Malsupra kaj Ĉela Plasteco Opiate-Induktita de Ventral Tegmental Areo kaj Lokaj Coeruleus Catecholamine Neurons (2012)

Sekva Sekcio

fono

La VTA estis vaste studita pri droguzado donita sian fundamentan rolon en rekompenco. Dopamine (DA) neŭronoj en VTA-projekto al multoblaj cerbaj regionoj inkluzive de la kerno accumbens (NAc), kie pliigita DA-liberigo estis rimarkita en respondo al ĉiu klaso de misuzita drogo (Di Chiara kaj Imperato 1988). Tamen, dum neŭronoj DA estas elstara porcio (∼60% –65%) de ĉi tiu kerno de cerboj, estas konsiderinda ĉela diverseco, kun grava parto de GABA-neŭronoj (30% -35%) kaj ankaŭ priskriboj de glutamatergaj neŭronoj ( 2% –3%) (Swanson 1982; Nair-Roberts et al. 2008; Sesack and Grace 2010). La neŭronoj DA kaj GABA ene de la ventra mezkerno, ĝenerale projektas topografie (mezume al flankaj) kun la ĉefaj eliraj strukturoj konsistantaj el NAc, prefrontal-kortekso (PFC), kaj amigdala (AMY) (vaste reviziita en Sesack and Grace 2010) (Figo. 1). La primaraj aferentoj al VTA inkluzivas ekscitajn enigaĵojn de PFC, pedunculopontine kaj laterodorsal tegmentum (PPTg kaj LDT), same kiel multajn aliajn ĵus difinitajn strukturojn (Geisler et al. 2007). La malhelpa enigo al la VTA estas malpli bone difinita, sed raportoj de NAc, ventral pallidum kaj mesopontine rostromedial tegmental kerno (RMTg) estis raportitaj (Sesack and Grace 2010). Esploro ĝis nun koncentriĝis misproporcie sur DA-neŭronoj en VTA, kaj specife sur tiuj, kiuj projektas al NAc, pro la kritika rolo de ĉi tiu projekcio en rekompenco (Nestler 2004).

  

Rigardu pli grandan version:  

• En ĉi tiu paĝo
• En nova fenestro
• Elŝuti kiel PowerPoint Slide

Figuro 1.  

Karikaturo de sagacia sekcio de ronĝula cerbo ilustrante la VTA kaj LC kaj iliajn gravajn aferojn kaj efajn projekciojn. Daŭronaj (ruĝaj) kaj GABAergaj (bluaj) neŭronoj en VTA projektas al limuzikaj kaj kortikaj strukturoj kaj ricevas glutamatergic (nigrulo, PFC) kaj GABAergic-enigaĵon (blua skolo, NAc, VP). Noradrenergiaj neŭronoj (verdaj) en LC innervas multnombrajn regionojn inkluzive de HIPP kaj PFC kaj ricevas glutamatergajn enigaĵojn de PGi. Mallongigoj: AMY, amigdala; HIPP, hipokampo; LC, locus coeruleus; NAc, nucleus accumbens; PFC, prefrontal-kortekso; PGI, kerno paragigantocellularis; VP, ventral pallidum; VTA, ventrala tegmentala areo.

Akraj Opiate-Induktitaj Ŝanĝoj en Neŭra Agado

Konsiderata la kapablo de akra morfino en la VTA provoki pliigitan liberigon de DA en la NAc (Leone et al. 1991), konsiderinda kvanto da laboro ekzamenis la akrajn efikojn de opiatoj en la VTA. Akra morfino pliigas la pafon procento de DA neŭronoj en VTA (Gysling kaj Wang 1983). Ĉi tiu efiko estas mediaciita almenaŭ parte per la ligado de morfino al G_{mi / o}-kombinita μ-opioida ricevilo (MOR) sur lokaj GABA-neŭronoj, tiel malpliigante sian aktivecon kaj posta GABA-liberigo sur DA-neŭronoj kaj rezultigas malinhibicion de DA-neŭronojJohnson kaj Norda 1992). Tamen, interpretado de multo de la fruaj elektrofisiologiaj laboroj estas komplika per evidenteco, kiu elstarigas la preskaŭ nedistingeblan naturon de neŭronoj de VTA DA kaj GABA (laŭ grando, morfologio kaj elektrofisiologiaj ecoj) (Margolis et al. 2006), klarigante la neceson identigi VTA-neŭronojn studitajn pli definitive (ekz. per imunohistokemio, uzo de GFP-raportistoj-musoj, ktp.), punkto pri kiu ni diskutos pli detale poste en ĉi tiu revizio. Ĉi tie ni ĉefe koncentras opiojn, kiuj agas kiel agonistoj ĉe la MOR en VTA, kiel morfino, ĉar ĉi tiuj drogoj produktas la rekompencajn efikojn plej ofte studitajn en la kampo de drogoj. Tamen, estas sciate, ke κ-opioidaj riceviloj (KOR) ankaŭ estas esprimitaj sur VTA-neŭronoj, kaj ke aktivigo de ĉi tiuj riceviloj povas rekte malhelpi la pafon de la neŭronoj DA (Margolis et al. 2003), verŝajne kontribuante al la adversaj efikoj de kappa agonistoj. La kapablo de opiatoj produkti kaj malhelpadon de neurona VTA DA, kaj rekompencajn kaj avarajn efikojn, mirigas, kaj ĉi tiu "yin-yang" modulado kaj la rolo de endogenaj opioidaj peptidoj rekompence meritas esti fokuso.

