Opiate-inducearre molekulêre en cellulêre plastykens fan Ventral Tegmental en Locus Coeruleus Catecholamine-neurons (2012)

Folgjende seksje

Eftergrûn

De VTA is breed studearre yn drugsmisbrûk sjoen syn fûnemintele rol yn beleanning. Dopamine (DA) neuroanen yn VTA-projekt nei meardere harsensregio's, ynklusyf de nucleus accumbens (NAc), wêr't ferhege DA-frijlitting is opmurken yn antwurd op elke klasse fan misbrûkte drugs (Di Chiara en Imperato 1988). Hoewol DA-neuronen lykwols in prominint diel binne (~60% -65%) fan dizze midbrain-kearn, is d'r in protte sellulêre ferskaat, mei in signifikant diel fan GABA-neuronen (30% -35%) lykas beskriuwingen fan glutamatergyske neuroanen ( 2%–3%) (Swanson 1982; Nair-Roberts et al. 2008; Sesack en Grace 2010). De DA- en GABA-neuronen binnen it ventrale midbrain projektearje yn 't algemien topografysk (mediaal nei laterale) mei de haadútfierstruktueren besteande út NAc, prefrontale cortex (PFC), en amygdala (AMY) (wiidweidich besjoen yn Sesack en Grace 2010) (Fig. 1). De primêre afferenten foar VTA omfetsje eksitearjende ynputen fan PFC, pedunculopontine en laterodorsal tegmentum (PPTg en LDT), lykas ek in protte oare resint definieare struktueren (Geisler et al. 2007). De remmende ynfier nei de VTA is minder goed definiearre, mar ynputen fan NAc, ventral pallidum, en mesopontine rostromedial tegmental nucleus (RMTg) binne rapportearre (Sesack en Grace 2010). Undersyk hat oant no ta ûnevenredich rjochte op DA-neurons yn VTA, en spesifyk dyjingen dy't projektearje nei NAc, fanwegen de krityske rol fan dizze projeksje yn beleanning (Nestler 2004).

  

Grutte ferzje:  

• Op dizze side
• Yn in nij finster
• Download as PowerPoint slide

Figure 1.  

Cartoon fan in sagittale seksje fan it harsens fan knaagdieren dy't de VTA en LC yllustrearje en har grutte afferente en efferente projeksjes. DAergyske (read) en GABAergyske (blau) neuroanen yn VTA projekt nei limbike en kortikale struktueren en ûntfange glutamatergyske (swart-dash, PFC) en GABAergyske ynfier (blau-dash, NAc, VP). Noradrenergyske neuroanen (grien) yn LC innervearje meardere regio's ynklusyf HIPP en PFC en ûntfange glutamatergyske ynput fan PGi. Ofkoartings: AMY, amygdala; HIPP, hippocampus; LC, locus coeruleus; NAc, nucleus accumbens; PFC, prefrontale cortex; PGi, nucleus paragigantocellularis; VP, ventral pallidum; VTA, ventral tegmental gebiet.

Akute opiate-induzearre feroaringen yn neuronale aktiviteit

Sjoen it fermogen fan akute morfine yn 'e VTA om ferhege DA-frijlitting yn' e NAc (Leone et al. 1991), hat in substansjele hoemannichte wurk de akute effekten fan opiaten yn 'e VTA ûndersocht. Akute morfine fergruttet de fjoersnelheid fan DA-neuronen yn VTA (Gysling en Wang 1983). Dit effekt wurdt teminsten foar in part bemiddele troch de bining fan morfine oan 'e G_{i / o}-keppele μ-opioïde receptor (MOR) op lokale GABA-neuronen, wêrtroch't har aktiviteit en dêropfolgjende GABA-release op DA-neurons ôfnimme en resultearret yn disinhibysje fan DA-neuroanen (Johnson en Noard 1992). De ynterpretaasje fan in protte fan it iere elektrofysiologyske wurk is lykwols komplisearre troch bewiis dat de hast net te ûnderskieden aard fan VTA DA- en GABA-neuronen markearret (troch grutte, morfology en elektrofysiologyske eigenskippen) (Margolis et al. 2006), it ferdúdlikjen fan 'e needsaak om VTA-neuronen te identifisearjen definityf studearre (bygelyks troch immunohistochemy, gebrûk fan GFP-reportermûzen, ensfh.), In punt dat letter yn dizze resinsje yn detail besprutsen wurde sil. Hjir rjochtsje wy ús benammen op opiaten dy't fungearje as agonisten by de MOR yn VTA, lykas morfine, om't dizze medisinen de beleanjende effekten produsearje dy't it meast wurde studearre yn it fjild fan drugsmisbrûk. It is lykwols bekend dat κ-opioïde receptors (KOR) ek útdrukt wurde op VTA DA-neuronen, en dat aktivearring fan dizze receptors de fjoerrate fan DA-neuronen direkt kin ynhiberje (Margolis et al. 2003), dy't wierskynlik bydraacht oan 'e aversive effekten fan kappa-agonisten. It fermogen fan opiaten om sawol VTA DA-neuronaktivearring as ynhibysje te produsearjen, en beleanjend en aversive effekten, is yntrigearjend, en dizze "yin-yang" modulaasje en de rol fan endogene opioïde peptiden yn beleanning fertsjinnet in fokus te wêzen fan takomstige stúdzje.

