliiĝon en la komenca lokomotiva respondo al la pli malalta dozo de kokaino (Figo. 5 A kaj C). Kontraste, [pliigo]FosB-troesprimo en D2 NAc MSN-oj havis neniun efikon al lokomovaj respondoj de bestoj al kokaino (Figo. 5 B kaj D). Similaj rezultoj estis akiritaj kiam kokain-kondiĉita lokoprefero (CPP) estis analizita. D1- aŭ D2-Cre-musoj injektitaj per HSV-GFP montris tipan dozdependecon de kokaino CPP sen signifa prefero observita ĉe la pli malalta dozo (Figo. 5 E kaj F). Troa elpremo de [pliigo]FosB en D1 MSN-oj draste plibonigis kokainan CPP kun maksimumaj respondoj observitaj ĉe la pli malalta kokaindozo (Figo. 5E), Dum [pliigo]FosB-esprimo en D2 NAc MSN-oj havis neniun efikon al kokaina rekompenco (Figo. 5F). Ĉi tiuj rezultoj pruvas tion [pliigo]FosB-troesprimo en D1 MSN, sed ne en D2 MSN, en la NAc plibonigas kondutismajn respondojn al kokaino.

Fig. 5.    

Esprimo de ΔFosB en D1 sed ne D2 NAc MSNs antaŭenigas kondutajn respondojn al kokaino. (A-D) Lokomotora respondo al saloza (trianguloj) aŭ kokaino (kvadratoj) estis mezurita ĉiutage ĉe bestoj esprimantaj GFP sole (malferma) aŭ GFP kaj [pliigo]FosB ...

diskuto

Antaŭa laboro sugestis fortan ligon inter ŝanĝoj en la rekompenca cirkvito de la cerbo pro drog-induktita indukto de ΔFosB kaj dependeco-rilataj kondutoj (6). Ĉar ΔFosB estas nekutime stabila kaj estas forte induktita per kronika eksponiĝo al drogoj, efiko vidita ankaŭ ĉe homaj droguloj (18), la plej multaj studoj temigis la neŭralaj kaj kondutismaj adaptiĝoj kaŭzitaj de pli longtempa ΔFosB-esprimo, tipe 2-8 semajnoj. (3, 6, 7).

Tamen, komenca eksponiĝo al drogoj de misuzo induktas ΔFosB mRNA kaj proteinon (3, 6, 34), ankoraŭ la efikoj de tiu indukto sur NAc MSN sinaptaj trajtoj kaj postaj kondutismaj respondoj al drogadministrado ne estis esploritaj. He ni prezentas pruvojn, ke mallongtempa esprimo de [pliigo]FosB produktas profunde malsamajn sinaptajn kaj kondutismajn efikojn kiam esprimite en NAc D1 kontraŭ D2 MSNoj. min D1 MSN-oj en kaj la NAc-kerno kaj ŝelo, ΔFosB-troesprimo kaŭzis malkreskon en AMPAR-mediaciita sinapta dissendo sen detekteblaj ŝanĝoj en la stoiĥiometrio de sinaptaj AMPARoj. NMDAR-mediaciitaj EPSCoj ankaŭ estis plilongigitaj en NAc-ŝelneŭronoj (kun simila tendenco en kernneŭronoj), sugestante pliiĝon en la proporcio de GluN2B-enhavantaj sinaptaj NMDARoj.. Tiuj ŝanĝoj en ekscitaj sinapsaj trajtoj povas esti klarigitaj, delvis, per [pliigo]FosB-troesprimo kaŭzante pliiĝon en la proporcio de tielnomitaj postsinaptaj silentaj sinapsoj. Konsekvence kun ĉi tiu hipotezo, la proporcio de 1/CV2 de NMDAR-EPSCoj al 1/CV2 de AMPAR EPSC-oj estis pliigita per [pliigo]FosB kiel estis la denseco de nematuraj spinoj. Kontraste, [pliigo]FosB-troesprimo en D2 NAc MSNoj kaŭzis relativan pliiĝon en AMPAR-mediaciita sinapta dissendo en la NAc-ŝelo sed ne la kerno. A 1/CV2 analizo sugestas, ke tio povas ŝuldiĝi, parte, al malkresko de la proporcio de silentaj sinapsoj, kvankam ni ne povas ekskludi ke relativa malpliiĝo en NMDAR-mediaciita sinapta dissendo okazis.

