Synapse. 2008 May;62(5):358-69.
Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.
Fuente
Departamento de Psiquiatría, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390-9070, EE. UU.
Resumen
El factor de transcripción DeltaFosB se acumula y persiste en el cerebro en respuesta a la estimulación crónica. Esta acumulación después de la exposición crónica a drogas de abuso ha sido demostrada previamente por Western blot más dramáticamente en las regiones estriatales, incluyendo el estriado dorsal (caudado / putamen) y el núcleo accumbens. En el presente estudio, utilizamos la inmunohistoquímica para definir con mayor precisión anatómica la inducción de DeltaFosB en todo el cerebro del roedor después del tratamiento crónico con medicamentos. También extendimos la investigación previa con cocaína, morfina y nicotina a dos drogas de abuso adicionales, etanol y tetrahidrocannabinol Delta (9) (Delta (9) -THC, el ingrediente activo de la marihuana). Aquí mostramos que la administración crónica, pero no aguda, de cada una de las cuatro drogas de abuso, cocaína, morfina, etanol y Delta (9) -THC, induce enérgicamente a DeltaFosB en el núcleo accumbens, aunque existen diferentes patrones en las subregiones núcleo frente a concha. De este núcleo fueron evidentes los diferentes fármacos. Los fármacos también difirieron en su grado de inducción de DeltaFosB en el cuerpo estriado dorsal. Además, los cuatro fármacos indujeron DeltaFosB en la corteza prefrontal, con los mayores efectos observados con la cocaína y el etanol, y todos los fármacos indujeron DeltaFosB en menor grado en la amígdala. Además, todos los fármacos indujeron DeltaFosB en el hipocampo y, con la excepción del etanol, la mayor parte de esta inducción se observó en el dentado. Se observaron niveles más bajos de inducción de DeltaFosB en otras áreas del cerebro en respuesta a un tratamiento farmacológico particular. Estos hallazgos proporcionan evidencia adicional de que la inducción de DeltaFosB en el núcleo accumbens es una acción común de prácticamente todas las drogas de abuso y que, más allá del núcleo accumbens, cada droga induce DeltaFosB de una manera específica de la región en el cerebro.
INTRODUCCIÓN
La exposición aguda a la cocaína provoca la inducción transitoria de los factores de transcripción c-Fos y FosB en las regiones del estriado (Graybiel y otros, 1990; Hope y otros, 1992; Young y otros, 1991), mientras que la exposición crónica al fármaco resulta en la acumulación de isoformas estabilizadas de ΔFosB, una variante de empalme truncada del gen fosB (Hiroi et al., 1997; Hope et al., 1994; Moratalla et al., 1996; Nye et al., 1995). Una vez inducido, ΔFosB persiste en estas regiones durante varias semanas debido a la estabilidad inusual de la proteína. Investigaciones más recientes han demostrado que la estabilidad de ΔFosB está mediada por la ausencia de dominios degron encontrados en los extremos C de FosB de longitud completa y todas las demás proteínas de la familia Fos (Carle et al., 2007) y por la fosforilación de ΔFosB en su N -terminus (Ulery et al., 2006). En contraste, la administración crónica de fármacos no altera el corte y empalme de fosB premRNA en el mRNA de ΔfosB ni la estabilidad del mRNA (Alibhai et al., 2007), lo que además indica que la acumulación de proteína ΔFosB es el mecanismo predominante involucrado.
La creciente evidencia indica que la inducción de BFosB en las regiones estriatales, en particular, el estriado ventral o el núcleo accumbens, es importante para mediar en los aspectos de la adicción. La sobreexpresión de ΔFosB en estas regiones de ratones bitransgenicos inducibles, o mediante transferencia génica mediada por virus, aumenta la sensibilidad de un animal a los efectos de activación y recompensa locomotores de la cocaína y la morfina, mientras que la expresión de un antagonista negativo dominante de ΔFosB (denominado Δc- Jun) tiene los efectos opuestos (Kelz et al., 1999; McClung y Nestler, 2003; Peakman et al., 2003; Zachariou et al., 2006). OverLa sobreexpresión de FosB también ha demostrado aumentar la motivación de incentivo para la cocaína (Colby et al., 2003). Además, ΔFosB es inducido preferentemente por la cocaína en animales adolescentes, lo que puede contribuir a su mayor vulnerabilidad a la adicción (Ehrlich et al., 2002).
