El acto de equilibrio estriatal en la adicción a las drogas: roles distintos de las neuronas espinosas medianas de vías directas e indirectas (2011)

Introducción

Las drogas de abuso ejercen potentes alteraciones moleculares y celulares tanto en el estriado dorsal (dStr) como en el estriado ventral (núcleo accumbens, NAc), y muchos de estos cambios ocurren en neuronas espinosas medias (MSN), las principales neuronas de proyección en dStr y NAc, que representa el 90 – 95% de todas las neuronas en estas regiones. Sin embargo, hasta hace poco, los investigadores no han podido definir claramente el papel diferencial de los dos subtipos de MSN en los fenómenos relacionados con la adicción. Los dos subtipos de MSN se diferencian por su enriquecimiento del receptor de dopamina 1 (D₁) o el receptor de dopamina 2 (D₂) así como varios otros genes (Gerfen y Young, 1988; Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1990, 1991; Bernard et al., 1992; Ince et al., 1997; Lobo et al., 2006, 2007; Heiman et al., 2008; gensat.org) y por sus distintas proyecciones a través de la vía de los ganglios cortico-basales (la vía directa frente a la indirecta; Gerfen, 1984, 1992). Los primeros trabajos sugirieron que las drogas de abuso ejercen mayor influencia sobre la D₁+ MSN, con el uso de numerosos agonistas y antagonistas de los receptores de dopamina que brindan información importante sobre los roles funcionales y moleculares de cada MSN en los comportamientos de recompensa de medicamentos (Yo, 2010). Sin embargo, las metodologías actuales específicas del tipo de célula, incluidos los ratones indicadores fluorescentes que expresan GFP bajo D₁ o D₂ cromosomas artificiales bacterianos (BACs); Gong et al., 2003; Valjent et al., 2009; gensat.org), modelos de ratones condicionales como el uso de ratones transgénicos inducibles regulados por tetraciclina (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999), y ratones transgénicos que expresan Cre-recombinasa usando D₁ o D₂ BAC, cromosomas artificiales de levadura (YAC) o ratones knock-in (Gong et al., 2007; Lemberger et al., 2007; Heusner et al., 2008; Parkitna et al., 2009; Valjent et al., 2009; Bateup et al., 2010; Lobo et al., 2010; gensat.org), así como la transferencia de genes mediada por virus específicos de tipo celular (Cardin et al., 2010; Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011), han proporcionado información nueva y profunda sobre los fundamentos moleculares precisos de cada subtipo de MSN y su regulación por drogas de abuso (Tabla 1).

Tabla 1. Efectos de la manipulación genética específica de tipo celular en D₁+ y D₂+ MSNs en modelos de drogadicción..

Los hallazgos recientes apoyan la conclusión de un papel más predominante para D₁+ MSN en la producción del efecto de refuerzo y sensibilización de drogas de abuso, con cambios moleculares más robustos que ocurren en estos MSN. Por ejemplo, la exposición aguda a psicoestimulantes induce potentemente numerosas moléculas de señalización, incluyendo FosB, ERK, c-Fos y Zif268 en la D₁+ MSN, aunque la cocaína repetida induce preferentemente ΔFosB y altera también el receptor GABA y otras subunidades de canales iónicos en este tipo de células (Robertson et al., 1991; Young et al., 1991; Berretta et al., 1992; Cenci et al., 1992; Moratalla et al., 1992; Hope et al., 1994; Bertran-Gonzalez et al., 2008; Heiman et al., 2008). Además, altera o sobreexpresa moléculas específicas, como ΔFosB, DARPP-32 o Nr3c1 (el receptor de glucocorticoides), en D₁+ MSN normalmente imita los comportamientos relacionados con el fármaco que se observan cuando estas alteraciones se realizan de una manera no específica para el tipo de célula, mientras se interrumpen dichos genes en D₂+ MSN a menudo causa una respuesta opuesta (Fienberg et al., 1998; Kelz et al., 1999; Deroche-Gamonet et al., 2003; Zachariou et al., 2006; Ambroggi et al., 2009; Bateup et al., 2010). No obstante, no podemos descartar una contribución importante de la D₂+ MSN en adaptaciones a drogas de abuso, porque la exposición a la cocaína altera la expresión de genes en ambos subtipos de MSN (Heiman et al., 2008) y D₂Los agonistas y antagonistas de los receptores ejercen potentes efectos en los ensayos de comportamiento (Yo, 2010). De hecho, hallazgos recientes muestran que las adaptaciones de señalización molecular en D₂+ MSN modifica de manera potente la respuesta del comportamiento de un animal a las drogas de abuso (Lobo et al., 2010). Los últimos hallazgos mostraron que la pérdida de TrkB (el receptor para BDNF) en D₂+ MSN da como resultado respuestas conductuales similares a la cocaína como un nocaut total de TrkB de la NAc, mostrando por primera vez un papel dominante selectivo para una ruta molecular en D₂+ MSNs en la mediación de los efectos de las drogas de abuso.

Finalmente, la literatura reciente revela que los dos MSN ejercen efectos antagónicos en los comportamientos relacionados con las drogas, donde la activación de D₁+ MSNs o inhibición de D₂+ MSN aumenta la sensibilidad de un animal a una droga de abuso (Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011). Estos hallazgos son consistentes con los roles opuestos de los dos MSN y sus vías directa vs. indirecta en los ganglios basales en conductas motoras (Alexander et al., 1986; Albin et al., 1989; Graybiel, 2000; Kravitz et al., 2010). Esta literatura reciente está de acuerdo con la idea general de que la neurotransmisión dopaminérgica, que es activada por todas las drogas de abuso, facilita la activación glutamatérgica de D₁+ MSN al tiempo que inhibe la activación glutamatérgica de D₂+ MSNs a través de sus acciones en D₁ vs. D₂ receptores de dopamina (Figura 1). En esta revisión, abordamos el conocimiento actual de la distinta señalización molecular mostrada por estos dos subtipos de MSN en relación con sus roles funcionales y las respuestas a las drogas de abuso.