Determini ĉu tiuj ĉeltip-specifaj sinaptaj adaptiĝoj en la NAc pro mallongperspektiva ΔFosB-troesprimo korelacias kun iuj kondutismaj ŝanĝoj, ni evoluigis unikan metodon por limigi ΔFosB-esprimon al aŭ D1 aŭ D2 NAc MSN-oj uzante la respondan Cre ŝoforlinioj. Antaŭa laboro pruvis, ke longdaŭra (>6 semajnoj) troesprimo de ΔFosB en D1-rekta vojo sed ne D2-nerekta vojo MSN-oj en kaj la NAc kaj dorsa striatum kaŭzas pliigitan lokomotoran sentivigon al kokaino, same kiel pliigitan kokainan CPP je malalta, sed ne pli alta, dozo de la drogo (7). Ĉi tie ni montras, ke nur 2-4 d de ΔFosB-troesprimo en D1 sed ne D2 MSN-oj en la NAc selekteme ellogas pliigitan lokomotoran respondon al malalta kokaindozo kaj pliigitan sentivigon de la lokomotora respondo al pli alta dozo. Ssimile, ĉi tiu mallongdaŭra ΔFosB-troesprimo en D1 NAc MSN-oj kaŭzis pliigon de kokaino CPP al pli malalta kokainodozo. Ĉi tiuj rezultoj pruvas, ke pliiĝo de niveloj de ΔFosB en D1 NAc MSN-oj per si mem plibonigas la sentivecon de besto al la lokomotor-aktivigaj kaj rekompencaj efikoj de kokaino multe pli rapide ol antaŭe antaŭvidite. Ĉi tiuj rezultoj ankaŭ sugestas, ke la indukto de ΔFosB kaŭzita de komenca eksponiĝo al drogoj povas kontribui al la postaj ŝanĝoj, kiuj okazas en respondoj al ripeta administrado.

Antaŭa laboro en ratoj pruvis, ke mallongdaŭra (1-2 d) retiriĝo de kronika nekontingenta kokainadministrado (5 d) kaŭzas la generacion de silentaj sinapsoj en NAc MSN-oj (35). Ĉi tiu sinapta modifo induktita de kokaino estas blokita per esprimo de domina negativa formo de CREB kaj estas imitata per esprimo de konstitucie aktiva CREB (24), kiu ankaŭ induktas silentajn sinapsojn en la hipokampo (28). Krome, la silentaj sinapsoj en NAc enhavas pli grandan proporcion de GluN2B-enhavantaj NMDAR-oj, kies blokado malhelpas la kokainindukton de silentaj sinapsoj, same kiel kokain-eligitan lokomotoran sentivigon (24, 35). La sinaptaj efikoj de mallongperspektiva ΔFosB-troesprimo pruvitaj ĉi tie kombinitaj kun la fakto, ke kokainadministrado forte induktas ΔFosB en musoj (7) sugestas, ke kokainadministrado ankaŭ generas silentajn sinapsojn en NAc-MSN-oj en musoj, kvankam laŭ ĉeltipspecifa maniero. Ĉu indukto de ambaŭ transkripcifaktoroj estas necesa por tiuj drog-induktitaj sinaptaj ŝanĝoj postulos plian studon. Tli observas ke CREB kaj [pliigo]FosB ambaŭ povas indukti silentajn sinapsojn en NAc MSN-oj estas interesa pro granda indico ke ili mediacias kontraŭ kondutismajn fenotipojn: dum longperspektiva [pliigo]FosB antaŭenigas kokainan rekompencon, CREB faras la kontraŭan efikon (3, 6). Tamen, baldaŭ [pliigo]FosB-troesprimo en indukteblaj bitransgenaj musoj malseketigis la kondutismajn efikojn de kokaino (36), rezulto kiu povas reflekti pli malaltajn nivelojn de [pliigo]FosB induktis ĉe tiu tempopunkto aŭ la rektajn sekvojn de la pli mallongaj periodoj de esprimo. La trovoj prezentitaj ĉi tie sugestas la antaŭan eblecon ĉar mallongaj periodoj de altaj niveloj de HSV-mediaciita troesprimo de [pliigo]FosB en D1 NAc MSN-oj, kiel pli longdaŭra esprimo, plibonigis la kondutismajn efikojn de kokaino. Klare, plia laboro estas necesa por kompreni la paradoksajn efikojn de la indukto de CREB kontraŭ [pliigo]FosB en la NAc. Unu klarigo povas esti la ĉelo tipo specifeco de iliaj agoj, ĉar kokaino indukto de [pliigo]FosB estas selektema por D1 MSNoj, dum CREB-indukto okazas egale en D1 kaj D2 MSNoj, same kiel en kelkaj GABAergaj interneŭronoj. (3). Ankaŭ estos kritike identigi la multajn celgenojn per kiuj ĉi tiuj transkripcifaktoroj induktas siajn elektrofiziologiajn kaj kondutismajn efikojn.

