Potenciación evocada por drogas nas sinapses excitatoras do VTA

Un estudo pioneiro realizado por Ungless e compañeiros de 2001 demostrou que unha única exposición á cocaína causou un incremento da forza sináptica nas sinapses excitatoras das neuronas VTA DA cando se midía 24 h máis tarde en franxas cerebrais (Ungless et al., 2001). Esta medida medíase como un incremento na proporción de correntes postsinápticas excitadoras mediadas por AMPA (EPSCs) sobre EPSC mediadas por NMDA (denominada relación AMPA / NMDA). A posterior aparición de LTP con evocación eléctrica foi oculta a través de sinapses VTA excitatorias en ratos tratados con cocaína mentres que a LTD foi mellorada. Estas observacións, así como unha serie de outras medidas electrofisiolóxicas indicaron que o cambio na plasticidade observou mecanismos semellantes compartidos con LTP evocado sinápticamente (Ungless et al., 2001). Dende entón demostrouse que a administración doutras drogas de abuso incluíndo anfetamina, morfina, etanol, nicotina e benzodiazepinas tamén pode inducir aumentos da forza sináptica no VTA, un efecto que non se ve con drogas psicoactivas que non teñen potencial abuso. (Saal et al., 2003; Gao et al., 2010; Tan et al., 2010). Esta observación demostra unha converxencia de respostas celulares dentro do VTA por todas as drogas maltratadas e proporciona un posible mecanismo neuronal mediante o cal poderían desencadearse as neuroadaptacións iniciais subxacentes.

O efecto da administración non contingente de fármacos na plasticidade sináptica VTA é expresada transitoriamente, durando polo menos 5 pero menos que 10 días e demostrouse que se correlaciona positivamente co desenvolvemento inicial da sensibilización do comportamento pero non coa súa expresión (Ungless et al., 2001; Saal et al., 2003; Borgland et al., 2004). Se a cocaína é autoadministrada, o resultado é bastante diferente xa que a plasticidade no VTA tórnase persistente e pódese detectar ata días 90 en retirada (Chen et al., 2008).

A potenciación das sinapses glutamatérxicas nas células VTA DA está ligada, presumiblemente, á capacidade de fármacos de abuso para aumentar a DA extracelular no NAc (Di Chiara e Imperato, 1988) Ae representa potencialmente o inicio dunha aprendizaxe de recompensa "patolóxica" mediante a cal prodúcese unha "estampación" de asociacións de indicios de drogas. De feito, reportáronse aumentos dependentes do receptor NMDA na forza sináptica glutamatérgica en neuronas VTA DA durante a adquisición dunha asociación de cue-recompensa (Stuber et al., 2008) e recentemente confirmouse que a cocaína aumenta selectivamente a relación AMPA / NMDA das neuronas VTA que se proxectan ao NAc en oposición ao PFC (Lammel et al., 2011); Está ben establecido que a transmisión de dopamina no NAc é fundamental para a adquisición dunha asociación pavloviana (Kelley, 2004). Así, pode que a potenciación das neuronas VTA DA poida representar unha codificación neural similar á LTP, posiblemente un proceso de aprendizaxe asociativo, que pode ser esencial para as respostas comportamentais tempranamente inducidas pola cocaína e ten capacidade para desencadear adaptacións a longo prazo que subxacen á adicción. aínda que non representa o propio estado adicto. Tal e como propuxo outros, pode que os fármacos adictivos coopten os circuítos de recompensa do cerebro para "aprender" o valor dunha droga para o organismo (Kauer e Malenka, 2007).

As orixes das proxeccións glutamatérxicas pertinentes para a VTA implicadas na plasticidade inducida por fármacos seguen a aclararse plenamente. Un estudo revelou que as sinapses glutamatérxicas VTA dirixidas por proxeccións tanto do propio VTA como do núcleo de pedunculopontina (PPN) mostran unha potenciación mellorada da cocaína, pero só as sinapsis que reciben as contribucións dos afferentes PPN están potenciadas con⁹-tetrahidrocannabinol (THC) (bo e lupica, 2010). Así, parece que as particularidades glutamatérticas implicadas na potenciación inducida por fármacos poden variar segundo a droga en cuestión e tamén pode ocorrer que unha proxección particular sexa común a toda a plasticidade excitatora evocada polo fármaco na VTA; este último aínda está por determinar. TO VTA recibe extensas proxeccións de varias rexións cerebrais incluíndo o PFC, a amígdala eo núcleo subtalámico (Geisler e Wise, 2008), moitos dos cales demostraron que inflúen na explosión das neuronas VTA DA (Grillner e Mercuri, 2002). Os experimentos futuros que utilizan técnicas optogenéticas poderían axudar na determinación das proxeccións específicas responsables da potenciación evocada por fármacos nas sinapses VTA observadas en resposta a varias drogas de abuso, o que reflicte a natureza exacta desta neuroadaptación.

Mecanismos subxacentes á plasticidade sináptica evocada por fármacos na sinapsis excitatoria na VTA

Como ocorre cos LTP inducidos eléctricamente nas neuronas DA do cerebro medio, o aumento da forza sináptica no VTA inducido por cocaína e nicotina demostrou ser dependente da activación do receptor NMDA (Bonci e Malenka, 1999; Ungless et al., 2001; Mao et al., 2011). En contraste, o mantemento da potenciación evocada pola cocaína mostrouse recentemente que esixe a actividade da proteína quinasa Mζ (Ho et al., 2012), unha isoforma de proteína quinasa C autónomamente activa (PKC), mentres que o LTP dependente do tempo de pico en neuronas VTA DA de ratos inxenuo de drogas depende das isoformas convencionais de PKC (Luu e Malenka, 2008). No caso da nicotina, a potenciación sináptica VTA require a excitación de neuronas DA mediadas por receptores nicotínicos de acetilcolina (NACHR) somatodendríticos α4β2 (Mao et al., 2011). Os aumentos inducidos pola nicotina na liberación presináptica do glutamato tamén contribúen á inducción desta plasticidade sináptica particular, probablemente a través dunha maior activación dos receptores NMDA (Mao et al., 2011).