Figura 1. Todas las drogas de abuso aumentan la señalización de dopamina en el cuerpo estriado, que puede modular de manera diferencial la actividad glutamatérgica en los dos subtipos de MSN. En particular, la cocaína se une al transportador de dopamina que previene la recaptación de dopamina en los terminales de las neuronas de dopamina VTA. Activacion de g_s/_Olf acoplado D₁ receptores aumenta la actividad de PKA y altera Ca²⁺ Y K⁺ conductancias para mejorar el "estado ascendente" mediado por glutamato en estos MSN. Por el contrario, la activación de G_i/G_o D₂-receptores disminuye la actividad de PKA y altera el Ca²⁺, N / A⁺, y K⁺ conductancias para disminuir el "estado superior" mediado por glutamato. Esto hace que estos MSN vuelvan a su "estado inferior" en reposo.

Señalización del receptor de dopamina en D₁ vs. D₂ MSNs

Como ya se señaló, todas las drogas de abuso activan la entrada dopaminérgica a la NAc y las regiones relacionadas del cerebro límbico (Volkow et al., 2004; Sabio, 2004; Nestler, 2005). Por ejemplo, los psicoestimulantes, como la cocaína o la anfetamina, actúan directamente sobre la vía de recompensa dopaminérgica al interferir con el transportador de dopamina: la cocaína bloquea el transportador y la anfetamina invierte el transportador, ambas acciones dan lugar a una acumulación de dopamina en la sinapsis que puede activar la dopamina corriente abajo receptores en las neuronas objetivo (Figura 1). Los dos MSN son notablemente diferenciados por su enriquecimiento de D₁ vs. D₂-receptores aunque los estudios de RT-PCR unicelulares revelan que D₁+ MSNs expresan bajos niveles de la D₂-como receptor, D₃ y D₂+ MSNs expresan bajos niveles de la D₁-como receptor, D₅ (Surmeier et al., 1996). Los dos MSN requieren inervación glutamática para impulsar la actividad neuronal; la dopamina modula opuestamente estas respuestas funcionales mediante la estimulación de distintos subtipos de receptores de dopamina: modulando positivamente la entrada glutamatérgica excitadora a través de D₁ señalización del receptor vía G_s o G_Olf, que estimula la adenilil ciclasa y aumenta la actividad de PKA, mientras que la dopamina modula negativamente esta entrada a través de D₂- señalización del receptor vía G_i y G_o que inhiben la adenilil ciclasa causando una disminución de la actividad PKA (Surmeier et al., 2007; Gerfen y Surmeier, 2011). En realidad, cada receptor ejerce efectos complejos en muchas vías de señalización posteriores adicionales. En reposo, los dos subtipos de MSN generalmente están inhibidos, están en lo que los investigadores han denominado estado de inactividad. La actividad sináptica glutamatérgica excitadora puede liberar a los MSN de este estado inferior y cambiarlos a un estado más despolarizado (el estado superior). La dopamina modula de forma opuesta el cambio glutamatérgico excitador al estado superior. re₁ La activación de PKA mejora Cav1 L-type Ca²⁺ La actividad del canal, disminuye la K somática.⁺ actividad del canal, y regula negativamente Cav2 Ca²⁺ Canales que controlan la activación de Ca.²⁺ Dependiente, pequeña conductancia K⁺ (SK) canales, lo que resulta en un aumento de spiking en estos MSN (Surmeier et al., 2007; Gerfen y Surmeier, 2011). En contraste, D₂ la señalización inhibe la transición del estado ascendente, evitando así un aumento de la aceleración, a través de la reducción de Ca del tipo L de Cav1²⁺ Actividad del canal y Nav1 Na.⁺ actividad del canal mientras aumenta K⁺ corrientes de canal (Surmeier et al., 2007; Gerfen y Surmeier, 2011; Figura 1). Dichas alteraciones opuestas en los dos MSN sugieren que el aumento de la señalización de dopamina provocada por drogas de abuso debería mejorar la activación glutamatérgica de D₁+ MSNs y reducen la activación glutamatérgica de D₂+ MSNs. En realidad, tales respuestas son mucho más variadas y complejas por razones que siguen siendo poco conocidas. Este tema se tratará más adelante.