La NAc estas kompleksa cerba regiono, konsistante el heterogena miksaĵo de pluraj ĉeltipoj kun apartaj roloj en pluraj interrilataj cirkvitoj kaj kondutismaj produktaĵoj. (1, 3). Ĉi tie, ni fokusiĝas specife al MSN-oj, ĉar ili estas la projekciaj neŭronoj de la NAc, ilia funkcia produktado estis rekte ligita al dependeco-rilataj kondutoj (5, 37, 38), kaj ŝanĝoj en la ekscita movo al NAc MSN-oj kaŭzas toksomaniosimilajn kondutismajn anomaliojn (39). Multoblaj proteinoj reguligitaj per drogoj de misuzo estis ligitaj al ŝanĝoj en la fiziologio de NAc MSNoj (4, 19, 40, 41). Dum kelkaj antaŭaj studoj ekzamenis la sinaptajn diferencojn inter rektaj kaj nerektaj vojoj MSN-oj (2, 4) kaj aliaj temigis diferencojn inter la NAc-ŝelo kaj kernsubregionoj (16), kompleta bildo de kiel antaŭfiksita proteino influas la fiziologion de ambaŭ MSN-subtipoj en ambaŭ NAc-subregionoj ne antaŭe estis disponigita. Ni nun montras tiun mallongtempan esprimon de [pliigo]FosB havas ĉeltip-specifajn kaj region-specifajn efikojn al ekscitaj sinaptaj trajtoj de NAc MSN-oj kaj ke tiu molekula manipulado specife en D1-NAc MSN-oj plibonigas kondutismajn respondojn al kokaino. Ĉar la du ĉeltipoj en ambaŭ subregionoj dividas komunajn proteinojn kaj signalajn vojojn ankoraŭ havas diverĝajn efikojn al konduto, tiuj rezultoj prezentas komencan paŝon en disponigado de ampleksa kompreno de la molekulaj kaj cirkvitaj adaptiĝoj en la NAc kaŭzita de drogoj de misuzo. Estonta laboro devos difini ĉu tiuj sinaptaj ŝanĝoj prefere okazas ĉe specifaj enigaĵoj en la NAc, ĉu ekzistas rekta kaŭza rilato inter tiuj. [pliigo]FosB-induktitaj sinaptaj kaj kondutismaj ŝanĝoj, kaj ĉu administrado de drogoj de misuzo aŭ streso, kiuj ambaŭ induktas [pliigo]FosB, kaŭzas similajn sinaptajn kaj kondutismajn adaptiĝojn.

metodoj

Por detala priskribo de metodoj, vidu SI-Metodoj.