A pesar de esta evidencia, quedan preguntas importantes. Aunque se ha informado que la administración crónica de varias otras drogas de abuso, incluyendo anfetamina, metanfetamina, morfina, nicotina y fenciclidina, induce ineFosB en regiones estriatales (Atkins et al., 1999; Ehrlich et al., 2002; McDaid et al. 2006b; Muller y Unterwald, 2005; Nye et al., 1995; Nye and Nestler, 1996; Pich et al. 1997; Zachariou et al., 2006), poca o ninguna información disponible sobre las acciones de etanol y Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC, el ingrediente activo de la marihuana). Dos estudios previos demostraron que la inmunorreactividad de tipo FosB se induce en el hipocampo y en otras áreas del cerebro durante la extracción de etanol, pero sigue siendo incierto si esta inmunorreactividad representa ΔFosB o FosB de longitud completa (Bachtell y otros, 1999; Beckmann y otros, 1997 ). El estudio del etanol y (Δ9-THC son particularmente importantes, ya que son dos de las drogas de abuso más utilizadas en los Estados Unidos hoy en día (SAMHSA, 2005). Además, se ha demostrado que las drogas de abuso de estimulantes u opiáceos inducen ΔFosB algunas otras regiones cerebrales aisladas, que, además del núcleo accumbens y el estriado dorsal, incluyen la corteza prefrontal, la amígdala, el pálido ventral, el área tegmental ventral y el hipocampo (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1995; Perrotti et al., 2005), no se ha realizado un mapeo sistemático de la inducción de ΔFosB en el cerebro en respuesta a la exposición crónica a medicamentos.
El objetivo del presente estudio fue utilizar procedimientos inmunohistoquímicos para mapear la inducción de ΔFosB en todo el cerebro después de la administración crónica de cuatro drogas prototípicas de abuso: cocaína, morfina, etanol y Δ9-THC.
MATERIALES Y MÉTODOS
Animales
Todos los experimentos se realizaron utilizando ratas Sprague Dawley macho (Charles River, Kingston, 250 – 275 g). Los animales se alojaron dos por jaula y se habituaron a las condiciones de la habitación del animal durante una semana antes de que comenzaran los experimentos. Tenían libre acceso a comida y agua. Los experimentos se realizaron de acuerdo con los protocolos revisados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales en el Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas en Dallas.
Tratamientos farmacológicos
Cocaína crónica
Las ratas (n = 6 por grupo) recibieron inyecciones de clorhidrato de cocaína dos veces al día (15 mg / kg ip; Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas, Bethesda, MD) disueltas en 0.9% de solución salina durante los días 14. Las ratas de control (n = 6 por grupo) recibieron inyecciones ip de 0.9% de solución salina en el mismo procedimiento crónico. Todas las inyecciones se administraron en las jaulas de los animales. Se ha demostrado que este régimen de tratamiento produce adaptaciones robustas de comportamiento y bioquímicas (ver Hope et al., 1994).
Autoadministración de cocaína.
Los animales (n = 6 por grupo) fueron entrenados para presionar una palanca para una pastilla de sacarosa 45 mg. Después de este entrenamiento, los animales fueron alimentados ad libitum e implantados quirúrgicamente bajo anestesia con pentobarbital con un catéter yugular crónico (tubo de Silastic, Green Rubber, Woburn, MA) como se describió anteriormente (Sutton et al., 2000). El catéter pasó subcutáneamente para salir por la parte posterior a través de una cánula de calibre 22 (Plastics One, Roanoke, VA), incrustado en cemento craneoplástico y asegurado con malla quirúrgica Marlex (Bard, Cranston, RI). La autoadministración se realizó en cámaras de pruebas operantes (Med Associates, St. Alban, VT) que eran contextualmente distintas de la jaula de origen del animal y estaban ubicadas en una habitación diferente. Cada cámara se encerró en un cubículo de atenuación de sonido equipado con un conjunto de bomba de infusión que consiste en una bomba Razel Modelo A (Stamford, CT) y una jeringa de vidrio de 10 ml conectada a un eslabón giratorio de fluido (Instech, Plymouth Meeting, PA) mediante un tubo de teflón . El tubo Tygon conectó el eslabón giratorio al conjunto del catéter del animal y fue encerrado por un resorte metálico. Cada cámara operante contenía dos palancas (4 × 2 cm2, ubicadas a 2 cm del piso). Durante el entrenamiento de autoadministración, una sola presión de palanca de 20 g en la palanca activa administró una infusión iv de cocaína (0.5 mg / kg por infusión de 0.1 ml) durante un intervalo de infusión de 5. La infusión fue seguida por un período de espera de 10, durante el cual la luz de la casa se apagó y la respuesta no produjo consecuencias programadas. La iluminación de la luz de la casa marcó el final del período de espera. La palanca presionada en la palanca inactiva no produjo ninguna consecuencia. Los animales se autoadministraron cocaína durante las sesiones de prueba diarias de 14 4-h (días / semana de 6) durante su ciclo de oscuridad; la ingesta diaria promedio fue de ~ 50 mg / kg. Un grupo de animales enjaulados se manejaron de forma idéntica, solo que recibieron infusiones de cocaína cuando sus contrapartes autoadministradas recibieron drogas. Se permitió a un grupo de animales de control salino presionar con palanca para infusiones salinas. Se ha demostrado que este régimen de tratamiento produce adaptaciones robustas de comportamiento y bioquímicas (véase Sutton et al., 2000).
Morfina crónica
Las bolitas de morfina (cada una con 75 mg de base de morfina; National Institute on Drug Abuse) se implantaron sc una vez al día durante los días de 5 (n = 6). Las ratas de control se sometieron a una cirugía simulada durante 5 días consecutivos (n = 6). Se ha demostrado que este régimen de tratamiento produce adaptaciones robustas de comportamiento y bioquímicas (ver Nye y Nestler, 1996).
