Expression Différentielle Des Protéines FosB Et Des Gènes Cibles Potentielles Dans Certaines Régions Du Cerveau Des Patients Addictifs Et Dépressifs (2016)

  • Paula A. Gajewski,
  • Gustavo Turecki,
  • Alfred J. Robison

Publié: Août 5, 2016

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355

Abstrait

L'exposition chronique au stress ou à l'abus de drogues a été associée à une altération de l'expression des gènes dans tout le corps, et des modifications de l'expression des gènes dans des régions cérébrales distinctes seraient à l'origine de nombreuses maladies psychiatriques, notamment le trouble dépressif majeur et la toxicomanie. Les modèles précliniques de ces troubles ont fourni des preuves des mécanismes de cette expression génique altérée, y compris des facteurs de transcription, mais les preuves soutenant le rôle de ces facteurs chez les patients humains ont été lentes à émerger. Le facteur de transcription ΔFosB est induit dans le cortex préfrontal (PFC) et l'hippocampe (HPC) des rongeurs en réponse au stress ou à la cocaïne, et son expression dans ces régions régulerait leur contrôle «descendant» des circuits de récompense, y compris le noyau accumbens (NAc). Ici, nous utilisons la biochimie pour examiner l’expression de la FosB famille de facteurs de transcription et leurs cibles géniques potentielles dans les échantillons post mortem de PFC et de HPC provenant de patients dépressifs et de cocaïnomanes. Nous démontrons que ΔFosB et d'autres isoformes de FosB sont régulés négativement dans le HPC, mais pas dans le cerveau des individus dépressifs et toxicomanes. De plus, nous montrons que les cibles de transcription ΔFosB potentielles, y compris GluA2, sont également régulées négativement dans le HPC mais pas les PFC des toxicomanes à la cocaïne. Ainsi, nous fournissons la première preuve de FosB expression des gènes dans HPC et PFC humains dans ces troubles psychiatriques et à la lumière de découvertes récentes démontrant le rôle critique de HPC ΔFosB dans les modèles d'apprentissage et de mémoire des rongeurs, ces données suggèrent qu'une réduction de ΔFosB dans HPC pourrait potentiellement être à l'origine de déficits cognitifs accompagnant l'abus chronique de cocaïne ou la dépression.  

Citation: Gajewski PA, Turecki G, AJ Robison (2016) Expression différentielle des protéines FosB et des gènes cibles potentielles dans certaines régions du cerveau de patients toxicomanes et dépressifs. PLoS ONE 11 (8): e0160355. doi: 10.1371 / journal.pone.0160355

Rédacteur en chef: Ryan K. Bachtell, Université du Colorado à Boulder, ÉTATS-UNIS

reçu: Février 29, 2016; Accepté: Juillet 18, 2016; Publié le: 5 août 2016

Droits d'auteur: © 2016 Gajewski et al. Ceci est un article en accès libre distribué selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution, qui autorise une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur tout support, à condition que l'auteur et la source d'origine soient crédités.

Disponibilité des données: Toutes les données pertinentes sont dans le papier.

Financement: Auteur PAG a reçu une subvention salariale de l’auteur AJR de la fondation Whitehall. Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publication ou la préparation du manuscrit.

Intérêts concurrents: Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.

Introduction

Les mécanismes moléculaires et fonctionnels des maladies psychiatriques telles que la dépression et la toxicomanie ne sont pas complètement compris et ces connaissances sont essentielles pour le développement rationnel de traitements nouveaux et améliorés. Des altérations de l'expression des gènes dans le noyau accumbens (NAc) et les régions du cerveau qui exercent un contrôle descendant sur la fonction NAc, comme le cortex préfrontal (PFC) et l'hippocampe (HPC), ont été impliquées dans la pathogenèse de la dépendance et de la dépression par de nombreuses études. dans les deux organismes modèles et dans le cerveau humain post-mortem [1-5]. De nombreux traitements actuels de la dépression agissent en améliorant de manière chronique la signalisation sérotoninergique et / ou dopaminergique. Pratiquement tous les médicaments abusifs affectent la signalisation de la dopamine dans l’ANac. En outre, la toxicomanie et la dépression sont très comorbides, près du tiers des patients atteints de trouble dépressif majeur étant également atteints de troubles liés à l'utilisation de substances psychoactives et présentant une comorbidité entraînant un risque suicidaire plus grand et des troubles sociaux et personnels plus importants [6, 7]. Pris ensemble, ces données suggèrent que des mésaptions chroniques dans le circuit dopaminergique mésolimbique et les structures associées peuvent être à la base de la dépendance et de la dépression, et que des changements dans l'expression des gènes joueront probablement un rôle crucial dans ces mésadaptations.