Sábese máis sobre os mecanismos que subxacen á plasticidade sináptica evocada pola cocaína que a plasticidade subxacente inducida por outras drogas de abuso. A aplicación de cocaína en franxas medianeas produce unha potenciación da transmisión do receptor NMDA en poucos minutos e proponse ser a través da inserción de NMDARs que conteñen NR2B en sinapses a través dun mecanismo que require a activación de D₅ receptores e nova síntese de proteínas (Schilstrom et al., 2006; Argilli et al., 2008). Tamén se demostrou que a orxina A é necesaria para a rápida inserción inducida por cocaína de receptores que conteñen NR2B e aumento das relacións AMPA / NMDA; en consecuencia a orexina₁ demostrouse que o antagonista do receptor SB334867 impide o desenvolvemento de sensibilización á cocaína (Borgland et al., 2006). Ademais dos cambios na expresión das subunidades dos receptores NMDA, observáronse niveis aumentados de receptores AMPA que conteñen GluR1 (que carecen de GluR2) nas sinapses en canto a 3 h despois da exposición á cocaínae (Argilli et al., 2008). Esta observación combinada con outras evidencias recentes levou á hipótese de que a inserción sináptica de receptores que carecen de GluR2 de alta conduta contribúen á expresión da potenciación sináptica inducida pola cocaína no VTA (Dong et al., 2004; Bellone e Luscher, 2006; Mameli et al., 2007; Brown et al., 2010; Mameli et al., 2011), para comentarios ver (Kauer e Malenka, 2007; Wolf e Tseng, 2012). Esta inserción de receptores de AMPA que carecen de GluR2 depende da transmisión do receptor NMDA en neuronas VTA DA xa que está ausente en ratos que non teñen receptores NMDA funcionais en neuronas DA (Engblom et al., 2008; Mameli et al., 2009). EuA distribución de receptores de AMPA que carecen de GluR2 é significativa porque teñen propiedades únicas; son permeables ao calcio, teñen unha maior condutancia dun só canle que os receptores que conteñen GluR2 e, polo tanto, teñen unha enorme capacidade de alterar a transmisión sináptica (Isaac et al., 2007). Por iso, a inserción de receptores AMPA que carecen de GluR2 no VTA representa un posible mecanismo polo cal as drogas de abuso poden instanciar as adaptacións plásticas subxacentes ás fases iniciais do uso de drogas.

A inserción de receptores de AMPA que carecen de GluR2 nas sinapses excitatorias da VTA agora móstrase en resposta á administración de fármacos de múltiples clases, como a nicotina e a morfina, así como a activación optogenética de neuronas DA VTA. (Brown et al., 2010). To seu feito levou á proposta de que a inserción de receptores de AMPA sen GluR2 permeables de calcio representa un mecanismo universal que pode estar subxacente á potenciación evocada por drogas das sinapses VTA (Brown et al., 2010), aínda que os datos para a anfetamina non son necesariamente consistentes con esta hipótese (Faleiro et al., 2004). Ademais, dado que os receptores de AMPA que carecen de GluR2 están rectificando dentro e, polo tanto, levan moi pouca corrente en + 40 mV, a súa inserción por si só non pode explicar incrementos evocados por drogas nas relacións AMPA / NMDA. Un estudo recente que mediu as respostas sinápticas unitarias evocadas por unha fonte de glutamato altamente localizada (fotólise de dous fotóns do glutamato en gaiolas) mostrou que, ademais de afectar aos EPSC mediados por receptores AMPA, a exposición á cocaína tamén diminuíu os EPSC mediados polos receptores NMDA (Mameli et al., 2011), proporcionando así un posible mecanismo polo que se poderían aumentar as relacións AMPA / NMDA neste escenario (reducindo o denominador da relación). Isto aínda non se investigou con outras drogas de abuso.

O intercambio inducido por fármacos de GluR2 con receptores AMPA que carecen de GluR2 pódese revertir mediante a activación dos receptores mGluR1 no VTA (Bellone e Luscher, 2006; Mameli et al., 2007). Así, o intercambio de receptores AMPA mediados por mGluR1 proporciona un mecanismo que pode explicar por que a potenciación evocada de drogas das sinapses VTA é de natureza transitoria, durando 5 pero non días 10 (Ungless et al., 2001; Mameli et al., 2007). De feito, se a función mGluR1 no VTA é reducida 24 h antes da administración de cocaína, a rectificación interna inducida pola cocaína segue máis aló dos días 7 (Mameli et al., 2007, 2009). De aí unha posible explicación de por que o fortalecemento sináptico evocado pola cocaína persiste na VTA tras a autoadministración de cocaína (a diferenza da seguinte administración non contingente) podería ser que a auto-administración de cocaína conduce á depresión da sinalización mGluR1 no VTA.

Plástica sináptica evocada por fármacos en sinapses inhibitorias no VTA

EAs sinapses xcitatorias non son o único tipo de sinapsis nas neuronas VTA DA que se ven afectadas pola administración non contingente de drogas de abuso. As sinapses inhibidoras do VTA tamén teñen un papel crítico no control da taxa de disparo das neuronas DA, polo que a plasticidade nas sinapses GABAérxicas ten a capacidade de influír drasticamente na transmisión DA. De feito, a cocaína, a morfina eo etanol poden influír na plasticidade sináptica inhibitoria na VTA (Melis et al., 2002; Liu et al., 2005; Nugent et al., 2007). Exposición repetida de cocaína in vivo para os días 5-7 causa unha redución das amplitudes das correntes sinápticas mediadas por GABA, facilitando así a inducción de LTP nas células VTA reducindo a forza da inhibición de GABAergic (Liu et al., 2005). Os estudos posteriores revelan o mecanismo desta inhibición dependente de endocannabinoide LTD nas sinapses GABAergic que implica a activación de ERK1 / 2 (Pan et al., 2008, 2011). GABA_A As sinapses de receptores nas neuronas de dopamina VTA tamén presentan LTP dependente de NMDA robusto (denominado LTP)_GABA) en resposta á estimulación de alta frecuencia (Nugent et al., 2007). Este LTP_GABA está ausente nas franxas VTA 2 e / ou 24 h despois in vivo administración de morfina, nicotina, cocaína ou etanol (Nugent et al., 2007; Guan e Ye, 2010; Niehaus et al., 2010). No caso do etanol a prevención de LTP_GABA está mediada polo receptor μ-opiáceo (Guan e Ye, 2010) Xunto coa potenciación sináptica nas sinapses excitatorias, esta perda de LTP_GABA debe aumentar o disparo de neuronas VTA DA tras a exposición á droga.

