Las alteraciones mediadas por DeltaFosB en la señalización de dopamina se normalizan mediante una dieta rica en grasas (2008)

Estudio completo

Psiquiatría Biol. 2008 diciembre 1; 64 (11): 941-50. Epub 2008 Jul 26.

Teegarden SL, Nestler EJ, Bale TL.

Fuente

Departamento de Biología Animal, Universidad de Pennsylvania, Filadelfia, PA 19104-6046, EE. UU.

Resumen

FONDO:

La sensibilidad a la recompensa se ha implicado como un factor predisponente para las conductas relacionadas con el abuso de drogas y la sobrealimentación. Sin embargo, los mecanismos subyacentes que contribuyen a la sensibilidad de la recompensa son desconocidos. Planteamos la hipótesis de que una desregulación en la señalización de dopamina podría ser una causa subyacente de una mayor sensibilidad de recompensa por la cual estímulos gratificantes podrían actuar para normalizar el sistema.

MÉTODOS:

Utilizamos un modelo genético de ratón de mayor sensibilidad de recompensa, el ratón que sobreexpresa Delta FosB, para examinar los cambios en el camino de la recompensa en respuesta a una dieta rica en grasas aceptable. Los marcadores de señalización de recompensa en estos ratones se examinaron de forma basal y después de 6 semanas de exposición a una dieta sabrosa. Los ratones fueron examinados en una prueba de comportamiento después de la retirada de la dieta alta en grasas para evaluar la vulnerabilidad de este modelo a la eliminación de estímulos gratificantes.

RESULTADOS:

Nuestros resultados demuestran la activación de la vía de recompensa alterada a lo largo del circuito del área tegmental del núcleo accumbens-hipotalámico-ventral resultante de la sobreexpresión de Delta FosB en el núcleo accumbens y las regiones del estriado. Niveles de proteína de unión al elemento de respuesta del monofosfato de adenosina cíclica fosforilada (AMPc) (pCREB), factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), y la dopamina y la fosfoproteína regulada con monofosfato de adenosina con una masa molecular de 32 kDa (DARPP-32) en el núcleo accumbens se redujeron en ratones Delta FosB, lo que sugiere una señal de dopamina reducida. Las seis semanas de exposición a la dieta alta en grasas mejoraron completamente estas diferencias, revelando la capacidad gratificante potente de una dieta aceptable. Los ratones Delta FosB también mostraron un aumento significativo en la actividad locomotora y en las respuestas relacionadas con la ansiedad 24 horas después de la abstinencia con alto contenido de grasa.

CONCLUSIONES:

Estos resultados establecen una sensibilidad subyacente a los cambios en la recompensa relacionados con la desregulación de Delta FosB y la señalización de dopamina que puede normalizarse con dietas sabrosas y puede ser un fenotipo predisponente en algunas formas de obesidad..

Introducción

A pesar de nuestro conocimiento cada vez mayor de los sistemas neuronales que controlan el apetito y la saciedad, las tasas de obesidad continúan aumentando en los Estados Unidos. Los tratamientos farmacológicos actuales tienen una eficacia limitada y las modificaciones de comportamiento sufren un cumplimiento mínimo a largo plazo (1). El consumo de alimentos apetitosos y densamente calóricos se ha relacionado con cambios en el estrés y las vías de recompensa en el cerebro, lo que sugiere que las propiedades gratificantes de dichos alimentos pueden anular las señales de balance de energía (2-4). Los alimentos ricos en grasa actúan como recompensas naturales, activando los centros de recompensa cerebral de manera similar a las drogas de abuso y, como tales, se han utilizado en paradigmas de autoadministración (5-8). Por lo tanto, es probable que los comportamientos y la motivación para comer en exceso y el abuso de drogas compartan mecanismos subyacentes comunes, lo que posiblemente abre nuevas vías de tratamiento para ambas afecciones.

Al estudiar la relación entre los alimentos sabrosos y las vías que regulan la recompensa y el estrés en el cerebro, anteriormente hemos identificado marcadores moleculares y bioquímicos de recompensa reducida y aumento del estrés luego de retirarse de una dieta rica en grasas (HF). Similar a las drogas de abuso, la exposición a una dieta sabrosa en nuestros estudios resultó en un aumento de los niveles del factor de transcripción ΔFosB en el núcleo accumbens (NAc), una estructura central de recompensa cerebral (9, 10). Los ratones que sobreexpresan ΔFosB muestran un aumento de la respuesta instrumental para una recompensa de alimentos (11), lo que los convierte en una herramienta valiosa para examinar el papel de la sensibilidad de recompensa y la desregulación a largo plazo del sistema de recompensa en las respuestas moleculares y bioquímicas a una dieta sabrosa.

