Identifier
Institut Nathan Kline, Orangeburg, New York, 10962, États-Unis. [email protected]
Abstract
Les enfants et les adolescents sont de plus en plus exposés à des psychostimulants, soit de manière illicite, soit pour le traitement d'affections neuropsychiatriques courantes, telles que le déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité. Malgré l'utilisation répandue de stimulants psychomoteurs dans les groupes d'âge plus jeunes, on en sait peu sur les réponses neuroadaptives moléculaires chroniques à ces agents dans le cerveau immature. Nous démontrons ici que, après l'administration chronique des psychostimulants cocaïne et amphétamine, le facteur de transcription DeltaFosB est régulée à la hausse dans le noyau accumbens de périadolescent souris mais pas en post-sevrage ou adulte souris. Induction de DeltaFosB se produit également exclusivement dans le putamen caudé de périadolescent souris après amphétamine administration. Ces résultats démontrent la plasticité unique du cerveau adolescent d’une molécule critique régulant l’action psychostimulante et suggèrent que ces modifications neuroadaptives pourraient être impliquées dans la médiation de améliorée tendances addictives chez l'adolescent par rapport à l'adulte.
Introduction
Les psychostimulants sont utilisés dans le traitement de troubles infantiles courants, tels que le trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention. En outre, l’abus de stimulants, notamment d’amphétamine et de cocaïne, est courant chez les adolescents, un âge où il existe des preuves d’une tendance accrue à la dépendance par rapport aux adultes (Estroff et al., 1989; Myers et Anderson, 1991). Malgré les données indiquant des effets comportementaux régulés sur le développement, on sait peu de choses sur les réponses neuroadaptives moléculaires dans le cerveau immature qui se produisent pendant l'administration de ces agents. La cocaïne et l’amphétamine peuvent modifier en partie le comportement de façon durable en stimulant la dopamine D1récepteurs et l’augmentation des taux de facteurs de transcription, y compris ΔFosB, dans le striatum dorsal (c’est-à-dire le putamen caudé) et le striatum ventral (c.-à-d. le noyau accumbens) (Chen et al., 1997). Les augmentations des niveaux de ΔFosB, peut-être via la stabilisation de produits protéiques, sont maintenues pendant plusieurs semaines après une exposition chronique à la cocaïne ou à l'amphétamine et sont régulées au moins en partie par la voie de transduction du signal de la dopamine (Chen et al., 1997; Nestler et al., 2001).
Le système dopaminergique central des jeunes animaux est très instable en raison de l'évolution des taux de molécules critiques au cours du développement normal, notamment de la dopamine D1récepteur DARPP-32 (phosphoprotéine régulée par la dopamine et l’AMPc; Mr 32 kDa) et AMPc (Ehrlich et al., 1990;Teicher et al., 1993; Perrone-Capano et al., 1996; Tarazi et al., 1999;Andersen, 2002). L'exposition pendant cette période à des psychostimulants, qui améliorent la neurotransmission dopaminergique, peut donc entraîner des réponses moléculaires quantitativement et / ou qualitativement différentes, y compris des altérations de l'expression de ΔFosB. Afin de vérifier l’hypothèse de réponses neuroadaptives dépendant de l’âge lors d’une exposition chronique à des psychostimulants, trois groupes de souris ont été analysés dans le cadre d’expériences en série: adultes (60 d au début des injections), péri-adolescent (33 d au début des injections), et post-sevrage (24 d au début de l’injection). Il s’agit de la première comparaison directe des réponses neuroadaptives moléculaires à une exposition chronique aux psychostimulants dans ces trois groupes d’âge. Nous avons constaté que, après des paradigmes de traitement identiques, les souris péri-adolescentes présentent une régulation à la hausse de ΔFosB en réponse à la cocaïne et à l'amphétamine.