El papel de los receptores de dopamina en el abuso de drogas es complejo y, a menudo, esquivo (Yo, 2010). Hay abundante literatura sobre el papel de D₁ y D₂Los agonistas y antagonistas de los receptores modulan las propiedades gratificantes y la autoadministración de drogas de abuso. Sin embargo, los resultados difieren según el tipo de agonista / antagonista utilizado, el tipo de administración (específica de la región sistémica versus cerebral) y el momento del tratamiento (Yo, 2010). Tales resultados se confunden aún más por los efectos específicos no estriados, como la contribución de D pre-sináptica₂-receptores del VTA o presencia de D₁ receptores en muchas otras regiones límbicas, y la falta de especificidad de los agonistas / antagonistas utilizados, así como la expresión de D₁-como y D₂-como receptores en ambos subtipos de MSN como se señaló anteriormente. En general, se piensa que D₁ Los receptores desempeñan un papel más predominante en las propiedades de recompensa primarias de las drogas de abuso, mientras que D₂-los receptores juegan un papel en los mecanismos de búsqueda de drogas (Self et al., 1996; Yo, 2010). Estudios con d₁ receptor y D₂Los ratones knockout de los receptores brindan cierta información sobre el papel de estos receptores en los dos MSN. re₁ los ratones knockout muestran una inducción contundente de los genes tempranos inmediatos (IEG) c-Fos y Zif268 en respuesta a la cocaína, una respuesta disminuida a la actividad locomotora inducida por un psicoestimulante pero sin alteraciones en la preferencia de lugar condicionada por la cocaína (CPP), una medida indirecta de recompensa de drogas y disminución de la autoadministración de cocaína y el consumo de etanol (Miner et al., 1995; Drago et al., 1996; Crawford et al., 1997; El-Ghundi et al., 1998; Caine et al., 2007). re₂ los ratones knock-out muestran una disminución de los efectos gratificantes de los opiáceos y la cocaína, así como un menor consumo de etanol, pero ninguna reducción en el consumo de cocaína (Maldonado et al., 1997; Cunningham et al., 2000; Risinger et al., 2000; Caine et al., 2002; Chausmer et al., 2002; Elmer et al., 2002; Welter et al., 2007). Dichos datos soportan roles importantes para D₁ y D₂- los receptores en los dos MSN en múltiples aspectos del abuso de drogas, sin embargo, los knockouts carecen de especificidad estriatal y ocurren temprano en el desarrollo, por lo tanto, no se pueden descartar otras regiones cerebrales y tipos de células y factores de desarrollo en la mediación de estas conductas. Finalmente, disminuyen los niveles de D₂/D₃ Los receptores en el estriado, tal como se visualizan mediante imágenes del cerebro, se han convertido en un marcador común de adicción en pacientes humanos, especialmente durante los períodos de abstinencia (Volkow et al., 2009). Roedores que reciben la transferencia de genes mediada por virus de D₂-los receptores a la NAc muestran una autoadministración de cocaína atenuada y el consumo de etanol (Thanos et al., 2004, 2008). Estos estudios no se realizaron de manera específica para cada tipo de célula, por lo que no podemos descartar el posible efecto de D₂sobreexpresión del receptor que influye en D₁+ MSNs. Esta recopilación de datos enfatiza la necesidad de pasar a enfoques más selectivos, incluidas las manipulaciones específicas de tipo celular, específicas de región e incluso temporalmente específicas de los receptores de dopamina para dilucidar mejor sus funciones funcionales en los dos subtipos de MSN en la adicción a las drogas.

Finalmente, se ha reportado recientemente que D₂-GFP homocigotos BAC ratones transgénicos muestran niveles de expresión aumentados de la D₂-receptor en el estriado y sensibilidad de comportamiento mejorada y señalización de dopamina a D₂ agonistas Además, tanto los homocigotos como los hemizigotos muestran respuestas de comportamiento embotadas a la cocaína (Kramer et al., 2011). Este estudio destaca la necesidad de realizar una caracterización completa de D₁ y D₂ Reportero fluorescente y líneas conductoras cre. Sin embargo, la mayoría de los datos recopilados en este estudio utilizaron homocigotos, que no es el genotipo experimental ideal, ya que 5 – 10% de integraciones de transgenes producen mutaciones de inserción (Meisler, 1992); por lo tanto, el genotipo hemizigoto es el genotipo experimental más confiable. Además, este estudio no usó controles de tipo salvaje de la camada, sino que utilizó controles en un fondo similar (Swiss Webster) obtenido de Taconic, mientras que sus líneas transgénicas se obtuvieron de GENSAT y MMRRC. Finalmente, otro grupo ha mostrado respuestas de comportamiento locomotor normal de cocaína en D₂- Hemizigotos GFP (Kim et al., 2011). Por lo tanto, se deben realizar estudios futuros que utilicen controles adecuados y genotipos adecuados para caracterizar completamente las diversas líneas transgénicas específicas de tipo celular disponibles.

Señalización de glutamato y GABA en D₁ vs. D₂ MSNs

Las neuronas medianas espinosas reciben información glutamatérgica de múltiples regiones cerebrales, incluida la corteza prefrontal, la amígdala y el hipocampo, y la información GABAergic de las interneuronas locales y quizás las entradas colaterales de otros MSN. La regulación neta de la inhibición e inhibición de las MSN es sin duda crucial para regular el estado de adicción a las drogas, y en la actualidad existe una creciente literatura sobre las formas complejas en que las drogas de abuso alteran la neurotransmisión glutamatérgica en particular en la NAc (Pierce et al., 1996; Thomas et al., 2001; Beurrier y Malenka, 2002; Kourrich et al., 2007; Bachtell y Self, 2008; Bachtell et al., 2008; Conrad et al., 2008; Kalivas, 2009; Lobo, xnumx). Aunque se cree que los MSN existen principalmente en un estado inactivo inhibido en condiciones basales con actividad de conducción de glutamato de ambos tipos de células, sigue habiendo información limitada con respecto a la regulación distinta que ocurre en D₁ vs. D₂ MSNs.