Akute opiate-induzearre synaptyske plastykens

Neist feroaringen yn neuronale aktiviteit binne d'r in protte rapporten fan synaptyske plastykens dy't feroarsake binne troch akute opiaten. Krekt as by kokaïne en oare misbrûkte drugs, waard in inkele ynjeksje fan morfine fûn om de ferhâlding fan α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) te ferheegjen N-methyl-D-asparaginsäure (NMDA) eksitearjende postsynaptyske streamingen (EPSC's) 24 oeren nei administraasje, konsekwint mei lange-termyn potensiaasje (LTP) fan glutamatergyske synapses op DA-neurons (Saal et al. 2003). Koartlyn is it ek rapportearre dat akute morfine de AMPAR-receptor (AMPAR) werferdieling yn VTA feroarsaket op in manier fergelykber mei kokaïne, spesifyk in ynfoegje fan GluA2-ûntbrekkende AMPAR's (Brown en al. 2010). Brown et al. observearre in ferhege rektifikaasje-yndeks en ferhege cytoplasmyske GluA2 AMPAR yn antwurd op akute morfine, in effekt dat wurdt rekapitulearre troch direkte stimulearring fan DA-neurons yn VTA mei selektive kanaalrhodposin 2-ekspresje (Brown en al. 2010), dy't DA-aktiviteit / sinjalearring yn VTA direkt beynfloedet oan glutamatergyske regeling. Dizze gegevens binne yn oerienstimming mei earder wurk dat GluA1, mar net GluA2, oerekspresje yn VTA bisten sensibilisearje foar it lokomotoraktivearjende en beleanjend gedrach fan morfine (Carlezon et al. 1997).

Akute opiaten beynfloedzje ek plastykens by GABAergyske synapses yn VTA. Stimulaasje mei hege frekwinsje is fûn om LTP op GABA-terminals (LTP_gaba) op VTA DA neuroanen, in effekt dat ôfhinklik is fan aktivearring fan postsynaptyske NMDA-receptors (NMDAR) en frijlitting fan stikstofoxide (NO) as in retrograde boadskipper fan DA-neurons (Nugent et al. 2007). NO fergruttet dan guanylyl cyclase (GC) aktiviteit yn 'e GABA neuron, wat liedt ta ferhege GABA frijlitting en LTP_gaba. In inkele doasis fan morfine inhibits LTP_gaba troch it ûnderbrekken fan de NO-GC-proteïne kinase G (PKG) sinjaalkaskade, wêrtroch in ferlies fan normale remmingskontrôle feroarsaakje (waarnommen 2 en 24 oeren nei ynjeksje, mar net 5 dagen) (Nugent et al. 2007, 2009; Niehaus et al. 2010). Sa, fersteuring fan LTP_gaba jout in oar meganisme foar it fermogen fan akute opiaten om VTA DA neuronale aktiviteit te ferheegjen.

Mear resint is in oare foarm fan VTA GABAergyske plastykens beskreaun: lange termyn depresje fan GABAergyske synapses op DA-neurons (LTD)_gaba) (Dacher en Nugent 2011a). Mei help fan lege-frekwinsje stimulearring (LFS), in stabile LTD_gaba yn DA-sellen waard feroarsake dat, yn tsjinstelling ta LTP_gaba, waard postsynaptysk útdrukt en wie net ôfhinklik fan NMDAR. Dit effekt wie ek net ôfhinklik fan endocannabinoïde sinjalearring, mar waard blokkearre troch de dopamine D2 receptor (D2R) antagonist sulpiride. Ynteressant wie in inkele morfine-ynjeksje genôch om LFS-induzearre LTD te foarkommen_gaba 24 oeren nei administraasje, suggerearret dat morfine bidirectioneel GABA-plastykiteit yn VTA regulearje kin (Dacher en Nugent 2011a).

Chronic Opiate-Induced Synaptic Plasticity

Hoewol de synaptyske feroaringen dy't foarkomme mei akute opiaten binne relatyf goed karakterisearre, binne de chronike feroaringen net. Oant no ta hawwe in pear as ienige stúdzjes feroaringen ûndersocht yn gluatamatergyske as GABAergyske plastykens yn reaksje op chronike opiate administraasje. Dit omfettet gebrek oan kennis oer oft d'r ferskillen binne yn passive tsjin aktive drugsadministraasje, in wichtige konsideraasje sjoen it resinte wurk dat sjen lit dat de persistinsje fan LTP yn 'e VTA fan bisten dy't ôfhâlde fan kokaïne sels-administraasje (oant 3 moannen) foarkomt allinnich mei kontingint kokaïne bleatstelling (Chen et al. 2008).

It is lykwols bekend dat chronike morfine, lykas akute morfine, DA neuronale aktiviteit fergruttet. In vivo-opnames nei chronike morfine litte ferhegingen sjen yn sawol basale fjoertempo as burstaktiviteit dy't weromkomme nei baseline tidens weromlûken (Georges et al. 2006). Dit is yn tsjinstelling ta earder wurk dat in oanhâldende fermindering fan DA-aktiviteit observearre yn morfine-ynlutsen ratten (Diana et al. 1995, 1999). Ien mooglike reden foar dizze ferskillen is de brûkte administraasjemetoade. Bygelyks, de Georges et al. stúdzje brûkt in subkutane (sc) oanhâldende frijlitting pellet paradigma, dat is oantoand te hawwen in folle oar farmakodynamyske profyl as de groanyske escalating dose paradigma brûkt yn de eardere Diana et al. stúdzjes. As earder rapportearre (Fischer et al. 2008), 24 oeren nei de lêste morfinepellet, wurde bloedmorfinenivo's net fermindere, bliuwend relatyf stabyl mei de peak (~3000 ng / ml), wylst it chronike ynjeksjemodel in folle hegere peak (~10,000 ng / ml) produseart by 1 hr, mei bloednivo's ûnder 100 ng / ml nei 4 oeren en ferwaarlooslik troch 12 oeren. De feroaring yn DA-firing rate feroarsake troch weromlûken fan chronike morfine, oft in weromkear nei baseline of fermindering ûnder baseline, liket ôfhinklik te wêzen fan feroaringen yn GABA release. It weromlûken fan chronike morfine fergruttet GABA-remmende postsynaptyske streamingen (IPSC's) en GABA-release op VTA DA neuronen (Bonci en Williams 1997), in effekt dat koartlyn fûn is ôfhinklik te wêzen fan recycling fan 'e MOR en op siklyske adenosine-5'-monofosfaat (cAMP) sinjalearring (Madhavan et al. 2010).