À mesure que la dépression et la dépendance se développent avec le temps, elles peuvent être liées à une exposition chronique au stress et / ou à la toxicomanie [8, 9], et parce que les antidépresseurs typiques qui ciblent la signalisation sérotoninergique et dopaminergique nécessitent plusieurs semaines de traitement pour être efficaces [10], il semble probable que la pathogenèse de ces maladies et les mécanismes de leur traitement soient liées à à long terme, changements dans l'expression des gènes. De tels changements pourraient résulter de modifications épigénétiques de la structure des gènes, et il est de plus en plus évident que la méthylation de l'ADN et les modifications de l'histone jouent un rôle clé dans le traitement de la toxicomanie et de la dépression [11-14]. Toutefois, cela n'exclut pas un rôle potentiel des facteurs de transcription dans ces processus, en particulier des facteurs de transcription stables induits par l'activation neuronale chronique. Un tel facteur de transcription est ΔFosB [1, 15, 16], une variante d’épissure réalisée à partir du FosB gène. Contrairement à la protéine FosB complète, ΔFosB est remarquablement stable par rapport aux autres produits de gènes précoces immédiats (demi-vie de jusqu'à 8 jours dans le cerveau [17]), principalement en raison de la troncature de deux domaines de degron dans l'extrémité c-terminale [18], ainsi qu’une phosphorylation stabilisante chez Ser27 [19, 20]. Le ΔFosB est induit dans tout le cerveau du rongeur, y compris le NAc et les structures associées, par le stress [21-23], antidépresseurs [22], et drogues d'abus [24]. En outre, les modèles de rongeurs impliquent l'expression de ΔFosB dans NAc dans les deux addictions [20, 25] et la dépression [26, 27] et des études récentes suggèrent un rôle de ΔFosB dans ces maladies dans les PFC [21] et HPC [28]. Dans la NAc, l'expression de ΔFosB favorise l'augmentation de la sensibilisation psychomotrice aux psychostimulants chez les rongeurs et leur récompense20, 25]. NAc ΔFosB agit également en tant que facteur de résistance dans le modèle de dépression sociale chronique chez la souris, dont l’expression est nécessaire à la fonction antidépressive [26]. En revanche, l’expression de ΔFosB dans les PFC favorise la sensibilité à la défaite sociale chez la souris [21], suggérant que ΔFosB joue des rôles très différents dans le circuit de récompense et dans les régions du cerveau qui l’innervent. Enfin, ΔFosB est induit dans le HPC dorsal de souris par apprentissage et sa fonction est nécessaire pour la formation d'une mémoire spatiale normale [28], fournissant un mécanisme possible pour les déficits cognitifs accompagnant souvent l'exposition chronique au médicament et / ou la dépression [29-31].

