Les altérations de la signalisation de la dopamine induites par DeltaFosB sont normalisées par un régime riche en gras et agréable au goût (2008)

ÉTUDE COMPLETE

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

Teegarden SL, Nestler EJ, Bale TL.

Source

Département de biologie animale, Université de Pennsylvanie, Philadelphie, PA 19104-6046, États-Unis.

Abstrait

CONTEXTE :

La sensibilité à la récompense a été impliquée en tant que facteur prédisposant aux comportements liés à la toxicomanie et à la suralimentation. Cependant, les mécanismes sous-jacents contribuant à la sensibilité à la récompense sont inconnus. Nous avons émis l’hypothèse que la dysrégulation de la signalisation de la dopamine pourrait être une cause sous-jacente d’une sensibilité accrue à la récompense, permettant ainsi à des stimuli valorisants de normaliser le système.

METHODES:

Nous avons utilisé un modèle de souris génétique à sensibilité accrue, la souris surexprimante Delta FosB, pour examiner les modifications de la trajectoire de récompense en réponse à un régime appétissant riche en graisses. Les marqueurs de la signalisation de récompense chez ces souris ont été examinés à la fois à la base et après des semaines d’exposition agréables au régime par 6. Les souris ont été examinées dans le cadre d’un test de comportement effectué après un régime riche en graisses afin d’évaluer la vulnérabilité de ce modèle à l’élimination des stimuli valorisants.

RÉSULTATS:

Nos résultats démontrent l'activation altérée de la voie de récompense le long du circuit de la région du noyau accumbens-hypothalamo-ventral résultant de la surexpression de Delta FosB dans le noyau accumbens et les régions striatales. Niveaux de protéine de liaison à l'élément de réponse à l'adénosine monophosphate phosphorylé (AMPc) (pCREB), Facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF), et la phosphoprotéine régulée par la dopamine et l’adénosine cyclique monophosphate avec une masse moléculaire de 32 kDa (DARPP-32) dans le noyau accumbens ont été réduites chez les souris Delta FosB, suggérant une réduction du signal de dopamine. Une exposition de six semaines à un régime alimentaire riche en graisses a complètement atténué ces différences, révélant ainsi la capacité de récompenser un régime agréable au goût. Les souris Delta FosB ont également présenté une augmentation significative de l'activité locomotrice et des réponses liées à l'anxiété 24 heures après un sevrage élevé en graisse.

CONCLUSIONS:

Ces résultats établissent une sensibilité sous-jacente aux changements de récompense liés à la dysrégulation de Delta FosB et à la signalisation de la dopamine pouvant être normalisés avec des régimes agréables au goût et pouvant constituer un phénotype prédisposant à certaines formes d'obésité..

Introduction

Malgré notre connaissance croissante des systèmes neuronaux qui contrôlent l'appétit et la satiété, les taux d'obésité continuent d'augmenter aux États-Unis. Les traitements médicamenteux actuels ont une efficacité limitée et les modifications comportementales souffrent d'une compliance minimale à long terme (1). La consommation d'aliments appétissants sur le plan calorique et appétissants sur le plan calorique a été liée aux changements dans les voies de stress et de récompense du cerveau, ce qui suggère que les propriétés enrichissantes de tels aliments peuvent avoir préséance sur les signaux du bilan énergétique (2-4). Les aliments riches en matières grasses agissent comme des récompenses naturelles, activant les centres de récompense du cerveau de manière similaire aux drogues faisant l'objet d'abus, et ont donc été utilisés dans les paradigmes d'auto-administration (5-8). Ainsi, il est probable que les comportements et les motivations de trop manger et de toxicomanie partagent des mécanismes sous-jacents communs, ouvrant potentiellement de nouvelles voies de traitement pour les deux affections.

En étudiant la relation entre les aliments appétissants et les voies régulatrices de la récompense et du stress dans le cerveau, nous avions précédemment identifié des marqueurs moléculaires et biochimiques de la récompense réduite et de l'augmentation du stress suite à l'abandon d'un régime riche en gras et appétissant (HF). Comme dans le cas des drogues faisant l'objet d'abus, l'exposition à un régime appétant dans nos études a entraîné une augmentation des taux de facteur de transcription ΔFosB dans le noyau accumbens (NAc), une structure centrale de récompense du cerveau (9, 10).. Les souris qui surexpriment de manière inductible ΔFosB montrent une réponse instrumentale accrue pour une récompense alimentaire (11), ce qui en fait un outil précieux pour examiner le rôle de la sensibilité à la récompense et du dérèglement à long terme du système de récompense dans les réponses moléculaires et biochimiques à un régime alimentaire agréable.