Matériels et méthodes
Animaux et administration de médicaments. Des souris CD-1 mâles (Charles River Laboratories, Kingston, NY) ont été logées sur un cycle lumière / obscurité 12 hr (6: 00 AM à 6: 00 PM) avec ad libitumaccès à la nourriture et à l'eau. Les animaux ont été autorisés à s’installer dans leur animalerie pendant au moins 10 d avant le début des injections. Les animaux ont été manipulés par deux enquêteurs qui ont effectué toutes les injections dans la même pièce que celle où ils étaient logés. Tous les animaux ont été sevrés à l'âge de 21. Les injections ont commencé à l'âge de 24 (post-sevrage), 33 (péri-adolescent) ou 60 (adulte). Les animaux ont reçu 20 mg / kg de cocaïne (Sigma, St. Louis, MO), 5 mg / kg d'amphétamine (Sigma) ou un volume égal de solution saline par voie intrapéritonéale entre 4: 00 et 5: 00 PM tous les jours pour 7 d. Les animaux ont été sacrifiés par décapitation après une brève exposition au CO2 chez 10: 00 AM le lendemain de la dernière injection. Les cerveaux ont été immédiatement retirés du crâne et le putamen caudé et le noyau accumbens ont été rapidement disséqués sur la glace. Toutes les dissections ont été effectuées à partir de tranches de cerveau coronales par un seul investigateur, et des extraits de protéines ont été préparés à partir de tissu frais sans congélation. Toutes les procédures animales ont été approuvées par le comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux et étaient conformes aux National Institutes of Health. Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire.
Analyse par Western blot. Pour les analyses Western blot, des quantités égales de protéines (40 μg pour le putamen caudé et 20 μg pour le noyau accumbens) de chaque échantillon ont été chargées dans chaque piste d’un gel 10% SDS-polyacrylamide après mesure des concentrations en protéines avec le dosage BCA (test de Pierce, 2002). Rockford, IL). Une charge protéique égale a également été vérifiée par visualisation de la protéine totale par Ponceau Red après transfert sur nitrocellulose et / ou transfert avec un anticorps anti-actine (1: 500; Sigma). L’antisérum d’antigène apparenté à Fos (FRA), qui reconnaît les isoformes de ΔFosB, a été généreusement fourni par le Dr M. Iadarola (Instituts nationaux de la santé, Bethesda, MD) et utilisé à une concentration de 1: 4000. Études précédentes (Chen et al., 1997; Hiroi et al., 1997), y compris la pré-adsorption de l’antisérum de FRA avec l’immunogène du peptide M, ont démontré la spécificité de cet antisérum. L'anticorps monoclonal DARPP-32 5a, utilisé sur 1: 10,000, a été généreusement fourni par les Drs. Hugh Hemmings et Paul Greengard (Université Rockefeller, New York, NY). L’anticorps du transporteur de la dopamine (DAT) provenait de Chemicon (Temecula, CA). Les blots ont été mis à réagir avec le système de chimioluminescence NEN-DuPont (Boston, MA) et exposés à un film. Les valeurs densitométriques pour l'immunoréactivité ΔFosB ont été obtenues à l'aide de ScanAnalysis pour Apple (Biosoft, Ferguson, MO). La signification statistique a été déterminée en utilisant une ANOVA à une voie, suivie par post hoc Test de comparaison multiple de Tukey ou d'un étudiant bilatéral non apparié t test comme indiqué dans les légendes des figures. Pour les expériences de traitement de la toxicomanie, l'analyse de chaque groupe d'âge a été effectuée sur un transfert séparé et, par conséquent, une valeur 100% a été attribuée à chaque groupe de solution saline pour comparaison entre les groupes d'âge. Pour les études d’ontogenèse, des échantillons de tous les groupes d’âge ont été analysés ensemble sur un seul transfert.
RÉSULTATS
L'induction de ΔFosB après la présence de cocaïne et d'amphétamine dans le noyau accumbens de seules souris péri-adolescentes
L'expression de ΔFosB a été mesurée dans le noyau accumbens et le putamen caudé de souris post-sevrage, péri-adolescentes et adultes après l'administration de 7 d d'amphétamine ou de cocaïne. Le noyau accumbens est la région cérébrale considérée comme essentielle pour la médiation des effets gratifiants des psychostimulants. Une immunoréactivité de ΔFosB (35 kDa) a été induite sélectivement dans le noyau accumbens d’animaux péri-adolescents après une administration chronique d’amphétamine (Fig. 1 A) ou de la cocaïne (Fig. 1 B). En revanche, les niveaux de ΔFosB (35 kDa) n’ont pas été altérés de manière significative dans le noyau accumbens des animaux après sevrage ou des animaux adultes (Fig.1 A,B). Dans le putamen caudé, les taux de ΔFosB (35 kDa) étaient également significativement augmentés après une administration chronique d’amphétamine uniquement chez les animaux péri-adolescents (Fig.2 A). Les trois groupes d’âge ont montré une augmentation significative de l’expression de ΔFosB (35 kDa) dans le putamen caudé après administration chronique de cocaïne (Fig.2 B). L’ampleur de l’induction, cependant, était la plus grande chez les animaux péri-adolescents, particulièrement en comparaison avec les post-sevrés (Fig. 2 B). Les autres isoformes de FRA et de Fos n'ont pas été modifiées dans tous les groupes d'âge (données non présentées).