In oare potensjele bydrage oan ferskillen tusken stúdzjes is de heterogeniteit fan VTA yn ferliking mei LC (lykas hjirûnder beskreaun). Net allinich is d'r de kompleksiteit fan meardere sellentypen (foaral GABA vs. DA), mar de ferdieling fan seltypen ferskilt ek lâns de rostral-caudale VTA-as (Fig. 2). Spesifyk is it oanpart fan DA nei GABA neuroanen folle heger yn rostral VTA subregio's (IFN, RL) yn ferliking mei caudale subregio's (PN, PIF) (Nair-Roberts et al. 2008). Dit ferskil hat funksjonele relevânsje foar morfine-induzearre gedrachsferoarings. HSV-GluA1-overekspresje ferhege morfine-beleanningsgedrach mei ynjeksje yn rostral VTA, wylst it aversyf gedrach yn kaudale VTA feroarsake, in effekt ek waarnommen op virale oerekspresje fan cAMP-antwurd-elemint bindingprotein (CREB) of fosfolipase C gamma (PLCγ) (Carlezon et al. 2000; Bolanos et al. 2003; Olson et al. 2005). Dit ferskil kin ek sjoen wurde op it molekulêre nivo, lykas chronike morfine-induzearre cAMP-antwurd-elemint (CRE) -bemiddele transkripsje yn DA-neurons yn rostral en caudal VTA, mar waard allinich waarnommen yn net-DA neuroanen yn rostral VTA (Olson et al. 2005). Ultrastrukturele stúdzjes befêstigje sokke rostral-caudale ferskillen, en suggerearje de tafoege kompleksiteit fan behannelingsregimen en projeksjeútfier. GluA1 waard ferhege yn sawol tyrosine hydroxylase (TH) -posityf (DAergic) en TH-negative (wierskynlik GABAergyske) dendriten yn 'e parabrachiale (PBP) VTA mei in inkele morfine-ynjeksje. Yn tsjinstelling, mei chronike morfine, wie d'r in ferheging fan GluA1 yn 'e paranigrale (PN) VTA neist de PBP-regio (Lanne et al. 2008).

  

Grutte ferzje:  

• Op dizze side
• Yn in nij finster
• Download as PowerPoint slide

Figure 2. 

Cellular en projeksje kompleksiteit binnen VTA. It oanpart fan DA (read) oant GABA (blauwe) neuroanen ferskilt tusken VTA subnuclei mei hegere DA: GABA-ferhâldingen waarnommen yn mear rostral subregio's lykas rostral lineêre kearn (RL) yn ferliking mei mear caudale subnuclei lykas paranigral (PN) en parainterfascicular ( PIF) regio's. Derneist ferskille DA neuronale projeksjes troch VTA mei mear laterale regio's lykas parabrachial nucleus (PBP) projektearje nei NAc laterale shell (Lat Sh), wylst mediale regio's lykas PN ferskate projeksjes hawwe, ynklusyf amygdala (AMY), prefrontale cortex (PFC) , NAc kearn, en NAc mediale shell (Med Sh). Beheind wurk hat GABA neuronale projeksjes ûndersocht; der is wat bewiis dat GABA neuroanen yn rostral PBP in sterke projeksje hawwe foar PFC, wylst d'r in pear rostral PBP DA neuroanen binne dy't projektje nei PFC, mar in grutte caudale DA PBP projeksje; dit suggerearret dat de PBP-PFC-projeksje net allinich regionaal definiearre is, mar ek neuronaal-subtype spesifyk is (Lammel et al. 2008). (Gebruikte seltellingen binne fan Nair-Roberts et al. 2008 en projeksjes binne út retrograde labeling stúdzjes troch Lammel et al. 2008.)