Dans la présente étude, nous avons utilisé les souris surexprimant ΔFosB pour examiner les modifications à long terme des marqueurs de la récompense dans le neurocircuit de NAc-hypothalamus-région tegmentale ventrale (VTA) en réponse à un régime appétissant de FH. Sur la base d’études antérieures chez ces souris sensibles à la récompense, nous avons émis l’hypothèse que les modifications de la sensibilité à la récompense induites par ΔFosB impliquent une dysrégulation de la signalisation de la dopamine résultant du retour de NAc vers la VTA. De plus, nous avons émis l’hypothèse que l’exposition à une récompense naturelle d’un régime HF dense en énergie normaliserait ensuite le système dopaminergique chez ces souris, ce qui entraînerait une réaction exagérée au stress du retrait de ce régime HF.. Le caractère unique de l’utilisation d’un régime appétant comme substance enrichissante nous permet d’inclure les intrants hypothalamiques pour récompenser les circuits dans un phénotype pouvant prédire une population prédisposée à l’obésité résistante au traitement. Pour examiner cette hypothèse, nous avons étudié les marqueurs de la neurotransmission de la dopamine, notamment pCREB, BDNF et DARPP-32 dans la NAc, la tyrosine hydroxylase et le transporteur de la dopamine dans la VTA, à la suite d'une exposition à l'HF. Nous avons également examiné des marqueurs spécifiques du bilan énergétique connus pour influer sur la production de dopamine, notamment les récepteurs de la leptine et de l'orexine dans la VTA et l'expression de l'orexine dans l'hypothalamus latéral.

Matériels et méthodes

Animaux

Des souris bitransgéniques mâles surexprimant ΔFosB de manière inductible dans des neurones à dynorphine positifs situés dans le NAc et le striatum dorsal (Kelz et al., 1999) ont été générées sur un fond mixte (ICR: C57Bl6 / SJL) à la University of Texas Southwestern Medical Center et maintenues testé à l'Université de Pennsylvanie. Toutes les souris ont été maintenues sous doxycycline (100, µg / ml dans l’eau de boisson) jusqu’à leur arrivée à l’Université de Pennsylvanie. Pour induire une surexpression, la doxycycline a été retirée (n = 23) (12). Les souris témoins (n ​​= 26) ont continué à recevoir le médicament. Les souris ont été assignées à des groupes de diète huit semaines après le retrait de la doxycyline, moment auquel il a été démontré que l'expression atteignait des niveaux maximaux (13). Les souris ont été maintenues sur un cycle lumière-obscurité 12: 12 (lumières allumées sur 0700) avec de la nourriture et de l'eau disponibles à volonté. Toutes les études ont été réalisées selon des protocoles expérimentaux approuvés par le comité de protection et d'utilisation des animaux de l'université de Pennsylvanie, et toutes les procédures ont été menées conformément aux directives de l'établissement.

Exposition alimentaire

Les souris ont été maintenues à l’état domestique (n = 16) ou placées sur HF (n = 16-17) pendant six semaines. Le chow house (régime Purina Lab, St. Louis, MO) contenait 4.00 kcal / g, composé de% de protéines 28, de% de matières grasses 12 et de% de glucides 60. Le régime HF (Research Diets, Nouveau-Brunswick, NJ) contenait 4.73 kcal / g, composé de 20% de protéines, 45% de matières grasses et 35% de glucides.

Biochimie et expression génique

Les souris ont été analysées après six semaines d'exposition au régime. Les cerveaux ont été prélevés sur le crâne et congelés entiers sur de la neige carbonique ou dissous dans le NAc (environ 0.5 - 1.75 mm de bregma, à une profondeur de 3.5 - 5.5 mm) et congelés dans de l'azote liquide. Le tissu a été stocké à -80 ° C jusqu'à l'analyse.

Analyses biochimiques

Des méthodes de transfert de Western sont décrites dans des matériaux supplémentaires. Les anticorps utilisés étaient: Cdk5, CREB et BDNF (1: 500, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA) et phospho-CREB (pCREB) (Ser 133) (1: 500, Technologie de signalisation cellulaire, Danvers, MA).

Autoradiographie des récepteurs

Des méthodes détaillées d'autoradiographie sont décrites dans des documents supplémentaires. Les ligands utilisés étaient 2 nM H3 - SCH 23390 et 5 nM H3 - spiperone (PerkinElmer, Boston, MA).