Heterozigotaj bakteriaj artefarita kromosomo (BAC) plenkreskaj (8-12 semajnoj) masklaj musoj estis uzitaj en ĉiuj eksperimentoj kaj estis loĝigitaj kune en grupoj de du al kvin per kaĝo sur 12/12-h lumo/malluma ciklo, kun manĝaĵo kaj akvo haveblaj. ĉiam. Elektrofiziologiaj studoj uzis D1-tdTomato-musojn malantaŭenkrucitajn sur C57/Bl6 (21). Por kondutismaj eksperimentoj kaj analizoj de dendrita spino, D1- kaj D2-Cre-musoj dividitaj en aĝ-egalajn grupojn estis uzitaj (5, 42). Ĉiuj eksperimentoj estis faritaj laŭ la politikoj difinitaj de instituciaj bestaj prizorgado kaj uzado-komitatoj (IACUC) ĉe Universitato Stanford kaj Lernejo de Medicino Monto Sinajo.

Suplementa Materialo

Subtenanta Informo:   

Dankojn

Ni dankas membrojn de la laboratorioj Malenka kaj Nestler pro helpemaj komentoj dum la daŭro de ĉi tiu projekto. Ĉi tiu laboro estis subtenata de National Institute on Drug Abuse Grants 1K99DA031699 (al BAG) kaj P01 DA008227 (al EJN kaj RCM) kaj National Institute of Mental Health Grant R01 MH51399 (al EJN).

Piednotoj

La aŭtoroj deklaras neniun konflikton de intereso.

Ĉi tiu artikolo enhavas subtenajn informojn rete ĉe www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1221742110/-/DCSupplemental.