Δ9-THC
Los dissolved9-THC se disolvieron en una solución 1: 1: 18 de etanol, emulfor y solución salina. Los ratones se inyectaron por vía subcutánea dos veces al día con Δ9-THC, o vehículo durante los días 15. La dosis inicial de Δ9-THC fue 10 mg / kg y la dosis se duplicó cada tres días hasta la dosis final de 160 mg / kg. Utilizamos ratones para Δ9-THC, porque se ha demostrado que este régimen de tratamiento produce adaptaciones bioquímicas y de comportamiento sólidas en esta especie (Sim-Selley y Martin, 2002).
Etanol
El etanol (de 95% stock; Aaper, Shelbyville, KY) se administró por medio de una dieta líquida nutricionalmente completa. Este procedimiento estándar de etanol dietético implica la administración de 7% [peso / volumen (peso / volumen)] etanol en una dieta basada en lactoalbúmina / dextrosa durante los días de 17, durante el cual las ratas generalmente consumen etanol a 8 – 12 g / kg / día y alcanzar niveles de etanol en sangre hasta 200 mg / dl (Criswell y Breese, 1993; Frye et al., 1981; Knapp et al., 1998). La dieta fue nutricionalmente completa (con concentraciones de vitaminas, minerales y otros nutrientes derivados de las dietas de investigación de ICN y equilibrada en calorías (con dextrosa) en ratas tratadas con etanol y ratas de control. La coincidencia de ingesta se logró al dar a las ratas tratadas con dieta de control una volumen de dieta equivalente a la ingesta promedio de ratas tratadas con etanol el día anterior. Ambos grupos ganaron peso fácilmente durante el período de exposición al etanol (no se muestra). Se ha demostrado que este régimen de tratamiento produce adaptaciones sólidas de comportamiento y bioquímicas (ver Knapp et al., 1998).
Inmunohistoquímica
Dieciocho a 24 h después de su último tratamiento, los animales se anestesiaron profundamente con hidrato de cloral (Sigma, St. Louis, MO) y se perfundieron intracardialmente con 200 ml de solución salina tamponada con fosfato 10 mM (PBS), seguido de 400 ml de 4% de paraformaldehído en PBS. Los cerebros se retiraron y almacenaron durante la noche en 4% paraformaldehído a 4 ° C. A la mañana siguiente, los cerebros se transfirieron a un 20% de glicerol en una solución 0.1 M PBS para la crioprotección. Las secciones coronales (40 µm) se cortaron en un microtomo de congelación (Leica, Bannockburn, IL) y luego se procesaron para inmunohistoquímica. Las inmunorreactividades de BFosB y FosB se detectaron utilizando dos antisueros policlonales de conejo diferentes. Un antisuero, generado contra el extremo C de FosB que está ausente en ΔFosB (aa 317 – 334) reconoce a FosB de longitud completa, pero no a ΔFosB (Perrotti et al., 2004). El otro antisuero, un anticuerpo "pan-FosB", se generó contra una región interna de FosB y reconoce tanto FosB como ΔFosB (sc-48; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
La tinción similar a FosB se reveló mediante el uso del método del complejo de peroxidasa avidina-biotina. Para este procedimiento, las secciones del cerebro se trataron primero con 0.3% H2O2 para destruir peroxidasas endógenas y luego se incubaron para 1 h en 0.3% Triton X-100 y 3% de suero normal de cabra para minimizar el etiquetado no específico. Luego se incubaron secciones de tejido durante la noche a temperatura ambiente en 1% de suero normal de cabra, 0.3% Triton X-100 y anticuerpo pan-FosB (1: 5000). Las secciones se lavaron, se colocaron para 1.5 h en 1: Dilución con 200 de inmunoglobulina biotinilada de cabra-antirabbit (DakoCytomation, Carpinteria, CA), se lavaron y se colocaron para 1.5 h en 1: 200 dilución de avidina-biotina en complejo del kit Elite (Vector Laboratorios, Burlingame, CA). La actividad de la peroxidasa se visualizó por reacción con diaminobencidina (Vector Laboratories). Se utilizaron portaobjetos codificados para contar el número de células inmunorreactivas para FosB. El código no se rompió hasta que se completó el análisis de un experimento individual.
Una vez que se detectó la inmunorreactividad de tipo FosB, se realizó un marcaje fluorescente doble con el anticuerpo específico de FosB (término C; 1: 500) y el anticuerpo pan-FosB (sc-48; 1: 200) para determinar si la proteína inducida fue efectivamente ΔFosB. Se utilizó un protocolo publicado (Perrotti et al., 2005). Las proteínas se visualizaron utilizando anticuerpos secundarios marcados con fluoróforo CY2 y CY3 (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). La localización de la expresión de proteínas se realizó en un microscopio confocal (Axiovert 100; LSM 510 con longitudes de onda de emisión de META de 488, 543 y 633; Zeiss, Thornwood, NY). Las imágenes que se presentan aquí se capturaron en este sistema y representan una sección de 1 µm de espesor a través de un plano Z.
análisis estadístico
Se evaluó la inducción significativa de células ΔFosB + usando pruebas t o ANOVA de una vía seguidas de la prueba de Newman-Keuls como análisis post hoc. Todos los análisis se corrigieron para múltiples comparaciones. Los datos se expresan como media ± SEM. La significación estadística se definió como P <0.05.