Akra Opiate-Induktita Sinaptika Plastikeco

Aldone al ŝanĝoj en neŭrona aktiveco, estas multaj raportoj pri sinaptika plastikeco induktita de akraj opiatoj. Kiel ĉe kokaino kaj aliaj misuzitaj drogoj, unu sola injekto de morfino estis trovita pliigi la rilatumon de α-amino-3-hydroxy-5-metil-4-isoxazolepropionic-acido (AMPA) al N-metil-D-aspartika acido (NMDA) ekscitaj postaj sinaptaj fluoj (EPSCoj) 24 horojn post administrado, konformaj al longtempa potenco (LTP) de glutamatergaj sinapsoj sur DA-neŭronoj (Saal et al. 2003). Lastatempe, ankaŭ estis raportite ke akra morfino induktas AMPAR-receptoron (AMPAR) redistribuon en VTA laŭ maniero simila al kokaino, specife enmeto de AMPAR-mankhavaj de GluA2 (Brown et al. 2010). Brown kaj aliaj. observis pliigitan rektigan indicon kaj pliigis citoplasman GluA2 AMPAR en respondo al akra morfino, efiko kiu estas rekapitulata per rekta stimulo de DA-neŭronoj en VTA uzante selekteman kanrilodinksan esprimon 2 (Brown et al. 2010), rekte implikante DA-agadon / signaladon ene de VTA al glutamatergia reguligo. Ĉi tiuj datumoj konformas al pli fruaj laboroj, ke GluA1, sed ne GluA2, troekspreso en VTA sentigas bestojn al lokomotoraj kaj rekompencaj kondutoj de morfino (Carlezon et al. 1997).

Akraj opiatoj ankaŭ influas plastikecon ĉe GABAergic-sinapsoj en VTA. Altfrekvenca stimulado estis trovita eligi LTP ĉe GABA-fina stacioj (LTP)_GABA) pri VTA DA neŭronoj, efiko, kiu dependas de aktivigo de postsinaptaj NMDA-riceviloj (NMDAR) kaj liberigo de nitra rusto (NO) kiel retrograda mesaĝisto de DA-neŭronoj (Nugent et al. 2007). NO tiam pliigas gajnlyl cyclase (GC) aktivecon en la GABA-neŭrono, kondukante al pliigita GABA-liberigo kaj LTP_GABA. Sola dozo de morfino inhibas LTP_GABA per interrompado de la signalo-kaskado NO-GC-protein kinase G (PKG), kaŭzante perdon de normala inhibitora kontrolo (observitaj 2 kaj 24-horoj post injekto, sed ne 5-tagoj) (Nugent et al. 2007, 2009; Niehaus et al. 2010). Tiel, interrompo de LTP_GABA provizas alian mekanismon por la kapablo de akraj opiatoj pliigi neuronal aktivecon de VTA DA.

Pli lastatempe, alia formo de VTA GABAergic-plastikeco estis priskribita: longtempa depresio de GABAergic-sinapsoj sur DA-neŭronoj (LTD_GABA) (Dacher kaj Nugent 2011a). Uzante malaltfrekvencan stimuladon (LFS), stabila LTD_GABA en DA-ĉeloj estis induktita tio, male al LTP_GABA, estis esprimita postsynaptically kaj ne dependis de NMDAR. Ĉi tiu efiko ankaŭ ne dependis de endokannabinoida signalado, sed estis blokita de la antagonisma sulpirido de dopamina D2 (D2R). Interese, unu sola morfina injekto sufiĉis por malebligi LFS-induktitan LTD_GABA 24 horojn post administrado, sugestante, ke morfino povas bidirekte reguligi GABA-plastikecon en VTA (Dacher kaj Nugent 2011a).

Kronika Opiate-Induktita Sinaptika Plastikeco

Kvankam la sinaptaj ŝanĝoj, kiuj okazas kun akraj opiatoj, estis relative bone karakterizitaj, la kronikaj ŝanĝoj ne havas. Ĝis nun, malmultaj se iuj studoj ekzamenis ŝanĝojn en gluatamatergic aŭ GABAergic-plastikeco en respondo al kronika administrado de opioj. Ĉi tio inkluzivas mankon de scio pri ĉu estas diferencoj en pasiva vs aktiva drogadministrado, grava konsidero konsiderante la lastatempan laboron, montrante, ke la persistado de LTP en la VTA de bestoj abstinitaj de kokaina memadministrado (ĝis 3-monatoj) okazas nur kun kontingenta kokainekspozicio (Chen et al. 2008).

Tamen oni scias, ke kronika morfino, same kiel akra morfino, pliigas DA-neuronal aktivecon. In vivo-registradoj sekvantaj kronikan morfinan spektaklon pliiĝas en kaj basala pafo-ritmo kaj kreviga agado, kiuj revenas al bazlinio dum retiro (Georges et al. 2006). Ĉi tiu kontraste al antaŭa laboro, kiu observis konstantan malpliiĝon de la aktiveco de DA en ratoj retiritaj de morfino (Diana et al. 1995, 1999). Unu ebla kialo de ĉi tiuj diferencoj estas la administrada metodo. Ekzemple, Georges et al. studo uzis subkutanan (sc) daŭrantan liberigan pellet-paradigmon, kiu pruviĝis havi multe malsaman farmacodinamikan profilon ol la kronika grimpanta doza paradigmo uzita en la pli fruaj Diana et al. studoj. Kiel antaŭe raportis (Fischer et al. 2008), 24 hr post la lasta morfina buleto, sango-morfina nivelo ne malpliiĝas, restante relative stabila kun la pinto (∼3000 ng / ml), dum la kronika injekto-modelo produktas multe pli altan pinton (∼10,000 ng / ml) ĉe 1 hr, kun sangaj niveloj sub 100 ng / ml post 4 hr kaj neglektebla de 12 hr. La ŝanĝo en DA-pafo-indico induktita de retiriĝo de kronika morfino, ĉu reveno al bazlinio aŭ malkresko sub baslinio, ŝajnas dependi de ŝanĝoj en GABA-liberigo. Retiro de kronika morfino pliigas GABA-inhibitajn postsinaptajn fluojn (IPSCs) kaj liberigon de GABA sur VTA DA neŭronoj (Bonci kaj Williams 1997), efiko lastatempe dependis de reciklado de la MOR kaj de cikla adenosino-5′-monofosfato (cAMP) signalado (Madhavan et al. 2010).