Recentemente, demostrouse que a transmisión por GABA lenta está afectada por drogas de abuso. Así, unha única dose de metanfetamina ou cocaína é suficiente para debilitar significativamente a capacidade de GABA_B receptores para controlar o disparo de neuronas VTA GABA cando se miden ex vivo 24 h máis tarde (Padgett et al., 2012). A perda inducida por metanfetamina do potencial posináptico lento inhibidor (IPSC) xorde dunha redución de GABA_B Correntes de canles de potasio (GIRK) acopladas á proteína G do receptor-G, debido aos cambios no tráfico de proteínas, e acompañado dunha diminución significativa da sensibilidade do GABA presináptico_B receptores en neuronas GABA do VTA. A diferenza das influencias inducidas por drogas en GABA_A sinapsa esta depresión de GABA_BA sinalización R-GIRK persiste durante días despois da inxección (Padgett et al., 2012).

Correlados de comportamento da potenciación evocada por drogas nas células VTA DA

Como se mencionou anteriormente, o efecto da administración non contingente de fármacos na plasticidade sináptica nas neuronas VTA DA é expresado de forma transitoria, durando polo menos 5 pero menos que 10 días e demostrouse que se correlaciona positivamente co desenvolvemento inicial da sensibilización do comportamento pero non coa súa expresión. (Ungless et al., 2001; Saal et al., 2003; Borgland et al., 2004). En apoio á hipótese de que a potenciación da sintaxe VTA provocada por fármacos representa a inducción da sensibilización do comportamento, a administración intra-VTA de antagonistas do glutamato diminúe e a regulación de gases GluR1 mediada por virus aumenta as propiedades sensibilizadoras locomotoras dos medicamentos (Carlezon et al., 1997; Carlezon e Nestler, 2002). A evidencia de que a participación de receptores NMDA que conteñen NR2A e B está proporcionada pola observación de que a inhibición farmacolóxica prevé tanto o desenvolvemento de sensibilización como os aumentos asociados inducidos pola cocaína nas proporcións AMPA / NMDA (Schumann et al., 2009). Non obstante, os ratos con deleción dirixida de neuronas DA NR1 ou GluR1 (selectivo a midbrain DA) ou a deleción global de GluR1 mostran sensibilización de comportamento intacta e aínda mostran alteracións nas correntes dos receptores AMPA despois do tratamento da cocaína (Dong et al., 2004; Engblom et al., 2008). Unha torsión adicional é proporcionada pola observación de que o CPP e o comportamento locomotor condicionado están ausentes nos ratos eliminatorios de GluR1 (Dong et al., 2004) e a extinción da cocaína CPP está ausente nos ratos con deleción de GluR1 dirixida ás neuronas DA do cerebro medio (Engblom et al., 2008), mentres que en ratos eliminatorios de NR1 a restablecemento da CPP de cocaína e a expresión de sensibilización comportamental atópase atenuada (Engblom et al., 2008; Zweifel et al., 2008). Así, mesmo coa excepción da posible compensación no desenvolvemento de ratos mutantes e / ou posible supresión incompleta, é posible que os procesos neuronais que rexen a potenciación evocada por drogas das neuronas DA e sensibilización comportamental sexan disociadas. Pola contra, pode ser que a potenciación das sinapses VTA poida contribuír á atribución de potenciais de incentivos ás pistas asociadas ás drogas.

A medición dos cambios sinápticos tras a administración de fármacos non contingentes é limitada respecto de informar sobre o estado actual da enfermidade. Máis relevantes para a condición humana son estudos nos que se miden os cambios na plasticidade sináptica tras a administración de fármacos contingentes, por exemplo, a auto-administración operante. Neste sentido, o fortalecemento sináptico das células VTA DA inducido pola autoadministración de cocaína é un mes persistente e duradeiro nos meses 3 en abstinencia e demostrado que é resistente á formación de extinción (Chen et al., 2008). Así, aínda que inicialmente proponse ser un suceso transitorio, parece que a plasticidade evocada por drogas no VTA ten a capacidade de ser duradeira, demostrando que o método de administración (contingente versus non contingente) é un determinante crítico da súa lonxevidade. . Isto está soportado pola observación de que os controis de yugo neste estudo non mostraron un aumento similar na relación AMPA / NMDA; o que suxire que é a aprendizaxe da asociación de resultados ou acción-resultado que está conducindo a plasticidade. En contraste, a autoadministración de alimentos ou sacarosa baixo parámetros similares produce aumentos nas relacións AMPA / NMDA que persisten para 7 pero non 21 días en abstinencia, demostrablemente transitorio en comparación coa inducida por cocaína (Chen et al., 2008). A falta de persistencia da plasticidade inducida polos alimentos demostra que o cambio na forza sináptica inducida pola cocaína non é meramente unha representación neural dos procesos de aprendizaxe instrumental ou de recompensa implicados no paradigma de autoadministración operante. per se, máis ben un efecto específico de drogas que potencialmente representa un fortalecemento patolóxico das asociacións de drogas. Como se mencionou anteriormente, atopouse que as estimacións de recompensa causan un aumento das relacións AMPA / NMDA no VTA, aínda que non tan persistentes, apoiando un papel desta modificación da función sináptica excitatoria na aprendizaxe de recompensa (Stuber et al., 2008).

Curiosamente, a magnitude do aumento da relación AMPA / NMDA é similar, independentemente do número de inxeccións (única ou múltiple)., protocolo de administración (contingente vs. non contingente) e duración do acceso (acceso limitado vs acceso ampliado) (Borgland et al., 2004; Chen et al., 2008; Mameli et al., 2009). Isto indica que o aumento da relación AMPA / NMDA observada nas células VTA DA é potencialmente un evento permisivo, quizais sinalando "saúde" ao contrario de representar unha iniciación da neuropatoloxía subxacente que presumiblemente aumentaría coa exposición continua.