Comme ΔFosB est un facteur de transcription, il est généralement présumé qu’il exerce ses effets biologiques en modulant l’expression de gènes cibles sélectionnés, et beaucoup de ces gènes cibles ont été impliqués dans la dépression et la toxicomanie. ΔFosB régule l’expression de multiples sous-unités des récepteurs du glutamate de type acide α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-A-isoxazolepropionique (AMPA) et N-méthyl-D-aspartate (NMDA) [NMDA] [25, 26, 32], et ces récepteurs ont été directement impliqués dans la toxicomanie [33, 34], dépression [35, 36] et la fonction antidépressive [36, 37]. ΔFosB régule également l’expression de molécules de signalisation, comme la protéine kinase II α (CaMKIIα) dépendante du calcium / calmoduline, qui a été liée à de nombreux troubles psychiatriques [38], et nous avons montré que cette régulation de l’expression de CaMKII chez la souris entraîne une sensibilisation psychomotrice à la cocaïne [20] et la fonction antidépressive [27]. De plus, AFOSB régule l’expression de la kinase dépendante de la cycline 5 (cdk5) [39], qui est induite dans le striatum par une exposition psychostimulante et par le stress [40-42] et régule les réponses psychomotrices et motivationnelles à la cocaïne [43]. Ainsi, il existe des preuves solides dans les modèles de rongeurs que l'induction de ΔFosB dans plusieurs régions du cerveau par le stress, les antidépresseurs et les drogues d'abus peut réguler les comportements liés à la dépression et à la dépendance en modulant l'expression de gènes cibles sélectionnés dans des régions cérébrales discrètes.

Bien que les modèles précliniques de toxicomanie et de dépression aient été assez fructueux, il est essentiel d'étayer les conclusions des modèles animaux avec des preuves provenant d'études sur l'homme si nous souhaitons traduire les mécanismes moléculaires potentiels en de nouvelles options de traitement. Nous avons précédemment démontré que ΔFosB est régulé positivement dans la NAc des toxicomanes humains [20] et réduit dans le NAc des humains déprimés [26]. Cependant, la réglementation de FosB L'expression du produit génique dans HPC et PFC, régulateurs critiques de l'activation neuronale de NAc, n'avait pas encore été étudiée dans le cerveau humain, pas plus que la régulation de l'expression potentielle du gène cible ΔFosB. Nous avons donc examiné l'expression de FosB produits géniques, ainsi que l’expression de gènes cibles potentiels ΔFosB, dans le PFC et le HPC de patients souffrant de trouble dépressif majeur ou de dépendance à la cocaïne.

Matériels et méthodes

Échantillons humains

Les tissus cérébraux humains post mortem ont été obtenus de la banque de cerveaux Douglas Bell-Canada (Institut universitaire en santé mentale Douglas, Montréal, Québec, Canada). Des informations sur l’usage de substances psychoactives chez les toxicomanes, les patients déprimés et les témoins appariés sont disponibles dans Tableau 1. La conservation des tissus s’effectue essentiellement comme décrit [44]. En bref, une fois extrait, le cerveau est placé sur de la glace mouillée dans une boîte en polystyrène et se précipite aux installations de la banque de cerveaux Douglas Bell-Canada. Les hémisphères sont immédiatement séparés par une coupure sagittale au milieu du cerveau, du tronc cérébral et du cervelet. Les vaisseaux sanguins, la glande pinéale, le plexus choroïde, le demi-cervelet et le demi-tronc cérébral sont généralement disséqués de l'hémisphère gauche, qui est ensuite découpé coronalement en tranches de 1 d'une épaisseur de 1 cm avant d'être congelé. Le dernier demi-cervelet est coupé sagittalement en tranches de 1cm-épais avant la congélation. Les tissus sont congelés dans du 2-méthylbutane à -40 ° C pendant ~ 60 sec. Tous les tissus congelés sont conservés séparément dans des sacs en plastique à -80 ° C pour un stockage à long terme. Des régions spécifiques du cerveau sont disséquées à partir de tranches coronales congelées sur une plaque en acier inoxydable recouverte de neige carbonique afin de contrôler la température de l'environnement. Les échantillons de PFC proviennent de la région de Brodmann 8 / 9, et les échantillons de HPC sont prélevés dans la masse centrale de la formation de l'hippocampe (Fig 1).

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Fig 1. Diagramme des régions de dissection pour des échantillons de cerveau humain.