Over Sobreexpresión de fos en d₁+ MSN (ver más abajo para más detalles) mejora los efectos gratificantes de la cocaína y aumenta los niveles de Ca²⁺-un subunidad del receptor de glutamato impermeable, GluR2, en NAc. Además, la transferencia génica mediada por virus de GluR2 a la NAc aumenta de manera similar los efectos gratificantes de la cocaína (Kelz et al., 1999). Sin embargo, no se sabe si la inducción de GluR2 se observa en respuesta a la sobreexpresión de ΔFosB en D₁+ MSN también es específico de estas neuronas, y la sobreexpresión viral de GluR2 no es específica de tipo celular, por lo tanto, no podemos inferir conclusiones directas sobre la función de GluR2 en estos dos MSN en recompensa de medicamentos. Heusner y Palmiter (2005) evaluó el papel de la conductancia glutamatérgica de NMDA en los comportamientos de la cocaína mediante la expresión de una subunidad NR1, que contiene una mutación en el poro que reduce el flujo de calcio, selectivamente en D₁+ MSNs. Este grupo mostró que la falta de conductancia NMDA en D₁+ MSN previene la CPP inducida por la cocaína y la sensibilización locomotora de la cocaína, destacando la necesidad de la señalización de NMDA en D₁+ MSN para los efectos gratificantes y sensibilizadores de la cocaína (Heusner y Palmiter, 2005). Además, recientemente se encontró que eliminando la subunidad NR1 en D₁+ MSN atenúa la sensibilización a las anfetaminas y este fenotipo se rescató reabasteciendo la subunidad NR1 a D₁+ MSNs específicamente en la NAc (Beutler y otros, 2011). Finalmente, la eliminación de la subunidad mGluR5, utilizando la interferencia de ARN, en D₁+ MSN no tiene ningún efecto en las propiedades iniciales de recompensa de la cocaína, pero disminuye el restablecimiento de la búsqueda de cocaína inducida por la señal (Novak et al., 2010). Si bien estos datos revelan roles convincentes para la señalización glutamatérgica en D₁+ MSN, se necesita trabajo futuro para estudiar sistemas glutamatérgicos en D₂+ MSNs. Las investigaciones futuras también deberían evaluar cómo la modulación de estas subunidades del receptor de glutamato en los dos subtipos MSN afecta los cambios sinápticos estructurales observados en NAc después de las drogas de abuso (Dietz et al., 2009; Russo et al., 2010), particularmente las alteraciones dendríticas observadas después de la exposición a la cocaína selectivamente en la D₁+ MSNs (Lee et al., 2006; Kim et al., 2011) que puede estar asociada con el aumento de las corrientes postsinápticas excitadoras en miniatura observadas en D₁+ MSNs (Kim et al., 2011). Curiosamente, indFosB inducción en D₁+ MSN se ha relacionado directamente con tales adaptaciones dendríticas después de la cocaína crónica (Maze et al., 2010).

En contraste con el glutamato, hay una falta de investigación sobre la función de GABA en los dos MSN en los modelos de adicción, lo cual es sorprendente, ya que tanto el etanol como las benzodiacepinas mejoran los efectos del GABA y los dos MSN reciben insumos GABAérgicos como se indicó anteriormente. También hay evidencia considerable que apunta a una mayor inhibición en la NAc al menos después de la exposición crónica a la cocaína (White et al., 1995; Peoples et al., 1998; Zhang et al., 1998; Thomas et al., 2001; Beurrier y Malenka, 2002). Heiman et al. (2008) realizó un cribado genético de alto rendimiento en los dos MSN después de la exposición crónica a la cocaína y, curiosamente, el proceso biológico más alterado en el D₁+ MSNs era la señalización GABA. En particular, hubo una potente regulación al alza de GABA_A subunidades receptoras Gabra1 y Gabra4, así como el GABA_B La subunidad del receptor Gabrb3 y este grupo encontraron que la cocaína crónica aumenta la frecuencia de las mini corrientes postsinápticas inhibitorias de GABAergic de pequeña amplitud (mIPSC) en D₁+ MSNs (Heiman et al., 2008). Por otro lado, otro grupo demostró recientemente que la cocaína crónica produce una respuesta opuesta con una frecuencia y amplitud de mIPSC disminuidas en los MSN D1 + (Kim et al., 2011). Sin embargo, este último grupo mostró una disminución de la excitabilidad de la membrana en la D₁+ MSN después de la cocaína crónica, lo que podría ser un reflejo del tono GABA mejorado y es consistente con la evaluación de campo de la inhibición aumentada en la NAc después de la exposición a la cocaína crónica. Además, tales diferencias entre los dos grupos podrían deberse simplemente a la sincronización de la exposición y el retiro de la cocaína. En general, existe la necesidad de estudiar la función glutamatérgica y GABAergic en los dos MSN en respuesta a las drogas de abuso y el campo ahora está equipado con los recursos que hacen posible este tipo de estudio de tipo celular y región.

Otra señalización del receptor en D₁ vs. D₂ Subtipos de MSN

Los dos MSN están enriquecidos diferencialmente en otros receptores acoplados a la proteína G además de los receptores de dopamina. re₁+ Los MSN expresan niveles más altos del receptor muscarínico de acetilcolina 4 (M₄; Bernard et al., 1992; Ince et al., 1997) y D₂+ Los MSN están enriquecidos tanto en el receptor de adenosina 2A (A_2A; Schiffmann y otros, 1991; Schiffmann y Vanderhaeghen, 1993) y el receptor acoplado a proteína G 6 (Gpr6; Lobo et al., 2007; gensat.org). METRO₄ está acoplado a G_y/o, lo que produciría una respuesta opuesta, en comparación con D₁ receptores, en D₁+ MSNs al ​​inhibir la actividad de cAMP / PKA. De hecho, una d₁+ MSN selectivo M₄ Los nocauts mostraron una mayor sensibilización conductual a la cocaína y la anfetamina (Jeon et al., 2010). Además, estudios recientes que utilizan un receptor de diseñador activado exclusivamente por una droga sintética (DREADDs) demostraron que la activación de la D humana humana acoplada a Gi / o DREADD₄ receptor (hM₄D) en D₁+ Los MSN disminuyeron la sensibilización conductual a la anfetamina, con la respuesta opuesta observada en D₂+ MSNs (Ferguson et al., 2011). Tales datos revelan el papel antagonista de M₄ receptores en D₁+ MSN en el abuso de drogas. Además, desde el hM₄El receptor D inhibe potentemente estos MSN, los datos proporcionan información sobre el efecto de la actividad alterada de estos dos MSN en el abuso de drogas, que se explicará más adelante.