Alia ebla kontribuanto al diferencoj inter studoj estas la heterogeneco de VTA kompare kun LC (kiel priskribite sube). Ne nur ekzistas la komplekseco de multoblaj ĉeloj-tipoj (ĉefe GABA vs. DA), sed la distribuo de ĉelaj tipoj ankaŭ varias laŭ la rostral-kaŭsa VTA akso (Figo. 2). Specife, la proporcio de DA al neŭronoj GABA estas multe pli alta en rostraj VTA-subregionoj (IFN, RL) kompare kun kaŭdaj subregionoj (PN, PIF) (Nair-Roberts et al. 2008). Ĉi tiu diferenco havas funkcian gravecon al morfine-induktitaj kondutaj ŝanĝoj. La tro-ekspreso HSV-GluA1 pliigis morfinan rekompencan konduton kun injekto en rostral VTA, dum ĝi induktis perversan konduton en kaŝa VTA, efikon ankaŭ observitan sur vira troekspreso de liganta proteino cAMP-respondo-elemento (CREB) aŭ fosfolipasa C gamma (PLCγ) (Carlezon et al. 2000; Bolanos et al. 2003; Olson et al. 2005). Ĉi tiu diferenco videblas ankaŭ ĉe la molekula nivelo, ĉar kronika morfina induktita responda cAMP-respondo-elemento (CRE) -mediatita transskribo en DA-neŭronoj en vizaĝa kaj kaŭdala VTA, sed nur estis observita en ne-DA-neŭronoj en rostral VTA (Olson et al. 2005). Ultrastrukturaj studoj konfirmas tiajn vizaĝ-kaŭdajn diferencojn, kaj sugestas la aldonan kompleksecon de kurac-reĝimo kaj projekcia eligo. GluA1 estis pliigita en ambaŭ tirozina hidroksilase (TH) -pozitiva (DAergic) kaj TH-negativa (verŝajna GABAergic) dendritoj en la parabrachaj (PBP) VTA per ununura morfina injekto. En kontrasto, kun kronika morfino, estis pliigo de GluA1 en la VAR paranigra (PN) aldone al la PBP-regiono (Lane et al. 2008).

  

Rigardu pli grandan version:  

• En ĉi tiu paĝo
• En nova fenestro
• Elŝuti kiel PowerPoint Slide

Figuro 2. 

Ĉela kaj projekcia komplekseco ene de VTA. La proporcio de DA (ruĝa) al GABA (bluaj) neŭronoj varias inter VTA-subnukleoj kun pli altaj DA: GABA-proporcioj observitaj en pli rostraj subregionoj kiel rostral lineara kerno (RL) kompare al pli kaŭdaj subnukleoj kiel paranigraj (PN) kaj parainterfascicular ( PIF) regionoj. Aldone, neuronalaj projekcioj de DA diferencas tra VTA kun pli flankaj regionoj kiel parabracha kerno (PBP) projekcianta al NAc laterala ŝelo (Lat Sh), dum mezaj regionoj kiel PN havas diversajn projekciojn inkluzive de amigdala (AMY), prefrontal kortekso (PFC) , NAc-kerno, kaj NAc-meza ŝelo (Med Sh). Limigita laboro ekzamenis GABA-neuronajn projekciojn; estas iuj evidentecoj, ke neŭronoj de GABA en PBP rostra havas fortan projekcion al PFC, dum estas malmultaj rostraj PBP-neŭronoj, kiuj projektas PFC, sed granda kaŭda DA PBP-projekcio; ĉi tio sugestas, ke la projekcio de PBP-PFC ne nur estas difinita regione, sed ankaŭ estas neuronal-subtipo specifa (Lammel et al. 2008). (Uzataj ĉelkalkuloj estas de Nair-Roberts et al. 2008 kaj projekcioj estas de posttagmezaj etikedaj studoj de Lammel et al. 2008.)

