Nat Neurosci. 2011 Faoilleach; 14 (1): 22 - 24.
Air fhoillseachadh air-loidhne 2010 Dùbhlachd 5. doi: 10.1038 / nn.2703
Abstract
Tha àite cudromach aig an striatum droma ann an leasachadh tràilleachd dhrogaichean; ge-tà, tuigse mhionaideach air dreuchdan striatopallidal (neo-dhìreach) agus striatonigral slighe (dìreach) neurons ann a bhith a ’riaghladh giùlan fhathast neo-earbsach.
A ’cleachdadh dòigh ùr-nodha a tha an urra ri abairt viral-mediated de GPCR einnseanaichte (hM4D), sheall sinn an gnìomh sin de hM4D gabhadairean le clozapine-N-oxide (CNO) lùghdaichte excitability neuron striatal. Nuair hM4Chaidh gabhadairean D a chuir an cèill gu roghnach ann an neurons slighe dìreach no neo-dhìreach ann am radain, cha do dh ’atharraich CNO freagairtean locomotor acrach gu amphetamine ach dh’ atharraich iad plastachd giùlain co-cheangailte ri làimhseachadh dhrogaichean a-rithist. Gu sònraichte, le bhith a ’cur dragh air gnìomhachd neuronal striatopallidal le bhith a’ gluasad cugallachd giùlain ach le bhith a ’lughdachadh excitability de neurons striatonigral chuir sin bacadh air a bhith seasmhach. Tha na co-dhùnaidhean sin a ’toirt a-mach gum faodar droch bhuaidh dhrogaichean a parsadh bho na h-atharrachaidhean giùlain a tha co-cheangailte ri bhith a’ nochdadh dhrogaichean a-rithist agus a ’soilleireachadh goireasachd an dòigh-obrach seo airson a bhith a’ dèanamh a-mach tabhartasan slighe neuronal gu giùlan leithid mothachadh.
A dh ’aindeoin na droch bhuaidhean àicheil a tha aig tràilleachd dhrogaichean, tha cleachdadh agus ana-cleachdadh psychostimulant fhathast cumanta. Tha an gluasad bho bhith a ’nochdadh dhrogaichean tùsail gu cleachdadh cunbhalach agus aig a’ cheann thall gu giùlan èiginneach, gnàthach agus call smachd bacaidh a ’toirt a-steach sreath de dh’ atharrachaidhean moileciuil ann an neurocircuits air leth1,2,3. Chaidh an striatum a chomharrachadh mar phrìomh làrach airson mòran de na h-atharrachaidhean giùlain agus neurobiologic a thathas a ’smaoineachadh a tha nam prìomh phròiseasan a tha a’ toirt buaidh air tràilleachd1,2,3. Tha a ’mhòr-chuid de neurons taobh a-staigh an striatum (~ 95%) nan neurons teilgeadh spìosrach meadhanach GABAergic (MSNs) ttha hat eadar-dhealaichte anns an dòigh neuropeptide aca agus tha iad a ’cruthachadh dà phrìomh shlighe èifeachdach4.
- Ann an MSNan striatopallidal tha enkephalin (ENK) agus tha iad nan slighe neo-dhìreach
- ach ann an MSNan striatonigral tha dynorphin (DYN) agus susbaint P agus tha iad nan slighe dhìreach.
Tha mòran de mhodalan bun-bheachdail a ’gabhail a-steach gu bheil na h-àireamhan de MSNn a’ dol an aghaidh a chèile an dà chuid gu meacanaigeach agus gu gnìomhach5,6. Ach, chan eil mòran fianais empirigeach ann gus taic a thoirt don àite eadar-dhealaichte aca ann a bhith a ’cumail smachd air giùlan seach gu bheil na h-àireamhan cealla sin eadar-fhighte gu corporra agus gu mor-eòlach comasach le bhith a’ dèanamh làimhseachadh roghnach gu teicnigeach.