RESULTADOS
Inducción de ΔFosB en el cerebro
Para comparar directamente los patrones de inducción de ΔFosB en el cerebro en respuesta a diferentes tipos de drogas de abuso, administramos cuatro fármacos prototípicos, cocaína, morfina, etanol y Δ9-THC, y examinamos la expresión de osFosB 18-24 h después de la última exposición al fármaco . Utilizamos regímenes estándar de tratamiento con medicamentos, que se ha demostrado en la literatura para producir secuelas bioquímicas y de comportamiento de la exposición crónica a medicamentos (consulte la sección de Materiales y métodos). Los niveles de ΔFosB se cuantificaron mediante inmunohistoquímica, con un enfoque en el cerebro medio y las regiones del cerebro implicadas en la recompensa y la adicción a las drogas. Este mapeo fino de la inducción de ΔFosB se realizó con un anticuerpo pan-FosB, que reconoce tanto a ΔFosB como a FosB de longitud completa. Sin embargo, sabemos que toda la inmunorreactividad observada, para cada uno de los medicamentos, se debe únicamente a ΔFosB, ya que un anticuerpo selectivo para FosB de longitud completa (consulte la sección de Material y Métodos) no detectó células positivas. Además, toda la inmunorreactividad detectada por el anticuerpo pan-FosB se perdió en ratones knockout para fosB, lo que confirma la especificidad de este anticuerpo para los productos del gen fosB en oposición a otras proteínas de la familia Fos. Estos controles se muestran para la cocaína en la Figura 1, pero también se observaron para todas las otras drogas (no se muestra). Estos hallazgos no son sorprendentes, ya que en el momento 18-24 h utilizado en este estudio, se esperaría que todos los FosB de longitud completa, inducidos por la administración del último fármaco, se degradaran, dejando al ΔFosB más estable como el único gen fosB producto restante (ver Chen et al., 1995; Hope et al., 1994).
Inmunohistoquímica de fluorescencia de doble marcaje utilizando el anticuerpo anti-FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) o anti-FosB (C-terminal) a través del núcleo accumbens de animales tratados con cocaína aguda o crónica y una rata control. Las tinciones de anticuerpos pan-FosB (más…)
En la Tabla I se proporciona un resumen de los hallazgos generales de este estudio. Se encontró que cada uno de los cuatro fármacos induce significativamente ΔFosB en el cerebro, aunque se observan patrones de inducción parcialmente distintos para cada fármaco.
Tabla I
Inducción de ΔFosB en el cerebro por drogas de abuso
Inducción de ΔFosB en regiones estriatales
La inducción más dramática de ΔFosB se observó en el núcleo accumbens y el estriado dorsal (caudado / putamen), donde los cuatro fármacos indujeron la proteína (Fig. 2-Fig. 4). Esto se muestra cuantitativamente en la Figura 5. La inducción de BFosB se observó tanto en el núcleo como en las subregiones del núcleo accumbens, con una inducción ligeramente mayor en el núcleo para la mayoría de los fármacos. La inducción robusta de ΔFosB también se observó en el estriado dorsal para la mayoría de los fármacos. Una excepción fue el Δ9-THC, que no indujo significativamente ΔFosB en la capa del núcleo accumbens o en el estriado dorsal a pesar de las fuertes tendencias (ver Fig. 4; Tabla I). Curiosamente, el etanol produjo la mayor inducción de ΔFosB en el núcleo del núcleo accumbens en comparación con los otros tratamientos.
Inducción de ΔFosB en el núcleo accumbens de rata en una rata de control (A) o después de un tratamiento crónico con etanol (B), morfina (C) o cocaína (D). Los niveles de inmunorreactividad similar a FosB se analizaron mediante inmunohistoquímica usando un anticuerpo pan-FosB. (más …)
Inducción de ΔFosB en cerebro de ratón después del tratamiento crónico con Δ9-THC. Los niveles de inmunorreactividad similar a FosB se analizaron mediante inmunohistoquímica usando un anticuerpo pan-FosB en animales de control (A, C, E) y crónicos Δ9-THC (B, D, F). Nota (más…)
Cuantificación de la inducción de ΔFosB en regiones estriatales después de tratamientos crónicos con morfina, Δ9-THC, etanol y cocaína. Los gráficos de barras muestran el número medio de células ΔFosB + en animales de control y en animales sometidos a morfina crónica, (más…)
Inducción de ΔFosB por exposición volitiva versus exposición forzada a drogas
Dada la dramática inducción de ΔFosB en las regiones estriatales, estábamos interesados en determinar si la capacidad de un fármaco para inducir la proteína en estas regiones variaba en función de la exposición al fármaco volitivo frente al forzado. Para abordar esta pregunta, estudiamos un grupo de ratas que se autoadministraron cocaína durante los días 14 y comparamos la inducción de BFosB en estos animales con los que recibieron infusiones de cocaína con yugo y con los que solo recibieron solución salina. Como se muestra en la Figura 6, la cocaína autoadministrada indujo con fuerza a ΔFosB en el núcleo accumbens (tanto en las sub-regiones núcleo como en la cáscara) y en el estriado dorsal, con grados equivalentes de inducción observados para el fármaco autoadministrado versus el fármaco administrado con yugo. La extensión de la inducción de ΔFosB observada en estos dos grupos de animales fue mayor que la observada con las inyecciones ip de cocaína (ver Fig. 5), probablemente debido a cantidades mucho mayores de cocaína en el experimento de autoadministración (dosis diarias: 50 mg / kg iv vs. 30 mg / kg ip).