Plástica evocada por drogas nas sinapses excitatorias do NAc

A diferenza do VTA, unha única inxección de cocaína non causa aumentos da forza sináptica no NAc cando se mide 24 h despois. (Thomas et al., 2001; Kourrich et al., 2007). Esta observación e a escala de tempo bidireccional que segue con administración e retirada repetidas ddemostra que a plasticidade inducida polo fármaco no NAc é marcadamente diferente da observada na VTA. Por suposto, cando se administran repetidas inxeccións de cocaína (para inducir a sensibilización do comportamento), obsérvase unha diminución da relación AMPA / NMDA nas sinapses de shell NAc cando se mide 24 h despois da última administración.n (Kourrich et al., 2007). Esta depresión sináptica a partir de cocaína repetida parece estar ligada á plasticidade na VTA; Despois dunha interrupción selectiva da función mGluR1 na VTA, só se require unha única inxección de cocaína para causar esta mesma depresión das sinapses NAc (Mameli et al., 2009). TOs autores deste estudo postulan que unha excitación mellorada das proxeccións VTA pode facilitar a liberación coincidente de DA e glutamato no NAc a través dunha mellor liberación de DA. Isto pode entón cambiar o limiar para a inducción de plasticidade local no NAc afectando a excitabilidade do circuíto ou integrando procesos de sinalización intracelular (Mameli et al., 2009).

A importancia funcional da depresión das sinapses NAc durante a retirada aguda non está clara neste momento. Unha posible explicación pode ser que a depresión das neuronas espiñas medias de NAc (MSNs) reduce a súa resposta a estímulos gratificantes naturais, polo que contribúe á anhedonia experimentada durante a retirada aguda. Tamén podería ser que a diminución observada na relación AMPA / NMDA pode ser o resultado da inserción da membrana de receptores NMDA que conteñen NR2B (aumentando así o denominador da relación) cando se atopan novas sinapses silenciosas no shell de NAc cando se expón a cocaína (Huang et al., 2009). Crese que as sinapses glutamatérxicas silenciosas, que expresan correntes mediadas polos receptores NMDA funcionais en ausencia de correntes mediadas polos receptores AMPA, posúen unha maior capacidade de sufrir o reforzo da transmisión sináptica (Isaac et al., 1995). Unha vez xerados, estas sinapses silenciosas poden facilitar o recrutamento de receptores AMPA aumentando así a transmisión sináptica excitatoria. Isto proporciona un posible mecanismo para explicar os aumentos no nivel superficial dos receptores AMPA e a consecuente relación AMPAR / NMDAR observada no NAc durante a retirada prolongada (Boudreau e Wolf, 2005; Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007; Conrad et al., 2008). Os receptores NMDA que conteñen NR2B no NAc tamén poderían estar implicados na formación de asociacións de contexto farmacolóxico, xa que a eliminación de siRNA desta subunidade prevén o CPP da morfina nos ratos pero non a sensibilización comportamental (Kao et al., 2011).

A diferenza da cocaína, un réxime repetido de exposición intermitente ao etanol resulta nunha potenciación das sinapses en resposta a un protocolo de estimulación que inducía previamente á LTD cando medía 24 h despois da última exposición (Jeanes et al., 2011). Esta potenciación dependente de NMDA é transitoria xa que despois diso disipouse outro 48 h e non se poden inducir LTP nin LTD (Jeanes et al., 2011). Os autores interpretan cambios tan robustos na plasticidade NAc como un indicador da importancia potencial deste proceso nas neuroadaptacións inducidas polo etanol. Ademais, a diferenza dos psicoestimulantes, o etanol pode actuar nos receptores NMDA, polo que ten a capacidade de influír directamente na sinalización glutamatérgica.

Potenciación sináptica observada no NAc despois dun período de retirada

En contraste coa depresión observada durante a retirada aguda, a potenciación das sinapses de casca de NAc obsérvase despois de 10-14 días de retirada da administración repetida de cocaína ou morfina (Kourrich et al., 2007; Wu et al., 2012). Ademais, tras a retirada de 7 días dunha única administración de cocaína, un aumento na amplitude de mEPSCs así como unha perda de LTP inducida por estimulación de alta frecuencia (HFS) atópase nas neuronas NAc do núcleo e da cuncha que expresan a dopamina D₁ receptor (Pascoli et al., 2012). To seu cambio na capacidade de inducir a plasticidade sináptica denomínase metaplasticidade. A metaplasticidade inducida pola cocaína tamén se observa tras a retirada da auto-administración da cocaína. Así, as ratas que teñen auto-administrada cocaína seguidas de semanas 3 de extinción ou abstinencia mostran un marcado in vivo déficit na capacidade de desenvolver LTP no núcleo NAc tras a estimulación do PFC. Esta observación foi acompañada por un cambio cara á esquerda na curva de entrada e saída que suxire unha potenciación da amplitude do fEPSP (Moussawi et al., 2009). A potenciación das sinapses NAc tamén se observa en forma de aumento das correntes mediadas pola AMPA despois dun longo período de abstinencia despois da autoadministración (Conrad et al., 2008). Colectivamente, estes datos suxiren que a potenciación sináptica no NAc desenvólvese como unha función da duración da retirada, ou como unha función do tempo desde a primeira administración de cocaína. Un estudo recente apoia esta última interpretación xa que se observou incrementos semellantes na frecuencia de mEPSC en D₁ MSNs que expresan os receptores nos ratos a pesar da ausencia ou a presenza dun período de retirada prolongado despois da administración repetida de cocaína (Dobi et al., 2011). Polo tanto, parece que os acontecementos que levan aos cambios na transmisión glutamatérgica no NAc levan algún tempo para desenvolverse.