Referencoj

1. Lüscher C, Malenka RC. Medikamento-elvokita sinapta plastikeco en toksomanio: De molekulaj ŝanĝoj ĝis cirkvito-restrukturado. Neŭrono. 2011;69(4):650–663. [PubMed]
2. Grueter BA, Rothwell PE, Malenka RC. Integrante sinaptan plastikecon kaj striatcirkvitfunkcion en toksomanio. Curr Opin Neurobiol. 2012;22(3):545–551. [PMC libera artikolo] [PubMed]
3. Robison AJ, Nestler EJ. Transskribaj kaj epigenetikaj mekanismoj de toksomanio. Nat Rev Neurosci. 2011;12(11):623–637. [PMC libera artikolo] [PubMed]
4. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. Postsinapta TRPV1 ekigas ĉeltip-specifan longperspektivan deprimon en la nukleo accumbens. Nat Neurosci. 2010;13(12):1519–1525. [PMC libera artikolo] [PubMed]
5. Lobo MK, et al. Ĉela specifa perdo de BDNF-signalado imitas optogenetikan kontrolon de kokaina rekompenco. Scienco. 2010;330(6002):385–390. [PMC libera artikolo] [PubMed]
6. Nestler EJ. Recenzo. Transskribaj mekanismoj de toksomanio: rolo de DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008;363(1507):3245–3255. [PMC libera artikolo] [PubMed]
7. Kelz MB, et al. Esprimo de la transskriba faktoro deltaFosB en la cerbo kontrolas sentivecon al kokaino. Naturo. 1999;401(6750):272–276. [PubMed]
8. Zachariou V, et al. Esenca rolo por DeltaFosB en la nukleo accumbens en morfina ago. Nat Neurosci. 2006;9(2):205–211. [PubMed]
9. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Striata ĉelo-specifa troesprimo de DeltaFosB plibonigas instigon por kokaino. J Neurosci. 2003;23(6):2488–2493. [PubMed]
10. Nikulina EM, Marchand JE, Kream RM, Miczek KA. Kondutisma sentivigo al kokaino post mallonga socia streso estas akompanata de ŝanĝoj en fos-esprimo en la murincerbo. Cerbo Res. 1998;810(1-2):200–210. [PubMed]
11. Miczek KA, Nikulina E, Kream RM, Carter G, Espejo EF. Kondutisma sentivigo al kokaino post mallonga socia malvenko-streso: c-fos-esprimo en la PAG. Psikofarmakologio (Berl) 1999;141(3):225–234. [PubMed]
12. Miczek KA, Nikulina EM, Shimamoto A, Covington HE., 3-a Eskalada aŭ subpremita kokaina rekompenco, tegmenta BDNF kaj akumbaldopamino kaŭzita de epizoda kontraŭ kontinua socia streso en ratoj. J Neurosci. 2011;31(27):9848–9857. [PMC libera artikolo] [PubMed]
13. Covington HE, 3-a, et al. Rolo por subprema histonmetiligo en vundebleco induktita de kokaino al streso. Neŭrono. 2011;71(4):656–670. [PMC libera artikolo] [PubMed]
14. Lim BK, Huang KW, Grueter BA, Rothwell PE, Malenka RC. Anhedonia postulas MC4R-mediaciitajn sinaptajn adaptiĝojn en nukleo accumbens. Naturo. 2012;487(7406):183–189. [PMC libera artikolo] [PubMed]
15. Vialou V, et al. DeltaFosB en cerbaj rekompencaj cirkvitoj medias fortikecon al streso kaj kontraŭdepresiaj respondoj. Nat Neurosci. 2010;13(6):745–752. [PMC libera artikolo] [PubMed]
16. Kourrich S, Thomas MJ. Similaj neŭronoj, kontraŭaj adaptiĝoj: Psikostimulanta sperto diferencige ŝanĝas pafadpropraĵojn en accumbens-kerno kontraŭ ŝelo. J Neurosci. 2009;29(39):12275–12283. [PMC libera artikolo] [PubMed]
17. Maze I, et al. Esenca rolo de la histona metiltransferazo G9a en plastikeco induktita de kokaino. Scienco. 2010;327(5962):213–216. [PMC libera artikolo] [PubMed]
18. Robison AJ, et al. Kondutismaj kaj strukturaj respondoj al kronika kokaino postulas antaŭan buklon implikantan [pliigo]FosB kaj CaMKII en la nukleo accumbens-ŝelo. J Neurosci. 2013 en gazetaro.
19. Dong Y, et al. CREB modulas eksciteblecon de nukleo accumbens neŭronoj. Nat Neurosci. 2006;9(4):475–477. [PubMed]
20. Pulipparacharuvil S, et al. Kokaino reguligas MEF2 por kontroli sinaptan kaj kondutisman plastikecon. Neŭrono. 2008;59(4):621–633. [PMC libera artikolo] [PubMed]