Ferskillen tusken VTA DA-neurons, basearre op har útfierregio, binne koartlyn fan grut belang west, om't it no goed fêststeld is dat de elektrofysiologyske eigenskippen fan DA-neurons ferskille troch projeksje. VTA DA-neuronen dy't projektearje nei NAc hawwe in folle lytsere I_h aktueel as neuronen dy't projektearje nei basolaterale amygdala (BLA) (Ford et al. 2006), en d'r binne ferskillen yn projeksjes binnen NAc sels, mei DA-neurons dy't projeksje nei NAc laterale shell dy't folle hegere I werjaan_h aktueel dan DA neuronen dy't projektearje nei NAc mediale shell (Lammel et al. 2011). Doer fan aksjepotential (AP) fan DA-neuronen ferskilt ek troch projeksje, om't NAc-projektearjende DA-neuroanen de langste AP-doer hawwe, wylst PFC-projektearjende neuron-AP-doer koarter is, en AMY-projektearjende DA-neuroanen de koartste doer hawwe (Margolis et al. 2008). Wichtich is dat de respons op opiaten ek liket te ferskillen binnen de VTA ôfhinklik fan projeksjetype: DA-neuronen dy't projeksje nei NAc reagearren mear op KOR-agonisten dan BLA-projektearjende neuroanen, wylst it tsjinoerstelde effekt waard opmurken foar responsyfens op in MOR / delta (DOR) agonist , dy't in grutter effekt hie op BLA-projektearjende neuronen (Ford et al. 2006). Dit oerset ek nei presynaptysk bemiddele opiate-effekten, om't in KOR-agonist in gruttere remming fan GABA feroarsake._A IPSC's fan DA-neuronen dy't projeksje nei BLA, wylst d'r in gruttere KOR-agonist-bemiddele ynhibysje fan GABA wie_B IPSC's yn neuroanen projektearje nei NAc (Ford et al. 2006). Derneist is it koartlyn waarnomd dat modulaasje fan eksitatoryske synapsen op DA-neuronen ferskilt ôfhinklik fan projeksje (Lammel et al. 2011). Lammel et al. (2011) fûn dat AMPA / NMDA-ferhâlding waard ferhege troch kokaïne yn DA-neurons dy't projizearre nei NAc, mar net yn DA-neurons dy't projizearre nei PFC. AMPA / NMDA-ferhâlding waard lykwols ferhege yn DA-sellen dy't projeksje nei PFC yn antwurd op in aversive stimulus (efterpaw-formaline-ynjeksje), in effekt dat ek waard waarnommen yn DA-neurons dy't projekteare nei NAc laterale shell, mar ôfwêzich yn DA-neurons dy't projeksje nei NAc mediale shell - iterogeniteit toant yn antwurd binnen subregio's fan dit projeksjedoel (Lammel et al. 2011). Dúdlik jouwe dizze stúdzjes oan dat in mear yngeande begryp fan 'e synaptyske oanpassingen dy't foarkomme mei sawol akute as chronike opiaten sille ynformaasje moatte yntegrearje oer de útfier fan' e ûndersochte DA-neurons. De ûntwikkeling fan neuron- en projeksje-spesifike techniken sil tsjinje om dizze problemen te ferdúdlikjen, troch it tastean fan spesifike modulaasje yn dizze heterogene regio.

Opiate-yndusearre strukturele en sellulêre plastykens

De relevânsje fan drugs-induzearre strukturele plastykens foar synaptyske en gedrachsferoarings is koartlyn besjoen (Russo et al. 2010). De measte stúdzjes fan strukturele plastykens hawwe oant no ta feroaringen ûndersocht yn spinemorfology of dendrityske fertakking fan neuronen yn VTA-doelregio's, mar ús laboratoarium hat in oare strukturele oanpassing ûndersocht yn antwurd op chronike opiate administraasje, in feroaring fan VTA DA neuron soma grutte. Wy observearre earst dat rat VTA DA-neuron-oerflak ~25% ôfnimt yn reaksje op chronike, mar net acute, morfine administraasje (Sklair-Tavron et al. 1996). Dit effekt wie spesifyk foar DA neuroanen yn VTA, as TH-negative sellen (wierskynlik GABAergic) waarden net feroare. Dêrnjonken koe dizze feroaring blokkearre wurde troch systemyske naltrexon, wat suggerearret dat MOR-sinjalearring fereaske wie, en lokale brain-ôflaat neurotrophyske faktor (BDNF) infusion yn VTA foarkaam ek de fermindering, wat suggerearret dat fermindere neurotropyske sinjalearring de morfologyske feroaring ûnderlizze kin. Wichtich is dat dizze reduksje yn VTA DA neuron soma-grutte wurdt waarnommen mei chronike administraasje fan heroïne as morfine (Russo et al. 2007), yn passive en sels-administraasjeprotokollen (Spiga et al. 2003; Chu et al. 2007; Russo et al. 2007), en oer soarten, om't wy dit effekt koartlyn karakterisearre hawwe yn mûzen en yn postmortem weefsel fan minsklike heroïne-misbrûkers (Mazei-Robison et al. 2011). Ferfolchstúdzjes fûnen gjin bewiis fan VTA DA neuronale dea of ​​ferwûning (Sklair-Tavron et al. 1996; Russo et al. 2007) en dat de fermindering fan selgrutte bliuwt foar 14 dagen nei chronike morfine administraasje, mar komt werom nei baseline troch 30 dagen. Dizze tiidline spegelet beleanningstolerânsje (Russo et al. 2007), wêryn werhelle drugsgebrûk it beleanjend effekt fan it medisyn fermindert en liedt ta in eskalaasje fan drugsyntak, lykas sjoen by minsken (O'Brien 2001).