Hybridation in situ

Le traitement des tissus et l'hybridation ont été effectués comme décrit précédemment (14). La sonde DARPP-32 a été aimablement fournie par P. Greengard (Université Rockefeller) et la sonde orexin par J. Elmquist (Centre médical du Sud-Ouest de l'Université du Texas). Les lames testées pour DARPP-32 ont été apposées au film pendant 3 jours, et les lames testées pour orexin ont été apposées au film pendant 4 jours. La quantification des images de film a été effectuée comme décrit précédemment (10).

QRT-PCR

L'ARN a été isolé de la VTA et l'expression de gènes individuels a été évaluée à l'aide de tests d'expression génique TaqMan (Applied Biosystems, Foster City, CA). Des méthodes détaillées et des analyses statistiques peuvent être trouvées dans des matériaux supplémentaires.

Analyses comportementales

Afin d'examiner les effets de la sensibilité aux récompenses sur les changements de comportement induits par le régime alimentaire, un sous-ensemble de souris a été retiré de l'IC après quatre semaines d'exposition et est revenu dans la maison (n = contrôle 9, n = 8 ΔFosB). Vingt-quatre heures après le sevrage, les souris ont été exposées au test à champ ouvert conformément à notre paradigme de sevrage alimentaire précédemment publié (10). En bref, la souris a été placée au centre de l'appareil à champ ouvert et surveillée pendant cinq minutes. Les lignes transversales totales, les bolioles fécales, le temps au centre et les croix au centre ont été mesurés.

Données statistiques

Toutes les données, à l'exception des Western blots, ont été analysées en utilisant un ANOVA bidirectionnel suivi du test PLSD de Fisher avec un traitement à la doxycycline (expression ΔFosB) et l'état du régime comme variables indépendantes. Pour les analyses RT-PCR, une valeur P réduite a été utilisée pour corriger des comparaisons multiples au sein de groupes de gènes apparentés (voir les documents supplémentaires). Les Western blots ont été analysés en utilisant le test t d'un étudiant avec un traitement à la doxycycline comme variable indépendante, comparant les densités optiques dans le même blot. Toutes les données sont présentées sous forme de moyenne ± SEM.

Resultats

Différences biochimiques basales

Pour élucider les voies moléculaires qui sous-tendent la sensibilité accrue à la récompense chez les souris surexprimant ΔFosB, les niveaux de plusieurs molécules de signalisation clés ont été examinés dans le NAc. Il y avait une tendance à l'augmentation des niveaux de Cdk5 dans la NAc des souris ΔFosB par rapport aux animaux témoins de la portée maintenus sous doxycycline (F = 5.1, P = 0.08; Fig. 1A). Les souris ΔFosB ont exprimé des niveaux significativement réduits de pCREB (F = 7.4, P <0.05; Fig. 1B) ainsi que des niveaux totaux de CREB (F = 5.4, P = 0.05; Fig. 1C). Une réduction significative du BDNF a également été observée dans la NAc des souris ΔFosB (F = 10.6, P <0.05; Fig. 1D).

Figure 1

Des souris surexprimant ΔFosB ont présenté des marqueurs biochimiques de la signalisation de la dopamine réduite dans le NAc

Apport alimentaire et poids corporel d'un régime riche en graisses

Nous avons ensuite examiné les effets d'un régime HF naturellement gratifiant sur les modifications des molécules de signalisation chez les souris surexprimant ΔFosB. Il n'y avait aucune différence entre les souris ΔFosB et les témoins en ce qui concerne l'apport alimentaire sur la maison ou sur HF. Cependant, il y avait une diminution globale de l'apport calorique normalisé au poids corporel lorsqu'il était exposé à HF qui était spécifique aux souris ΔFosB (F = 11.2, P <0.01; Fig. 2A). À la fin de six semaines d'exposition au régime alimentaire, les souris recevant HF pesaient beaucoup plus que celles sous régime alimentaire (F = 17.2, P <0.001), et les souris ΔFosB pesaient globalement moins que les témoins (F = 5.6, P <0.05; Fig. 2B). Cet effet était spécifique aux différences entre les groupes sur le régime alimentaire (P <0.05).