A contribución de subunidades de receptores AMPA específicos a este cambio varía segundo a fase de retirada eo método de administración; Os días 10-21 en retirada de receptores AMPA que conteñen GluR2 parecen ser responsables dos cambios na transmisión AMPA (Boudreau e Wolf, 2005; Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007; Ferrario et al., 2010) mentres que máis aló dos 21, os receptores de AMPA que carecen de GluR2 engádense ás sinapses. Este último resultado parece ser o caso só cando a cocaína é autoadministrada (Conrad et al., 2008; McCutcheon et al., 2011), aínda que ver (Mameli et al., 2009). Tendo en conta o aumento da condutancia dos receptores de AMPA que carecen de GluR2, pode ser que a súa inserción prodúzase en resposta á depresión das sinapses NAc causadas pola auto-administración da cocaína, o que resulta nun aumento da capacidade de resposta de MSN aos insumos excitatorios que provocan a procura de cocaína no futuro. De feito, o bloqueo dos receptores AMPA que carecen de GluR2 no NAc prevén a expresión da procura de cocaína inducida por indicios de incubación (Conrad et al., 2008), e a procura de cocaína inducida por AMPA ou por cocaína tamén é bloqueada por inxeccións de oligonucleótidos antisentido de ARNm de GluR1 no NAc (Ping et al., 2008).

Desafío á droga despois da retirada reverte a potenciación sináptica da depresión

O aumento da forza sináptica e da expresión da superficie das subunidades dos receptores AMPA inducidos pola cocaína no NAc despois da retirada da administración non contingente é posteriormente revertida tras a administración de máis inxeccións de cocaína (re-reto) (Thomas et al., 2001; Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007; Ferrario et al., 2010). Así, a depresión sináptica obsérvase unha vez máis na cáscara NAc cando se mide 24 h despois desta inxección de cocaína (Thomas et al., 2001), aínda que ver (Pascoli et al., 2012). Este comportamento parece correlacionarse coa expresión da sensibilización e, no caso da anfetamina polo menos, demostrouse que está mediada pola clatrina e depende da endocitose dependente de GluR2 dos receptores AMPA postsinápticos (Brebner et al., 2005). A diminución da expresión superficial dos receptores AMPA tras o desafío á cocaína é transitoria, xa que nos días de 7 a expresión da superficie recupera a niveis comparables ás ratas pretratadas por cocaína sen contestar (Ferrario et al., 2010). Polo tanto, parece que o historial de exposición e retirada de cocaína pode cambiar facilmente a dirección da plasticidade sináptica no NAc.

Recentemente fíxose unha conexión directa entre a potenciación das sinapses cortico-accumbales en D₁ células positivas para o receptor tras a retirada dos días 7 ea expresión de sensibilización. Como se mencionou anteriormente, tras a retirada de 7 días dunha única administración de cocaína, atopouse que estas sinapses son potenciadas tanto no núcleo coma na cuncha (medido por un aumento da amplitude mEPSC) e redúcese a LTP inducida por HFS. Non se atopou o mesmo para as sinapses en D₂ células receptoras positivas (Pascoli et al., 2012). Cando se inviste optogeneticamente in vivo a través dun protocolo coñecido por inducir a LTD, sinapses cortico-accumbales en D₁As células receptoras positivas mostraron mEPSCs reducidos e evitouse a expresión de sensibilización locomotora. É importante destacar que a capacidade do HFS para inducir LTP foi restaurada a estas neuronas (Pascoli et al., 2012), demostrando así unha conexión directa entre esta adaptación sináptica particular nas sinapses cortico-accumbales e a expresión da sensibilización á cocaína.

Factores de transcrición

Os factores de transcrición son proteínas que se unen a secuencias específicas de ADN para regular a transcrición de xenes interactuando co complexo de ARN polimerase II (Mitchell e Tjian, 1989). Os factores de transcrición poden ser inducidos ou reprimidos en resposta a estímulos ambientais, o que resulta en cambios na expresión xénica e, finalmente, na función neuronal. Identificáronse varios factores de transcrición polo seu potencial papel na adicción porque a súa expresión e activación está regulada no camiño mesocorticolímbico tras a exposición a drogas de abuso. BFosB é un deses factores de transcrición que recibiu unha atención especial debido á súa inusual estabilidade. ΔFosB é unha variante de empalme truncada do xene FosB, e comparte a homoloxía con outros membros da familia Fos incluíndo c-Fos, FosB, Fra1 e Fra2 que todo heterodimerise con proteínas da familia xuñada (c-Jun, JunB ou JunD) para formar Factores de transcrición da proteína activadora-1 (AP-1) (Morgan e Curran, 1995). Estes outros membros da familia Fos son inducidos rapidamente no estriado en resposta á administración aguda de psicoestimulantes, pero debido á súa inestabilidade esta expresión é transitoria e volve aos niveis basais en poucas horas (Graybiel et al., 1990; Young et al., 1991; Hope et al., 1992). Pola contra, ΔFosB acumúlase no estriado tras a administración de fármacos crónicos, ea súa expresión persiste varias semanas despois da última exposición a drogas (Hope et al., 1994; Nye et al., 1995; Nye e Nestler, 1996; Pich et al., 1997; Muller e Unterwald, 2005; McDaid et al., 2006). Os datos de experimentos de comportamento apoian un papel de BFosB nalgúns dos efectos duradeiros que dan as drogas de abuso. A sobreexpresión de ΔFosB no estriado ten como resultado un aumento das respostas locomotoras á cocaína aguda e crónica, e aumenta as propiedades reforzantes de cocaína e morfina (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Zachariou et al., 2006), mentres que a inhibición de ΔFosB produce os efectos comportamentais opostos (Peakman et al., 2003). Debido á súa capacidade de aumentar as propiedades motivacionais de incentivos das drogas de abuso, propúxose que este factor de transcrición represente un "interruptor molecular" que facilite a transición á dependencia (Nestler, 2008).