Sjoen dat BDNF de chronike morfine-induzearre strukturele feroaring koe rêde, woene wy ​​ûndersykje oft downstream neurotrophyske sinjaalpaden dizze strukturele plastykens bemiddele. Hoewol is d'r wat kontroversje oer oft BDNF-nivo's sels binne feroare yn VTA yn reaksje op chronike opiate administraasje (Numan et al. 1998; Chu et al. 2007; Koo et al. 2010), regeljouwing is rapportearre yn 'e trije wichtichste sinjaalpaden streamôfwerts fan BDNF: PLCγ, phosphatidylinositol 3'-kinase (PI3K), en mitogen-aktivearre proteïne kinase (MAPK) (Russo et al. 2009). Chronic morfine fergruttet de aktiviteit fan 'e PLCγ-paad (Wolf et al. 1999, 2007), ferminderet aktiviteit fan 'e PI3K-paad, lykas mjitten troch fermindere insulinreceptor substrat-2 (IRS2) en phospho-AKT-nivo's (Wolf et al. 1999; Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011), en fergruttet MAPK-sinjalearring, lykas mjitten troch ferhege phosphorylaasje en katalytyske aktiviteit fan ekstrazellulêre-relatearre proteïnekinase (ERK) (Ortiz et al. 1995; Berhow et al. 1996; Liu et al. 2007). Mei help fan virale bemiddele oerekspresje fûnen wy dat it de chronike morfine-induzearre feroaring wie yn PI3K-sinjalearring dy't bydraacht oan de morfologyske feroaring: oerekspresje fan in dominant-negative IRS2 (IRS2dn) of AKTdn wie genôch om VTA DA soma-grutte te ferminderjen, wylst oerekspresje fan wyld-type IRS2 de morfine-induzearre fermindering en oerekspresje fan in konstitutyf aktive AKT (AKTca) ferhege soma-grutte foarkommen. (Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011). Yn tsjinstelling wie oerekspresje fan PLCγ as ERK net genôch om VTA DA soma-grutte te feroarjen (Russo et al. 2007). Wichtich wie oerekspresje fan IRS2 ek yn steat om tolerânsje fan morfinebeloning te foarkommen, wat in rol beynfloedet foar strukturele plastykens yn gedrachsreaksje.

Us resinte wurk suggerearret dat dizze strukturele feroaring yntime keppele wurde kin oan 'e aktiviteitwizigingen dy't feroarsake binne troch chronike opiaten. Fergelykber mei de in vivo stúdzje troch Georges et al. hjirboppe besprutsen, fûnen wy dat VTA DA-sjitten taryf waard ferhege op itselde tiidpunt wêrop soma-grutte wurdt fermindere yn mûzen bleatsteld oan chronike morfine (Mazei-Robison et al. 2011).

Wy fûnen lykwols dat DA-útfier nei de NAc, lykas mjitten troch in vivo cyclyske voltammetry, eins fermindere is, wat suggerearret in brek yn 'e normale aktivearring en útfier yn' e mesolimbyske beleanningskring.

Wy karakterisearre dit resultaat fierder en fûnen dat IRS2dn-overekspresje yn VTA, wat genôch is om DA-soma-grutte te ferminderjen, DA-útfier nei NAc fermindere en ek de ekspresje fan ferskate K fermindere⁺ kanaal subunits, op in manier fergelykber mei chronike morfine.

Yn ús ynspanningen om de sinjaalpaden streamôfwerts fan IRS2 / AKT te identifisearjen dy't de chronike morfine-induzearre neuroadaptaasjes bemiddelje, makken wy de ferrassende observaasje dat sûchdierdoel fan rapamycin (mTOR) kompleks 1 (mTORC1) sinjalearjen, in goed fêststeld paad yn sellulêre groei , waard eins ferhege troch chronike morfine. Yn tsjinstelling, wy observearre in fermindering fan mTOR kompleks 2 (mTORC2) sinjalearring, dy't wy gongen te sjen is sawol nedich en genôch foar morfine-induzearre feroarings yn soma grutte en neuronale aktiviteit. Spesifyk fûnen wy dat oerekspresje fan rapamycin-ûngefoelige begelieder fan mTOR (Rictor), in essensjeel komponintprotein fan mTORC2, genôch wie om de fermindering fan soma-grutte te foarkommen en ek de ferheging fan DA-neuron-firingrate op in sel-autonome manier foarkaam: allinnich DA sellen yn VTA dy't overexpressed Rictor hie in attenuated firing rate, wylst tichtby DA sellen noch toande de ferheging. Dit suggerearret dat sinjalearjen fan feroaringen yntrinsysk foar DA-neuronen kinne feroarsaakje fan eksitabiliteitswizigingen feroarsake troch chronike opiaten, mooglik troch it feroarjen fan AKT-modulaasje fan GABA_A streamingen (Krishnan et al. 2008) of de útdrukking fan K⁺ kanalen (Mazei-Robison et al. 2011) (Fig. 3). Lykas by IRS2-overekspresje, fûnen wy dat feroaring fan mTORC2-aktiviteit korrelearre mei morfinebeleanningsgedrach, om't ôfnimmende mTORC2-aktiviteit de morfine-kondysje-plakfoarkar (CPP) fermindere, wylst it ferheegjen fan mTORC2-aktiviteit genôch wie om CPP te inducearjen ta in lege doasis morfine dy't net induceart. plak conditioning yn kontrôle bisten.

  

Grutte ferzje:  

• Op dizze side
• Yn in nij finster
• Download as PowerPoint slide

Figure 3. 

Chronic morfine fermindert VTA DA soma-grutte, mar fergruttet neuronale eksitabiliteit, wylst DA-oerdracht nei NAc wurdt fermindere. It netto effekt fan morfine is in minder reageare beleanningspaad, dat wol sizze, beleanningstolerânsje. Down-regulaasje fan IRS2-AKT-sinjalearjen (blau) yn VTA bemiddelet de effekten fan chronike morfine op soma-grutte en elektryske excitabiliteit; it effekt op excitability wurdt bemiddele fia fermindere GABA_A streamingen en ûnderdrukking fan K⁺ kanaal útdrukking. Morphine-induzearre down-regulaasje fan mTORC2-aktiviteit yn VTA is krúsjaal foar dizze morphine-induzearre morfologyske en fysiologyske oanpassingen lykas foar beleanningtolerânsje. Yn tsjinstelling ta mTORC2 fergruttet chronike morfine mTORC1-aktiviteit (read), dy't net direkt beynfloedzje dizze morfine-induzearre oanpassingen. Chronic morphine fermindert ek DA-útfier nei NAc, lykas it ferminderjen fan dendrityske tûken en it oantal dendrityske stekels op medium spiny GABA-neuronen yn NAc, fierder ûnderdrukke normale DA-sinjalearring yn 'e mesolimbyske sirkwy.