Ambos A_2A y Gpr6 se acoplan positivamente a G_s/G_Olf proteínas, implicando su papel en antagonizar la D₂-receptor en D₂+ MSNs. De hecho, la estimulación de A_2A Se ha demostrado que los receptores reducen tanto el desarrollo como la expresión de la sensibilización a la cocaína (Filip et al., 2006), menoscabar el inicio de la autoadministración de cocaína (Knapp et al., 2001), y se oponen al restablecimiento de la búsqueda de cocaína obtenida por la cocaína, D₂-estimulación del receptor, o señales condicionadas por la cocaína (Bachtell y Self, 2009). Como Gpr6 también se enriquece en D₂+ MSNs (Lobo et al., 2007), se debe evaluar su papel en las funciones de comportamiento del cuerpo estriado. Hasta la fecha, se ha demostrado que influye en el aprendizaje instrumental (Lobo et al., 2007) pero su papel en los modelos de abuso de drogas es aún desconocido.

El receptor de cannabinoides 1 (CB1) se expresa de forma ubicua en todo el sistema nervioso central (Mackie, 2008), por lo tanto, es difícil analizar el papel preciso de las regiones cerebrales específicas y los tipos celulares en la mediación de la adicción al Δ9-tetrahidrocannabinol (THC). Recientemente, la eliminación de CB1 de D₁+ Se encontró que MSNs modestamente afecta las respuestas de comportamiento al THC, incluidos los efectos contundentes en la hipolocomoción inducida por THC, la hipotermia y la analgesia (Monory et al., 2007). Sería interesante evaluar la función del receptor de cannabinoides en D₂+ MSN ya que estos MSN expresan depresión a largo plazo mediada por endocannabinoides (eCB-LTD), que requiere dopamina D₂-activación del receptor (Kreitzer y Malenka, 2007).

El receptor de glucocorticoides, Nr3c1, también se expresa ampliamente en el SNC y la periferia. La secreción de glucocorticoides inducida por el estrés puede potenciar conductas inadaptadas, incluida la adicción a las drogas (Frank et al., 2011). En particular, interrumpiendo la señalización de glucocorticoides en D₁+ MSN al eliminar Nr3c1 disminuyó la motivación que exhiben estos ratones para autoadministrarse cocaína, y esto es consistente con los datos anteriores donde Nr3c1 se eliminó de todo el cerebro (Ambroggi et al., 2009). Estos datos son consistentes con otros hallazgos descritos en esta revisión, que muestran un papel predominante para D₁+ MSN en la mediación de muchos de los efectos de las drogas de abuso.

Finalmente, recientemente interrumpimos la señalización de BDNF en los dos MSN al eliminar su receptor TrkB de forma selectiva de cada subtipo de MSN. Se observaron efectos opuestos en los comportamientos provocados por la cocaína: la actividad locomotora inducida por la cocaína y la inducción de CPP de la cocaína aumentaron después de la eliminación de TrkB de D₁+ MSN, pero atenuado después de la eliminación de D₂+ MSNs (Lobo et al., 2010). Curiosamente, la eliminación de TrkB de D₂+ MSN imita los efectos de la eliminación total de TrkB de la NAc, así como la interrupción de la señalización BDNF de la VTA (Horger et al., 1999; Graham et al., 2007, 2009; Bahi et al., 2008; Crooks et al., 2010). Estos hallazgos muestran, por primera vez, el papel predominante de una cascada de señalización en D₂+ MSN en la mediación de los efectos de una droga de abuso. El papel predominante de D₂+ Los MSN en la mediación de los efectos de BDNF en los comportamientos provocados por la cocaína no son sorprendentes considerando que tanto el ARNm de TrkB como la proteína están enriquecidos en D₂+ MSNs (Lobo et al., 2010; Baydyuk et al., 2011). Los cambios de comportamiento observados en estos ratones fueron acompañados por una mayor actividad neuronal en la D₂+ MSN en un nocaut selectivo de TrkB. Estos hallazgos nos llevaron a utilizar la tecnología optogenética para manipular selectivamente la actividad de MSN en la recompensa de cocaína (ver más abajo).

Factores de transcripción en D₁ vs. D₂ MSNs

La evidencia más convincente para el papel más robusto de D₁+ MSN en el abuso de drogas proviene de la literatura que evalúa la inducción de moléculas de señalización intracelular. Como se indicó anteriormente, las dosis agudas de psicoestimulantes inducen la expresión de IEG, incluidos c-Fos, Zif268 (Egr1) y FosB principalmente en D₁+ MSNs en NAc y dStr (Robertson et al., 1991; Young et al., 1991; Berretta et al., 1992; Cenci et al., 1992; Moratalla et al., 1992; Bertran-Gonzalez et al., 2008). Esta inducción requiere activación de D₁ Los receptores y la especificidad de tipo celular de la inducción de IEG en respuesta a la cocaína aguda se confirmaron recientemente utilizando D₁-GFP y D₂- Ratones informadores GFP (Bertran-Gonzalez et al., 2008). Curiosamente, la confirmación de la inducción de la cocaína de c-Fos principalmente en D₁-GFP en todo el cuerpo estriado con una pequeña inducción en D₂-GFP MSNs solo en dStr se confirmó utilizando un paradigma dependiente del contexto (los ratones se inyectaron en un entorno nuevo fuera de su jaula). Además, un estudio previo utilizando in situ La hibridación en ratones también mostró inducción de c-Fos en D₁+ y D₂+ MSN en dStr, aunque en este estudio los gráficos de barras representativos muestran una mayor cantidad de D₁+ c-Fos neuronas positivas (Ferguson et al., 2006). Curiosamente, este estudio revela una mejora significativa de la inducción de c-Fos en D₂+ MSN en el dStr después de la pérdida de ERK1, que es paralelo a nuestros hallazgos de una mejor inducción de c-Fos en D₂+ MSN específicamente en el shell NAc después de la interrupción de la señalización BDNF que se sabe que mejora la actividad ERK (Lobo et al., 2010). Sin embargo, en cada estudio se observaron respuestas de comportamiento opuestas a la cocaína, que pueden reflejar la inducción de c-Fos en D₂+ MSNs en shell dStr vs. NAc. Finalmente, literatura previa utilizando in situ La hibridación / inmunohistoquímica en ratas ha demostrado que los psicoestimulantes agudos pueden inducir c-Fos por igual en ambos MSN cuando el fármaco se administra en un entorno nuevo (Badiani et al., 1999; Uslaner et al., 2001a,b; Ferguson y Robinson, 2004) y se informa que la administración crónica de anfetamina induce selectivamente c-Fos en D₂+ MSNs (Mattson et al., 2007). Estos diferentes resultados podrían ser un reflejo de los procedimientos experimentales utilizados (in situ hibridación frente a ratones informadores GFP) o incluso debido a las especies animales utilizadas en los últimos experimentos con ratas.