Diferencoj inter VTA DA-neŭronoj, bazitaj sur ilia elira regiono, estis de granda intereso lastatempe, ĉar nun estas bone konstateble, ke la elektrofisiologiaj ecoj de DA neŭronoj varias laŭ projekcio. VTA DA neŭronoj projektantaj al NAc havas multe pli malgrandan_h fluo ol neŭronoj projekciantaj al bazolateral amigdala (BLA) (Ford et al. 2006), kaj estas diferencoj en projekcioj ene de NAc mem, kun DA-neŭronoj projekciantaj al NAc flanka ŝelo montrante multe pli altan I_h fluaj ol DA-neŭronoj, kiuj projektas al NAc-media ŝelo (Lammel et al. 2011). Daŭro de ago-eblo (AP) de DA-neŭronoj ankaŭ varias laŭ projekcio, ĉar NAc-projekciaj neŭronoj DA havas la plej longan AP-daŭron, dum PFC-projekcia neurona AP-daŭro estas pli mallonga, kaj AMY-projektantaj DA-neŭronoj havas la plej mallongan daŭron (Margolis et al. 2008). Grave, la respondeco al opiatoj ankaŭ ŝajnas malsama ene de la VTA depende de projekcia tipo: DA neŭronoj projektantaj al NAc respondis pli al KOR-agonistoj ol BLA-projektantaj neŭronoj, dum la kontraŭa efiko estis rimarkita pro respondeco al agonisto MOR / delta (DOR). , kiu havis pli grandan efikon al BLA-projektantaj neŭronoj (Ford et al. 2006). Ĉi tio ankaŭ tradukis al presinaptic-mediaciitaj opiacaj efikoj, ĉar KOR-agonisto kaŭzis pli grandan inhibicion de GABA_A IPSCs de DA neŭronoj projekciantaj al BLA, dum ekzistis pli granda KOR-agonist-mediaciita inhibicio de GABA_B IPSCs en neŭronoj projekciantaj al NAc (Ford et al. 2006). Aldone, lastatempe oni observis, ke modulado de ekscitaj sinapsoj sur DA-neŭronoj malsamas depende de projekcio (Lammel et al. 2011). Lammel kaj kolegoj (2011) trovis ke AMPA / NMDA-proporcio estis pliigita per kokaino en DA-neŭronoj, kiuj projektis al NAc, sed ne en DA-neŭronoj projektitaj al PFC. Tamen, AMPA / NMDA-proporcio estis pliigita en DA-ĉeloj projekciantaj al PFC en respondo al aversiva stimulo (hindpaw formala injekto), efiko kiu ankaŭ estis observita en DA-neŭronoj projekciitaj al NAc laterala ŝelo, sed forestanta en DA-neŭronoj projekciantaj al NAc meza ŝelo - montras heterogenecon en respondo ene de subregionoj de ĉi tiu projekcia celo (Lammel et al. 2011). Klare ĉi tiuj studoj indikas, ke pli detala kompreno de la sinaptaj adaptiĝoj okazantaj ĉe akutaj kaj kronikaj opiatoj bezonos integri informojn pri la eliro de la studitaj neŭronoj DA. La disvolviĝo de specifaj teknikoj de neŭronoj kaj projekcioj servos por klarigi ĉi tiujn problemojn, per permesado de specifa modulado en ĉi tiu heterogena regiono.

Opiate-Induktita Struktura kaj Ĉela Plastikeco

Lastatempe estis reviziita la graveco de struktura plasticeco induktita de drogoj al sinaptikaj kaj kondutaj ŝanĝoj (Russo et al. 2010). Plej multaj studoj pri struktura plasticeco ĝis nun ekzamenis ŝanĝojn en spina morfologio aŭ dendrita branĉado de neŭronoj en VTA-celaj regionoj, sed nia laboratorio esploris alian strukturan adaptadon en respondo al kronika opia administrado, ŝanĝo de la grando de soma neurona VTA DA. Ni unue observis, ke la surfaca areo de la neŭronoj de rato VTA DA malpliiĝas ∼25% en respondo al administrado de morfino kronika sed ne akra (Sklair-Tavron et al. 1996). Ĉi tiu efiko estis specifa por DA-neŭronoj en VTA, ĉar TH-negativaj ĉeloj (probable probable GABAergic) ne estis ŝanĝitaj. Plie, ĉi tiu ŝanĝo povus esti blokita per sistema naltreksono, sugestante, ke MOR-signalado necesas, kaj loka cerbo-derivita neŭrotrofa faktoro (BDNF) infuzaĵo en VTA ankaŭ malhelpis la malpliiĝon, sugestante, ke malpliigita neurotrofa signalado povas subesti la morfologian ŝanĝon. Grave, ĉi tiu redukto en la grando de soma neurona VTA DA estas observata kun kronika administrado de heroino kaj morfino (Russo et al. 2007), en pasivaj kaj memadministraj protokoloj (Spiga et al. 2003; Chu et al. 2007; Russo et al. 2007), kaj trans specioj, kiel ni lastatempe karakterizis ĉi tiun efikon ĉe muso kaj en postmortema histo de homaj heroinoj (Mazei-Robison et al. 2011). Sekvantaj studoj ne trovis pruvojn pri neurona morto aŭ vundo de VTA DA (Sklair-Tavron et al. 1996; Russo et al. 2007) kaj ke la malkresko en la ĉelgrandeco persistas dum 14 tagoj post kronika morfina administrado, sed revenas al bazlinio antaŭ 30 tagoj. Ĉi-fokusaj speguloj rekompencas toleremon (Russo et al. 2007), en kiu ripeta konsumado de drogoj malpliigas la gratifikan efikon de la drogo kaj kondukas al pliigo de konsumado de drogoj, kiel oni vidas en homoj (O'Brien 2001).