Immunoréactivité du ΔFosB dans le noyau accumbens après administration chronique de psychostimulants. Les souris CD-1 ont reçu une injection quotidienne de solution saline, d’amphétamine ou de cocaïne pour 7 d commençant le jour 24 (P24; post-sevrage), jour 33 (P33; péri-adolescent) ou le jour 60 (Adulte). Les taux d’immunoréactivité de ΔFosB (35 kDa) dans le noyau accumbens sont présentés après un traitement chronique par l’amphétamine (A) ou de la cocaïne (B) administration. Représentant immunoblots de solution saline- (S), amphétamine- (A) et de la cocaïne- (C) injecté après le sevrage (P24), péri-adolescent (P33), et les souris adultes sont montrées dans le panneaux supérieurs. Panneaux de fond montrent le pourcentage moyen ± SEM de l'expression ΔFosB basale. n les valeurs de chaque groupe sont indiquées dans le barres. Des augmentations significatives de ΔFosB ont été observées dans le noyau accumbens des souris péri-adolescentes uniquement. *p <0.05; **p <0.01 (étudiant t tester; solution saline vs médicament).
Immunoréactivité du ΔFosB dans le putamen caudé après administration chronique de psychostimulants. Les souris CD-1 ont reçu une injection quotidienne de solution saline, d’amphétamine ou de cocaïne pour 7 d commençant le jour 24 (P24; post-sevrage), jour 33 (P33; péri-adolescent) ou le jour 60 (Adulte). Les taux d’immunoréactivité de ΔFosB (35 kDa) dans le putamen caudé sont présentés après un traitement chronique par l’amphétamine (A) ou de la cocaïne (B) administration. Représentant immunoblots de solution saline- (S), amphétamine- (A) et de la cocaïne- (C) des souris périadolescentes ayant reçu une injection (P33) sont montrés dans lepanneaux supérieurs. Panneaux de fond montrent le pourcentage moyen ± SEM de l'expression ΔFosB basale. n les valeurs de chaque groupe sont indiquées dans le barres. Des augmentations significatives de l’immunoréactivité de ΔFosB induites par les amphétamines ont été observées chez le putamen caudé de souris uniquement péri-adolescentes (A). L’administration chronique de cocaïne a entraîné une augmentation de ΔFosB dans les trois groupes d’âge (B). *p <0.05; **p <0.01 (étudiant t tester; solution saline vs médicament).
Les taux de DAT et de DARPP-32 ne sont pas modifiés après la consommation chronique de cocaïne ou d'amphétamine
Plusieurs molécules clés exprimées par les neurones dopaminergiques et / ou dopaminoceptifs, y compris DARPP-32, le D1 dopamine et DAT contribuent aux réponses aiguës et chroniques aux psychostimulants (Moratalla et al., 1996; Fienberg et al., 1998; Sora et al., 1998; Gainetdinov et al., 2001). Données de DARPP-32, D1 et les souris DAT null et DAT knock-down indiquent une relation compliquée entre leurs niveaux, la régulation de l'activité dopaminergique et les réponses aux psychostimulants. En fait, l’induction du ΔFosB ne se produit pas chez les souris DARPP-32 null recevant de la cocaïne chronique (Fienberg et al., 1998). Chez la souris adulte, toutefois, l'exposition de 7 d à 20 mg / kg de cocaïne ne modifie pas les niveaux totaux de DARPP-32 (Fienberg et al., 1998). La régulation de la protéine DAT n’a pas été rapportée auparavant chez des souris exposées de façon chronique à des psychostimulants, bien que des modifications du ligand radioactif se liant au transporteur de la dopamine après une exposition à des psychostimulants aient été rapportées chez certaines espèces (Letchworth et al., 2001). Ici, nous avons mesuré les niveaux de protéines DARPP-32 et DAT afin de déterminer si l'expression de ces protéines est modifiée après l'administration psychostimulante chronique chez l'un des trois âges de la souris. Nos résultats indiquent qu’il n’ya eu aucune variation significative des niveaux de DARPP-32 ou DAT total dans l’ensemble du putamen caudé ou du noyau accumbens après administration chronique de cocaïne ou d’amphétamine dans l’un des trois groupes d’âge (Tableau 1).
