O acto de equilibrio estriado na adicción ás drogas: roles distintos de mediana espiña mediana directa e indirecta (2011)

introdución

As drogas de abuso exercen poderosas alteracións moleculares e celulares tanto no estriado dorsal (dStr) como no estrato ventral (núcleo accumbens, NAc), e moitos destes cambios ocorren en neuronas espiñas medias (MSNs), as principais neuronas de proxección en dStr e NAc, que conta 90-95% de todas as neuronas destas rexións. Non obstante, hai pouco os investigadores non puideron definir claramente o papel diferencial dos dous subtipos de MSN en fenómenos relacionados coa adicción. Os dous subtipos de MSN diferéncianse polo enriquecemento do receptor de dopamina 1 (D.)₁) ou receptor de dopamina 2 (D.)₂) así como varios outros xenes (Gerfen e Young, 1988; Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1990, 1991; Bernard et al., 1992; Ince et al., 1997; Lobo et al., 2006, 2007; Heiman et al., 2008; gensat.org) e polas súas distintas proxeccións a través da vía de ganglios cortico-basais (as vías directa ou indirecta; Gerfen, 1984, 1992). Os primeiros traballos suxeriron que as drogas de abuso inflúen máis na D₁+ MSN, co uso de numerosos agonistas e antagonistas dos receptores de dopamina que proporcionan unha información importante sobre as funcións moleculares e funcionais de cada MSN nos comportamentos de recompensa de drogas (Auto, 2010). Non obstante, as metodoloxías específicas de tipo celular actuais, incluíndo ratos reporteiros fluorescentes que expresan GFP baixo D₁ ou D₂ cromosomas artificiais bacterianos (BACs); Gong et al., 2003; Valjent et al., 2009; gensat.org), modelos de rato condicional como o uso de ratos transxénicos inducibles regulados por tetraciclinaChen et al., 1998; Kelz et al., 1999), e ratos transxénicos que expresan Cre-recombinase usando D₁ ou D₂ BACs, cromosomas artificiais de levedura (YACs), ou rato knock-inGong et al., 2007; Lemberger et al., 2007; Heusner et al., 2008; Parkitna et al., 2009; Valjent et al., 2009; Bateup et al., 2010; Lobo et al., 2010; gensat.org), así como a transferencia de xene mediada por virus específica de tipo celular (Cardin et al., 2010; Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011), proporcionaron unha profunda nova visión sobre as bases moleculares precisas de cada subtipo de MSN ea súa regulación por drogas de abuso (Táboa) 1).

Táboa 1. Efectos da manipulación xenética específica de tipo celular en D₁+ e D₂+ MSN en modelos de drogodependencia.

Descubrimentos recentes apoian a conclusión dun papel máis predominante para D₁+ MSNs para producir o efecto de reforzo e sensibilización de drogas de abuso, coa maioría dos cambios moleculares robustos nestes MSN. Por exemplo, a exposición aguda a psicostimulantes induce poderosamente moléculas de sinalización como FosB, ERK, c-Fos e Zif268 na D₁+ MSN, mentres que a cocaína repetida induce preferentemente a BFosB e altera o receptor GABA e outras subunidades de canles de ións neste tipo de célula (Robertson et al., 1991; Young et al., 1991; Berretta et al., 1992; Cenci et al., 1992; Moratalla et al., 1992; Hope et al., 1994; Bertran-Gonzalez et al., 2008; Heiman et al., 2008). Ademais, perturba ou expresa expresamente moléculas específicas, como ΔFosB, DARPP-32 ou Nr3c1 (o receptor de glucocorticoides), en D₁+ MSNs normalmente imitan os comportamentos relacionados coa droga observados cando estas alteracións fanse dun xeito específico de tipo non celular, ao tempo que interrompe tales xenes en D₂+ MSN a miúdo provoca unha resposta oposta (Fienberg et al., 1998; Kelz et al., 1999; Deroche-Gamonet et al., 2003; Zachariou et al., 2006; Ambroggi et al., 2009; Bateup et al., 2010). Non obstante, non podemos descartar unha contribución importante da D₂+ MSN en adaptacións a drogas de abuso, porque a exposición á cocaína modifica a expresión xénica en ambos subtipos de MSN (Heiman et al., 2008) e D₂os agonistas e antagonistas dos receptores exercen poderosos efectos nos ensaios de comportamento (Auto, 2010). De feito, os resultados recentes mostran que as adaptacións de sinalización molecular en D₂Os MSN modifican poderosamente a resposta do comportamento dun animal ás drogas de abuso (Lobo et al., 2010). Os últimos resultados mostraron que a perda de TrkB (o receptor para BDNF) en D₂+ MSN resulta en respostas de comportamento similares á cocaína como nocaut total TrkB do NAc, mostrando por primeira vez un papel dominante selectivo para un camiño molecular en D₂+ MSN na mediación dos efectos das drogas de abuso.