Cuantificación de la inducción de ΔFosB en regiones estriatales después de la autoadministración crónica de cocaína. Los gráficos de barras muestran el número medio de células ΔFosB + en los animales control y en los animales sometidos a los tratamientos con cocaína, en el núcleo y (más…)
Inducción de ΔFosB en otras regiones del cerebro
Más allá del complejo estriatal, la administración crónica de drogas de abuso indujo ΔFosB en varias otras áreas del cerebro (ver Tabla I). Debemos enfatizar que los datos presentados en la Tabla I son semicuantitativos y no representan una cuantificación precisa de la inducción de ΔFosB, como se realiza para las regiones estriatales (Fig. 5 y Fig. 6). Sin embargo, confiamos en la inducción de ΔFosB en estas regiones no estriatales: ΔFosB es virtualmente indetectable en estas regiones en condiciones basales, de modo que la detección constante de ΔFosB después de la exposición crónica al fármaco es estadísticamente significativa (P <0.05 por χ2).
Se observó una inducción robusta de todos los fármacos en la corteza prefrontal, y la morfina y el etanol parecen producir los efectos más fuertes en la mayoría de las capas (Fig. 4 y Fig. 7). Los cuatro fármacos también causaron niveles bajos de inducción de BFosB en el núcleo del lecho de la estría terminal (BNST), el núcleo intersticial de la extremidad posterior de la comisura anterior (IPAC) y en todo el complejo de la amígdala (Fig. 8). También se observaron efectos adicionales, específicos a medicamentos particulares. La cocaína y el etanol, pero no la morfina o el Δ9-THC, parecían inducir niveles bajos de ΔFosB en el tabique lateral, sin que se observara inducción en el tabique medial. Todos los fármacos indujeron ΔFosB en el hipocampo y, con la excepción del etanol, la mayor parte de esta inducción se observó en el giro dentado (Tabla I y Fig. 9). En contraste, el etanol indujo muy poco ΔFosB en la circunvolución dentada y en cambio indujo altos niveles de la proteína en los subcampos CA3-CA1. La cocaína, la morfina y el etanol, pero no X9-THC, causaron niveles bajos de inducción de ΔFosB en el gris periacueductal, mientras que solo la cocaína indujo ΔFosB en el área ventral tegmental, sin que se observara inducción en la subestantia nigra (ver Tabla I ).
Inducción de ΔFosB en la corteza prefrontal en una rata de control (A) o después de un tratamiento crónico con etanol (B), morfina (C) o cocaína (D). Los niveles de inmunorreactividad similar a FosB se analizaron mediante inmunohistoquímica usando un anticuerpo pan-FosB. Etiquetado (más…)
Inducción de ΔFosB en los núcleos medial central y lateral basal de la amígdala de una rata de control (A) o en ratas que recibieron tratamientos crónicos con etanol (B), morfina (C) o cocaína (D). Los niveles de inmunorreactividad similar a FosB se analizaron mediante inmunohistoquímica (más…)
Inducción de ΔFosB en el hipocampo de una rata de control (A) o en ratas que recibieron tratamientos crónicos con etanol (B), morfina (C) o cocaína (D). Los niveles de inmunorreactividad similar a FosB se analizaron mediante inmunohistoquímica usando un anticuerpo pan-FosB. Etiquetado (más…)
DISCUSIÓN
Numerosos estudios han demostrado que la administración crónica de varios tipos de drogas de abuso, incluyendo cocaína, anfetamina, metanfetamina, morfina, nicotina y fenciclidina, induce el factor de transcripción, ΔFosB, en el núcleo accumbens y el estriado dorsal (Consulte la sección Introducción para obtener referencias; revisado en McClung et al., 2004; Nestler et al., 2001). La inducción de ΔFosB en regiones del estriado también se ha observado después del consumo crónico de recompensas naturales, como el comportamiento de la rueda (Werme et al., 2002). Además, ha habido varios informes de niveles más bajos de inducción de BFosB en otras regiones del cerebro, incluida la corteza prefrontal, la amígdala, el pálido ventral, el área tegmental ventral y el hipocampo (Liu y otros, 2007; McDaid y otros, 2006a, 2006b; Nye et al., 1996; Perrotti et al., 2005), en respuesta a algunas de estas drogas de abuso, sin embargo, nunca ha habido un mapeo sistemático de la inducción de drogas de ΔFosB en el cerebro. Además, a pesar de la investigación de la mayoría de las drogas de abuso, dos de las sustancias más ampliamente abusadas, el etanol y el Δ9-THC, no se han examinado hasta la fecha por su capacidad para inducir el ΔFosB. El objetivo del presente estudio fue llevar a cabo un mapeo inicial de ΔFosB en el cerebro en respuesta a la administración crónica de cuatro drogas prototípicas de abuso: cocaína, morfina, etanol y Δ9-THC.