Valeurs de densitométrie relatives pour DARPP-32 et DAT chez les souris P24, P33 et traitées à l'amphétamine et à la cocaïne, par rapport au contrôle, valeurs salines définies arbitrairement à 100%
Les niveaux de base de ΔFosB sont régulés par le développement
Nous avons examiné l'ontogenèse de ΔFosB car des souris adultes présentant une expression accrue de ΔFosB génétiquement modifiée dans le striatum ont une réponse comportementale accrue aux psychostimulants (Kelz et al., 1999). Nous avons constaté que les taux de base de ΔFosB étaient significativement plus bas chez les animaux plus jeunes que chez les adultes, à la fois dans le putamen caudé et le noyau accumbens (Fig.3 A). Niveaux de marqueurs fonctionnels du système dopaminergique, y compris DARPP-32 (Ehrlich et al., 1990), DAT (Perrone-Capano et al., 1996) et les récepteurs de la dopamine (Teicher et al., 1993; Tarazi et al., 1999) sont également réglementés par le développement. Des rapports antérieurs chez des souris CD-1 indiquent un pic de DARPP-32 striatal au jour postnatal 28 (P28) (Ehrlich et al., 1990). Chez le putamen caudé et le noyau accumbens du rat, D1les niveaux de récepteur atteignent un pic de P28 à P40 (Teicher et al., 1993; Tarazi et al., 1999), mais aucune étude similaire n’a été réalisée chez la souris. En revanche, nous avons constaté ici que les taux de protéine DAT dans le putamen caudé et le noyau accumbens étaient constants entre le jour postnatal 24 et l’âge adulte (Fig. 3 B). Ainsi, les rapports relatifs entre D1 récepteurs DAT, DARPP-32 et ΔFosB diffèrent d’un groupe d’âge à l’autre, ce qui pourrait entraîner des différences de D1 activité du récepteur susceptible d’influencer le degré d’induction de ΔFosB.
Expression développementale de ΔFosB et DAT. A, ΔFosB (35 – 37 kDa) immunoréactivité dans le putamen caudé et le noyau accumbens de souris naïves CD-1 en fonction de l’âge. Des immunoblots représentatifs sont montrés dans le panneaux supérieurs.Panneaux de fond show signifie ± SEM de trois souris par groupe. *p <0.05, adulte contre P24; #p <0.05, adulte versus P36 (test de comparaison multiple de Tukey après ANOVA). B, Valeurs densitométriques de l’immunoréactivité DAT dans le putamen caudé et le noyau accumbens chez des souris CD-1 naïves en fonction de l’âge. Les niveaux de DAT ne différaient pas entre les trois groupes d'âge.
DISCUSSION
Les effets comportementaux des stimulants psychomoteurs dépendent de l'âge. Les tendances à la dépendance sont les plus fortes à l’adolescence, lorsque la consommation de substances illicites augmente (Estroff et al., 1989; Myers et Anderson, 1991). En fait, les enfants plus jeunes deviennent fréquemment dysphoriques lorsqu’ils sont exposés à des psychostimulants, alors que les adolescents et les adultes souffrent d’euphorie (Rapoport et al., 1980). Dans les modèles de rongeurs, certaines études suggèrent que les animaux péri-adolescents ont des niveaux d'activité de base plus élevés (Lance et frein, 1983) et des réactions altérées aux psychostimulants par rapport aux animaux plus jeunes et plus âgés. Ainsi, ils montrent moins de stimulation locomotrice et de recherche de nouveauté en réponse à une administration aiguë de psychostimulants à faible dose par rapport aux animaux sevrés et adultes, mais une hyperactivité accrue après un traitement à haute dose. En cas d'administration chronique, la sensibilisation à la locomotion induite par la cocaïne est plus importante chez les rats péri-adolescents que chez les adultes, alors que la sensibilisation à la stéréotypie est plus faible. De plus, les données de microdialyse ont révélé des différences entre les rats péri-adolescents et les rats adultes en ce qui concerne la sensibilisation à la libération de dopamine induite par l'amphétamine (Laviola et al., 1995; Adriani et al., 1998; Adriani et Laviola, 2000;Laviola et al., 2001). Cependant, des études contradictoires ont été menées sur la réactivité à long terme de la cocaïne après l'administration de méthylphénidate à des rats adolescents (Brandon et al., 2001; Andersen et al., 2002). Ces deux derniers rapports soulignent la difficulté de comparer des études lorsque différents paradigmes expérimentaux sont utilisés. Les tentatives de comparaison d'études comportementales chez des animaux plus jeunes sont encore compliquées par l'utilisation de différentes espèces et souches.