Les dessins représentent les sections coronales antérieure (A) et postérieure (B) du cerveau humain utilisé pour la dissection d'échantillons de PFC et d'échantillons (C) HPC. Les cases rouges soulignent les zones de dissection. SFG: gyrus frontal supérieur; MFG: gyrus frontal moyen; IG: gyrus insulaire; FuG: gyrus fusiforme.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.g001

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Tableau 1. Dépendance aux substances, toxicologie et utilisation d'antidépresseurs chez les toxicomanes humains à la cocaïne, les patients souffrant de dépression et les groupes témoins appariés.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.t001

Échantillons de souris

L’étude a suivi les directives décrites dans le Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire, huitième édition (Institut des ressources en animaux de laboratoire, 2011). Avant tout test, toutes les procédures expérimentales étaient approuvées par le comité de protection et d'utilisation des animaux de la Michigan State University. Si un animal présente un manque de toilettage, une infection, une perte de poids importante ou une immobilité, l'animal est euthanasié. Dans la présente étude, aucun animal n’avait besoin d’une telle euthanasie avant le résultat expérimental. Après l’arrivée sur le site, des souris mâles C7BL / 57 âgées de 6 (Le Laboratoire Jackson, Bar Harbor, ME, États-Unis) ont été logées dans un groupe à 4 par cage dans une chambre de colonie à température constante (23 ° C) pendant au moins 3 jours avant l’expérimentation dans un cycle lumière / obscurité 12 h avec ad libidum Nourriture et eau. Les souris ont reçu une cocaïne chronique (7 mg / kg) ou une solution saline stérile (15%) au moyen d'une injection intrapéritonéale (chronique) (jours 0.9) ou aiguë (injection unique), et ont été sacrifiées par luxation une heure après la dernière injection. Le tissu a été récolté immédiatement (Fig 2) ou à divers moments après le sacrifice (Fig 3).

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Fig 2. Comparaison des protéines FosB humaines et murines.

(A) Le transfert de Western de protéines de l'hippocampe avec l'anticorps FosB révèle plusieurs bandes supplémentaires dans un échantillon de HPC typique de toxicomane humain cocaïne par rapport à un HPC de souris traité à la cocaïne chronique (15 mg / kg pendant 7 jours). Les nouvelles bandes apparaissent à 20 kDa, 23 kDa (flèche blanche) et 30 kDa (flèche noire). (B) Diagrammes de corrélation et de régression linéaire de l'expression des protéines pour chaque bande dans les échantillons humains avec l'intervalle post mortem (temps entre la mort et la congélation du cerveau) pour chaque échantillon humain. Les lignes en pointillé représentent le% d'intervalle de confiance 95; aucune pente de régression linéaire ne différait significativement de 0.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.g002

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Fig 3. Expression des protéines FosB dans le HPC de souris après des intervalles prolongés post-mortem.

Les cerveaux de souris ayant reçu une injection aiguë de cocaïne (15 mg / kg ip) ont été laissés sur place pour 0, 1 ou 8 heures après le sacrifice avant la récolte du HPC. Le Western Blot révèle l'accumulation d'une bande 23 kDa chez les animaux 8 hr, mais ne montre pas d'autres bandes trouvées dans des échantillons HPC humains.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.g003

Western Blot

Les cerveaux de souris ont été extraits rapidement sur de la glace puis coupés en tranches de 1 mm, puis l’hippocampe dorsal a été prélevé à l’aide d’un poinçon 12 et immédiatement congelé sur de la neige carbonique. Les échantillons humains et de souris ont été homogénéisés par sonication légère dans un tampon RIPA modifié (10 mM Tris base, 150 mM chlorure de sodium, 1 mM EDTA, 0.1% sodium dodécyl sulfate, 1% Triton X-100, 1% sodium sodium, désoxycholate, 7.4, inhibiteurs de la protéase et de la phosphatase [Sigma Aldrich]). La concentration a été mesurée à l'aide du dosage de la protéine DC (BioRad) et les échantillons de gel ont été normalisés pour la protéine totale. Les protéines ont été séparées sur des gels à gradient de polyacrylonamide 4 – 15% (Criterion System, BioRad), et un transfert Western a été effectué par chimioluminescence (SuperSignal West Dura, Thermo Scientific). La protéine totale a été testée en utilisant une coloration à membrane Swift (G Biosciences) et les protéines ont été quantifiées en utilisant le logiciel ImageJ (NIH). Les anticorps primaires ont été utilisés pour détecter les isoformes FosB (5G4; 1; 500; Signal (2251: 2; Santa Cruz, sc-3), GAPDH (1: 1,000; Cell Signaling, 07).