Konsiderante, ke BDNF povas savi la kronikan strukturan ŝanĝon de morfino, ni volis ekzameni, ĉu neŭrotrofaj signalaj vojoj mediacias ĉi tiun strukturan plastikecon. Kvankam ekzistas iu diskutado pri tio, ĉu BDNF-niveloj mem estas ŝanĝitaj en VTA en respondo al kronika opia administrado (Numan et al. 1998; Chu et al. 2007; Koo et al. 2010), regulado estis raportita en la tri ĉefaj signalaj vojoj malsupren de BDNF: PLCγ, fosfatidilinositol 3′-kinase (PI3K), kaj mitogen-aktivigita proteina kinase (MAPK) (Russo et al. 2009). Kronika morfino pliigas aktivecon de la PLCγ-vojo (Lupo et al. 1999, 2007), malpliiĝas aktiveco de la PI3K-vojo, kiel mezurita per malpliiĝinta insulina ricevilo-substrato-2 (IRS2) kaj fosfo-AKT-niveloj (Lupo et al. 1999; Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011), kaj pliigas MAPK-signaladon, kiel mezuritan per pliigita fosforilado kaj kataliza agado de eksterĉelaj rilataj proteinoj kinase (ERK) (Ortiz et al. 1995; Berhow et al. 1996; Liu et al. 2007). Uzante troekspresion viral, ni trovis, ke ĝi estas la kronika induktita morfino en PI3K-signalado, kiu kontribuas al la morfologia ŝanĝo: Troa ekspreso de reganta-negativa IRS2 (IRS2dn) aŭ AKTdn estis sufiĉa por malpliigi Voma DA soma grandecon, dum troekspreso de sovaĝa tipo IRS2 malhelpis la morfin-induktitan malpliiĝon kaj troekspresion de konstitucie aktiva AKT (AKTca) pliigita soma grandeco. (Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011). En kontrasto, troekspreso de aŭ PLCγ aŭ ERK ne sufiĉis por ŝanĝi la grandecon de soma VTA DA (Russo et al. 2007). Grave, troekspreso de IRS2 ankaŭ povis malhelpi morfinan rekompencon-toleremon, implicante rolon por struktura plastikeco en kondutisma respondo.

Nia freŝa laboro sugestas, ke ĉi tiu struktura ŝanĝo estu intime ligita al la agadŝanĝoj induktitaj de kronikaj opiatoj. Simile al la studo in vivo de Georges et al. diskutita pli supre, ni trovis, ke la ritmo de pafo de VTA DA estis pliigita en la sama tempo-punkto, en kiu la grandeco de soma malpliiĝas en musoj eksponitaj al kronika morfino. (Mazei-Robison et al. 2011).

Ni tamen trovis, ke DA-eligo al la NAc, kiel mezurita per in vivo cikla voltammetrio, efektive malpliiĝis, sugestante paŭzon en la normala aktivado kaj eligo en la mezolimbia rekompenca cirkvito.

Ni plue karakterizis ĉi tiun rezulton kaj ni trovis, ke IRS2dn-troa ekspreso en VTA, kiu sufiĉas por malpliigi DA-soma grandecon, malpliigis DA-eliron al NAc kaj ankaŭ malpliigis la esprimon de pluraj K⁺ kanalaj subunuoj, en maniero simila al kronika morfino.

En niaj klopodoj identigi la signalajn vojojn malsupren de IRS2 / AKT, kiu mediacias la kronikan neŭroadaptadon de morfino, ni faris la mirindan observon, ke mamula celo de rapamicina (mTOR) kompleksa 1 (mTORC1), bone establita vojo en ĉela kresko. , estis efektive pliigita per kronika morfino. Kontraŭe, ni observis malpliiĝon de mTOR-kompleksa 2 (mTORC2) signalado, kiun ni daŭrigis por montri kaj necesa kaj sufiĉa por morfino-induktitaj ŝanĝoj en soma grandeco kaj neurona agado. Specife, ni trovis, ke troa ekspreso de rapamycin-sensenta kunulo de mTOR (Rictor), esenca komponanto proteino de mTORC2, estis sufiĉa por malhelpi la malkreskon de soma grandeco kaj ankaŭ malhelpis la pliiĝon de DA-neŭron-pafo-ritmo laŭ ĉel-aŭtonoma maniero: nur DA ĉeloj en VTA kiuj tro ekspresis Rictor havis malpliigitan ritmon de pafo, dum proksimaj DA-ĉeloj ankoraŭ montris la kreskon. Ĉi tio sugestas, ke signalaj ŝanĝoj propraj al DA-neŭronoj povas mezuri ekscitajn ŝanĝojn induktitajn de kronikaj opiatoj, eble ŝanĝante AKT-moduladon de GABA_A fluoj (Krishnan et al. 2008) aŭ la esprimo de K⁺ kanaloj (Mazei-Robison et al. 2011) (Figo. 3). Kiel ĉe IRS2-troa ekspreso, ni trovis, ke ŝanĝo de mTORC2-aktiveco korelaciita kun morfina rekompenca konduto, ĉar malpliiĝanta mTORC2-aktiveco malpliigis morfinon kondiĉitan lokan preferon (CPP), dum pliigo de mTORC2-agado estis sufiĉa indukti CPP al malalta dozo de morfino, kiu ne induktas. lokokondiĉado en kontrolaj bestoj.

  

Rigardu pli grandan version:  

• En ĉi tiu paĝo
• En nova fenestro
• Elŝuti kiel PowerPoint Slide

Figuro 3. 

Kronika morfino malpliiĝas de la soma grandeco de VTA DA tamen pliigas neuronal eksciteblecon, dum DA-transdono al NAc malpliiĝas. La neta efiko de morfino estas malpli respondema rekompenca vojo, t.e., rekompenco-toleremo. Subreguligo de IRS2-AKT-signalado (blua) en VTA mediacias la efikojn de kronika morfino sur soma grandeco kaj elektra ekscitemo; la efiko al ekscitebleco estas mediaciita per malpliigita GABA_A fluoj kaj forigo de K⁺ kanala esprimo. Morfino-induktita malsuprenreguligo de mTORC2-agado en VTA estas kerna por ĉi tiuj morfologiaj kaj fiziologiaj adaptoj de morfino same kiel por rekompenco-toleremo. Kontraste al mTORC2, kronika morfino pliigas mTORC1-agadon (ruĝe), kiu ne ŝajnas rekte influi ĉi tiujn adaptiĝojn de morfino. Kronika morfino ankaŭ malpliigas DA-produktadon al NAc, same kiel malpliiĝantan dendritan branĉadon kaj la nombron de dendritaj spinoj sur meza spina GABA-neŭronoj en NAc, plue subpremante normalan DA-signaladon en la mezolimbia cirkvito.