Finalmente, a literatura recente revela que os dous MSN exercen efectos antagónicos nos comportamentos relacionados coa droga, onde a activación de D₁+ MSN ou inhibición de D₂+ MSN aumenta a sensibilidade dun animal a unha droga de abuso (Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011). Estes resultados son consistentes cos roles opostos dos dous MSN e as súas vías directa ou indirecta nos ganglios basais nos comportamentos motores.Alexander et al., 1986; Albin et al., 1989; Graybiel, 2000; Kravitz et al., 2010). Esta literatura recente está de acordo coa idea xeral de que a neurotransmisión dopaminérxica, que é activada por todas as drogas de abuso, facilita a activación glutamatérgica de D₁+ MSNs ao tempo que inhiben a activación glutamaterxica de D₂+ MSN a través das súas accións en D₁ vs. D₂ receptores de dopamina (figura 1). Nesta revisión, abordamos o coñecemento actual da distinta sinalización molecular exhibida por estes dous subtipos de MSN en relación coas súas funcións e respostas ás drogas de abuso.

Figura 1. Todos os fármacos de abuso aumentan a sinalización da dopamina no estriado, que pode modular de xeito diferencial a actividade glutamatérgica nos dous subtipos de MSN. En particular, a cocaína únese ao transportista de dopamina para evitar a recaptura de dopamina nos terminais das neuronas da dopamina. Activación de G_s/_olf acoplado D₁ Os receptores aumentan a actividade de PKA e altera o Ca²⁺ e K⁺ condutancias para mellorar o "estado ascendente" mediado polo glutamato nestes MSN. Pola contra, a activación de G_i/G_o D₂Os receptores diminúen a actividade de PKA e altera o Ca²⁺, N / A⁺, e K⁺ condutións para diminuír o estado de "estado en estado" mediado por glutamato. Isto cambia a estas MSN ao seu estado en estado de descanso.

Sinalización do receptor de dopamina en D₁ vs. D₂ MSN

Como xa se indicou, todas as drogas de abuso activan a entrada dopaminérxica no NAc e rexións cerebrais límbicas relacionadas (Volkow et al., 2004; Sabio, 2004; Nestler, 2005). Por exemplo, os psicoestimulantes como a cocaína ou a anfetamina actúan directamente na vía de recompensa dopaminérxica, interferindo co transportista de dopamina: a cocaína bloquea o transportista e a anfetamina inverte o transportista, o que produce unha acumulación de dopamina na sinapse. receptores nas neuronas diana (figura 1). Os dous MSN diferéncianse notablemente polo enriquecemento de D₁ vs. D₂Os receptores aínda que os estudos de RT-PCR dunha soa célula revelan que D₁+ MSN expresan niveis baixos da D₂como un receptor, D₃ e D₂+ MSN expresan niveis baixos da D₁como un receptor, D₅ (Surmeier et al., 1996). Os dous MSN requiren inervación glutamatérgica para impulsar a actividade neuronal; A dopamina modula de xeito oposto estas respostas funcionais mediante a estimulación de distintos subtipos de receptores de dopamina: modulando positivamente a entrada glutamatérgica excitadora a través de D₁ sinalización do receptor a través de G_s ou G_olf, que estimula a adenilil ciclase levando a unha maior actividade de PKA, mentres que a dopamina modula negativamente esta entrada a través de D₂-receptora de sinalización a través de G_i e G_o que inhiben a adenilil ciclase causando diminución da actividade de PKA (Surmeier et al., 2007; Gerfen e Surmeier, 2011). En realidade, cada receptor exerce efectos complexos en moitas rutas de sinalización adicionais. En repouso, os dous subtipos MSN xeralmente están inhibidos, están no que os investigadores denominaron o estado en estado inferior. A actividade sináptica glutamatérgica excitativa pode liberar os MSN deste estado baixo e convertelos nun estado máis despolarizado (o estado superior). A dopamina modula de xeito oposto o cambio glutamatórico excitatorio cara ao estado superior. D₁ A activación de PKA aumenta o Ca tipo L de Cav1²⁺ actividade da canle, diminúe K somática⁺ actividade de canle e baixa a Cav2 Ca²⁺ canles que controlan a activación de Ca²⁺ dependente, de pequena conductancia K⁺ As canles (SK), que resultan nun aumento de velocidade nestas MSNSurmeier et al., 2007; Gerfen e Surmeier, 2011). En contraste, D₂ a sinalización inhibe a transición cara ao estado, evitando así un aumento do aumento de velocidade, mediante a redución do Ca tipo L de Cav1²⁺ actividade da canle e Nav1 Na⁺ actividade de canle mentres aumenta K⁺ correntes de canles (Surmeier et al., 2007; Gerfen e Surmeier, 2011; Figura 1). Tales alteracións opostas nos dous MSN suxiren que o aumento da sinalización da dopamina provocada por drogas de abuso debe aumentar a activación glutamatérgica de D₁+ MSNs e reducir a activación glutamatérgica de D₂+ MSN. En realidade, estas respostas son moito máis variadas e complexas por razóns que aínda non se entenden. Este tema será abordado máis abaixo.