Données statistiques

Toutes les analyses statistiques ont été effectuées à l'aide du progiciel Prism 6 (GraphPad). Une analyse de régression linéaire a été utilisée pour déterminer si l'expression de FosB les produits géniques ont été mis en corrélation avec l'intervalle post mortem. La pente de chaque ligne de régression linéaire a été testée pour déterminer la différence significative par rapport à zéro. Les tests t de Student ont été utilisés pour toutes les comparaisons par paires entre les personnes dépendantes et les dépendantes à la cocaïne (indiquées dans Résultats où la valeur t est donnée). Des ANOVA unidirectionnelles ont été utilisées pour toutes les comparaisons multiples entre des témoins, des personnes dépressives avec antidépresseurs à bord ou des personnes dépressives sans antidépresseurs (indiqué dans les résultats où la valeur F est donnée). Les ANOVA à un facteur ont été suivies par Tukey post hoc test. P <0.05 était considéré comme significatif.

Resultats

Nos études récentes indiquent que les trois principaux produits de la FosB gène dans le cerveau, FosB de longueur complète (~ 50 kDa), ΔFosB (~ 35 – 37 kDa) et Δ2ΔFosB (~ 25 kDa), sont induits différentiellement dans les régions associées à la récompense du cerveau de souris en réponse au stress et au traitement par antidépresseur [22] et d’autres antigènes apparentés à Fos probablement produits par le FosB ont également été observés dans le cerveau de souris [45-47]. Par conséquent, nous avons d'abord cherché à déterminer si le cerveau humain exprime un schéma de FosB produits géniques similaires à ceux trouvés dans le cerveau de souris. Nous avons comparé un échantillon HPC typique d'un toxicomane humain (Tableau 2) au HPC d'une souris ayant pris de la cocaïne chronique (15, mg / kg, ip pour 7 jours). Les trois principaux FosB des produits géniques ont été trouvés dans les tissus cérébraux de la souris et de l'homme, mais des bandes supplémentaires ont été observées dans l'échantillon humain par rapport à la souris (Fig 2A). Les bandes à ~ 30 kDa, ~ 23 kDa et ~ 20 kDa sont apparues dans des échantillons humains mais n'ont pas été observées dans des échantillons de souris. Nous avons postulé que ces bandes pourraient représenter des produits protéolytiques résultant de la dégradation de FosB ou de ΔFosB en raison de l’intervalle post mortem étendu (PMI) dans nos échantillons humains (Tableau 2). Cependant, aucune corrélation n’a été trouvée entre l’intensité de ces nouvelles bandes et le PMI (Fig 2B), ou entre le PMI et les principaux produits géniques, FosB, ΔFosB et Δ2ΔFosB (Fig 2B), c’est-à-dire qu’aucune des lignes de régression n’avait une pente significativement différente de zéro. Ainsi, ces nouvelles bandes pourraient ne pas être des produits de dégradation protéolytique résultant d’un temps prolongé entre la mort et la congélation des tissus.

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Tableau 2. Données démographiques sur les cocaïnomanes, les patients dépressifs et les groupes témoins correspondants.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.t002

Pour approfondir cette recherche, nous avons administré aux souris une seule injection de cocaïne (15 mg / kg, ip) ou de solution saline et les avons sacrifiées une heure plus tard par dislocation cervicale. Les cerveaux ont ensuite été laissés sur place pendant zéro, une heure ou huit heures avant le prélèvement des échantillons. Nous avons noté des produits de dégradation (Fig 3), le plus important étant ~ 23 kDa, mais le motif obtenu ne correspond pas à celui observé dans les échantillons HPC humains. Prises ensemble, ces données indiquent qu’il existe dans le cerveau humain d’antigènes supplémentaires apparentés à Fos qui pourraient FosB produits géniques et ne sont probablement pas le résultat d’une protéolyse de FosB ou de ΔFosB.