Gus sgrùdadh a dhèanamh air àite nan àireamhan cealla striatal sin ann a bhith a ’leasachadh giùlan a tha a’ tachairt às deidh nochdadh a-rithist do dhrogaichean mì-ghnàthachaidh, chuir sinn dà ro-innleachd ùr ri chèile: vectaran viral a bhios a ’cleachdadh an dàrna cuid luchd-brosnachaidh gine ENK no DYN gus cuimseachadh transgene a chuimseachadh air neurons striatopallidal no striatonigral. , fa leth, agus GPCR einnseanaichte (G.i / o-coupled daonna muscarinic M.4 DREADD; Glacadair dealbhaidh air a ghnìomhachadh gu sònraichte le droga dealbhaidh; hM4D)7 tha sin air a ghnìomhachadh le ligand a tha neo-sheasmhach gu lèigheil, clozapine-N-oxide8,9 (CNO; Fig. 1a, h). Às deidh a bhith a ’cur an cèill ann an neurons cultair, bidh rianachd CNO a’ brosnachadh G.i / o-coupled hM4Gabhadairean D mar sin a ’gnìomhachadh taobh a-staigh ceartachadh seanalan potaisium 3 (Kir3), a’ leantainn gu hyperpolarization membran agus sàrachadh neuronal thar-ghluasadach9.
Gus deuchainn a dhèanamh airson sònrachas phenotype cealla de na bheactaran viral, chleachd sinn miocroscop immunofluorescence dà-leubail às deidh dòrtadh striatum droma de bhìorasan (Figear Leasachail 1) a tha a ’cur an cèill hM tagag hemagglutinin4Gabhadairean D fo smachd an dàrna cuid an neach-adhartachaidh ENK (tdENK-hM4D) no an neach-adhartachaidh DYN (tdDYN-hM4D). Lorg sinn gu robh pENK-hM4D bha faireachdainn gu sònraichte ann am MSNs anns a bheil ENK (bha 90% de cheallan hemagglutinin ENK +, 85 a-mach à 94; bha 6% de cheallan hemagglutinin le susbaint P +, 4 a-mach à ceallan 70; Fig. 1b) ach pDYN-hM4D bha an abairt sa mhòr-chuid ann an MSNs anns a bheil susbaint P (bha 95% de cheallan hemagglutinin le susbaint P +, 109 a-mach à ceallan 115; bha 5% de cheallan hemagglutinin ENK +, 5 a-mach à ceallan 97; Fig. 1i). Fhuaireadh toraidhean co-ionann às deidh lionnachadh de bhìorasan sònraichte neach-brosnachaidh a tha a ’cur an cèill pròtain fluorescent uaine (tdENK-GFP agus tdDYN-GFP; LeasachailFigs. 2a agus 3a).
Leis gu bheil MSNan striatopallidal gu ìre mhòr a ’pròiseict gu na globus pallidus taobh a-muigh (GPe) agus MSNs striatonigral gu ìre mhòr a’ toirt a-steach don substantia nigra pars reticulata (SNpr), chleachd sinn in-stealladh den rianadair retrograde Fluoro-Gold a-steach do na roinnean eanchainn sin agus an uairsin immunohistochemistry fluorescent dà-leubail. gus dearbhadh gu bheil am pENK agus tdDYN Thug bhìorasan gabhaltachd slighe-sònraichte. Chunnaic sinn gu robh pENK-GFP ceallan co-ionadail le abairt striatal Fluoro-Gold às deidh infusions a-steach don GPe ach chan e an SNpr (Figear leasachail 2b) ach pDYN-GFP ceallan co-ionadail le abairt striatal Fluoro-Gold às deidh infusions a-steach don SNpr ach chan e an GPe (Figear leasachail 3b). Cha do dh ’atharraich na vectaran viral an àireamh de ENK + no neurons susbaint P + anns an roinn de ghalar viral, a’ moladh nach do chuir cleachdadh an luchd-brosnachaidh sin airson gluasad gine viral-mediated bacadh air ìrean neuropeptide endogenous. Tha na toraidhean sin uile a ’sealltainn gu bheil am pENK agus tdDYN bidh vectaran viral a ’cur an cèill ginean anns na h-àireamhan cealla striatal aca a tha air an sgaradh gu h-iomchaidh.