La souris est en train de devenir un modèle animal de plus en plus important dans l’étude de l’utilisation et de l’abus de psychostimulants. C’est la première analyse systématique des réponses neuroadaptives moléculaires à trois âges de développement différents chez la souris ou une autre espèce. Des études antérieures à partir desquelles nous avons élaboré nos paradigmes de traitement ont démontré une augmentation de ΔFosB dans le striatum dorsal et ventral isolé de rats adultes de type sauvage après administration chronique de cocaïne et d'amphétamine (Hope et al., 1994; Nye et al., 1995; Turgeon et al., 1997) mais uniquement dans le striatum dorsal et ventral combiné ou dans le striatum dorsal isolé de souris adultes de type sauvage après consommation chronique de cocaïne (Fienberg et al., 1998; Zachariou et al., 2001).
Nous démontrons maintenant une différence spatiale et quantitative en ΔFosB induite par les psychostimulants chez les souris post-sevrage, péri-adolescentes et adultes. L'observation d'une réponse accrue chez les animaux péri-adolescents par rapport aux adultes et après sevrage est renforcée par le fait que la réponse est similaire chez les souris traitées à la cocaïne et à l'amphétamine. Les psychostimulants cocaïne et amphétamine augmentent tous les deux la dopamine synaptique, ainsi que la sérotonine et la noradrénaline, mais par des mécanismes différents. La cocaïne se lie aux transporteurs plasmalemmes de la dopamine, de la sérotonine et de la noradrénaline et inhibe leur recapture dans les terminaux présynaptiques. En revanche, l’amphétamine favorise la libération de ces émetteurs. L'induction sélective de ΔFosB dans le noyau accumbens du seul groupe d'âge periadolescent après l'administration de stimulant par 7 d et l'induction relativement accrue de ΔFosB dans le putamen caudé peuvent être une représentation neurobiologique ou être à l'origine de la tendance à l'abus de psychostimulants précédemment observée. tranche d'âge (Estroff et al., 1989; Myers et Anderson, 1991) et d’autres modifications à long terme de l’expression des gènes, qui diffèrent entre les groupes d’âge (Andersen et al., 2002). De plus, ces différences peuvent être intrinsèquement régulées par des altérations du développement des niveaux de molécules clés, y compris le ΔFosB lui-même. Les implications potentielles des différences de niveaux de base de ΔFosB entre les groupes d’âge sont analogues à celles proposées concernant les différences entre les souches de rat (Haile et al., 2001). En fait, nous prévoyons que des différences de souches similaires seront trouvées chez les souris consanguines. Il est également possible que des souris d'âges différents présentent des adaptations moléculaires différentes dans des zones du cerveau autres que le noyau accumbens. Une analyse supplémentaire utilisant des souris péri-adolescentes avec des altérations génétiquement modifiées des niveaux de molécules clés et des observations comportementales simultanées permettra de vérifier ces hypothèses.
Notes
- Reçu Avril 8, 2002.
- Révision reçue Août 6, 2002.
- Acceptée Août 8, 2002.
Ce travail a été financé par la subvention NS41871 (MEE et UEM) du National Institutes of Health / Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux et par la subvention P30-DA13429 (EMU) du National Institute on Abus Drug.
La correspondance doit être adressée à Michelle E. Ehrlich, Ph.D., Université Thomas Jefferson, Curtis 310, 1025 Walnut Street, Philadelphie, PA 19107. Email: [email protected].
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