Nous avons ensuite cherché à déterminer si la dépendance à la cocaïne, la dépression non traitée ou la dépression associée à une exposition aux antidépresseurs étaient associées à des modifications de la FosB produits de gènes dans HPC ou PFC humain. Les patients et les sujets témoins ont été choisis de telle sorte qu’il n’y ait pas de différence significative entre l’âge moyen, le sexe, le pH cérébral et le PMI (Tableau 1). Dans les échantillons prélevés chez des patients cocaïnomanes, le Western blot n'a révélé aucune différence dans l'expression de l'isoforme FosB dans le PFC par rapport aux témoins (Fig 4A et 4B). Cependant, nous avons observé une diminution marquée du HPC des personnes dépendantes de la cocaïne dans le FosB de pleine longueur (t(35) = 2.67, p = 0.012), ΔFosB (t(31) = 2.81, p = 0.009), ainsi que dans les trois nouveaux groupes, 30 kDa (t(34) = 2.71, p = 0.011), 23 kDa (t(15) = 2.7, p = 0.016) et 20 kDa (t(13) = 2.43, p = 0.031), et une tendance à la baisse de Δ2ΔFosB (t(29) = 2.03, p = 0.052). De même, dans les échantillons provenant de patients souffrant de dépression, il n’existait aucune différence dans l’expression d’un isoforme de FosB dans le PFC, tandis que le HPC affichait une diminution de la longueur totale de FosB (F (2,35) = 1.98, p = 0.048) et de ΔFosB ( F (2,30) = 1.38, p = 0.027), ainsi que dans la bande 23 kDa (F (2,21) = 2.05, p = 0.022) et dans la bande 20 kDa (F (2,18) = 0.97, p = 0.028) (Fig 4C et 4D). Ces données suggèrent que FosB l'expression génique dans HPC est réduite dans de multiples conditions psychiatriques alors que l'expression de PFC n'est pas affectée.

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Fig 4. Expression des protéines FosB dans les HPC et les PFC de patients souffrant de toxicomanie à la cocaïne et de dépression.

(A) Western blot de protéines FosB provenant du HPC et du PFC des cocaïnomanes humains (Coc) et des témoins (Con). (B) La quantification révèle une diminution dépendante de la cocaïne dans de nombreuses protéines FosB dans le HPC mais pas PFC (*: p <0.05, #: p = 0.05). (C) Western blot de protéines FosB du HPC et du PFC de patients dépressifs humains hors (Dep) ou sur les antidépresseurs (Dep + AD) et les contrôles (Con). (D) La quantification révèle une diminution dépendant de la dépression de certaines protéines FosB dans le HPC mais pas de PFC (*: p <0.05). Les barres d'erreur indiquent la moyenne +/- SEM.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.g004

Les preuves directes de la régulation de la transcription par les gènes cibles de la régulation de la transcription ΔFosB dans l'HPC sont rares, la protéine kinase 5 (cdk5) dépendante de la cycline étant une cible confirmée après stimulation électroconvulsive chez la souris [39]. Cependant, de nombreux autres gènes sont des cibles connues pour la régulation de la transcription ΔFosB dans d'autres régions du cerveau, en particulier dans le NAc. Ceux-ci incluent un certain nombre de gènes essentiels à la fonction cellulaire et à la plasticité synaptique de l'hippocampe, tels que GluA2 [48] et CaMKII [20]. Par conséquent, nous avons utilisé le Western Blot pour évaluer les niveaux de gènes cibles potentiels de ΔFosB dans HPC et PFC de patients dépendants de la cocaïne et déprimés. Nous n’avons trouvé aucune différence significative entre les niveaux protéiques des gènes cibles candidats dans le PFC des individus dépendants de la cocaïne, alors que le HPC a montré une diminution significative de GluA2 (t (34) = 2.31, p = 0.027) et une forte tendance à la baisse du taux de protéines). Niveaux de CaMKII (t (35) = 1.99, p = 0.053), alors que cdk5 est resté inchangé (Fig 5A et 5B). Dans les PFC et les HPC de patients déprimés, l’expression des gènes cibles ΔFosB n’a pas changé (Fig 5C et 5D). Ces données suggèrent que ΔFosB pourrait réguler l'expression de gènes cibles potentiels dans HPC humain, et que cette régulation pourrait être spécifique à la région du cerveau et à la maladie.