En el presente estudio, utilizamos los ratones con sobreexpresión de BFosB para examinar las alteraciones a largo plazo en los marcadores de recompensa en el neurocircuitry NAc-hipotálamo-área tegmental ventral (VTA) en respuesta a una dieta sabrosa de HF. Sobre la base de estudios previos en estos ratones sensibles a la recompensa, planteamos la hipótesis de que los cambios inducidos por osFosB en la sensibilidad de la recompensa implican una desregulación en la señalización de dopamina resultante de la retroalimentación de NAc al VTA. Además, planteamos la hipótesis de que la exposición a una recompensa natural de una dieta HF densa en energía normalizaría el sistema dopaminérgico en estos ratones, dando como resultado una respuesta exagerada al estrés de abstinencia de esta dieta HF.. El aspecto único de utilizar una dieta sabrosa como una sustancia gratificante nos permite incluir los insumos hipotalámicos para recompensar los circuitos en un fenotipo que puede ser predictivo de una población predispuesta a la obesidad resistente al tratamiento. Para examinar esta hipótesis, estudiamos los marcadores de la neurotransmisión de dopamina, incluidos pCREB, BDNF y DARPP-32 en la NAc y la tirosina hidroxilasa y el transportador de dopamina en el VTA, luego de la exposición a la HF. También examinamos los marcadores específicos del balance energético que se sabe influyen en la producción de dopamina, incluidos los receptores de leptina y orexina en la expresión de VTA y orexina dentro del hipotálamo lateral.

Materiales y Métodos

Animales

Se generaron ratones bitransgenicos machos que sobreexpresan BFosB en neuronas positivas para la dinorfina en el NAc y el estriado dorsal (Kelz et al., 1999) en un fondo mixto (ICR: C57Bl6 / SJL) en la University of Texas Southwestern Medical Center y se mantuvo y mantuvo probado en la universidad de pennsylvania Todos los ratones se mantuvieron en doxiciclina (100 μg / ml en el agua potable) hasta su llegada a la Universidad de Pennsylvania. Para inducir la sobreexpresión, se eliminó la doxiciclina (n = 23) (12). Los ratones de control (n = 26) continuaron recibiendo el fármaco. Los ratones se asignaron a grupos de dieta ocho semanas después de la eliminación de doxiciclina, momento en el que se ha demostrado que la expresión alcanza los niveles máximos (13). Los ratones se mantuvieron en un ciclo 12: 12 claro-oscuro (luces en 0700) con comida y agua disponibles a voluntad. Todos los estudios se realizaron de acuerdo con los protocolos experimentales aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Pennsylvania, y todos los procedimientos se realizaron de acuerdo con las directrices institucionales.

Exposición a la dieta

Los ratones se mantuvieron en comida casera (n = 16) o se colocaron en HF (n = 16-17) durante seis semanas. La comida casera (Purina Lab Diet, St. Louis, MO) contenía 4.00 kcal / g, que consiste en 28% de proteína, 12% de grasa y 60% de carbohidratos. La dieta HF (Research Diets, New Brunswick, NJ) contenía 4.73 kcal / g, que consiste en 20% de proteína, 45% de grasa y 35% de carbohidratos.

Bioquímica y expresión génica.

Los ratones fueron analizados después de seis semanas de exposición a la dieta. Los cerebros se extrajeron del cráneo y se congelaron enteros en hielo seco o se diseccionó el NAc (aproximadamente 0.5 - 1.75 mm de bregma, a una profundidad de 3.5 - 5.5 mm) y se congelaron en nitrógeno líquido. El tejido se almacenó a -80 ° C hasta su ensayo.

Analisis bioquimicos

Los métodos para las transferencias de Western se describen en materiales suplementarios. Los anticuerpos utilizados fueron: Cdk5, CREB y BDNF (1: 500, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA) y phospho-CREB (pCREB) (Ser 133) (1: 500, Cell Signaling Technology, Danvers, MA).