Los principales hallazgos de nuestro estudio son que el etanol y el Δ9-THC, como todas las otras drogas de abuso, inducen altos niveles de ΔFosB en general dentro del complejo estriatal. Estos resultados establecen además la inducción de ΔFosB en estas regiones como una adaptación crónica común a prácticamente todas las drogas de abuso. (McClung et al., 2004). El patrón de inducción dentro del complejo estriatal difirió un poco para los diversos fármacos. Todos los ΔFosB inducidos de forma robusta en el núcleo del núcleo accumbens, mientras que todos los fármacos, excepto el Δ9-THC, indujeron significativamente ΔFosB en la cáscara del núcleo accumbens y el estriado dorsal, y hubo fuertes tendencias para que el N9-THC produjera efectos similares en estas últimas regiones. El núcleo y la cubierta del núcleo accumbens son importantes regiones de recompensa cerebral, que se ha demostrado que son mediadores críticos de las acciones gratificantes de las drogas de abuso. Asimismo, el estriado dorsal se ha relacionado con la naturaleza compulsiva o similar al hábito del consumo de drogas (Vanderschuren et al., 2005). De hecho, se ha demostrado que la inducción de ΔFosB en estas regiones aumenta las respuestas gratificantes a la cocaína y la morfina, y aumenta las respuestas a las recompensas naturales como el comportamiento al volante y la ingesta de alimentos (Colby et al., 2003; Kelz et al., 1999; Olausson et al., 2006; Peakman et al., 2003; Werme et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Se necesita más trabajo para determinar si la inducción de BFosB en estas regiones media adaptaciones funcionales similares en la sensibilidad de un individuo a los efectos gratificantes de otras drogas de abuso.
La inducción de ΔFosB en las regiones estriatales no es una función de la ingesta volitiva del fármaco. Por lo tanto, mostramos que la autoadministración de cocaína indujo el mismo grado de ΔFosB en el núcleo accumbens y en el estriado dorsal que en animales que recibieron inyecciones equivalentes de la droga. Estos resultados demuestran que la inducción de BFosB en el estriado representa una acción farmacológica de las drogas de abuso, independientemente del control de un animal sobre la exposición a las drogas. En sorprendente contraste, demostramos recientemente que la autoadministración de cocaína induce niveles varias veces más altos de ΔFosB en la corteza orbitofrontal en comparación con la administración de cocaína en lata (Winstanley et al., 2007). Este efecto fue específico para la corteza orbitofrontal, porque se observaron niveles equivalentes de inducción de BFosB en la corteza prefrontal en estas dos condiciones de tratamiento. Por lo tanto, aunque la inducción de ΔFosB no está relacionada con el control volitivo sobre la ingesta de medicamentos en las regiones estriatales, parece estar influenciada por tales factores motivacionales en ciertos centros corticales superiores.
También presentamos datos semicuantitativos de que las cuatro drogas de abuso inducen ΔFosB en varias regiones del cerebro fuera del complejo estriatal, aunque en general en menor medida. Estas otras áreas del cerebro incluyen la corteza prefrontal, la amígdala, IPAC, BNST y el hipocampo.. La inducción farmacológica de ΔFosB en la corteza prefrontal y el hipocampo puede estar relacionada con algunos de los efectos de las drogas de abuso en el rendimiento cognitivo, aunque esto aún no se ha investigado directamente. La amígdala, el IPAC y el BNST han sido implicados en la regulación de las respuestas de un individuo a los estímulos aversivos. Esto plantea la posibilidad de que la inducción de BFosB en estas regiones después de la administración crónica de una droga de abuso media la regulación de la droga del comportamiento emocional mucho más allá de la recompensa. Será interesante examinar estas posibilidades en futuras investigaciones.
Las cuatro drogas de abuso estudiadas aquí también produjeron algunos efectos específicos de drogas. La cocaína solo indujo ΔFosB en el área tegmental ventral, como se informó anteriormente (Perrotti et al., 2005). Del mismo modo, la cocaína y el etanol indujeron únicamente niveles bajos de ΔFosB en el tabique lateral. El N9-THC fue único por sus efectos menos dramáticos en la inducción de FosB, en comparación con otras drogas de abuso, en la capa del núcleo accumbens y el estriado dorsal, como se mencionó anteriormente. Δ9-THC también fue único en que la exposición crónica a este medicamento, a diferencia de todos los demás, no indujo niveles bajos de ΔFosB en el gris periacueductal. Dado el papel del hipocampo y el tabique en la función cognitiva, y el papel de estas regiones, así como el gris periacueductal en la regulación de las respuestas de un animal a situaciones estresantes, la inducción de ΔFosB específica de la región y el fármaco en estas regiones podría mediar aspectos importantes de Acción de las drogas en el cerebro.