Figure 2

Les souris surexprimant ΔFosB n’ont montré aucune différence en matière de prise de nourriture, que ce soit avec un régime d’ajustement ou un régime riche en graisses (HF)

Différences biochimiques sur un régime riche en graisses

Pour déterminer comment le régime alimentaire HF pourrait modifier les différences basales de signalisation NAc, les mêmes protéines de signalisation étudiées au départ ont été examinées chez des animaux ayant reçu six semaines de HF. Il n'y avait pas de différences significatives dans les niveaux de Cdk5 (Fig. 3A). Les niveaux de pCREB et de CREB total n'étaient plus différents après six semaines d'HF (Fig. 3B, C). Les taux de BDNF étaient significativement élevés chez les souris ΔFosB après six semaines d'exposition à HF (F = 6.5, P = 0.05; Fig. 3D).

Figure 3

Régime alimentaire riche en graisses (HF) atténué les différences de signalisation observées dans le NAc de souris surexprimant ΔFosB

Autoradiographie des récepteurs de la dopamine

Nous avons utilisé l'autoradiographie des récepteurs pour évaluer si les altérations induites par ΔFosB dans la signalisation de la dopamine dans le NAc sont liées à des changements dans l'expression des récepteurs de la dopamine (Fig. 4A). Un régime riche en graisses a semblé augmenter légèrement la densité de liaison au récepteur de la dopamine D1 (P = 0.14), et cette différence était plus grande chez les souris ΔFosB (figure 4B). Il y avait également une tendance vers une augmentation de la zone de liaison D1 après HF (P = 0.06), et des tests post hoc ont montré que cela était significatif chez les souris ΔFosB (P <0.05; Fig. 4C). Contrairement aux récepteurs D1, aucun changement dans la densité de liaison du récepteur D2 (alimentation de contrôle = 97.6 ± 6.9, HF de contrôle = 101.1 ± 8.2, ΔFosB chow = 91.6 ± 1.0, ΔFosB HF = 94.8 ± 9.5) ou de la zone de liaison (alimentation de contrôle = 47.3 ± 3.4, contrôle HF = 53.8 ± 6.0, ΔFosB chow = 51.9 ± 3.7, ΔFosB HF = 49.0 ± 3.3) dans la NAc ont été observés.

Figure 4

Un régime riche en graisses (HF) a entraîné des modifications de la liaison au récepteur de la dopamine D1 et de l'expression de DARPP-32 dans le noyau accumbens (NAc) de souris surexprimant ΔFosB

Expression DARPP-32 dans le NAc

L'hybridation in situ a été utilisée pour déterminer les niveaux d'expression de DARPP-32 dans le NAc (figure 4D). Un régime riche en graisses a significativement augmenté l'expression du DARPP-32 dans cette région du cerveau (F = 5.1, P <0.05), et il y avait une interaction significative entre le régime et l'expression ΔFosB (F = 8.9, P <0.05), les souris ΔFosB montrant changement induit par l'alimentation (Fig. 4E). Une différence basale d'expression de DARPP-32 entre les souris témoins et ΔFosB a été révélée par des tests post hoc (P <0.01), ainsi qu'une augmentation significative de l'expression de DARPP-32 chez les souris ΔFosB sur HF (P <0.01).

Expression génique dans la VTA

La QRT-PCR a été utilisée pour évaluer les changements d'expression génique dans le VTA, ciblant plusieurs gènes clés précédemment impliqués dans la régulation de la récompense. Tous les échantillons ont été normalisés en β-actine. Pour s'assurer que l'expression de la β-actine n'a pas été modifiée par le traitement, un test séparé a été effectué pour comparer la β-actine à un deuxième contrôle interne, GAPDH. Il n'y avait pas de différences significatives dans l'expression de la β-actine (valeurs ΔCT, β-actine - GAPDH: contrôle chow = 2.29 ± 0.21, contrôle HF = 2.01 ± 0.04, ΔFosB chow = 2.32 ± 0.49, ΔFosB HF = 2.37 ± 0.10).

Une tendance pour une interaction entre l'expression de ΔFosB et le traitement alimentaire a été observée pour l'expression de la tyrosine hydroxylase (F = 3.6, P <0.06; Fig. 5A). Six semaines d'exposition à HF semblaient diminuer l'expression de la tyrosine hydroxylase chez les souris témoins et augmenter l'expression chez les souris ΔFosB. Une interaction significative entre l'expression de ΔFosB et l'exposition au régime alimentaire a été observée pour l'expression du transporteur de dopamine (F = 6.7, P <0.03; Fig. 5B). Semblable à la tyrosine hydroxylase, l'exposition à HF a réduit l'expression du transporteur de la dopamine chez les souris témoins et a considérablement augmenté l'expression chez les souris ΔFosB (P <0.05). La différence basale dans l'expression du transporteur de la dopamine entre les souris témoins et ΔFosB n'a pas atteint la signification (P = 0.16), mais après 6 semaines de HF, les souris ΔFosB ont exprimé des niveaux significativement élevés de transporteur de dopamine par rapport aux témoins (P <0.05).