21. Shuen JA, Chen M, Gloss B, Calakos N. Drd1a-tdTomato BAC-transgenaj musoj por samtempa bildigo de mezaj dornaj neŭronoj en la rektaj kaj nerektaj vojoj de la bazaj ganglioj. J Neurosci. 2008;28(11):2681–2685. [PubMed]
22. Kauer JA, Malenka RC. Sinapta plastikeco kaj toksomanio. Nat Rev Neurosci. 2007;8(11):844–858. [PubMed]
23. Conrad KL, et al. Formado de accumbens GluR2-mankantaj AMPA-receptoroj mediacias kovadon de kokaina avido. Naturo. 2008;454(7200):118–121. [PMC libera artikolo] [PubMed]
24. Brown TE, et al. Silenta sinaps-bazita mekanismo por kokaino-induktita lokomotora sentivigo. J Neurosci. 2011;31(22):8163–8174. [PMC libera artikolo] [PubMed]
25. Isaac JT, Nicoll RA, Malenka RC. Indico por silentaj sinapsoj: Implicoj por la esprimo de LTP. Neŭrono. 1995;15(2):427–434. [PubMed]
26. Liao D, Hessler NA, Malinow R. Aktivigo de postsinapse silentaj sinapsoj dum parigo-induktita LTP en CA1-regiono de hipokampa tranĉaĵo. Naturo. 1995;375(6530):400–404. [PubMed]
27. Kerchner GA, Nicoll RA. Silentaj sinapsoj kaj la apero de postsinapta mekanismo por LTP. Nat Rev Neurosci. 2008;9(11):813–825. [PMC libera artikolo] [PubMed]
28. Marie H, Morishita W, Yu X, Calakos N, Malenka RC. Generacio de silentaj sinapsoj per akuta en viva esprimo de CaMKIV kaj CREB. Neŭrono. 2005;45(5):741–752. [PubMed]
29. Kullmann DM. Amplecfluktuoj de du-komponentaj EPSCoj en hipokampaj piramidaj ĉeloj: implicoj por longperspektiva potencigo. Neŭrono. 1994;12(5):1111–1120. [PubMed]
30 Robinson TE, Kolb B. Struktura plastikeco asociita kun eksponiĝo al misuzoj. Neŭrofarmakologio. 2004; 47 (Suppl 1): 33 – 46. [PubMed]
31. Russo SJ, et al. La toksomaniulo sinapso: mekanismoj de sinapta kaj struktura plastikeco en kerno accumbens. Tendencoj Neurosci. 2010;33(6):267–276. [PMC libera artikolo] [PubMed]
32. Lee KW, et al. Kokaino-induktita dendrita spina formado en D1 kaj D2 dopaminaj receptor-enhavantaj mezaj dornaj neŭronoj en kerno accumbens. Proc Natl Acad Sci Usono. 2006;103(9):3399–3404. [PMC libera artikolo] [PubMed]
33. Bourne JN, Harris KM. Ekvilibrado de strukturo kaj funkcio ĉe hipokampaj dendritaj spinoj. Annu Rev Neurosci. 2008;31:47–67. [PMC libera artikolo] [PubMed]
34. Chen J, et al. Reguligo de delta FosB kaj FosB-similaj proteinoj per elektrokonvulsia forkapto kaj kokaina traktado. Mol Pharmacol. 1995;48(5):880–889. [PubMed]
35. Huang YH, et al. En vivo-sperto pri kokaino generas silentajn sinapsojn. Neŭrono. 2009;63(1):40–47. [PMC libera artikolo] [PubMed]
36. McClung CA, Nestler EJ. Reguligo de gena esprimo kaj kokaina rekompenco de CREB kaj [pliigo]FosB. Nat Neurosci. 2003;11:1208–1215. [PubMed]
37. Covington HE, 3-a, et al. Antidepresiva efiko de optogenetika stimulo de la mediala antaŭalfronta kortekso. J Neurosci. 2010;30(48):16082–16090. [PMC libera artikolo] [PubMed]
38. Stefanik MT, et al. Optogenetika inhibicio de serĉado de kokaino en ratoj. Toksomaniulo Biol. 2013;18(1):50–53. [PMC libera artikolo] [PubMed]
39. Lobo MK, Nestler EJ, Covington HE., III Potenciala utileco de optogenetiko en la studo de depresio. Biol Psikiatrio. 2012;71(12):1068–1074. [PMC libera artikolo] [PubMed]
40 McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. AMPA-riceviloj per kalcio-permeablaj prezencoj en kernoj akcentas sinapsojn post plilongigita retiriĝo de kokain-memadministrado sed ne koka-administrita de eksperimentanto. J Neŭroscio. 2011; 31 (15): 5737 – 5743. [PMC libera artikolo] [PubMed]
41. Kim J, Park BH, Lee JH, Park SK, Kim JH. Ĉeltip-specifaj ŝanĝoj en la nukleo accumbens per ripetaj ekspozicioj al kokaino. Biol Psikiatrio. 2011;69(11):1026–1034. [PubMed]
42. Gong S, et al. Celante Cre-rekombinazon al specifaj neŭronpopulacioj kun bakteriaj artefaritaj kromosomkonstruaĵoj. J Neurosci. 2007;27(37):9817–9823. [PubMed]