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Fig 5. Expression de protéines cibles possibles du gène ΔFosB dans les HPC et les PFC de patients souffrant de toxicomanie à la cocaïne et de dépression.

(A) Western blot de protéines cibles potentielles du gène ΔFosB à partir du HPC et du PFC des consommateurs de cocaïne humains (Coc) et des témoins (Con). (B) La quantification révèle une diminution dépendante de la cocaïne dans tous les GluA2 et CaMKII dans le HPC mais pas PFC (*: p <0.05, #: p = 0.05). (C) Western blot de protéines cibles potentielles du gène ΔFosB à partir du HPC et du PFC de patients dépressifs humains hors (Dep) ou sur des antidépresseurs (Dep + AD) et des contrôles (Con). (D) La quantification ne révèle aucun changement dépendant de la dépression. Les barres d'erreur indiquent la moyenne +/- SEM.

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0160355.g005

Discussion

Nous présentons ici la première compilation de FosB analyse du produit génique et de la protéine ΔFosB-cible dans l'hippocampe et le cortex préfrontal de toxicomanes à la cocaïne et de patients dépressifs. Ces régions du cerveau sont connues pour jouer un rôle clé dans la physiopathologie de ces maladies, et l'utilisation d'échantillons post-mortem humains nous permet: 1) de déterminer si les altérations moléculaires trouvées dans des modèles de rongeurs bien étudiés sont récapitulées chez l'homme ; 2) identifient de nouvelles voies à étudier dans des modèles de rongeurs en vue d’une intervention thérapeutique potentielle. Nos analyses ont porté sur l’expression de FosB produits de gènes, car il a été suggéré que leur expression dans ces régions joue un rôle dans la dépression et est induite par l'exposition à la cocaïne chez des modèles de rongeurs [21, 22, 24]. Lors de l'examen initial des niveaux de protéine FosB dans nos échantillons humains, il était clair que notre anticorps anti-FosB avait détecté plus de bandes que celles précédemment rapportées dans des échantillons de cerveau de rongeur par notre groupe et beaucoup d'autres [1, 22]. Comme le cerveau humain est gelé des heures après le décès, tandis que les échantillons de souris sont prélevés et congelés dans les deux minutes suivant le sacrifice, nous avons laissé le cerveau de la souris. sur place après un sacrifice, pendant huit heures au maximum, pour déterminer si des bandes similaires seraient créées. Cependant, comme nous n’avons pas observé le même schéma de protéines FosB que l’on trouve dans les échantillons humains et que nous n’avons trouvé aucune corrélation entre la longueur de PMI et les niveaux des différentes bandes dans des échantillons humains, nous avons conclu que de nombreuses bandes dans il est peu probable que les échantillons de cerveau humain résultent de la dégradation protéolytique d’isoformes de FosB plus grandes. Bien que nous ne puissions pas exclure des différences dans les mécanismes protéolytiques entre les espèces, nous suggérons que certaines des bandes humaines puissent résulter d'un épissage différentiel de l'ARNm de FosB, et les futures études de notre groupe aborderont cette question.

Des résultats antérieurs d'études sur des rongeurs ont révélé une augmentation des isoformes de FosB dans les HPC et les PFC après la consommation chronique de cocaïne [24]. Cependant, dans notre cohorte d'individus dépendants à la cocaïne, nous avons constaté une diminution de toutes les isoformes de FosB dans HPC, sans modification du PFC par rapport aux individus témoins. Nous pensons que cela peut être dû aux différences inhérentes entre les études sur les rongeurs et les cas de dépendance humaine. Les études sur la dépendance à la cocaïne ne durent que pendant une petite fraction de la vie du rongeur et aucune étude sur l'induction de ΔFosB n'a à ce jour dépassé le nombre de jours 14 d'exposition continue à la cocaïne [1, 20]. Les consommateurs de cocaïne peuvent être toxicomanes pendant des périodes beaucoup plus longues, ce qui peut entraîner des effets homéostatiques FosB gène à réprimer dans HPC. En outre, de nombreuses études ont démontré que la dépendance à long terme aux psychostimulants est accompagnée d'une fonction cognitive réduite [9, 49]. Nos travaux récents démontrent que HPC ΔFosB joue un rôle essentiel dans l’apprentissage [28], et donc la diminution de HPC FosB L'expression des gènes chez les toxicomanes à la cocaïne illustrés ici peut représenter un mécanisme de déclin cognitif de la dépendance aux psychostimulants. Avec diminution de l'expression de la FosB HPC, nous avons également observé une diminution des niveaux de protéines des gènes cibles ΔFosB candidats, GluA2 et CaMKII, et ces deux molécules sont également essentielles pour la fonction et l’apprentissage de HPC [50] et ont déjà été liés à la dépendance [38, 51].