A proteína de unión a elementos de resposta cAMP (CREB) é outro factor de transcrición que foi o foco dunha cantidade considerable de investigacións debido ao seu papel proposto na plasticidade inducida por drogas (McPherson e Lawrence, 2007). CREB exprésase omnipresentemente no cerebro e pode ser activado por multitude de vías de sinalización intracelular que culminan na fosforilación da serina 133 (Mayr e Montminy, 2001). O CREB fosforilado (pCREB) estimula o recrutamento da proteína de unión a CREB (CBP) que facilita a transcrición de varios xenes descendentes (Arias et al., 1994). PCREB é inducido rapidamente no estriado tras a exposición a psicoestimulantes (Konradi et al., 1994; Kano et al., 1995; Walters e Blendy, 2001; Choe et al., 2002) e esta é a hipótese que representa un mecanismo homeostático que contrarresta as respostas comportamentais ás drogas de abuso (McClung e Nestler, 2003; Dong et al., 2006). De acordo con isto, a sobreexpresión do CREB no shell NAc reduce as propiedades gratificantes da cocaína nun paradigma de preferencia de lugar condicionado (CPP), mentres que se observa o contrario coa inhibición do CREB nesta rexión (Carlezon et al., 1998; Pliakas et al., 2001). Do mesmo xeito, a caída xenética ou a inhibición do CREB no estriado dorsal confire un aumento da sensibilidade ás propiedades de activación locomotora dos psicoestimulantes, engadindo máis apoio a esta hipótese (Fasano et al., 2009; Madsen et al., 2012).

Aínda que os datos dos experimentos do CPP apoian a idea de que o CREB actúe como modulador negativo da recompensa de drogas, polo menos no que respecta á cocaína, isto pode ser unha simplificación excesiva. Unha serie de estudos que utilizan varias técnicas para alterar a función CREB no shell NAc revelaron que a inhibición do CREB reduce o reforzo da cocaína nun paradigma de autoadministración (Choi et al., 2006; Green et al., 2010; Larson et al., 2011), mentres que o reforzo da cocaína mellora a sobreexpresión de CREB nesta rexión (Larson et al., 2011). Estes descubrimentos diverxentes son probablemente debido a diferenzas fundamentais entre os procedementos de condicionamento instrumental e pavloviano e voluntarios vs. administración involuntaria de drogas. O CPP implica procesos de aprendizaxe asociativa e considérase unha medida indirecta das propiedades hedónicas dun medicamento en vez de reforzo de fármacos per se (Bardo e Bevins, 2000). A autoadministración voluntaria de drogas pode estar influenciada por unha serie de factores emocionais e pola capacidade da actividade CREB no NAc de reducir as respostas a estímulos ansiogênicos (Barrot et al., 2002) e atenuar o comportamento depresivo (Pliakas et al., 2001) podería influír na propensión á autoadministración da droga. Curiosamente, a supresión do CREB do PFC resulta nunha diminución da motivación para a autoadministración de cocaína (McPherson et al., 2010), demostrando que o efecto da manipulación de CREB sobre o comportamento tamén varía para diferentes rexións do cerebro. Talvez non sexa sorprendente, xa que o transcriptoma CREB difiere marcadamente segundo o tipo de célula (Cha-Molstad et al., 2004) e polo tanto sería importante identificar os cambios na expresión xénica que se producen no fluxo de CREB que contribúen a estes fenotipos. Complicar aínda máis as cousas é a observación de que o CREB no shell NAc é esencial para a nicotina CPP (Brunzell et al., 2009), o que suxire que os mecanismos subxacentes á recompensa de nicotina difiren dos que están subxacentes á cocaína e á morfina, que ambos son reforzados pola inhibición do CREB na cuncha de NAc (Carlezon et al., 1998; Pliakas et al., 2001; Barrot et al., 2002).

Mecanismos epixenéticos

A epigenética ten unha serie de definicións, pero na neurociencia é comúnmente definida como cambios na expresión xénica que se producen a través da modulación da cromatina que non se producen por cambios na secuencia de ADN subxacente (McQuown e Wood, 2010). A cromatina describe o estado do ADN cando se embala dentro da célula. A unidade de repetición básica da cromatina é o nucleosoma, que consiste en pares de bases 147 de ADN envolto ao redor dun octámero composto por pares das catro histonas do núcleo (H2A, H2B, H3 e H4) (Luger et al., 1997). As colas terminales amino destas histonas centrais poden experimentar unha serie de modificacións post-tradución que inclúen a acetilación, metilación, fosforilación, ubiquitinación e sumoilación (Berger, 2007). A adición e eliminación destes grupos funcionais a partir de colas de histonas é levada a cabo por un gran número de enzimas modificadoras de histonas, incluíndo acetiltransferases, deacetilasas, metiltransferases, demetilases e quinases (Kouzarides, 2007). Estas modificacións de histonas serven para sinalar o recrutamento de factores de transcrición e outras proteínas implicadas na regulación transcricional, e alteran a conformación da cromatina para que o ADN sexa máis ou menos accesible ao mecanismo de transcrición (Strahl e Allis, 2000; Kouzarides, 2007; Taverna et al., 2007). Os mecanismos epixenéticos representan un medio importante polo cal os estímulos ambientais poden regular a expresión xénica e, en última instancia, o comportamento.

Recentemente, a modificación da cromatina foi recoñecida como un mecanismo importante subxacente aos cambios de plasticidade e comportamento inducidos por drogas (Renthal e Nestler, 2008; Bredy et al., 2010; McQuown e Wood, 2010; Maze and Nestler, 2011; Robison e Nestler, 2011). As primeiras evidencias disto foron feitas por experimentos de Kumar e compañeiros que usaron ensaios de inmunoprecipitación de cromatina (ChIP) para demostrar que a cocaína induce modificacións de histonas en promotores xenéticos específicos no estriado (Kumar et al., 2005). En concreto, a administración aguda de cocaína resultou na hiperacetilación de H4 cFos promotor, mentres que a administración crónica resultou nunha hiperacetilación de H3 BDNF Cdk5 promotores. A acetilación de histonas implica a transferencia enzimática dun grupo acetilo á cola N-terminal básica dunha histona, que neutraliza a interacción electrostática entre a histona e o ADN cargado negativamente, facéndoo máis accesible ao aparello transcricional (Loidl, 1994). Isto é consistente coa capacidade da cocaína para aumentar a expresión dos factores de transcrición da familia Fos de forma aguda (Graybiel et al., 1990; Young et al., 1991), mentres que BDNF e Cdk5 só se inducen tras a exposición crónica (Bibb et al., 2001; Grimm et al., 2003).