En resumen, la inducción de BFosB en regiones de recompensa del cerebro estriatal se ha demostrado ampliamente como una adaptación crónica compartida a las drogas de abuso. Hemos ampliado esta noción mostrando aquí que dos drogas adicionales y ampliamente abusadas, etanol y and9-THC, también inducen ΔFosB en estas regiones del cerebro.. También identificamos varias otras áreas del cerebro, implicadas en la función cognitiva y las respuestas al estrés, que muestran diversos grados de inducción de BFosB en respuesta a la exposición crónica a medicamentos. Algunas de estas respuestas, como la inducción de ΔFosB en regiones del estriado, son comunes en todas las drogas de abuso estudiadas aquí, mientras que las respuestas en otras áreas del cerebro son más específicas de las drogas. Estos hallazgos ahora dirigirán investigaciones futuras para caracterizar el papel de la inducción de BFosB en estas otras áreas del cerebro. También ayudan a definir la utilidad potencial de los antagonistas de ΔFosB como un tratamiento común para los síndromes de adicción a las drogas.
Inducción de ΔFosB en el putamen caudado de rata en una rata de control (A) o después de un tratamiento crónico con etanol (B), morfina (C) o cocaína (D). Los niveles de inmunorreactividad similar a FosB se analizaron mediante inmunohistoquímica usando un anticuerpo pan-FosB. (más …)
AGRADECIMIENTOS
Patrocinador de la subvención del contrato: Instituto Nacional de Abuso de Drogas.
Referencias
1. Alibhai IN, Green TA, Nestler EJ. Regulación de la expresión del ARNm de fosB y ΔfosB: estudios in vivo e in vitro. Brain Res. 2007; 11: 4322 – 4333.
2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Inducción específica de la región de ΔFosB mediante la administración repetida de fármacos antipsicóticos típicos versus atípicos. Sinapsis 1999; 33: 118 – 128. [PubMed]
3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. El consumo de alcohol produce cambios selectivos en la región del cerebro en la expresión de factores de transcripción inducibles. Brain Res. 1999; 847: 157 – 165. [PubMed]
4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. Las actividades de unión al ADN de AP-1 y Egr aumentan en el cerebro de rata durante la extracción de etanol. J Neurochem. 1997; 69: 306 – 314. [PubMed]
5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Mecanismos dependientes e independientes del proteasoma para la desestabilización de FosB: Identificación de los dominios de degron de FosB e implicaciones para la estabilidad de ΔFosB. Eur J Neurosci. 2007; 25: 3009 – 3019. [PubMed]
6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hope BT, Nestler EJ. Regulación de las proteínas de tipo ΔFosB y FosB mediante convulsiones electroconvulsivas (ECS) y tratamientos de cocaína. Mol Pharmacol. 1995; 48: 880 – 889. [PubMed]
7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB aumenta el incentivo para la cocaína. J Neurosci. 2003; 23: 2488 – 2493. [PubMed]
8. Criswell HE, Breese GR. Efectos similares del etanol y el flumazenil en la adquisición de una respuesta de evitación de la caja lanzadera durante la retirada del tratamiento crónico con etanol. Br J Pharmacol. 1993; 110: 753 – 760. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Los ratones periadolescentes muestran un aumento de la regulación de BFosB en respuesta a la cocaína y la anfetamina. J Neurosci. 2002; 22: 9155 – 9159. [PubMed]
10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Efectos del tratamiento con 1,3-butanodiol agudo y crónico sobre la función del sistema nervioso central: una comparación con el etanol. J Pharmacol Exp Ther. 1981; 216: 306 – 314. [PubMed]
11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. La anfetamina y la cocaína inducen la activación específica del fármaco del gen c-fos en los compartimentos de strio-some-matrix y las subdivisiones límbicas del striatum. Proc Natl Acad Sci USA. 1990; 87: 6912 – 6916. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
12. Hiroi N, Brown J, Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. Ratones mutantes de FosB: pérdida de la inducción crónica de cocaína de proteínas relacionadas con Fos y mayor sensibilidad a los efectos psicomotores y gratificantes de la cocaína. Proc Natl Acad Sci USA. 1997; 94: 10397 – 10402. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
13. Esperanza BT, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulación de la expresión génica temprana inmediata y la unión de AP-1 en el núcleo de rata accumbens por cocaína crónica. Proc Natl Acad Sci US A. 1992; 89: 5764 – 5768. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
14. Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Inducción de un complejo AP-1 de larga duración compuesto de proteínas similares a Fos alteradas en el cerebro mediante cocaína crónica y otros tratamientos crónicos. Neurona. 1994; 13: 1235 – 1244. [PubMed]
15. Kelz MB, Chen JS, Carlezon WA, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch R, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ . La expresión del factor de transcripción ΔFosB en el cerebro controla la sensibilidad a la cocaína. Naturaleza. 1999; 401: 272 – 276. [PubMed]
16. Knapp DJ, Duncan GE, Crews FT, Breese GR. Inducción de proteínas similares a Fos y vocalizaciones ultrasónicas durante la retirada de etanol: evidencia adicional de ansiedad inducida por la abstinencia. Alcohol Clin Exp Res. 1998; 22: 481 – 493. [PubMed]
17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. La microinyección del oligonucleótido antisentido del receptor muscarínico M (5) en VTA inhibe la expresión de FosB en la NAc y el hipocampo de ratas sensibilizadas con heroína. Neurosci Bull. 2007; 23: 1 – 8. [PubMed]