Figure 5

L'exposition à un régime alimentaire riche en graisses (HF) et l'expression de ΔFosB ont entraîné des modifications de l'expression d'un certain nombre de molécules clés de la VTA

Il y avait une tendance indiquant un effet d'une expression accrue de ΔFosB pour réduire les niveaux de TrkB dans le VTA (F = 5.7, P <0.04; Fig. 5C). Bien qu'il n'y ait pas eu d'effets principaux sur l'expression du récepteur κ-opioïde, il y avait une tendance vers une expression réduite chez les souris ΔFosB (P = 0.08; Fig. 5D). L'expression du récepteur de la leptine a également été déterminée dans le VTA. Un effet significatif de l'exposition au régime alimentaire a été trouvé (F = 6.1, P <0.03), avec HF réduisant significativement les niveaux du récepteur de la leptine dans le VTA à la fois chez ΔFosB et chez les souris témoins (figure 5E). L'expression du récepteur 1 de l'orexine dans le VTA a également été examinée. Il y avait un effet significatif du régime sur l'expression du récepteur de l'orexine (F = 9.0, P <0.02), avec des souris exposées à HF exprimant des niveaux plus élevés dans le VTA (Fig. 5F). Il y avait également une tendance pour les souris ΔFosB à exprimer des niveaux globalement plus élevés de récepteur 1 de l'orexine dans cette région du cerveau (P <0.05).

Expression de l'orexine dans l'hypothalamus latéral

Nous avons mesuré les niveaux d'orexine dans l'hypothalamus latéral, à l'origine de l'innervation orexinergique du VTA, par hybridation in situ (Fig. 6A). Il y avait une interaction significative entre l'expression de ΔFosB et l'exposition au régime alimentaire sur l'expression de l'orexine (F = 9.1, P <0.01), avec HF augmentant de manière significative les niveaux d'orexine chez les souris témoins (P <0.05) et diminuant l'expression chez les souris ΔFosB (figure 6B). Bien qu'il n'y ait pas de différence significative dans l'expression de l'orexine à l'état basal, après 6 semaines de HF, les souris ΔFosB ont exprimé des niveaux significativement réduits d'orexine par rapport aux témoins (P <0.05).

Figure 6

Le régime riche en graisse (HF) a eu des effets différentiels sur l'expression de l'orexine chez les souris surexprimantes contrôle (Ctrl) et ΔFosB

Beanalyses aléatoires

Pour évaluer les modifications de l'excitation et de l'émotivité dues à un changement alimentaire, des souris ont été exposées au test en plein champ 24 heures après le retrait du régime HF (10). Les croisements de ligne totaux, qui ont été notés comme une mesure de l'excitation, ont été significativement affectés par l'expression de ΔFosB (F = 6.6, P <0.05) et le régime (F = 4.6, P <0.05; Fig. 7A). Les souris ΔFosB étaient plus actives dans le nouvel environnement que les contrils, et des tests post hoc ont montré que les souris retirées de HF étaient significativement plus actives que celles exposées à la nourriture (P <0.05). Les boli fécaux ont été comptés comme une mesure du comportement de type anxiété (10). Il y avait un effet principal de l'expression de ΔFosB (F = 10.2, P <0.01), avec des souris surexprimant ΔFosB produisant plus de boli fécaux dans le nouvel environnement, en particulier dans les groupes de nourriture domestique et de retrait HF (figure 7B). Les souris ΔFosB maintenues avec un régime HF ont produit moins de boli fécaux que celles maintenues sur nourriture et celles retirées 24 heures avant le test. Les souris témoins ne semblent pas être affectées par l'alimentation. Il n'y avait aucun effet significatif de l'expression ΔFosB ou du régime alimentaire sur le temps passé au centre du champ ouvert (alimentation de contrôle = 14.5 ± 3.1 s, HF de contrôle = 18.0 ± 3.2 s, contrôle W / D = 15.4 ± 1.9 s, alimentation ΔFosB = 16.9 ± 2.4 s, ΔFosB HF = 13.1 ± 3.9 s, ΔFosB W / D = 19.8 ± 2.6 s).