Ged hM4Thathar air sealltainn gu bheil dòighean stèidhichte air gabhadair D ag atharrachadh gnìomhachd de sheòrsaichean neuronal eile9, cha deach sgrùdadh a dhèanamh air an comas buaidh a thoirt air neurons striatal. Mar sin, chuir sinn grèim air neurons spìosrach meadhanach striatal le hM4Dh ’ullaich gabhadairean D fo smachd neach-adhartachaidh bhìoras herpes simplex (HSV), dheasaich iad sliseagan coronal de striatum droma dà latha às deidh sin, agus rinn iad sgrùdadh air mar a bha hM4Bidh D-a ’cur an cèill neurons striatal meadhanach spìosrach a’ freagairt CNO. Chunnaic sinn gun do chuir tagradh ionadail CNO (10 μM) a-steach hyperpolarization de chomas na buill-bodhaig (~ 7 mV, chaidh comas a ’bhun-loidhne atharrachadh gu −80 mV; Fig. 1c) agus lughdaich e an aghaidh cuir a-steach de na neurons às deidh tagradh CNO (Fig. 1d, e), a ’moladh gu bheil giùlan potaisium (ie, sruth-mheadhanaichte Kir3) air a ghnìomhachadh le CNO ann an hM4D neurons a tha a ’cur an cèill gabhadain. A bharrachd air an sin, lughdaich lughdachadh CNO gu mòr an àireamh de chomas gnìomh a chaidh a dhùsgadh ann an hM4D-a ’cur an cèill neurons, ach chan ann ann an ceallan smachd, mar sin a’ cur bacadh èifeachdach air toradh gnìomh nan neurons le galar beòil A ’cur an cèill hM4Cha do dh ’atharraich gabhadairean D leotha fhèin an aghaidh cuir-a-steach (P = 0.84) no losgadh gnìomh a dh ’fhaodadh a bhith ann (P = 0.64). (Fig. 1f, g). Air an toirt còmhla, tha an dàta seo a ’moladh sin, coltach ri neurons hippocampal9, an hM4Faodaidh dòigh stèidhichte air D / CNO lùghdachadh a dhèanamh gu h-èifeachdach air excitability neurons rat striatal.
Mar dhearbhadh a bharrachd air bun-bheachd, rinn sinn deuchainn a bheil hM4Bhiodh gabhadairean D a ’cuir casg air neurotransmission ann an cuairt stèidhichte far a bheil gnìomhachd neural air a dhùsgadh le dùil le brosnachadh a thaobh giùlan. A rèir sin, chuir sinn grèim air neurons sgìre tegmental ventral (VTA) le hM4Gabhadairean D fo smachd neach-adhartachaidh HSV, a tha a ’cur an cèill gu làidir ann an neurons dopamine10, agus chleachd iad voltammetry cearcallach luath-scan gus atharrachaidhean ann an sgaoileadh dopamine a thomhas anns na nucleus accumbens às deidh dhaibh duais bìdh a lìbhrigeadh gun dùil11. Bha rianachd CNO gu mòr a ’lughdachadh sgaoileadh dopamine a chaidh a ghlacadh le pellet bìdh anns na nucleus accumbens an coimeas ri carbad (Figear Leasachail 4). Mu dheireadh, rinn sinn deuchainn a bheil gnìomhachd lughdachadh de sheòrsaichean cealla neuronal sònraichte san striatum ann am vivo dh ’fhaodadh e comas amphetamine atharrachadh gus faireachdainn Fos a bhrosnachadh. Tha psychostimulants, leithid amphetamine, nan luchd-gnìomhachaidh làidir de c-altram anns an striatum12 agus àrdaichidh e c-altram ann an gach cuid neurons striatonigral agus striatopallidal fo na suidheachaidhean deuchainneach againn13. A bharrachd air a chleachdadh mar chomharradh air gnìomhachd neuronal, inntrigeadh psychostimulant de c-altram Thathas den bheachd gu bheil pàirt cudromach aig tòiseachadh ann an cumail suas agus cumail suas nan atharrachaidhean neòil a tha co-cheangailte ri mothachadh psychomotor1,14. Fhuair sinn a-mach gun do chuir CNO-meadhanachadh pENK-hM4D lùghdaich gabhadairean gu mòr an àireamh iomlan de cheallan c-Fos a bha air an adhbhrachadh le amphetamine san striatum (Fig. 1k agus Figear Leasachail 5a). Thachair an lùghdachadh seo anns gach cuid neurons hemagglutinin-positive (ie, an fheadhainn a tha a ’cur an cèill hM4Gabhadairean D) agus neurons