Recientemente, los investigadores perfilaron genéticamente las neuronas activadas por c-Fos dependientes del contexto de la cocaína en ratas que utilizan la clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS) y demostraron que las neuronas c-Fos + están enriquecidas en una D₁+ Gen MSN, prodinorfina (Pdyn), pero tienen niveles más bajos de D₂ y A_2A, ambos D₂+ Genes MSN (Guez-Barber et al., 2011), sugiriendo que las neuronas activadas por c-Fos + consisten principalmente en D₁+ MSNs. Además, este grupo demostró previamente que los MSN que expresan c-Fos son importantes para esta sensibilización dependiente del contexto, ya que la ablación de estas neuronas elimina este fenotipo de comportamiento (Koya et al., 2009). Aunque los datos anteriores mostraron que la inducción de c-Fos dependiente del contexto de la cocaína ocurre tanto en D₁+ y D₂+ MSN en ratas, los resultados más recientes corresponden a hallazgos en los que la eliminación de c-Fos selectivamente de D₁+ MSN descompone la sensibilización locomotora inducida por cocaína en ratones (Zhang et al., 2006). Además, este grupo encontró que la eliminación de c-Fos en D₁+ MSNs reduce los cambios en la columna dendrítica normalmente inducidos por la cocaína en la NAc, lo que indica un papel para c-Fos en la mediación de estos cambios de plasticidad sináptica. Finalmente, el grupo no observó ningún cambio en la inducción de la cocaína CPP, pero encontró que la pérdida de c-Fos en D₁+ MSN previno la extinción de la cocaína CPP. Tales datos ilustran un papel dinámico para la inducción de c-Fos en D₁+ MSN, sin embargo, no se pueden descartar los efectos diferenciales a nivel del comportamiento como mediados por cualquiera de varias otras regiones del cerebro límbico que expresan la D₁ receptor.

Otro IEG que ha sido ampliamente estudiado en los dos subtipos de MSN es FosB. La exposición aguda a la cocaína induce FosB en D₁+ MSNs (Berretta et al., 1992), mientras que la exposición crónica induce a ΔFosB, un producto estable del gen FosB generado por el empalme alternativo (Hope et al., 1994; Nestler et al., 2001; Nestler, 2008), en D₁+ MSNs (Nye et al., 1995; Moratalla et al., 1996; Lee et al., 2006). Se observan hallazgos similares con muchas otras drogas de abuso, así como con recompensas naturales como la comida, el sexo y el funcionamiento de la rueda. Por ejemplo, el funcionamiento de la rueda crónica, que es una recompensa natural (Iversen, 1993; Belke, 1997; Lett et al., 2000), induce ΔFosB en D₁+ MSNs pero no D₂+ MSNs (Werme et al., 2002). Para obtener información funcional sobre el papel de ΔFosB en los dos MSN, nuestro grupo generó líneas NSE-tTa, denominadas 11A y 11B, que dirigen la expresión del transgen a cualquiera de D₁+ o D₂+ MSNs, respectivamente (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999; Werme et al., 2002). Los ratones de la línea 11A cruzados con una línea Tet-Op ΔFosB muestran mayores respuestas a los efectos gratificantes y locomotores de la cocaína (Kelz et al., 1999), que es consistente con la inducción de ΔFosB en D₁+ MSNs (Nye et al., 1995; Moratalla et al., 1996). Además, estos mismos ratones muestran una mayor recompensa de morfina (evaluada por CPP) así como una disminución de la analgesia de morfina y una mayor tolerancia a la morfina, mientras que los ratones 11B Tet-Op ΔFosB no muestran cambios en la recompensa de morfina. La sobreexpresión de un antagonista negativo dominante de ΔFosB ejerce efectos opuestos a los vistos con ΔFosB, aunque este modelo de ratón no distingue D₁ vs. D₂ MSNs (Peakman et al., 2003). Juntos, estos datos apoyan aún más el papel de la inducción de ΔFosB en D₁+ MSN como un importante actor molecular en las propiedades gratificantes de las drogas de abuso (Zachariou et al., 2006). Este fenómeno también se observa en otros comportamientos de recompensa, en particular, el funcionamiento de la rueda: los ratones 11A Tet-Op ΔFosB muestran un mayor comportamiento de la rueda, mientras que los ratones 11B Tet-Op ΔFosB muestran un funcionamiento menor de la rueda (Werme et al., 2002). El hallazgo de que la inducción de osFosB en D₁ MSN promueve la recompensa es consistente con los hallazgos recientes de que tal inducción selectiva de tipo celular también promueve respuestas de resiliencia al estrés crónico (Vialou et al., 2010). Finalmente, inducción crónica de cocaína de ΔFosB en D₁+ Se demostró que MSNs estaba acompañado por aumentos robustos y duraderos en las densidades de la columna dendrítica (Lee et al., 2006) y recientemente se demostró que la ΔFosB en la NAc es necesaria y suficiente para mediar el aumento de la densidad de las espinas dendríticas en esta región del cerebro (Maze et al., 2010). Dichos datos apoyan un rol para ΔFosB en D₁+ MSN en la mediación de los aspectos gratificantes de las drogas de abuso y las recompensas naturales, así como los cambios de plasticidad estructural que los acompañan. Los datos también sugieren que la inducción de ΔFosB en D₂+ MSN confiere consecuencias negativas a los estímulos gratificantes. Desde indFosB inducción en D₂+ MSN se ve en respuesta al estrés crónico y la exposición a fármacos antipsicóticos (Hiroi y Graybiel, 1996; Perrotti et al., 2004), se necesitan más estudios de estas últimas acciones.