Figure 7

Les souris surexprimant ΔFosB étaient plus sensibles aux effets du sevrage du régime alimentaire riche en graisses (HF)

Discussion

Dans le traitement de l'obésité, il est indispensable d'identifier les facteurs qui influent sur la susceptibilité à trop manger et à prendre du poids. Les voies de récompense du cerveau jouent un rôle important dans la motivation et la réponse aux aliments appétissants au goût et aux changements alimentaires (6, 10, 15, 16). Les signaux orexigènes et anorexigéniques pouvant directement influencer la signalisation de la récompense via un circuit hypothalamus-VTA-NAc, l'élucidation de gènes sensibles à des régimes appétissants riches en énergie au sein de centres de récompense peut fournir de nouvelles cibles thérapeutiques dans le traitement de l'obésité (17, 18). Par conséquent, nous avons examiné les marqueurs biochimiques et moléculaires de la récompense et la signalisation du bilan énergétique le long du circuit hypothalamus-VTA-NAc en réponse à un régime HF chez des souris surexprimant ΔFosB comme modèle de sensibilité accrue aux changements de récompense (13, 19, 20) et la sensibilité comportementale après le retrait du régime. Nous avons émis l’hypothèse que la dysrégulation basale de la signalisation de la dopamine chez les souris ΔFosB serait normalisée par les effets enrichissants d’un régime HF, englobant l’intersection des signaux du bilan énergétique et du système dopaminergique.

Pour examiner les marqueurs indiquant une dysrégulation de la signalisation de la dopamine dans le NAc, nous avons examiné les niveaux de récepteurs D1 et les effecteurs en aval. Bien qu’il n’y ait pas eu de différences significatives dans la liaison du récepteur D1, l'exposition au HF tendait à augmenter la surface de liaison chez les souris AFosB. Ceci est intéressant car l'induction de ΔFosB par le médicament et les avantages naturels semblent prédominer dans le sous-type de dynorphines positives des neurones à épinette moyenne qui expriment principalement les récepteurs D1. (9, 21). Les niveaux de la pCREB cible de signalisation de la dopamine en aval étaient significativement réduits chez les souris ΔFosB, ce qui favorise l'activation réduite du récepteur D1 dans cette région du cerveau (22, 23). De manière intéressante, nous avons également détecté une diminution significative des niveaux totaux de CREB chez les souris ΔFosB, suggérant une capacité réduite supplémentaire de transduction du signal de la dopamine pouvant être secondaire à une rétroaction résultant d'une diminution prolongée de pCREB (24). L'expression du BDNF est régulée par pCREB, est élevée avec l'activation de D1 et constitue un médiateur important de la neuroplasticité liée à la récompense dans le NAc (25, 26). En conséquence, nous avons détecté une diminution significative de la protéine BDNF dans les souris NAc de ΔFosB.

Tous les neurones à épines moyennes de la NAc expriment DARPP-32 (27). Ses nombreux effecteurs en aval en font un acteur essentiel des voies de récompense (28) et il a été impliqué dans la toxicomanie et dans d'autres troubles impliquant le système dopaminergique, notamment les troubles affectifs et la schizophrénie. (27, 29). Nous avons détecté des réductions basales profondes de l'expression de DARPP-32 dans le NAc de souris ΔFosB. L'expression de DARPP-32 est régulée par le BDNF. Par conséquent, l'expression réduite peut être directement liée aux réductions des niveaux de BDNF détectées chez les souris AFOSB (27, 29, 30). Même des changements modérés dans l'état de phosphorylation de DARPP-32 peuvent entraîner des altérations importantes de la signalisation intracellulaire dans le NAc (27). Des études antérieures n’avaient rapporté aucun changement de la protéine DARPP-32 chez les souris ΔFosB à la suite de l’élimination de la doxycycline par 12-wk lorsqu’une évaluation striatal plus large avait été réalisée (31), suggérant que les effets de ΔFosB sur DARPP-32 peuvent être spécifiques au temps et à la région.