Autorradiografía del receptor

Los métodos detallados para la autorradiografía se describen en materiales suplementarios. Los ligandos utilizados fueron 2 nM H3 - SCH 23390 y 5 nM H3 - espiperona (PerkinElmer, Boston, MA).

Hibridación in situ

El procesamiento del tejido y la hibridación se realizaron como se describió anteriormente (14). La sonda DARPP-32 fue proporcionada amablemente por P. Greengard (Rockefeller University), y la sonda de orexina por J. Elmquist (Centro Médico de la Universidad de Texas Southwestern). Las diapositivas analizadas para DARPP-32 se aplicaron a la película durante los días 3, y las diapositivas analizadas para la orexina se aplicaron a la película durante los días 4. La cuantificación de las imágenes de la película se realizó como se describió anteriormente (10).

QRT-PCR

El ARN se aisló del VTA y la expresión de los genes individuales se evaluó utilizando los ensayos de expresión del gen TaqMan (Applied Biosystems, Foster City, CA). Métodos detallados y análisis estadísticos se pueden encontrar en materiales suplementarios.

Análisis de comportamiento

Con el fin de examinar los efectos de la sensibilidad de recompensa en los cambios de comportamiento inducidos por la dieta, se retiró un subconjunto de ratones de HF después de cuatro semanas de exposición y se devolvió a la comida casera (n = control de 9, n = 8 ΔFosB). Veinticuatro horas después de la retirada, los ratones fueron expuestos a la prueba de campo abierto de acuerdo con nuestro paradigma de extracción dietética (10) previamente publicado. Brevemente, el ratón se colocó en el centro del aparato de campo abierto y se monitorizó durante cinco minutos. Se midieron los cruces de líneas totales, bolos fecales, el tiempo en el centro y los cruces hacia el centro.

Estadística

Todos los datos, excepto las transferencias Western, se analizaron usando un ANOVA de dos vías seguido de la prueba PLSD de Fisher con tratamiento con doxiciclina (expresión de ΔFosB) y la condición de la dieta como variables independientes. Para los análisis de RT-PCR, se utilizó un valor de P reducido para corregir comparaciones múltiples dentro de grupos de genes relacionados (ver materiales complementarios). Las transferencias de Western se analizaron utilizando una prueba t de Student con tratamiento con doxiciclina como variable independiente, comparando las densidades ópticas dentro de la misma transferencia. Todos los datos se presentan como media ± SEM.

Resultados

Diferencias bioquímicas basales

Para dilucidar las vías moleculares que subyacen a la sensibilidad de recompensa mejorada en ratones que sobreexpresan ΔFosB, se examinaron los niveles de varias moléculas de señalización clave en el NAc. Hubo una tendencia a niveles aumentados de Cdk5 en la NAc de ratones ΔFosB en comparación con los animales de control de la camada mantenidos con doxiciclina (F = 5.1, P = 0.08; Fig. 1A). Los ratones ΔFosB expresaron niveles significativamente reducidos de pCREB (F = 7.4, P <0.05; Fig. 1B) así como niveles totales de CREB (F = 5.4, P = 0.05; Fig. 1C). También se observó una reducción significativa del BDNF en la NAc de los ratones ΔFosB (F = 10.6, P <0.05; Fig. 1D).

Figura 1

Los ratones que sobreexpresan ΔFosB exhibieron marcadores bioquímicos de señalización de dopamina reducida en el NAc

La ingesta de alimentos y el peso corporal en la dieta alta en grasas

A continuación, examinamos los efectos de una dieta HF naturalmente gratificante sobre las alteraciones en las moléculas de señalización en los ratones que sobreexpresan ΔFosB. No hubo diferencias entre los ratones ΔFosB y los controles en la ingesta de alimentos en casa o HF. Sin embargo, hubo una disminución general en la ingesta calórica normalizada al peso corporal cuando se expuso a HF que era específico de los ratones ΔFosB (F = 11.2, P <0.01; Fig. 2A). Al final de las seis semanas de exposición a la dieta, los ratones que recibieron HF pesaron significativamente más que los de la dieta de pienso (F = 17.2, P <0.001), y los ratones ΔFosB pesaron menos en general que los controles (F = 5.6, P <0.05; Fig. 2B). Este efecto fue específico de las diferencias entre los grupos de la dieta de pienso (P <0.05).

Figura 2

MiceLos ratones con sobreexpresión de FosB no mostraron diferencias en la ingesta de alimentos con Chow o dieta alta en grasa (HF)

Diferencias bioquímicas en la dieta alta en grasas.