hemagglutinin-negative (ie, an fheadhainn nach eil a ’cur an cèill hM4Gabhadairean D; Fig. 1l), a ’moladh buaidh tar-labhairt neuronal eadar hM4D-a ’cur an cèill neurons agus neurons gun dìon. Chaidh lùghdachaidhean mòra fhaicinn anns an àireamh iomlan de cheallan c-Fos le amphetamine agus anns an àireamh de cheallan c-Fos hemagglutinin-positive cuideachd nuair a bha hM4Chaidh gabhadairean D a ghnìomhachadh ann an neurons slighe dìreach (Fig. 1n, o agus Figear leasachail 5b). Gu cudromach, chan eil na buaidhean sin dìreach air an adhbhrachadh le bhith a ’nochdadh viral de gabhadair nobhail bho chaidh an dàrna cuid p a mhìneachadhENK-hM4D no tdDYN-hM4D cha robh buaidh sam bith aig gabhadairean às aonais làimhseachadh CNO air an àireamh de cheallan Fos a chaidh fhuadach le amphetamine (Figs leasachail. 6 agus 7). Mar sin, tha na co-dhùnaidhean sin a ’sealltainn gu bheil gnìomhachd CNM-meadhanaichte hM4Faodaidh gabhadairean D cuideachd leantainn gu lùghdachadh ann an gnìomhachd neuronal le bhith a ’lughdachadh leigeil ma sgaoil neurotransmitter agus a’ lughdachadh comharran intracellular.
Le bhith a ’nochdadh barrachd air drogaichean addictive faodaidh àrdachadh adhartach agus leantainneach ann am freagairteachd giùlain, ris an canar gu tric mothachadh mothachaidh giùlain. Gu cudromach, tha mothachadh a ’toirt a-steach cuid de na h-aon chuairtean neòil a tha ceangailte ri leasachadh tràilleachd dhrogaichean daonna3. An seo bidh sinn a ’cleachdadh ar n-innealan nobhail gus sgrùdadh a dhèanamh air a’ bhuaidh a th ’aig milleadh sònraichte air gnìomhachd neuron striatal air leasachadh mothachadh amphetamine. Rinn sinn beachd gu bheil dreuchdan dùbhlanach aig neurons slighe dìreach agus neo-dhìreach far a bheil neurons striatonigral a ’brosnachadh mothachadh agus bidh neurons striatopallidal a’ cuir às do mhothachadh, a rèir an dreuchdan a chaidh a mholadh gu bun-bheachdail ann an gnìomhachd giùlain agus casg fa leth.5,6. A rèir sin, rinn sinn deuchainn co-dhiù an toireadh lughdachadh bith-cheimigeach excitability neuronal de neurons striatopallidal brosnachadh do mhothachadh gu regimen dosing amphetamine a dh ’adhbhraicheas ìre stairsnich de mhothachadh agus an cuireadh lughdachadh excitability neuronal de neurons striatonigral casg air mothachadh ann am pròtacal a bhios mar as trice a’ toirt mothachadh làidir.
Airson a ’chiad sgrùdadh, chleachd sinn clàr làimhseachaidh a bheir a-steach ìre stairsnich de mhothachadh locomotor ann an smachdan GFP (ceithir nochdaidhean dhrogaichean). Às deidh ùine tarraing a-mach, chaidh dòs amphetamine dùbhlan meadhanach (2 mg / kg) a rianachd às aonais dìth gnìomhachd neuronal air a bhrosnachadh le CNO gus faighinn a-mach an robh mothachadh a ’leantainn. Gnìomhachadh CNO-meadhanaichte de pENK-hM4D cha do dh ’atharraich gabhadairean rè làimhseachadh amphetamine freagairt acute locomotor gu amphetamine (Fig. 2a). Ach, chuidich aimhreit CNO-meadhanaichte de ghnìomhachd neuronal ann an neurons slighe neo-dhìreach le bhith a ’leasachadh mothachadh gu math nas làidire an coimeas ri smachdan GFP (Fig. 2b). Chaidh an àrdachadh seo de mhothachadh a chumail air an dùbhlan amphetamine, a chaidh a dhèanamh seachdain an dèidh sin às aonais làimhseachadh CNO (Fig. 2c, d). Faodar na buaidhean sin a thoirt air sgàth lughdachadh gnìomhachd CNO de neurons striatopallidal le hM4D gabhadairean oir hM4Chan eil abairt gabhadair D gun làimhseachadh CNO a ’toirt a-mach mothachadh locomotor don regimen dosing tlàth seo de amphetamine (Figear Leasachail 6).