Estas malverŝajne, ke soma grandeca ŝanĝo estas la sola struktura adaptado induktita de kronikaj opiatoj en la VTA. Konsiderante la malpliiĝon de dendrita spina nombro kaj dendritan kompleksecon de branĉado de NAc-mezaj dornaj neŭronoj de ratoj antaŭe elmontritaj al kronika morfino (Robinson kaj Kolb 1999; Robinson et al. 2002), ni atendas, ke dendritaj ŝanĝoj ankaŭ okazas en VTA DA-neŭronoj. Aktualaj studoj estas farataj por karakterizi spine-morfologiajn ŝanĝojn, grandega breĉo en la kampo, ĉar nur unu studo ĝis nun ekzamenis drog-induktitajn ŝanĝojn en VTA-dendritika arkitekturo. Ĉi tiu studo trovis kreskon de dendrita spina denseco en unu subtipo de VTA-neŭrono en respondo al akra injekto de kokaino, la sama subtipo montris pliigitan raporton NMDA / AMPA (Sarti et al. 2007). Datumoj de nia antaŭa laboro, tiu longo de VTA DA procezoj malpliiĝas (∼30%) ĉe ratoj traktitaj kun kronika morfino (Sklair-Tavron et al. 1996), konformas al tutmondaj ŝanĝoj en VTA DA arkitekturo. Ĉi tiu ŝanĝo ankaŭ povus helpi klarigi la malpliiĝon de DA-eligo al la NAc post kronika morfino, ĉar ni antaŭe raportis malpliiĝan axonan transporton kaj nivelojn de neŭrofilamentaj proteinoj en VTA (Beitner-Johnson et al. 1992, 1993), sugestante, ke kronika morfino ankaŭ efikas sur agona strukturo kaj funkcio. Konsiderante la regionan kaj projektan kompleksecon en VTA DA neŭronoj notitaj supre, ni nuntempe ekzamenas ĉu ĉi tiuj strukturaj ŝanĝoj estas induktitaj en aparta subaro de VTA DA neŭronoj uzante fluoreskajn retrogradajn spurilojn. Ĉi tiuj datumoj estos kritikaj por kompreni la strukturajn kaj elektrofisiologiajn ŝanĝojn induktitajn de kronikaj opiatoj kaj la koncernaj eliraj cirkvitoj engaĝitaj.

Kiel aludita pli frue, pluraj studoj, molekulaj kaj elektrofisiologiaj, donis pruvojn, ke kronika administrado de opioj aktivas la vojon de cAMP-CREB en la VTA (Bonci kaj Williams 1997; Olson et al. 2005; Madhavan et al. 2010). Ankaŭ, microarray-studo difinis la tutmondajn ŝanĝojn en gena esprimo okazantaj en VTA en respondo al kronika morfino (McClung et al. 2005). Nun necesas laboro por pli bone difini la ĉelan specifecon de ĉi tiuj neŭroadaptadoj kaj delimigi iliajn funkciajn konsekvencojn. Plie, kvankam plej multaj laboroj pri VTA fokusiĝis sur neŭoadaptiĝoj induktitaj de opiopoj supozeble okazantaj en DA-neŭronoj, estas esence esplori drog-induktitan plastikecon okazantan en la GABAergic-neŭronoj de la VTA, kiuj estas unu el la ĉefaj komencaj celoj de opia agado en ĉi cerba regiono.

fono

La LC estas la ĉefa loko de norepinefrina (NE) -konstruanta neŭronojn en la cerbo (Dahlstrom kaj Fuxe 1965). Kiel reviziite antaŭe (Aston-Jones kaj Bloom 1981a; Aston-Jones et al. 1991b; Berridge kaj Akvofarbo 2003; Van Bockstaele et al. 2010), LC estas diskreta, kompakta, homogena kerno, konsistanta el preskaŭ ekskluzive neŭronoj NE. La ĉefaj enigaĵoj al LC devenas de la medula kerno paragigantocellularis (PGi) kaj kerno prepositus hypoglossus, kaj ellasitaj LC-etendoj inkluzivas frunton, cerebelon, cerbon, kaj spinalon (Figo. 1) (Berridge kaj Akvofarbo 2003). Neŭrona aktiveco de LC estas tre sinkrona ambaŭ esence kaj en respondo al stimuloj (Foote et al. 1980; Aston-Jones kaj Bloom 1981b; Aston-Jones et al. 1991a; Ishimatsu kaj Williams 1996). Neŭron LC estas spontane aktivaj (Williams et al. 1991) kaj ilia aktivigo provokas NE-liberigon en pluraj antaŭ-cerbaj regionoj inkluzive de kortekso kaj hipokampo. La LC plejparte funkcias kiel relajsa kerno, kun limigita sinaptika plasticeco rimarkita ĝis nun, kvankam glutamataj aferentoj kontrolas LC-aktivecon, precipe de PGi (Ennis et al. 1992). LC-neŭronoj esprimas la tri ĉefajn klasojn de opioidaj riceviloj: MOR, DOR, kaj KOR kun aparta distribuo, kvankam, same kiel kun la VTA, nia diskuto estas limigita al la MOR, kiu estas plej rekte implikita en opia dependeco kaj toksomanio.