Para determinar cómo se podrían alterar las diferencias basales en la señalización de NAc mediante la dieta HF, se examinaron las mismas proteínas de señalización estudiadas al inicio del estudio en animales que habían recibido HF durante seis semanas. No hubo diferencias significativas en los niveles de Cdk5 (Fig. 3A). Los niveles de pCREB y CREB total ya no eran diferentes después de seis semanas de insuficiencia cardíaca (Fig. 3B, C). Los niveles de BDNF se elevaron significativamente en ratones ΔFosB después de seis semanas de exposición a HF (F = 6.5, P = 0.05; Fig. 3D).

Figura 3

La dieta alta en grasas (HF) mejoró las diferencias de señalización observadas en la NAc de ratones que expresan en exceso ΔFosB

Autorradiografía del receptor de dopamina

Utilizamos la autorradiografía del receptor para evaluar si las alteraciones inducidas por ΔFosB en la señalización de la dopamina en el NAc están relacionadas con cambios en la expresión del receptor de dopamina (Fig. 4A). Una dieta rica en grasas pareció aumentar ligeramente la densidad de unión al receptor de dopamina D1 (P = 0.14), y esta diferencia fue mayor en los ratones ΔFosB (Fig. 4B). También hubo una tendencia hacia un aumento en el área de unión de D1 después de HF (P = 0.06), y las pruebas post hoc mostraron que esto era significativo en los ratones ΔFosB (P <0.05; Fig. 4C). A diferencia de los receptores D1, no hay cambios en la densidad de unión del receptor D2 (comida de control = 97.6 ± 6.9, HF de control = 101.1 ± 8.2, comida de ΔFosB = 91.6 ± 1.0, ΔFosB HF = 94.8 ± 9.5) o área de unión (comida de control = 47.3 ± 3.4, control HF = 53.8 ± 6.0, ΔFosB chow = 51.9 ± 3.7, ΔFosB HF = 49.0 ± 3.3) en el NAc.

Figura 4

La dieta alta en grasas (HF) condujo a cambios en la unión del receptor de dopamina D1 y la expresión de DARPP-32 en el núcleo accumbens (NAc) de ratones que sobreexpresan ΔFosB

Expresión DARPP-32 en el NAc

Se utilizó la hibridación in situ para determinar los niveles de expresión de DARPP-32 en la NAc (Fig. 4D). La dieta alta en grasas aumentó significativamente la expresión de DARPP-32 en esta región del cerebro (F = 5.1, P <0.05), y hubo una interacción significativa entre la dieta y la expresión de ΔFosB (F = 8.9, P <0.05), con ratones ΔFosB mostrando una mayor cambio inducido por la dieta (Fig. 4E). Una diferencia basal en la expresión de DARPP-32 entre los ratones control y ΔFosB fue revelada por pruebas post hoc (P <0.01), así como un aumento significativo en la expresión de DARPP-32 en los ratones ΔFosB en HF (P <0.01).

Expresión génica en el VTA

Se utilizó QRT-PCR para evaluar cambios en la expresión génica en el VTA, apuntando a varios genes clave previamente implicados en la regulación de la recompensa. Todas las muestras se normalizaron a β-actina. Para asegurar que la expresión de β-actina no se alterara por el tratamiento, se realizó un ensayo separado para comparar β-actina con un segundo control interno, GAPDH. No hubo diferencias significativas en la expresión de β-actina (valores de ΔCT, β-actina - GAPDH: comida de control = 2.29 ± 0.21, HF de control = 2.01 ± 0.04, comida de ΔFosB = 2.32 ± 0.49, ΔFosB HF = 2.37 ± 0.10).

Se observó una tendencia de interacción entre la expresión de ΔFosB y el tratamiento con dieta para la expresión de tirosina hidroxilasa (F = 3.6, P <0.06; Fig. 5A). Seis semanas de exposición a HF pareció disminuir la expresión de tirosina hidroxilasa en ratones de control y aumentar la expresión en ratones ΔFosB. Se observó una interacción significativa entre la expresión de ΔFosB y la exposición a la dieta para la expresión del transportador de dopamina (F = 6.7, P <0.03; Fig. 5B). Similar a la tirosina hidroxilasa, la exposición a HF redujo la expresión del transportador de dopamina en ratones de control y aumentó significativamente la expresión en ratones ΔFosB (P <0.05). La diferencia basal en la expresión del transportador de dopamina entre los ratones de control y ΔFosB no alcanzó significación (P = 0.16), pero después de 6 semanas de HF, los ratones ΔFosB expresaron niveles significativamente elevados de transportador de dopamina en comparación con los controles (P <0.05).