It is net wierskynlik dat feroaring fan soma-grutte de ienige strukturele oanpassing is dy't feroarsake wurdt troch chronike opiaten yn 'e VTA. Mei it each op it fermindere oantal dendrityske rêchbonken en dendrityske kompleksiteit fan fertakking fan NAc medium spiny neuroanen fan rotten dy't earder bleatsteld oan chronike morfine (Robinson en Kolb 1999; Robinson et al. 2002), ferwachtsje wy dat dendrityske feroaringen ek foarkomme yn VTA DA neuronen. Aktuele stúdzjes binne oan 'e gong om feroaringen yn' e spinemorfology te karakterisearjen, in enoarme gat yn it fjild, om't mar ien stúdzje oant no ta drugs-induzearre feroaringen yn VTA dendrityske arsjitektuer hat ûndersocht. Dizze stúdzje fûn in ferheging fan dendrityske spine-tichtens yn ien subtype fan VTA-neuron yn reaksje op in acute kokaïne-ynjeksje, itselde subtype toand om ferhege NMDA / AMPA-ferhâlding te sjen (Sarti et al. 2007). Gegevens fan ús foarige wurk, dat de lingte fan VTA DA-prosessen is fermindere (~30%) yn rotten behannele mei chronike morfine (Sklair-Tavron et al. 1996), is yn oerienstimming mei globale feroaringen yn VTA DA-arsjitektuer. Dizze wiziging koe ek helpe om de fermindering fan DA-útfier nei de NAc te ferklearjen nei chronike morfine, lykas wy earder rapporteare fermindere axonale ferfier en nivo's fan neurofilamentproteinen yn VTA (Beitner-Johnson et al. 1992, 1993), suggerearret dat chronike morfine ek ynfloed hat op axonale struktuer en funksje. Mei it each op de regionale en projeksje kompleksiteit yn VTA DA neuroanen hjirboppe oanjûn, ûndersiikje wy op it stuit oft dizze strukturele feroarings wurde feroarsake yn in bepaalde subset fan VTA DA neuronen mei fluorescent retrograde tracers. Dizze gegevens sille kritysk wêze foar it begripen fan 'e strukturele en elektrofysiologyske feroaringen dy't feroarsake binne troch chronike opiaten en de oanbelangjende útfierkringen dy't belutsen binne.

Lykas earder neamd, hawwe ferskate stúdzjes, sawol molekulêre as elektrofysiologyske, bewiis levere dat chronike opiate administraasje de cAMP-CREB-paad aktivearret yn 'e VTA (Bonci en Williams 1997; Olson et al. 2005; Madhavan et al. 2010). Ek definieare in mikroarraystúdzje de globale feroaringen yn geneekspresje dy't foarkomme yn VTA yn reaksje op chronike morfine (McClung et al. 2005). Wurk is no nedich om de sellulêre spesifisiteit fan dizze neuroadaptaasjes better te definiearjen en har funksjonele gefolgen te beskriuwen. Boppedat, wylst it measte wurk oan VTA hat rjochte op opiate-induzearre neuroadaptaasjes dy't wurde ferwachte te foarkommen yn DA-neuronen, is it essensjeel om drugs-induzearre plastykens te ferkennen dy't foarkomt yn 'e GABAergyske neuroanen fan' e VTA, dy't ien fan 'e wichtichste inisjele doelen binne fan opiate-aksje yn dit brein regio.

Eftergrûn

De LC is de haadside fan norepinephrine (NE)-befette neuroanen yn it harsens (Dahlstrom en Fuxe 1965). Lykas earder besjoen (Aston-Jones en Bloom 1981a; Aston-Jones et al. 1991b; Berridge en Waterhouse 2003; Van Bockstaele et al. 2010), LC is in diskrete, kompakte, homogene kearn, besteande út hast allinnich NE neuroanen. De wichtichste ynputen nei LC binne fan 'e medullary nucleus paragigantocellularis (PGi) en nucleus prepositus hypoglossus, en LC-útgongen binne wiidferspraat ynklusyf foarbrain, cerebellum, brainstem en spinalkord (Fig. 1) (Berridge en Waterhouse 2003). LC neuronale aktiviteit is heul syngroane sawol basaal as yn reaksje op stimuli (Foote et al. 1980; Aston-Jones en Bloom 1981b; Aston-Jones et al. 1991a; Ishimatsu en Williams 1996). LC neuroanen binne spontaan aktyf (Williams et al. 1991) en har aktivearring ûntspringt NE-frijlitting yn ferskate foarbrainregio's ynklusyf cortex en hippocampus. De LC tsjinnet foar in grut part as in estafette kearn, mei beheinde synaptyske plastykens oant no ta opmurken, hoewol glutamate-afferenten kontrolearje LC-aktiviteit, benammen fan PGi (Ennis et al. 1992). LC-neurons ekspresje de trije haadklassen fan opioïde receptors: MOR, DOR, en KOR mei ûnderskate ferdieling, hoewol, lykas by de VTA, ús diskusje is beheind ta de MOR, dy't it meast direkt belutsen is yn opiate-ôfhinklikens en ferslaving.