Dans le HPC des patients déprimés, nous avons observé une diminution du nombre de protéines FosB multiples, selon que les patients prenaient des antidépresseurs ou non. Cela peut indiquer que les antidépresseurs ont des effets différentiels sur l'épissage ou la stabilité des FosB produits du gène, bien que nos études précédentes chez les rongeurs n’ont révélé aucune différence de ce type [22]. Cependant, il n'y avait aucune différence dans l'expression de gènes cibles potentiels dans les HPC ou les PFC de ces patients. Bien que la dépression majeure soit souvent accompagnée de problèmes cognitifs [52], il est probable que le HPC ΔFosB n’est pas le seul facteur modifié en réponse à la dépression. Alors que les toxicomanes à la cocaïne présentaient des modifications du HPC ΔFosB et de l’expression du gène cible, la dépression pourrait entraîner différents mécanismes compensatoires empêchant la réduction de l’expression de GluA2 ou de CaMKII. Ainsi, les futures études permettront de déterminer si des changements dans l’expression des gènes HPC dans la dépression et la dépendance découlent de mécanismes similaires.

Il est essentiel de noter que les populations humaines utilisées dans cette étude n’ont pas l’homogénéité des modèles précliniques de rongeurs ou de primates. Par exemple, cinq des patients déprimés souffraient d'alcoolisme et deux d'opiacés à bord au moment du décès. De même, six des individus dépendants de la cocaïne avaient utilisé des antidépresseurs au cours des trois mois précédant le décès. Bien que cela ne soit pas surprenant, étant donné que la dépression et la dépendance ont un taux élevé de comorbidité [6, 7], cela complique l'interprétation des résultats. Nous n’observons aucune différence significative dans l’une de nos mesures biochimiques entre les sujets dépendants de la cocaïne qui avaient des antidépresseurs à bord et ceux qui n’en avaient pas, et nous n’observons pas de différences entre les patients déprimés ayant une dépendance à une substance et ceux qui n’en ont pas (données non présentées). ). Toutefois, cela exclut les effets de la dépression et de la dépendance sur les mesures qui se chevauchent ou sont synergiques. Au contraire, alors que nous observons des diminutions similaires de l’expression de l’isoforme HPC FosB avec dépression et dépendance, il est possible que la réduction de HPC FosB l'expression génique est un mécanisme commun entre les deux conditions et peut contribuer à la comorbidité. L'étude de cette hypothèse nécessitera des cohortes de sujets humains beaucoup plus vastes et des études précliniques supplémentaires.

En conclusion, nous constatons que plusieurs FosB les produits géniques sont régulés négativement dans le HPC, mais pas dans le PFC, des humains souffrant de dépendance et de dépression. Bien que nous ne puissions pas établir de lien étiologique entre ce phénomène et les états pathologiques, il est possible que des diminutions de HPC ΔFosB et / ou d’autres isoformes de FosB soient en partie à la base des déficits cognitifs associés à la dépression et à la dépendance, ou contribuent à la comorbidité de ces troubles psychiatriques. les troubles.

Remerciements

Les auteurs souhaitent remercier Kenneth Moon pour son assistance technique excellente.

Contributions d'auteur

  1. Conçu et conçu les expériences: AJR PAG.
  2. Effectué les expériences: AJR GT PAG.
  3. Analysé les données: PAG AJR.
  4. Contribué réactifs / matériaux / outils d'analyse: GT.
  5. A écrit le papier: PAG AJR.

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