Figura 5

La exposición a la dieta alta en grasas (HF) y la expresión de ΔFosB llevaron a cambios en la expresión de varias moléculas clave en el VTA

Hubo una tendencia que indica un efecto de expresión aumentada de ΔFosB para reducir los niveles de TrkB en el VTA (F = 5.7, P <0.04; Fig. 5C). Aunque no hubo efectos principales sobre la expresión del receptor de opioides κ, hubo una tendencia hacia una expresión reducida en ratones ΔFosB (P = 0.08; Fig. 5D). La expresión del receptor de leptina también se determinó en el VTA. Se encontró un efecto significativo de la exposición a la dieta (F = 6.1, P <0.03), con HF reduciendo significativamente los niveles del receptor de leptina en el VTA tanto en miceFosB como en ratones de control (Fig. 5E). También se examinó la expresión del receptor 1 de orexina en el VTA. Hubo un efecto significativo de la dieta sobre la expresión del receptor de orexina (F = 9.0, P <0.02), y los ratones expuestos a HF expresaron niveles más altos en el VTA (Fig. 5F). También hubo una tendencia para que los ratones ΔFosB expresaran niveles generales más altos de receptor de orexina 1 en esta región del cerebro (P <0.05).

Expresión de orexina en el hipotálamo lateral.

Medimos los niveles de orexina en el hipotálamo lateral, origen de la inervación orexinérgica del VTA, mediante hibridación in situ (Fig. 6A). Hubo una interacción significativa entre la expresión de ΔFosB y la exposición a la dieta sobre la expresión de orexina (F = 9.1, P <0.01), con HF aumentando significativamente los niveles de orexina en ratones de control (P <0.05) y disminuyendo la expresión en ratones ΔFosB (Fig. 6B). Aunque no hubo diferencias significativas en la expresión de orexina en el estado basal, después de 6 semanas de HF, los ratones ΔFosB expresaron niveles significativamente reducidos de orexina en comparación con los controles (P <0.05).

Figura 6

La dieta alta en grasa (HF) tuvo efectos diferenciales en la expresión de orexina en ratones de control (Ctrl) y overFexpresión excesiva de ratones

Beanálisis havioral

Para evaluar las alteraciones en la excitación y la emocionalidad debidas al cambio en la dieta, los ratones fueron expuestos a la prueba de campo abierto 24 horas después de la retirada de la dieta HF (10). Los cruces de líneas totales, que se puntuaron como una medida de excitación, se vieron afectados significativamente por la expresión de ΔFosB (F = 6.6, P <0.05) y la dieta (F = 4.6, P <0.05; Fig. 7A). Los ratones ΔFosB fueron más activos en el nuevo entorno que los controles, y las pruebas post hoc mostraron que los ratones retirados del HF eran significativamente más activos que los expuestos a la comida (P <0.05). Los bolos fecales se contaron como una medida de comportamiento similar a la ansiedad (10). Hubo un efecto principal de la expresión de ΔFosB (F = 10.2, P <0.01), con ratones que sobreexpresan ΔFosB produciendo más bolos fecales en el nuevo ambiente, particularmente en los grupos de abstinencia de comida casera y HF (Fig. 7B). Los ratones ΔFosB mantenidos con dieta HF produjeron menos bolos fecales que los que se mantuvieron con comida y los que se retiraron 24 horas antes de la prueba. Los ratones de control no parecieron verse afectados por la dieta. No hubo efectos significativos de la expresión de ΔFosB o de la dieta sobre el tiempo pasado en el centro del campo abierto (comida de control = 14.5 ± 3.1 s, HF de control = 18.0 ± 3.2 s, W / D de control = 15.4 ± 1.9 s, comida de ΔFosB = 16.9 ± 2.4 s, ΔFosB HF = 13.1 ± 3.9 s, ΔFosB W / D = 19.8 ± 2.6 s).