Nous avons émis l'hypothèse que les réductions spectaculaires des indices de signalisation de la dopamine dans le NAc de souris ΔFosB impliquaient probablement des modifications dans les neurones de projection de la VTA dopamine, même si ΔFosB n'est pas surexprimé dans ces neurones.. Par conséquent, nous avons examiné l'expression de gènes liés à la dopamine dans la VTA, y compris la tyrosine hydroxylase et le transporteur de la dopamine. Les niveaux de tyrosine hydroxylase et de transporteur de dopamine sont positivement corrélés avec le rendement en dopamine. Les souris ΔFosB avaient tendance à présenter une réduction de la tyrosine hydroxylase et une réduction significative du transporteur de la dopamine, parallèlement à la dérégulation de la signalisation de la dopamine dans le NAc.. Etant donné que ces réductions basales des gènes liés à la dopamine dans la VTA de souris ΔFosB reflètent probablement une rétroaction altérée de la NAc pendant une surexpression de ΔFosB à long terme, nous avons examiné l’expression du récepteur du BDNF, TrkB, en tant que mécanisme possible de rétroaction de NAc à la VTA (32). Semblable à la tyrosine hydroxylase et au transporteur de la dopamine, l'expression de TrkB a également montré une tendance à la réduction de base chez les souris ΔFosB qui n'atteignaient pas la signification après correction pour des comparaisons multiples. Le complexe BDNF-TrkB peut être transporté de manière rétrograde et agir au sein de la VTA pour affecter l'expression des gènes locaux et favoriser la croissance et la maintenance des cellules (33). En outre, l'activation par BDNF de TrkB présynaptique au sein de la NAc peut stimuler directement la neurotransmission de la dopamine (32), supportant une diminution sous-jacente de la signalisation de la dopamine chez ces souris.

L'activation par la dynorphine des récepteurs opioïdes K régule la signalisation de la dopamine et constitue un autre mécanisme par lequel le NAc fournit une rétroaction au VTA (34). Nous avons constaté que l'expression du récepteur κ-opioïde dans la VTA révélait une tendance à la réduction chez les souris ΔFosB. Comme il a été démontré que la surexpression de ΔFosB diminuait l’expression de la dynorphine dans le NAc (20), les souris ΔFosB ont probablement de profondes réductions de la VTA nette.activation des opioïdes. Bien que la signalisation de la dynorphine exerce normalement un effet inhibiteur sur les neurones dopaminergiques (35), les rats qui montrent une auto-administration améliorée de médicaments abusifs présentent des niveaux réduits de dynorphine dans la NAc, ce qui indique un rôle de la signalisation de la dynorphine basiquement réduite dans l'amélioration de la sensibilité à la récompense (36 , 37). La dérégulation du système dynorphine - κ-opioïde a été liée à l'acquisition et à la persistance de l'abus de drogues, soutenant un équilibre critique de la signalisation des opioïdes dans la normalisation des voies de la dopamine (38).

Sur la base de la capacité de récompense d'un régime HF à haute densité énergétique, nous avons émis l'hypothèse qu'une dysrégulation de la dopamine et de la signalisation de récompense opioïde chez les souris ΔFosB prédisposeraient ces souris à des réponses de récompense améliorées à un tel régime, normalisant ainsi le système de récompense via l'activation de l'hypothalamus. -VTA-NAc circuit. Au cours des six semaines d'exposition au régime, aucune différence dans la prise alimentaire entre les souris ΔFosB et les souris témoins n'a été observée, ce qui suggère que les changements constatés dans les marqueurs biochimiques et moléculaires du signal de récompense chez les souris ΔFosB n'étaient pas dus aux différences dans les calories consommées. Comme prévu, les différences basales détectées dans les récepteurs pCREB, CREB total, BDNF, DARPP-32 et κ-opioïdes entre ΔFosB et les souris témoins ont été atténuées, probablement en raison d'une augmentation de la production de dopamine chez les souris ΔFosB sous HF (29, 39, 41). .

L’examen de la tyrosine hydroxylase et du transporteur de la dopamine dans la VTA a révélé des réponses opposées surprenantes de souris ΔFosB et de souris témoins après HF. Les souris témoins ont montré une diminution de l'expression des transporteurs de la tyrosine hydroxylase et de la dopamine, tandis que les souris ΔFosB ont présenté une expression accrue de ces deux gènes liés à la dopamine. Fait intéressant, l’expression de la tyrosine hydroxylase dans la VTA est modifiée par l’administration chronique de cocaïne ou de méthamphétamine (42-44), ce qui suggère que les souris ΔFosB pourraient trouver la récompense naturelle de HF plus saillante que les souris témoins.