Otras Moléculas de Señalización Intracelular en D₁ vs. D₂ MSNs

Una molécula de señalización que ha sido bien estudiada en los dos MSN en el contexto del abuso de drogas es la proteína quinasa, ERK (quinasa relacionada con la señal extracelular). La exposición aguda o crónica a la cocaína induce ERK fosforilada (pERK), la forma activada de la proteína, en el NAc y dStr en D₁+ MSNs usando D₁-GFP y D₂-GFP BAC ratones reporteros transgénicos (Bertran-Gonzalez et al., 2008) y esta respuesta está mediada por D₁ receptoresValjent et al., 2000; Lu et al., 2006). Este grupo también mostró que pMSK-1 (fosfo-MAP y quinasa activada por estrés-1) e histona H3, ambos objetivos de la señalización de pERK, son inducidos de forma robusta en pERK que contiene D₁+ MSN después de la exposición aguda a la cocaína y aumentó ligeramente después de la cocaína crónica (Bertran-Gonzalez et al., 2008). pERK también se induce es la respuesta a la morfina crónica, en particular, pERK se induce fuertemente en D₁+ MSNs y modestamente inducidos en D₂+ MSN en el shell NAc después de la retirada en respuesta a la asociación específica del contexto con la morfina (Borgkvist et al., 2008). El papel funcional preciso de la PERK en la adicción a las drogas aún está por determinarse. Se ha demostrado que el tratamiento farmacológico con inhibidores de ERK disminuye la recompensa de la cocaína, sin embargo, un nocaut de ERK1 potencia la recompensa de cocaína, lo que sugiere que los inhibidores de ERK pueden estar afectando preferentemente a ERK2. Recientemente, hemos demostrado que la activación optogenética de D₁+ MSN en la NAc, que aumenta las respuestas gratificantes de un animal a la cocaína, reduce potencialmente tanto pERK1 como pERK2. Los estudios futuros que manipulan la expresión de ERK de una manera específica de tipo celular son necesarios para abordar completamente el papel funcional de la señalización de ERK en los dos MSN en el abuso de drogas.

DARPP-32 es otra molécula de señalización que ha sido ampliamente estudiada en respuesta a drogas de abuso. Es bien sabido que los psicoestimulantes agudos conducen a la fosforilación de la PKA de DARPP-32 en la treonina 34 (T34), lo que la convierte en un potente inhibidor de la proteína fosfatasa 1 (PP-1), que regula el estado de fosforilación de muchas proteínas efectoras, entre ellas Factores de transcripción, receptores ionotrópicos y canales iónicos (Greengard y otros, 1999). Sin embargo, hasta hace poco, no estaba claro qué subtipo de MSN media este cambio bioquímico. Greengard et al. (1999) modelos de ratones transgénicos BAC generados que permiten la evaluación de la fosforilación de DARPP-32 en D₁+ o D₂+ MSN expresando versiones etiquetadas de DARPP-32 usando D₁ o D₂ BAC que permiten la inmunoprecipitación de DARPP-32 desde cada subtipo de MSN. Estos estudios demostraron que el tratamiento agudo con cocaína aumenta la fosforilación de T34 en D₁+ MSN e induce la fosforilación de treonina 75 (T75) por Cdk5, que inhibe la señalización de PKA, selectivamente en D₂+ MSNs (Bateup et al., 2008). Finalmente, este grupo mostró que la eliminación de DARPP-32 de cada subtipo de MSN usando D₁-Cre y d₂-Cre BAC ratones transgénicos dan como resultado una regulación opuesta de la actividad locomotora inducida por la cocaína (Bateup et al., 2010). Pérdida de DARPP-32 de D₁+ MSNs disminuyó los efectos locomotores de la cocaína, que imita datos previos que evalúan un knockout total de DARPP-32 (Fienberg et al., 1998), mientras que la pérdida de DARPP-32 de D₂+ MSNs potenciaron las respuestas locomotoras de la cocaína. Dichos datos proporcionan evidencia concreta de las funciones diferenciales de DARPP-32 en los dos MSN en respuesta a las drogas de abuso e ilustran la importancia de los métodos específicos de tipo celular para comprender completamente la contribución de estos dos tipos neuronales en la adicción a las drogas.

Actividad moduladora de D₁ o D₂ MSNs

La modulación directa de la actividad de los dos subtipos de MSN ha proporcionado recientemente una nueva perspectiva sobre el papel molecular y funcional de D₁ y D₂ MSNs en la adicción. Utilizamos herramientas optogenéticas combinadas con un vector viral adenoasociado condicional (es decir, dependiente de Cre) que expresa el canal de catión activado por luz azul, channelrhodopsin-2 (ChR2). Inyectamos el vector, o un control, en el NAc de D₁-Cre o D₂-Cre BAC ratones transgénicos y luego estimuló la región inyectada con luz azul para activar selectivamente D₁+ vs D₂+ MSNs en el contexto de la cocaína CPP. Encontramos que la activación de D₁+ MSN potencia la inducción de la cocaína CPP, mientras que la activación de D₂+ MSN inhibe esta inducción (Lobo et al., 2010). Como se señaló anteriormente, observamos los mismos efectos de comportamiento cuando TrkB se eliminó de forma selectiva de estos subtipos MSN: CPP de cocaína mejorado y actividad locomotora después de la eliminación de TrkB de D₁+ MSN y reducción de la actividad de la locomoción y la CPP de la cocaína después de la eliminación de TrkB de D₂+ MSNs. La acción común probable del knockout de TrkB y la estimulación optogenética en D₂+ MSN es su mayor actividad, ya que la eliminación de TrkB de estas células aumenta su excitabilidad eléctrica. Como se mencionó anteriormente, también encontramos una reducción robusta de pERK después de la eliminación de TrkB de D₁+ MSNs. pERK es un objetivo descendente conocido de la señalización BDNF, por lo tanto, los efectos de comportamiento compartidos observados después de la eliminación TrkB de D₁+ Los MSN y la activación optogenética de estas células pueden deberse a efectos convergentes en la actividad pERK. Sin embargo, se necesita trabajo futuro para determinar los fundamentos moleculares compartidos precisos que gobiernan los efectos de comportamiento observados después de la interrupción de la señalización de BDNF y el control optogenético de estos dos subtipos neuronales.