Figura 7

Los ratones que sobreexpresaron ΔFosB fueron más sensibles a los efectos de la abstinencia de dieta alta en grasas (HF)

Discusión

En el tratamiento de la obesidad, existe una necesidad crítica de identificar los factores que influyen en la susceptibilidad a comer en exceso y al aumento de peso. Las vías de recompensa cerebral desempeñan un papel importante en la motivación y la respuesta a los alimentos sabrosos y los cambios dietéticos (6, 10, 15, 16). Como las señales orexigenic y anorexigenic pueden influir directamente en la señalización de recompensa a través de un circuito hipotálamo-VTA-NAc, la dilucidación de genes sensibles a las dietas ricas en energía dentro de los centros de recompensa puede proporcionar nuevos objetivos terapéuticos en el tratamiento de la obesidad (17, 18). Por lo tanto, examinamos los marcadores bioquímicos y moleculares de la señalización de la recompensa y el balance energético a lo largo del circuito hipotálamo-VTA-NAc en respuesta a una dieta HF en ratones con sobreexpresión de ΔFosB como modelo de sensibilidad mejorada a los cambios en la recompensa (13, 19, 20) , y la sensibilidad conductual tras la retirada de la dieta. Planteamos la hipótesis de que la desregulación basal de la señalización de dopamina en ratones ΔFosB se normalizaría por los efectos gratificantes de una dieta HF, que abarca la intersección de las señales de balance de energía y el sistema de dopamina.

Para examinar los marcadores indicativos de una desregulación en la señalización de dopamina en la NAc, examinamos los niveles de receptores D1 y los efectores de flujo descendente. Aunque no hubo diferencias significativas en la unión del receptor D1, hubo una tendencia a que la exposición a HF aumente el área de unión en los ratones ΔFosB. Esto es interesante, ya que la inducción de osFosB por el fármaco y las recompensas naturales parece predominar en el subtipo positivo de dinorfina de neuronas espinosas medianas que expresan principalmente receptores D1 (9, 21). Los niveles del pCREB diana de señalización de dopamina corriente abajo se redujeron significativamente en ratones ΔFosB, lo que favorece la activación reducida del receptor D1 en esta región del cerebro (22, 23). Curiosamente, también detectamos una disminución significativa en los niveles totales de CREB en ratones ΔFosB, lo que sugiere una capacidad adicional reducida para la transducción de la señal de dopamina que puede ser secundaria a la retroalimentación que resulta de una disminución prolongada en pCREB (24). La expresión de BDNF está regulada por pCREB, se eleva con la activación de D1 y es un mediador importante de la neuroplasticidad relacionada con la recompensa en el NAc (25, 26). En consecuencia, detectamos una disminución significativa en la proteína BDNF en la NAc de ratones ΔFosB.

Todas las neuronas espinosas medianas en el NAc expresan DARPP-32 (27). Sus numerosos efectores descendentes lo convierten en un jugador vital en las vías de recompensa (28), y se ha implicado en la adicción a las drogas y en otros trastornos relacionados con el sistema de la dopamina, incluidos los trastornos afectivos y la esquizofrenia. (27, 29). Detectamos profundas reducciones basales en la expresión de DARPP-32 en la NAc de ratones ΔFosB. La expresión de DARPP-32 está regulada por BDNF y, por lo tanto, la expresión reducida puede estar directamente relacionada con las reducciones en los niveles de BDNF detectados en ratones ΔFosB (27, 29, 30). Incluso cambios moderados en el estado de fosforilación de DARPP-32 pueden conducir a alteraciones sustanciales en la señalización intracelular dentro de la NAc (27). Estudios previos no informaron cambios en la proteína DARPP-32 en ratones ΔFosB luego de una eliminación de 12-wk de la doxiciclina cuando se realizó una evaluación más amplia del estriado (31), sugiriendo que los efectos de ΔFosB en DARPP-32 pueden ser específicos de tiempo y región.