18. McClung CA, Nestler EJ. Regulación de la expresión génica y la recompensa de cocaína por CREB y BFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208 – 1215. [PubMed]
19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: un cambio molecular para la adaptación a largo plazo en el cerebro. Mol Brain Res. 2004; 132: 146 – 154. [PubMed]
20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, Napier TC. Cambios en pCREB y ΔFosB accumbal y pálido en ratas sensibilizadas con morfina: correlaciones con medidas electrofisiológicas provocadas por el receptor en el pálido ventral. Neuropsicofarmacología. 2006a; 31: 1212 – 1226. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
21. McDaid J, Graham MP, Napier TC. La sensibilización inducida por la metanfetamina altera de manera diferente pCREB y Δ-FosB en todo el circuito límbico del cerebro de los mamíferos. Mol Pharmacol. 2006b; 70: 2064 – 2074. [PubMed]
22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Cambios a nivel de red en la expresión de proteínas inducibles de Fos-Jun en el cuerpo estriado durante el tratamiento crónico de la cocaína y la abstinencia. Neurona. 1996; 17: 147 – 156. [PubMed]
23. Muller DL, Unterwald EM. Los receptores de dopamina D1 modulan la inducción de BFosB en el estriado de rata después de la administración intermitente de morfina. J Pharmacol Exp Ther. 2005; 314: 148 – 154. [PubMed]
24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: Un cambio molecular sostenido para la adicción. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98: 11042 – 11046. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
25. Nye HE, Nestler EJ. Inducción de antígenos crónicos relacionados con Fos en el cerebro de rata mediante la administración crónica de morfina. Mol Pharmacol. 1996; 49: 636 – 645. [PubMed]
26. Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Estudios farmacológicos de la regulación por cocaína de la inducción crónica de Fra (antígeno relacionado con Fos) en el estriado y el núcleo accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995; 275: 1671 – 1680. [PubMed]
27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R, Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB en el núcleo accumbens regula la motivación y el comportamiento instrumental reforzado con los alimentos. J Neurosci. 2006; 26: 9196 – 9204. [PubMed]
28. Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, Stock JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Inducible, la expresión específica de la región del cerebro de un mutante negativo dominante de c-Jun en ratones transgénicos disminuye la sensibilidad a la cocaína. Brain Res. 2003; 970: 73 – 86. [PubMed]
29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Inducción de ΔFosB en estructuras cerebrales relacionadas con la recompensa después del estrés crónico. J Neurosci. 2004; 24: 10594 – 10602. [PubMed]
30. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S, Ulery PG, Wallace D, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. ΔFosB se acumula en una población de células GABAérgicas en la cola posterior del área ventral tegmental después del tratamiento con psicoestimulantes. Eur J Neurosci. 2005; 21: 2817 – 2824. [PubMed]
31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Sustratos neuronales comunes para las propiedades adictivas de la nicotina y la cocaína. Ciencia. 1997; 275: 83 – 86. [PubMed]
32. SAMHSA. O. o. A. Estudios, Centro Nacional de Información sobre Alcohol y Drogas. Rockville, MD: Serie NSDUH H-28; 2005. Resultados de la Encuesta Nacional 2004 sobre Uso de Drogas y Salud: Hallazgos Nacionales.
33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Efecto de la administración crónica de R - (+) - [2,3-dihidro-5-metil-3 - [(morfolinil) metil] pirrolo [1,2, 3-de] -1,4-b enzoxazinilo] - (1-naftalenil) metanona mesilato (WIN55,212-2) o delta (9) -tetrahidrocannabinol en la adaptación del receptor de cannabinoides en ratones. J Pharmacol Exp Ther. 2002; 303: 36 – 44. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Factores que determinan la propensión al comportamiento de búsqueda de cocaína durante la abstinencia en ratas. Neuropsicofarmacología. 2000; 22: 626 – 641. [PubMed]
35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Regulación de la estabilidad de ΔFosB por fosforilación. J Neurosci. 2006; 26: 5131 – 5142. [PubMed]
36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Participación del cuerpo estriado dorsal en la búsqueda de cocaína controlada por cue. J Neurosci. 2005; 25: 8665 – 8670. [PubMed]
37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. osFosB regula el funcionamiento de la rueda. J Neurosci. 2002; 22: 8133 – 8138. [PubMed]
38. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DEH, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone FJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. La inducción de fosB en la corteza orbitofrontal media la tolerancia a la disfunción cognitiva inducida por la cocaína. J Neurosci. 2007; 27: 10497 – 10507. [PubMed]
39. Joven ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. La cocaína induce proteínas inmunoreactivas de c-fos estriatales a través de los receptores dopaminérgicos D1. Proc Natl Acad Sci USA. 1991; 88: 1291 – 1295. [Artículo libre de PMC] [PubMed]
40. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, DiLeone RJ, Kumar A, Nestler EJ. ΔFosB: un papel esencial para ΔFosB en el núcleo accumbens en la acción de la morfina. Nat Neurosci. 2006; 9: 205 – 211. [PubMed]
;