Opiate-induzearre sellulêre plastykens

Hoewol d'r gjin bewiis is foar tradisjonele synaptyske plastykens (dus LTP en LTD) yn LC, is d'r goed beskreaun sellulêre plastykens. In unyk skaaimerk fan LC is dat in protte fan har in vivo-antwurden op chronike opiaten kinne wurde rekapitulearre en studearre op it single-cell nivo (Nestler et al. 1994; Nestler en Aghajanian 1997; Nestler 2004). Bining fan opiaten (bglDuman et al. 1988). Akute bining fan opiaten oan 'e MOR ferminderet ek de pacemakeraktiviteit fan LC-neuronen, foar in grut part troch aktivearjen fan G-proteïne-gated ynderlik-rectifying K⁺ (GIRK) kanalen (Williams et al. 1982; Torrecilla et al. 2002). Lykwols, mei chronike opiate administraasje, komme sawol de fjoerfrekwinsje as de cAMP-sinjaal werom nei de baseline fanwegen in upregulaasje fan 'e cAMP-paad, wat tolerânsje yllustrearret (Aghajanian 1978; Duman et al. 1988; Nestler en Tallman 1988; Guitar en Nestler 1989; Kogan et al. 1992; Ivanov en Aston-Jones 2001). Dizze plastykens feroarsake troch chronike opiate administraasje (dat wol sizze, cAMP-paad-upregulaasje) wurdt funksjoneel evident by it weromlûken fan 'e opiate, as it fjoertempo fan LC-neuronen signifikant ferhege wurdt tegearre mei in grutte ferheging fan cAMP-aktiviteit, yllustrearret ôfhinklikens en weromlûking (Fig. 4) (Aghajanian 1978; Rasmussen et al. 1990).

  

Grutte ferzje:  

• Op dizze side
• Yn in nij finster
• Download as PowerPoint slide

Figure 4.  

Upregulaasje fan 'e cAMP-paad yn LC as meganisme fan opiate tolerânsje en ôfhinklikens. Top paniel, Opiaten remme de funksjonele aktiviteit fan 'e cAMP-paad akuut (oanjûn troch sellulêre nivo's fan cAMP en cAMP-ôfhinklike proteinfosforylaasje). Mei oanhâldende opiate-eksposysje herstelt funksjonele aktiviteit fan 'e cAMP-paad stadichoan, en ferheget fier boppe kontrôlenivo's nei it fuortheljen fan' e opiate (bygelyks troch administraasje fan 'e opioïde receptor antagonist naloxon). Dizze feroaringen yn 'e funksjonele steat fan' e cAMP-paad wurde bemiddele fia yndeksje fan adenylyl cyclases (AC) en proteïne kinase A (PKA) yn antwurd op chronike administraasje fan opiaten. Induksje fan dizze enzymen ferantwurdet it stadichoan herstel yn 'e funksjonele aktiviteit fan' e cAMP-paad dy't foarkomt yn 'e chronike opiate-eksposysje (tolerânsje en ôfhinklikens) en aktivearring fan' e cAMP-paad waarnommen by it fuortheljen fan opiate (weromlûking). Boaiem paniel, Opiaten remme LC-neuroanen akuut troch it fergrutsjen fan de konduktinsje fan in nei binnen rjochte K⁺ kanaal fia koppeling mei subtypen fan G_{i / o} en, mooglik, troch it ferminderjen fan in Na⁺-ôfhinklike ynkommende stroom fia koppeling mei G_{i / o} en de konsekwint ynhibysje fan AC, fermindere nivo's fan PKA-aktiviteit, en fermindere phosphorylaasje fan 'e ferantwurdlike kanaal of pomp. Ynhibysje fan it cAMP-paad fermindert ek de fosforylaasje fan in protte oare aaiwiten en beynfloedet dêrtroch in protte oare neuronale prosessen. Bygelyks, it ferminderet de fosforylaasjetastân fan cAMP-antwurd elemint-binend proteïne (CREB), dy't guon fan 'e langere termyn feroaringen yn LC-funksje inisjearret. Kronyske administraasje fan morfine fergruttet de nivo's fan ACI, ACVIII, PKA katalytyske (cat.) En regeljende subunits, en ferskate phosphoproteins, ynklusyf CREB en tyrosinehydroxylase (TH) (oanjûn troch reade pylken). Dizze feroaringen drage by oan it feroare fenotype fan 'e drugsferslaafde steat. Bygelyks, de yntinsive eksitabiliteit fan LC-neuroanen wurdt ferhege troch ferhege aktiviteit fan 'e cAMP-paad en Na⁺-ôfhinklike ynderlike stroom, dy't bydraacht oan de tolerânsje, ôfhinklikens en weromlûking dy't dizze neuroanen sjen litte. Upregulaasje fan ACVIII en TH wurdt bemiddele fia CREB, wylst upregulaasje fan ACI en fan 'e PKA-subunits liket te foarkommen fia in net identifisearre, CREB-ûnôfhinklik meganisme.