Planteamos la hipótesis de que las drásticas reducciones en los índices de señalización de dopamina en la NAc de los ratones osFosB probablemente implicaron cambios en las neuronas de proyección de dopamina VTA, aunque ΔFosB no está sobreexpresado dentro de estas neuronas. Por lo tanto, examinamos la expresión de genes relacionados con la dopamina en el VTA, incluida la tirosina hidroxilasa y el transportador de dopamina. Los niveles de tirosina hidroxilasa y el transportador de dopamina se correlacionan positivamente con la producción de dopamina. Hubo una tendencia a que los ratones ΔFosB exhibieran una reducción de la tirosina hidroxilasa y una reducción significativa en el transportador de dopamina, de acuerdo con la desregulación de la señalización de dopamina en el NAc.. Como estas reducciones basales en los genes relacionados con la dopamina en el VTA de los ratones ΔFosB presumiblemente reflejan una retroalimentación alterada de la NAc durante la sobreexpresión de ΔFosB a largo plazo, examinamos la expresión del receptor BDNF, TrkB, como un posible mecanismo de retroalimentación NAc al VTA (32). Similar a la tirosina hidroxilasa y al transportador de dopamina, la expresión de TrkB también mostró una tendencia a reducirse básicamente en ratones FosB que no alcanzaron significación cuando se corrigieron para comparaciones múltiples. El complejo BDNF-TrkB se puede transportar de forma retrógrada y actuar dentro del VTA para afectar la expresión génica local y promover el crecimiento y mantenimiento celular (33). Además, la activación de BDNF de TrkB presináptico dentro de la NAc puede estimular directamente la neurotransmisión de dopamina (32), lo que apoya una disminución subyacente de la señalización de dopamina en estos ratones.

La activación por dinorfina de los receptores κ-opioides regula la señalización de la dopamina y es otro mecanismo por el cual la NAc proporciona información al VTA (34). Encontramos que la expresión del receptor κ-opioide en el VTA mostró una tendencia a reducirse en los ratones ΔFosB. Como se ha demostrado que la sobreexpresión de ΔFosB disminuye la expresión de la dinorfina en la NAc (20), los ratones ΔFosB probablemente tienen profundas reducciones en el VTA κ netoActivación de opioides. Aunque la señalización de dinorfina normalmente ejerce un efecto inhibitorio sobre las neuronas de dopamina (35), las ratas que muestran una autoadministración mejorada de drogas de abuso exhiben niveles reducidos de dinorfina en el NAc, lo que apunta a un papel de la señalización de dinorfina basalmente reducida en la mejora de la sensibilidad a la recompensa (36 , 37). La desregulación del sistema dynorphin-κ-opioide se ha relacionado con la adquisición y persistencia del abuso de drogas, lo que respalda un equilibrio crítico de la señalización de opioides en la normalización de las vías de la dopamina (38).

Sobre la base de la capacidad de recompensa de una dieta HF densa en energía, planteamos la hipótesis de que una desregulación en la dopamina y la señalización de recompensa de opioides en ratones ΔFosB predispondría a estos ratones a mejorar las respuestas de recompensa a dicha dieta, normalizando así el sistema de recompensa a través de la activación del hipotálamo Circuito VTA-NAc. Durante las seis semanas de exposición a la dieta, no se observaron diferencias en la ingesta de alimentos entre los ratones ΔFosB y control, lo que sugiere que los cambios encontrados en los marcadores bioquímicos y moleculares de la señalización de recompensa en ratones ΔFosB no se debieron a las diferencias en las calorías consumidas. Como se anticipó, las diferencias basales detectadas en pCREB, CREB total, BDNF, DARPP-32 y los niveles de receptores opioides κ entre ΔFosB y ratones de control se atenuaron, probablemente debido al aumento de la producción de dopamina en ratones ΔFosB en HF (29, 39-41) .

El examen de la tirosina hidroxilasa y el transportador de dopamina en el VTA reveló sorprendentes respuestas opuestas de ΔFosB y ratones de control después de HF. Los ratones de control mostraron una disminución en la expresión del transportador de tirosina hidroxilasa y dopamina, mientras que los ratones miceFosB mostraron una expresión incrementada de estos dos genes relacionados con la dopamina. Curiosamente, la expresión de tirosina hidroxilasa se altera en el VTA mediante la administración crónica de cocaína o metanfetamina (42-44), lo que sugiere que los ratones ΔFosB pueden encontrar la recompensa natural de HF más saliente que los ratones control.