Ĉela Plastikeco-Induktita de Opiate

Kvankam ekzistas neniu indico de tradicia sinaptika plasteco (t.e., LTP kaj LTD) en LC, ekzistas bone priskribita ĉela plasteco. Unika trajto de LC estas, ke multaj el ĝiaj senvivaj respondoj al kronikaj opiatoj povas esti rekapitulataj kaj studataj je la unuĉela nivelo (Nestler et al. 1994; Nestler kaj Aghajanian 1997; Nestler 2004). Ligado de opiatoj (ekz. Morfino) al MOR kondukas al malpliigita aktiveco de adenilil-ciclase (AC) kaj signalado de cAMP (Duman et al. 1988). Akra ligado de opiatoj al la MOR ankaŭ malpligrandigas la pacemaker-aktivecon de LC-neŭronoj, plejparte per aktivigo de proteino G-interne-rektiganta K.⁺ (GIRK) kanaloj (Williams et al. 1982; Torrecilla et al. 2002). Tamen, kun kronika opia administrado, kaj la indico de pafo kaj la signalado de cAMP revenas al bazlinio pro suprenreguligo de la cAMP-vojo, ilustrante toleron (Aghajanian 1978; Duman et al. 1988; Nestler kaj Tallman 1988; Guitart kaj Nestler 1989; Kogan et al. 1992; Ivanov kaj Aston-Jones 2001). Ĉi tiu plasticiteco induktita de kronika opia administrado (t.e., cAMP-vojo-reguligo) fariĝas funkcie evidenta post retiriĝo de la opio, kiam la pafo-indico de LC-neŭronoj signife pliigas kune kun granda kresko de cAMP-agado, ilustrante dependecon kaj retiriĝon (Figo. 4) (Aghajanian 1978; Rasmussen et al. 1990).

  

Rigardu pli grandan version:  

• En ĉi tiu paĝo
• En nova fenestro
• Elŝuti kiel PowerPoint Slide

Figuro 4.  

Suprereguligo de la cAMP-vojo en LC kiel mekanismo de opia toleremo kaj dependeco. supro panelo, Opiatoj akre malhelpas la funkcian agadon de la cAMP-vojo (indikita per ĉelaj niveloj de cAMP kaj cAMP-dependa proteina fosforilado). Kun daŭra opia ekspozicio, funkcia agado de la cAMP-vojo iom post iom reakiras, kaj pliigas multe super kontrolniveloj post forigo de la opiado (ekz., Per administrado de la antagonisma antagonisma naloxono). Ĉi tiuj ŝanĝoj en la funkcia stato de la cAMP-vojo estas mediaciitaj per indukto de adenilil-cikases (AC) kaj proteino kinase A (PKA) en respondo al kronika administrado de opiatoj. Indukto de ĉi tiuj enzimoj respondecas pri la laŭgrada reakiro en la funkcia aktiveco de la cAMP-vojo, kiu okazas dum kronika opia ekspozicio (toleremo kaj dependeco) kaj aktivigo de la cAMP-vojo observita post forigo de opiazo (retiriĝo). malsupro panelo, Opiatoj akre inhibicias LC-neŭronojn pliigante la konduktancon de interna rektiga K⁺ kanalo per kuplilo kun subtipoj de G_{mi / o} kaj, eble, per malpliiĝo de Na⁺-dependa interna fluo per kuplado kun G_{mi / o} kaj la sekva inhibicio de AC, reduktitaj niveloj de PKA-aktiveco, kaj reduktita fosforiligo de la respondeca kanalo aŭ pumpilo. Malhelpo de la cAMP-vojo ankaŭ malpliigas la fosforiligon de multaj aliaj proteinoj kaj, tiel, efikas sur multajn aliajn neuronajn procezojn. Ekzemple, ĝi reduktas la fosforiligan staton de cAMP-respondo-liganta proteino (CREB), kiu iniciatas iujn el la pli longtempaj ŝanĝoj en LC-funkcio. Kronika administrado de morfino pliigas la nivelojn de ACI, ACVIII, PKA-katalitajn (kat.) Kaj reguligajn subunuojn, kaj plurajn fosfotroteinojn, inkluzive de CREB kaj tirosina hidroksilase (TH) (indikitaj per ruĝaj sagoj). Ĉi tiuj ŝanĝoj kontribuas al la ŝanĝita fenotipo de la drogodependanta stato. Ekzemple, la intrinseka ekscitemo de LC-neŭronoj estas pliigita per plibonigita aktiveco de la cAMP-vojo kaj Na⁺-dependa interna fluo, kiu kontribuas al la toleremo, dependeco kaj retiriĝo montrita de ĉi tiuj neŭronoj. La reguligo de ACVIII kaj TH estas mediata per CREB, dum la laŭregula reguligo de ACI kaj de la PKA-subunuoj ŝajnas okazi per neidentigita, sendependa de CREB-mekanismo.