Afin d'examiner de quelle manière une entrée hypothalamique potentielle dans la VTA peut relayer des signaux reflétant le bilan énergétique, l'expression du récepteur de la leptine et du récepteur d'orexine-1 a également été examinée. Les niveaux de leptine circulante sont augmentés par l'HF, et la leptine peut à son tour agir au niveau de la VTA pour modifier la signalisation de la dopamine (18, 45). HF a diminué de façon similaire l'expression du récepteur de la leptine de la VTA chez les souris ΔFosB et les souris témoins, ce qui correspond à la prise de poids et à l'apport alimentaire similaires chez HF. Une teneur élevée en graisse a également augmenté l'expression du récepteur de l'orexine-1 dans la VTA de souris AFFB et de souris témoins. L'orexine active les neurones dopaminergiques dans la VTA, favorise la plasticité de la VTA et augmente les niveaux de dopamine dans le NAc (46-48). Il a été démontré que les régimes riches en graisses augmentaient l'expression de l'ortexine chez la souris, conformément à nos observations (49, 50). Ainsi, une expression accrue du récepteur de l'orexine ainsi que des modifications de la signalisation de la leptine dans la VTA pourraient favoriser la récompense alimentaire chez les souris ΔFosB et les souris témoins, favorisant ainsi la dissociation entre les voies reliant les signaux du bilan énergétique et celles liées directement à la récompense.

Pour examiner les effets du retrait de la récompense sur le stress, les souris ont été examinées dans un test en champ ouvert 24 heures après le retrait de HF. Les souris ΔFosB étaient plus sensibles aux effets aigus du sevrage alimentaire préféré, montrant une activité d'excitation accrue et une production de bolioles fécales dans le nouvel aréna ouvert par rapport à tous les autres groupes témoins et diététiques. Les souris ΔFosB ont également montré un comportement intéressant dans ce test suggérant une sensibilité à la récompense et au stress, le régime HF réduisant initialement la production de cholestérol fécal par rapport à la nourriture, et le retrait augmentant encore cette réponse liée à l’anxiété. Cette augmentation observée de l'activité en champ libre ne correspond pas aux changements d'expression de l'orexine, ce qui suggère une relation avec l'éveil induit par le stress qui n'est pas simplement un effet des changements de la signalisation médiée par l'orexine. Globalement, ces données confortent notre hypothèse selon laquelle les souris ΔFosB seraient plus sensibles aux effets aigus du sevrage alimentaire préféré en raison de leur sensibilité accrue à la récompense..

Comment la surexpression à long terme de ΔFosB dans la NAc entraîne-t-elle de tels changements de comportement et une signalisation de récompense? Nous avons proposé un modèle de détection de coïncidence de la VTA dans lequel une rétroaction altérée de NAc et de l’hypothalamus relaie des signaux concernant l’état de récompense afin de déterminer la régulation du système dopaminergique susceptible de soutenir un lien entre la dérégulation de la voie de récompense et une prédisposition à l’obésité (Fig. 8). Lors de l'exposition HF, plusieurs entrées reflétant à la fois le bilan énergétique et l'état de récompense convergent vers la VTA. L'augmentation de la signalisation de la leptine et de l'orexine, ainsi que la modification de la rétroaction du NAc vers l'hypothalamus latéral, peuvent affecter la réponse de ces signaux orexigènes au HF chez les souris AFOSB (17, 18, 45, 47, 51-53). Des élévations du BDNF induites par un régime alimentaire riche en graisses peuvent fournir une rétroaction de récompense à la VTA, favorisant davantage les modifications de l'expression des gènes liés à la dopamine.

Figure 8

Un régime riche en graisses (HF) normalise la signalisation de récompense dérégulée chez les souris ΔFosB

Ces résultats délimitent les marqueurs moléculaires de la sensibilité à la récompense et indiquent qu'une dysrégulation à long terme du système dopaminergique peut prédisposer un individu à la dépendance et à l'obésité. En outre, ces données constituent une étape importante dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles dans le traitement et la prévention de l'obésité et d'autres troubles susceptibles de se centrer sur le système de récompense. À l'avenir, il sera important d'étudier comment ce système réagit à l'élimination du régime HF, ainsi que toute différence entre les sexes en ce qui concerne la sensibilité à la récompense et l'exposition au régime alimentaire riche en graisses.

Matériel complémentaire

Supp. Les méthodes

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Remerciements

Les auteurs souhaitent remercier Cathy Steffen pour son aide en matière d’élevage et de transfert d’animaux. Ce travail a été financé par une subvention du Centre du diabète de l'Université de Pennsylvanie (DK019525) et par l'Institut national de la santé mentale (R01 MH51399 et P50 MH66172) et de l'Institut national de lutte contre l'abus des drogues (R01 DA07359).

Notes

Informations financières: Tous les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier biomédical ou conflit d'intérêts potentiel.

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