Un estado hiperacetilado de histonas tamén se pode lograr experimentalmente mediante a administración de inhibidores da histona desacetilase (HDAC), e estes medicamentos utilizáronse para examinar os efectos dos aumentos globais na acetilación de histonas en respostas ao comportamento a drogas de abuso. A administración sistémica de inhibidores de HDAC aumenta sinérgicamente a hiperacetilación observada en resposta á cocaína dentro do estriado (Kumar et al., 2005), e isto potencia a locomoción inducida pola cocaína e a recompensa de cocaína (Kumar et al., 2005; Sun et al., 2008; Sanchis-Segura et al., 2009). A inhibición de HDAC tamén pode aumentar a sensibilización locomotora ao etanol e á morfina e facilitar a morfina CPP (Sanchis-Segura et al., 2009), Non obstante, tamén se atoparon inhibidores de HDAC para impedir o desenvolvemento de sensibilización a unha exposición única á morfina (Jing et al., 2011), e reducen a motivación para autoadministrar a cocaína (Romieu et al., 2008). Estes resultados contrastantes poden reflectir diferenzas nos protocolos de administración, e importantes que demostran que os inhibidores de HDAC non potencian indiscriminadamente as respostas do comportamento ás drogas en todas as condicións.

Debido ao seu efecto permisivo sobre a transcrición de xenes, os inhibidores de HDAC tamén poden actuar para facilitar certos tipos de aprendizaxe (Bredy et al., 2007; Lattal et al., 2007). Recentemente demostrouse que a administración dun inhibidor de HDAC tras a re-exposición a un ambiente previamente vinculado á cocaína pode facilitar a extinción do CPP inducido pola cocaína, e isto probablemente está relacionado co aumento da acetilación da histona H3 no NAc (Malvaez et al., 2010). A infusión do inhibidor de HDAC de ácido suberoylanilido hidroxámico (SAHA) directamente na NAc durante a fase de acondicionamento do CPP aumenta a recompensa condicionada de cocaína (Renthal et al., 2007), indicando que a inhibición de HDAC nesta rexión pode facilitar tanto a aprendizaxe relacionada coa recompensa como a aprendizaxe de extinción, dependendo do contexto no que se administra a droga. Outros experimentos revelaron un papel para HDAC5, e HDAC endóxeno expresado altamente no NAc na modulación da recompensa de cocaína. A administración de cocaína aumenta a función HDAC5 regulando a súa desfosforilación e posterior importación nuclear, ea desfosforilación de HDAC5 no NAc afecta o desenvolvemento dun CPP de cocaína (Taniguchi et al., 2012). Do mesmo xeito, a sobreexpresión de HDAC5 no NAc durante a fase de acondicionamento do CPP atenúa a recompensa de cocaína, e este efecto invértese tras a expresión dunha forma mutante de HDAC5 no NAc (Renthal et al., 2007). É posible que HDAC5 estea a exercer estes efectos inhibindo a transcrición de xenes inducida por fármacos que normalmente aumenta as propiedades gratificantes da cocaína.

A análise de xenoma de modificacións de cromatina que se producen no NAc como resultado da exposición á cocaína revelou multitude de modificacións na cromatina nas rexións promotoras dos xenes descendentes de CREB e ΔFosB (Renthal et al., 2009). Esta análise tamén revelou unha regulación ascendente de dúas sirtuínas, SIRT1 e SIRT2, que son proteínas que posúen actividade HDAC e tamén poden desacetilar outras proteínas celulares (Denu, 2005). A indución de SIRT1 e SIRT2 está asociada a un aumento da acetilación de H3 e ao aumento da unión de ΔFosB nos seus promotores de xenes, o que suxire que son obxectivos de fluxo descendente de FosB (Renthal et al., 2009). Crese que a regulación ascendente de SIRT1 e SIRT2 ten relevancia no comportamento; as sirtuínas diminúen a excitabilidade das MSNs de NAc in vitro, ea inhibición farmacolóxica das sirtuínas diminúe a recompensa de cocaína, mentres que a súa activación aumenta as respostas gratificantes á cocaína (Renthal et al., 2009).

Ademais do papel funcional dos HDAC, os estudos xenéticos tamén revelaron un papel para as histonas acetiltransferases (HAT) na mediación dalgunhas das respostas comportamentais ás drogas de abuso. É posíbel que o mecanismo máis importante mediante o cal a CBP sexa capaz de mellorar a transcrición de xenes é a través da súa actividade intrínseca HAT (Bannister e Kouzarides, 1996), e os descubrimentos recentes implican a actividade HAT da CBP nalgúns dos cambios epixenéticos que resultan da exposición á droga. En resposta á cocaína aguda, a CBP é recrutada para a cocaína FosB promotor onde acetila a histona H4 e aumenta a expresión de FosB (Levine et al., 2005). Nos ratos haploinsuficientes para a CBP, menor número de CBP é recrutado para o promotor, resultando na acetilación de histonas diminuída e na expresión de FosB. Isto tamén corresponde a unha menor acumulación de FosB no estriado, e non sorprendente que estes ratos mostran unha diminución da sensibilización en resposta a un reto da cocaína (Levine et al., 2005). Recentemente, usando o sistema de recombinación cre-lox, Malvaez e os seus compañeiros investigaron o papel da actividade da CBP localizada específicamente no NAc tras a transcrición e comportamento dos xenes inducidos pola cocaína (Malvaez et al., 2011). Informouse de que a eliminación dirixida de CBP no NAc produciu unha redución da acetilación das histonas e da expresión de c-Fos, e unha alteración da activación locomotora en resposta á cocaína tanto aguda como crónica (Malvaez et al., 2011). A recompensa condicionada de cocaína tamén foi inhibida nestes ratos, proporcionando as primeiras evidencias de que a actividade da CBP no NAc é importante para a formación de memorias asociadas ao fármaco (Malvaez et al., 2011).