Ĉi tiuj adaptoj estas mediaciitaj per la regulado de pluraj signalaj proteinoj en la cAMP-vojo, inkluzive de AC1 / 8 (Matsuoka et al. 1994; Lane-Ladd et al. 1997; Zachariou et al. 2008), cAMP-dependa proteino kinase (PKA) (Nestler kaj Tallman 1988), CREB (Guitart et al. 1992; Shaw-Lutchman et al. 2002; Han et al. 2006), kaj TH kaj BDNF - ambaŭ malsuprenkreskaj CREB-celoj (Guitart et al. 1989; Akbarian et al. 2002). Kronikaj opiatoj ankaŭ indikas esprimon GIRK2 / 3 en LC (Cruz et al. 2008) same kiel multnombrajn aliajn genojn kiel malkaŝita de mikroarray-analizo (McClung et al. 2005). Plue, lastatempe pruvis, uzante modelon de LC-tranĉa kulturo, ke la pliigita intrinseka elektra aktiveco de LC-neŭronoj induktita de kronikaj opiatoj estas kaŭzita de la rekta aktivado de MOR sur neŭronoj de LC NE, implicante intrinsekan homeostatikan adapton (Cao et al. 2010). Ĉi tiu alproksimiĝo identigis kernan rolon por CREB en la pacemaker-agado kaj morfina-induktita kresko en LC-pafo-procento (Han et al. 2006; Cao et al. 2010), efiko kiu ankaŭ estis observita ĉe musoj kun frua disvolviĝa frapado de CREB specifa al NE-neŭronoj (Parlato et al. 2010). Finfine, ĉi tiu aktivigo de neurona pafo de LC kaj la laŭregula cAMP-CREB-vojo, kiu mediacias la pliigitan pafon, estis montritaj en multaj studoj ambaŭ necesaj kaj sufiĉaj por mezuri plurajn simptomojn de fizika opia retiriĝo (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006).

Kvankam la plej multaj el la opia-induktita plastikeco priskribita ĉi tie estas postulata por esti intrinseka al neŭronoj de LC NE, ekzistas iuj evidentaĵoj, ke kronika morfino ankaŭ povas influi ekscititan enigon al LC, ĉar ekzistas pliigo de spontana EPSC-ofteco en tranĉaĵoj de morfin-traktitaj musoj. (Torrecilla et al. 2008). Aldone, ekzistas pliiĝo en liberigo de glutamato kaj aspartato en LC in vivo en ratifitaj ratoj de morfino kaj loka apliko de antagonistoj de ekscitaj aminoacidoj en LC parte blokas la retiriĝ-induktitan kreskon de LC-aktiveco (Akaoka kaj Aston-Jones 1991; Aghajanian et al. 1994).

Iu polemiko restas pri tio, ĉu ŝanĝoj en cAMP-CREB-signalado en LC-neŭronoj kaj en LC-neŭrona aktiveco mediacias opiajn kondutojn. Ekzemple, lezoj de LC, aŭ disvolviĝa frapado de agado de CREB en neŭronoj de LC NE, malsukcesas detekti ŝanĝojn de retiriĝoChristie et al. 1997; Parlato et al. 2010). Kontraŭe, ni montris, ke modulado de la aktiveco de la cAMP-vojo aŭ de CREB en LC de plenkreskaj bestoj konstante blokas plurajn retiriĝajn kondutojn (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006). Ni kredas, ke pluraj ŝlosilaj konsideroj klarigas ĉi tiujn malsamajn trovojn. Unue, LC estas nur unu el pluraj cerbaj areoj gravaj por fizika opia dependeco kaj retiriĝo (Koob kaj Le Moal 2001). Ne mirinde, ke bestoj kun lesionaj LC-oj ankoraŭ disvolvas profundan fizikan dependecon mediatan de pliigita dependado de ĉi tiuj aliaj neŭraj substratoj. Due, estas tre plaŭde, ke iuj el la iloj uzataj por manipuli cAMP-vojan agadon en LC (ekz. Loka infuzaĵo de PKA-aktivigiloj aŭ inhibitoroj) influas glutamatergajn aferojn en ĉi tiu regiono, kiuj ankaŭ montras molajn ŝanĝojn (inkluzive de cAMP-vojo supren-) reguligo) post kronika morfino (Nestler 1992; Christie et al. 1997). Trie, malgraŭ verŝajna rolo por ĉi tiuj glutamatergaj aferentoj, oni ne dubas pri tio, ke plastikeco estas esenca al neŭronoj de LC NE, ĉar loka frapado de CREB de la plenkreska LC (kiu ne povas influi aferojn nervajn finaĵojn) blokas pliigitan eksciteblecon induktitan de morfino. de neŭronoj LC NE kaj mildigas retiriĝon (Cao et al. 2010; V Zachariou kaj EJ Nestler, nepublikigita.). La manko de efiko de CREB-frapado de ĉi tiuj neŭronoj en kondiĉaj knokaŭtaj musoj (Parlato et al. 2010) emfazas la disvolvajn kompensojn, kiuj komplikas la uzon de fruaj frapaj modeloj kaj emfazas la gravecon uzi genajn manipuladojn en la plene diferencigita plenkreskula cerbo kiam oni studas plenkreskan plastikecon.

Tiel, multnombraj eksperimentaj evidentecoj establas suprenreguligon de la cAMP-CREB-vojo kiel mekanismo de intrinseka homeostata plastikeco en neŭronaj LC-NE en disvolvo de opia fizika dependeco. Gravas ankaŭ emfazi la historian gravecon de ĉi tiu laboro pri LC, ĉar ĝi servis kiel modela sistemo por la longtempaj agoj de opiatoj sur la cerbo: surbaze de ĉi tiuj pli fruaj esploroj pri LC, altreguligo de la cAMP-CREB vojo ekde tiam montriĝis komuna mekanismo de opia toleremo, dependeco kaj retiriĝo en multnombraj regionoj de la centraj kaj ekstercentraj nervaj sistemoj kaj efektive reprezentas unu el la plej bone establitaj modeloj de la molekula bazo de drogmanio (Nestler 2001, 2004).