Con el fin de examinar cómo la entrada de hipotálamo potencial al VTA puede estar transmitiendo señales que reflejan el balance de energía, también se examinó la expresión del receptor de leptina y el receptor de orexina-1. Los niveles de leptina circulantes aumentan en HF, y la leptina puede a su vez actuar en el VTA para alterar la señalización de dopamina (18, 45). La expresión del receptor de leptina VTA disminuyó de manera similar por la HF tanto en los ratones ΔFosB como en los ratones de control, en consonancia con el aumento de peso y la ingesta de dieta similares mientras estaban en HF. La grasa alta también incrementó la expresión del receptor de orexina-1 en el VTA de ambos ratones ΔFosB y de control. Orexin activa las neuronas de dopamina en el VTA, promueve la plasticidad del VTA y aumenta los niveles de dopamina en el NAc (46-48). Se ha demostrado que la dieta alta en grasas aumenta la expresión de orexina en ratones, de acuerdo con nuestras observaciones (49, 50). Por lo tanto, el aumento de la expresión del receptor de orexina, así como los cambios en la señalización de leptina en el VTA, podrían promover la recompensa de la dieta tanto en controlFosB como en los ratones de control, lo que respalda una disociación entre las vías que transmiten las señales de equilibrio de energía y las relacionadas directamente con la recompensa.

Para examinar los efectos provocadores de estrés de la retirada de recompensa, los ratones se examinaron en una prueba de campo abierto 24 horas después de la eliminación de HF. Los ratones osFosB fueron más sensibles a los efectos agudos de la abstinencia de la dieta preferida, mostrando una mayor actividad de excitación y producción de bolos fecales en el nuevo escenario abierto en comparación con todos los demás grupos de control y dieta. Los ratones ΔFosB también mostraron un patrón de comportamiento interesante en esta prueba que sugiere sensibilidad a la recompensa y al estrés, ya que la dieta HF inicialmente reduce la producción de bolos fecales en relación con el chow, y la abstinencia aumenta nuevamente esta respuesta relacionada con la ansiedad. Este aumento observado en la actividad de campo abierto no se correlacionó con los cambios en la expresión de orexina, lo que sugiere una relación con la activación inducida por el estrés que no es simplemente un efecto de los cambios en la señalización mediada por la orexina. En general, estos datos respaldan nuestra hipótesis de que los ratones ΔFosB serían más sensibles a los efectos agudos del retiro de la dieta preferida debido a su mayor sensibilidad de recompensa.

¿Cómo la sobreexpresión a largo plazo de ΔFosB en la NAc conduce a tales cambios en el comportamiento y la señalización de recompensa?? Hemos propuesto un modelo de detección de coincidencia de VTA en el que la retroalimentación alterada de la NAc y el hipotálamo transmite señales con respecto al estado de recompensa para determinar la regulación del sistema de dopamina que puede apoyar un vínculo entre la desregulación de la vía de recompensa y una predisposición a la obesidad (Fig. 8). Durante la exposición a HF, las entradas múltiples que reflejan tanto el balance de energía como el estado de recompensa convergen en el VTA. Los aumentos en la señalización de leptina y orexina, así como la retroalimentación alterada desde el NAc al hipotálamo lateral, pueden afectar la forma en que estas señales orexígenas responden a la HF en los ratones ΔFosB (17, 18, 45, 47, 51-53). Las elevaciones inducidas por la dieta alta en grasas en BDNF pueden proporcionar retroalimentación de recompensa al VTA, promoviendo aún más los cambios en la expresión génica relacionada con la dopamina.

Figura 8

La dieta alta en grasas (HF) normaliza la señalización de recompensa desregulada en ratones ΔFosB

Estos resultados delinean marcadores moleculares de sensibilidad de recompensa e indican que la desregulación a largo plazo del sistema de dopamina puede predisponer a un individuo a la adicción y la obesidad. Además, estos datos proporcionan un paso importante hacia la identificación de posibles nuevos objetivos terapéuticos en el tratamiento y la prevención de la obesidad y otros trastornos que pueden centrarse en el sistema de recompensa. En el futuro, será importante investigar cómo responde este sistema a la eliminación de la dieta HF, así como investigar cualquier diferencia sexual en la sensibilidad a la recompensa y la exposición a la dieta alta en grasas.

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AGRADECIMIENTOS

Los autores desean agradecer a Cathy Steffen por su ayuda con la cría y transferencia de animales. Este trabajo fue apoyado por una subvención del Centro de Diabetes de la Universidad de Pennsylvania (DK019525) y por subvenciones del Instituto Nacional de Salud Mental (R01 MH51399 y P50 MH66172) y el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas (R01 DA07359).

Notas a pie de página

Divulgaciones financieras: Todos los autores declaran que no tienen intereses financieros biomédicos o posibles conflictos de intereses.

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