Recentemente, experimentos do laboratorio de Kandel revelaron que os mecanismos epixenéticos poden estar á base da hipotética capacidade da nicotina para actuar como un "medicamento de entrada". Os ratos pretratados crónicamente con nicotina antes da exposición á cocaína presentaron unha sensibilización locomotora mellorada e unha recompensa á cocaína en comparación cos ratos inxenuos de nicotina (Levine et al., 2011). Ademais, o pre-tratamento da nicotina deu lugar a unha maior depresión inducida por cocaína de LTP nas sinapses excitatoras do núcleo de NAc, un efecto que non se vía coa nicotina só. A análise de modificacións de histonas inducidas pola exposición a nicotina de 7-day revelou un aumento da acetilación de H3 e H4 no FosB promotor no estriado, un efecto que non foi tan pronunciado en resposta á administración de cocaína durante 7 días. A actividade HDAC reduciuse no estriado dos ratos tratados con nicotina, pero sen cambios nos ratos tratados con cocaína. Sorprendentemente, a infusión dun inhibidor de HDAC directamente no NAc foi capaz de imitar os efectos do pretratamento da nicotina para potenciar os efectos da cocaína. Ningún destes cambios se observou cando os ratos foron tratados con cocaína antes da nicotina, confirmando a especificidade temporal destes efectos. Este elegante conxunto de experimentos proporcionou unha posible explicación epixenética de por que fumar cigarros precede case sempre ao consumo de cocaína na poboación humana (Kandel, 1975; Kandel et al., 1992).

Ademais da acetilación de histonas, a metilación de histonas foi recientemente recoñecida como unha modificación de cromatina relevante no comportamento inducida por drogas de abuso (Laplant et al., 2010; Maze et al., 2010, 2011). A metilación de histonas implica a adición enzimática dun, dous ou tres grupos metilo aos residuos de lisina ou arginina no N-terminal das colas de histonas, e está asociado con activación ou represión transcripcional, dependendo da natureza da modificación (Rice e Allis). , 2001). Os primeiros estudos para examinar a metilación das histonas inducidas pola cocaína levaron á identificación de dúas histonas metiltransferases, a proteína G9a e G9a (GLP), que foron reguladas de forma persistente no NAc 24 h logo da exposición non contingente á cocaína e á auto-cocaína -administración (Renthal et al., 2009; Maze et al., 2010). Esta regulación de baixada estaba ligada a descensos similares na histona H3 lisina 9 (H3K9) e 27 (H3K27) metilación. Posteriormente, demostrouse que a sobreexpresión de G9a no NAc reduce a expresión inducida por cocaína de xenes seleccionados, diminúe a recompensa de cocaína medida por CPP e inhibe o aumento da densidade da columna dendrítica normalmente observada en resposta á cocaína repetida (Maze et al., 2010). O contrario ocorreu cando a expresión de G9a no NAc foi inhibida, o que resultou nunha densidade dendrítica aumentada e unha maior recompensa de cocaína. Hai evidencias de que estes cambios inducidos pola cocaína na expresión de G9a e as consecuentes diminucións de H3K9 e H3K27 están reguladas por ΔFosB (Maze et al., 2010). Colectivamente, estes experimentos identificaron un papel importante para a metilación de histonas por G9a nalgunhas das consecuencias comportamentais e bioquímicas a longo prazo da exposición repetida á cocaína.

Recentemente, a trimetilación da histona H3 lisina 9 (H3K9me3) que se pensaba que era unha marca heterocromática relativamente estable, mostrouse regulada dinámicamente na NAc por exposición aguda e crónica á cocaína (Maze et al., 2011). A cocaína repetida resultou en diminucións persistentes na unión represiva de H3K9me3, que foi particularmente enriquecida en rexións xenómicas non codificantes (Maze et al., 2011). Estes descubrimentos iniciais suxiren que a exposición repetida á cocaína pode levar á inseguridade de certos elementos retrotransponibles nas neuronas NAc, e sería de grande interese comprobar as consecuencias comportamentais destas novas adaptacións epixenéticas.

Dada a natureza perdurable da adicción, investigacións recentes tamén exploraron o papel da metilación do ADN, que é unha adaptación epixenética máis estable en comparación coa modificación de histonas. A metilación do ADN implica a adición de grupos metilo ás bases da cisteína no ADN, e generalmente está asociada coa represión transcricional (Stolzenberg et al., 2011). Análise de cerebros de ratas que recibiron inxeccións pasivas de cocaína durante días 7, ou que a auto-administrada cocaína durante días 13 revelou unha baixa regulación do ADN metiltransferase DNMT3a no NAc 24 h despois da última exposición á cocaína (Laplant et al., 2010). Pola contra, tras unha exposición máis crónica á cocaína (tanto pasiva como autoadministrada para semanas 3 ou máis) e un período de retirada 28 día, dnmt3a Atopouse un ARNm significativamente mellorado no NAc (Laplant et al., 2010). Posteriormente demostrouse que a inhibición da metilación do ADN / DNMT3a no NAc mellorou tanto a CPP como a sensibilización locomotora á cocaína, mentres que se observou o contrario tras a sobreexpresión de DNMT3a nesta rexión. Ademais, a inhibición de DNMT3a no NAc tamén evitou aumentos inducidos pola cocaína na densidade da columna dendrítica (Laplant et al., 2010). A relevancia comportamental das alteracións inducidas pola cocaína na densidade da columna vertebral da NAc aínda non se entende ben. As manipulacións que inhiben a inducción da columna vertebral inducida por fármacos demostraron que reducen as propiedades gratificantes da cocaína (Russo et al., 2009; Maze et al., 2010); con todo, outros estudos atoparon que a inhibición da espinoxénese potencia a recompensa de cocaína (Pulipparacharuvil et al., 2008; Laplant et al., 2010). Como a cocaína parece inducir unha regulación moi complexa de varias espiñas dendríticas no transcurso da exposición e retirada (Shen et al., 2009), suxeriuse que estas diferenzas poden depender do tipo de espiñas dendríticas que se alteran (Laplant et al., 2010).

A partir dos experimentos descritos neste documento, está claro que a regulación inducida por fármacos do potencial transcricional das células representa un mecanismo clave que inflúe nas respostas comportamentais ás drogas e á aprendizaxe relacionada coa recompensa. Un seguinte paso importante sería identificar cales destes cambios epixenéticos son máis relevantes para o estado de adicción á enfermidade humana. Dado que a mera exposición ás drogas é insuficiente para producir "adicción" en humanos e animais, a incorporación de modelos que mide máis de cerca as características comportamentais da adicción, como o uso compulsivo de drogas e a recaída, terán un valor significativo.