Otros grupos han usado diferentes herramientas para modular la actividad de los dos MSN en modelos de abuso de drogas. Hikida et al. (2010) usamos vectores de AAV para expresar el factor de transcripción represivo a tetraciclina (tTa) usando la sustancia P (a D₁+ Gen MSN) o encefalina (a D₂+ Gen MSN) promotores. Estos vectores se inyectaron en la NAc de ratones, en la que la cadena ligera de toxina tetánica (TN), una toxina bacteriana que escinde la proteína asociada a la vesícula sináptica, VAMP2, fue controlada por el elemento sensible a la tetraciclina, para abolir selectivamente la transmisión sináptica en cada uno de ellos. Subtipo de MSN. De acuerdo con nuestro enfoque optogenético, estos datos mostraron un papel de D₁+ Actividad de MSN para mejorar el CPP de la cocaína, así como la actividad locomotora inducida por la cocaína, ya que elimina la transmisión sináptica en D₁+ MSNs disminuyeron ambos efectos de comportamiento. En contraste con los estudios optogenéticos, los autores no encontraron alteraciones en el CPP de la cocaína después de abolir la transmisión sináptica en D.₂+ MSN, pero sí observó una actividad locomotora inducida por la cocaína reducida en respuesta a las dos primeras exposiciones a la cocaína. Curiosamente, este grupo mostró que la inactivación de la D₂+ MSNs jugó un papel más profundo en la mediación de comportamientos aversivos.

Como se dijo anteriormente, Ferguson et al. (2011) usó vectores del virus del herpes simple (HSV) para expresar un GPCR diseñado (una G_y/omuscarínico humano encolado M₄ Diseñador receptor activado exclusivamente por un diseñador de drogas, hM₄D) que es activado por un ligando farmacológicamente inerte que usa promotores de encefalina y dinorfina para silenciar selectivamente D₁+ o D₂+ MSNs en la dStr. Los autores demostraron que la perturbación transitoria de D₂+ La actividad de MSN en dStr facilitó la sensibilización a las anfetaminas, mientras que disminuyó la excitabilidad de D₁+ Los MSN afectaron la persistencia de la sensibilización inducida por anfetaminas. Finalmente, aboliendo D₂+ MSN en la NAc en edades adultas que usan el receptor de toxina de la difteria mejora el efecto gratificante de la anfetamina (Durieux et al., 2009). Dichos datos están de acuerdo con nuestros hallazgos optogenéticos, y juntos implican roles opuestos de D₁+ vs D₂+ MSNs en drogodependencias, con D₁+ MSN que promueven respuestas tanto de recompensa como de sensibilización a los psicoestimulantes y D₂+ MSNs amortiguando estos comportamientos.

Directrices para el futuro

El campo ha hecho enormes avances hacia la comprensión del papel selectivo de la D₁+ y D₂+ Subtipos de MSN en NAc y dStr en la mediación de los efectos de las drogas de abuso. En particular, las herramientas recientemente desarrolladas que permiten la manipulación selectiva de estos tipos de células han desempeñado un papel predominante en la obtención de la mayoría de esta información. ¿Cuáles son los siguientes pasos? Dado que las adaptaciones moleculares subyacentes en los modelos de adicción a las drogas no son estáticas, sino muy dinámicas, es crucial desarrollar la capacidad de manipular selectivamente las moléculas de señalización de interés en D₁+ vs D₂+ MSNs de una manera temporariamente precisa. DREADDs y las herramientas optogenéticas pueden ayudar con esta manipulación de escala de tiempo. Los ligandos DREADD pueden administrarse en diferentes cursos de tiempo a lo largo de los paradigmas de comportamiento de los medicamentos para parcelar el papel selectivo de los receptores de señalización en los dos MSN en los modelos de medicamentos. Las herramientas optogenéticas en particular proporcionan un medio extremadamente poderoso para regular temporalmente no solo la actividad neuronal sino también la señalización del receptor acoplado a proteína G utilizando OptoXRs (Airan et al., 2009), señalización glutamatérgica (Volgraf et al., 2006; Numano et al., 2009), La señalización GABAergic, e incluso ciertas moléculas de señalización intracelular (Wu et al., 2009; Hahn y Kuhlman, 2010). En última instancia, puede ser posible extender estas capacidades a la regulación optogenética de la actividad transcripcional. Del mismo modo, las herramientas optogenéticas están posibilitando por primera vez el estudio de la influencia de insumos específicos al estriado y determinar si dichos insumos inciden de manera selectiva en D₁+ vs D₂+ MSNs (Higley y Sabatini, 2010). La capacidad de controlar dichas señales y propiedades moleculares con una gran resolución temporal permitirá realizar pasos importantes hacia una comprensión más completa de los dos subtipos de MSN y otros subtipos de células en NAc y dStr, en la mediación del curso temporal y las diferentes fases del fármaco. adiccion.

Declaracion de conflicto de interes

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.

Referencias