Gus faighinn a-mach an urrainn do neurons striatonigral a bhith a ’riaghladh freagairteachd dhrogaichean ann an dòigh a tha an aghaidh, rinn sinn deuchainn a-rithist air buaidh excitability lughdachadh bith-cheimigeach de neurons striatonigral anns an striatum dorsomedial rè regimen làimhseachadh dhrogaichean de amphetamine a bheir mothachadh làidir ann an smachdan GFP (sia nochdaidhean dhrogaichean) ) a bharrachd air rè dòs dùbhlan ìosal de amphetamine (0.5 mg / kg) às aonais aimhreit gabhadair-meadhanaichte de ghnìomhachd neuronal. Coltach ri milleadh slighe neo-dhìreach, cha do dh ’atharraich lughdachadh CNO-meadhanaichte excitability de neurons slighe dìreach rè làimhseachadh amphetamine freagairt freagairt locomotor acrach gu amphetamine (Fig. 2e). Ged a bha leasachadh mothachaidh a ’nochdadh coltach ri smachdan GFP às deidh gnìomhachadh p-brosnaichte le CNODYN-hM4D gabhadairean rè an ìre leigheis (Fig. 2f), cha do sheas mothachadh air pDYN-hM4D buidheann ach bha e fhathast air a chumail suas gu làidir ann an smachdan GFP (Fig. 2g, h). Faodar na buaidhean sin a thoirt cuideachd air lùghdachadh ann an gnìomhachd CNO de neurons striatonigral le hM4D gabhadairean oir hM4Cha do chuir abairt gabhadair D às aonais làimhseachadh CNO bacadh air leasachadh mothachadh locomotor oir chaidh mothachadh a thoirt do mhothachadh aig ìre an làimhseachaidh agus air dùbhlan nan drogaichean (Figear Leasachail 7). Tha an dàta seo a ’moladh gum faodadh neurons striatonigral a bhith gu sònraichte cudromach airson a bhith a’ riaghladh na h-atharrachaidhean giùlain fad-ùine a tha mar thoradh air cleachdadh dhrogaichean a-rithist.
Gu crìch, tha an dàta seo a ’toirt seachad a’ chiad fhianais airson na dreuchdan riatanach, agus dùbhlanach, a th ’aig neurons striatopallidal agus striatonigral ann a bhith a’ riaghladh plastachd giùlan a tha an urra ri eòlas dhrogaichean.. A bharrachd air an sin, tha dìth buaidh casg neuronal air freagairt locomotor acrach gu amphetamine a ’toirt seachad tuilleadh fianais gu bheil na h-uidheamachdan a bhios a’ riaghladh freagairtean geur do dhrogaichean eadar-dhealaichte bhon fheadhainn a tha ag atharrachadh nan atharrachaidhean maireannach a tha a ’nochdadh le bhith a’ nochdadh dhrogaichean a-rithist. Mu dheireadh, tha a bhith a ’càradh vectaran viral sònraichte phenotypic le gabhadairean dealbhaidh a tha comasach air gnìomhachd neuronal atharrachadh gun a bhith a’ cur dragh air gnìomh cealla gu maireannach a ’toirt seachad dòigh ùr-nodha agus cumhachdach airson a bhith a’ dèanamh sgrios air bunait moileciuil de chur-ris.
Acknowledgments
Fhuair an obair seo taic bho thabhartasan NIH K99 DA024762 (SMF), T32 GM07266 agus T32 GM07108 (DE), T32 AA009455 agus F32 DA026273 (MJW), R21 DA021793 (PEMP), R01 DAXNUMNXX ), agus R023206 DA19 (JFN), Duais Coileanaidh airson Luchd-saidheans Colaisde (DE) agus Duais Neach-sgrùdaidh Cliùiteach NARSAD (BLR)
Footnotes
Aithris ùidhean farpaiseach
Bidh na h-ùghdaran ag aithris nach eil com-pàirtean ionmhasail farpaiseach aca.
iomraidhean
;