Dizze oanpassingen wurde bemiddele fia de opregulaasje fan ferskate sinjaalproteinen yn 'e cAMP-paad ynklusyf AC1/8 (Matsuoka et al. 1994; Lane-Ladd et al. 1997; Zachariou et al. 2008), cAMP-ôfhinklike proteïne kinase (PKA) (Nestler en Tallman 1988), CREB (Gitarre et al. 1992; Shaw-Lutchman et al. 2002; Han et al. 2006), en TH en BDNF-beide streamôfwerts CREB-doelen (Gitarre et al. 1989; Akbarian et al. 2002). Chronike opiaten inducearje ek GIRK2/3-ekspresje yn LC (Cruz et al. 2008) lykas ek in protte oare genen lykas iepenbiere troch mikroarray-analyze (McClung et al. 2005). Fierder is it koartlyn oantoand, mei help fan in LC-slice-kultuermodel, dat de ferhege yntrinsike elektryske aktiviteit fan LC-neuroanen dy't troch chronike opiaten feroarsake wurde wurdt feroarsake troch de direkte aktivearring fan MOR op LC NE-neurons, wat in yntrinsike homeostatyske oanpassing ymplisearret (Cao et al. 2010). Dizze oanpak identifisearre in krúsjale rol foar CREB yn sawol de pacemaker-aktiviteit as morfine-induzearre ferheging fan LC-firing rate (Han et al. 2006; Cao et al. 2010), in effekt dat ek waard waarnommen yn mûzen mei in betide ûntwikkelingsknockout fan CREB spesifyk foar NE neuroanen (Parlato et al. 2010). Uteinlik is dizze aktivearring fan LC-neuronale firing, en de opregulearre cAMP-CREB-paad, dy't it ferhege fjoer bemiddelet, yn ferskate stúdzjes oantoand om sawol needsaaklik as genôch te wêzen om ferskate symptomen fan fysike opiate weromlûking te bemiddeljen (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006).

Hoewol de measte fan 'e hjir beskreaune opiaat-induzearre plastykens wurdt postulearre om yntrinsyk te wêzen foar LC NE-neuronen, is d'r wat bewiis dat chronike morfine ek beynfloedzje kin op excitatory input nei LC, om't d'r in ferheging is fan spontane EPSC-frekwinsje yn plakjes fan morfine-behannele mûzen (Torrecilla et al. 2008). Dêrnjonken is d'r in ferheging fan glutamate en aspartate frijlitting yn LC in vivo yn morfine-ynlutsen ratten en lokale tapassing fan excitatory amino acid antagonisten yn LC blokkearret foar in part de weromlûking-induzearre ferheging fan LC-aktiviteit (Akaoka en Aston-Jones 1991; Aghajanian et al. 1994).

Guon kontroversje bliuwt oer oft de feroaringen yn cAMP-CREB-sinjalearring yn LC-neuronen en yn LC-neuronale aktiviteit bemiddelje opiate weromlûkingsgedrach. Bygelyks, lesions fan LC, as ûntjouwingsknockout fan CREB-aktiviteit yn LC NE-neuronen, mislearje de weromlûkingssymptomen detectably te feroarjen (Christie et al. 1997; Parlato et al. 2010). Yn tsjinstelling hawwe wy oantoand dat modulaasje fan 'e aktiviteit fan' e cAMP-paad of fan CREB yn LC fan folwoeksen bisten konsekwint ferskate weromlûkingsgedrach blokkeart (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006). Wy leauwe dat ferskate wichtige oerwagings dizze ferskillende befinings ferklearje. Earst is LC mar ien fan ferskate harsensgebieten dy't wichtich binne foar fysike opiateôfhinklikens en weromlûking (Koob en Le Moal 2001). It is net ferrassend dat bisten mei ferwûne LC's noch djippe fysike ôfhinklikens ûntwikkelje dy't bemiddele wurde troch ferhege fertrouwen op dizze oare neuronale substraten. Twadder is it heul oannimlik dat guon fan 'e ark dy't brûkt wurde om cAMP-paadaktiviteit yn LC te manipulearjen (bgl. lokale infuzje fan PKA-aktivators of ynhibitoren) beynfloedzje glutamatergyske afferinten yn dizze regio, dy't ek plastyske feroaringen ferskine (ynklusyf cAMP-paad up- regeljouwing) nei chronike morfine (Nestler 1992; Christie et al. 1997). Tredde, nettsjinsteande in wierskynlike rol foar dizze glutamatergyske afferenten, is d'r gjin fraach dat plastykens yntrinsysk foar LC NE-neurons ek belutsen is, om't lokale knockout fan CREB fan 'e folwoeksen LC (dy't gjin afferente nerveterminalen kin beynfloedzje) de morfine-induzearre ferhege eksitabiliteit blokkeart. fan LC NE neuronen en attenuates weromlûking (Cao et al. 2010; V Zachariou en EJ Nestler, ûnpubl.). It gebrek oan effekt fan CREB-knockout fan dizze neuroanen yn betingsten knockout-mûzen (Parlato et al. 2010) markeart de ûntwikkelingskompensaasjes dy't it gebrûk fan frjemde knockout-modellen komplisearje en beklammet it belang fan it brûken fan genmanipulaasjes yn it folslein differinsjearre folwoeksene harsens by it studearjen fan folwoeksen plastykens.

Sa fêstiget in rykdom oan eksperimintele bewiis up-regulaasje fan 'e cAMP-CREB-paad as in meganisme fan yntrinsike homeostatyske plastykens yn LC NE-neuronen yn' e ûntwikkeling fan opiate fysike ôfhinklikens. It is ek wichtich om it histoaryske belang fan dit wurk oer LC te beklamjen, om't it tsjinne as modelsysteem foar de lange termyn aksjes fan opiaten op 'e harsens: basearre op dizze eardere ûndersiken fan LC, upregulaasje fan' e cAMP-CREB It paad is sûnt sjen litten in mienskiplik meganisme te wêzen fan opiate tolerânsje, ôfhinklikens en weromlûking yn ferskate regio's fan 'e sintrale en perifeare nervensystemen en fertsjintwurdiget yndie ien fan' e bêst fêststelde modellen fan 'e molekulêre basis fan drugsferslaving (Nestler 2001, 2004).