O papel dos receptores de dopamina no abuso de drogas é complexo e moitas veces esquivoAuto, 2010). Hai unha abundancia de literatura sobre o papel de D₁ e D₂Agonistas e antagonistas dos receptores na modulación de propiedades gratificantes e autoadministración de fármacos de abuso, con todo, os resultados varían dependendo do tipo de agonista / antagonista utilizado, o tipo de entrega (específico fronte á rexión cerebral) e o tempo do tratamento (Auto, 2010). Estes resultados confúndense aínda máis con efectos específicos non estratéxicos, como a contribución do D pre-sináptico₂-receptores da VTA ou presenza de D₁ receptores en moitas outras rexións límbicas, e a falta de especificidade dos agonistas / antagonistas utilizados así como a expresión de D₁-como e D₂receptores similares a ambos subtipos de MSN como se indicou anteriormente. En xeral, crese que D₁ Os receptores xogan un papel máis predominante nas principais propiedades gratificantes das drogas de abuso, mentres que D₂Os receptores xogan un papel nos mecanismos de busca de drogasSelf et al., 1996; Auto, 2010). Estudos con D₁ receptor e D₂Os ratos knockout dos receptores proporcionan algunha información sobre o papel destes receptores nos dous MSN. D₁ Os ratos eliminatorios mostran unha indución en branco de xenes tempranos inmediatos (IEGs) c-Fos e Zif268 en resposta á cocaína, unha resposta diminuída á actividade locomotora inducida por psicoestimulantes pero sen alteracións na preferencia de lugar condicionada por cocaína (CPP) - unha medida indirecta de recompensa de drogas e diminución do consumo de cocaína e consumo de etanol (Miner et al., 1995; Drago et al., 1996; Crawford et al., 1997; El-Ghundi et al., 1998; Caine et al., 2007). D₂ Os ratos eliminatorios mostran efectos recompensantes diminuídos para os opiáceos e a cocaína, así como o consumo de etanol diminuído, pero ningunha redución na toma de cocaínaMaldonado et al., 1997; Cunningham et al., 2000; Risinger et al., 2000; Caine et al., 2002; Chausmer et al., 2002; Elmer et al., 2002; Welter et al., 2007). Tales datos soportan funcións importantes para D₁ e D₂Os receptores nos dous MSN en múltiples aspectos do uso indebido de drogas, con todo, as eliminatorias carecen de especificidade estratéxica e aparecen no inicio do desenvolvemento, polo que non se poden descartar outras rexións cerebrais e tipos de células e factores de desenvolvemento na mediación destes comportamentos. Finalmente, diminuíron os niveis de D₂/D₃ os receptores no estriado, tal e como se mostra na imaxe cerebral, converteuse nun marcador común de adicción en pacientes humanos especialmente durante os períodos de retirada.Volkow et al., 2009). Roedores que reciben transferencia xenética mediada por viral₂Os receptores da NAc amosan a autoadministración de cocaína e o consumo de etanolThanos et al., 2004, 2008). Estes estudos non se realizaron de xeito específico de tipo celular, polo que non podemos descartar o posible efecto de D₂-expresión do receptor que inflúe en D₁+ MSN. Esta colección de datos enfatiza a necesidade de pasar a enfoques máis selectivos, incluíndo manipulacións específicas de tipo celular, específicas da rexión e mesmo temporalmente específicas dos receptores de dopamina para elucidar mellor os seus papeis funcionais nos dous subtipos de MSN na dependencia da droga.

Finalmente, informouse recentemente de que D₂Os ratos transxénicos BAC homocigotos de GFP mostran niveis de expresión aumentados da D₂-receptor en estriado e sensibilidade comportamental mellorada e sinalización de dopamina a D₂ agonistas. Ademais, tanto os homocigotos como os hemizigotos mostran respostas comportamentais contundentes á cocaínaKramer et al., 2011). Este estudo destaca a necesidade de realizar unha caracterización completa de D₁ e D₂ reporteiro fluorescente e liñas de condución de Cre. Non obstante, a maioría dos datos recollidos neste estudo usaron homocigotos, o cal non é o xenotipo experimental ideal xa que o% de 5-10 das integracións do transxén resultan en mutacións insercionais (Meisler, 1992); polo tanto, o xenotipo de hemizigota é o xenotipo experimental máis fiable. Ademais, este estudo non empregou controis de tipo salvavidas por literais, senón que usou controis nun fondo similar (Swiss Webster) obtidos de Taconic, mentres que as súas liñas transxénicas obtivéronse de GENSAT e MMRRC. Finalmente, outro grupo mostrou respostas de comportamento locomotoras normais de cocaína en D₂-GFP hemizigotos (Kim et al., 2011). Así, deben realizarse estudos futuros utilizando controis axeitados e xenotipos adecuados para caracterizar completamente as distintas liñas transxénicas específicas de tipo celular dispoñibles.

Sinalización de glutamato e GABA en D₁ vs. D₂ MSN

As neuronas espiñas medias reciben a entrada glutamatérgica de múltiples rexións cerebrais, incluíndo o córtex prefrontal, a amígdala e o hipocampo, e as entradas GABAérxicas de interneuronas locais e quizais insumos colaterais doutros MSN. Sen dúbida, a regulación excitatoria e inhibidora neta de MSN é fundamental para regular o estado de drogodependencia, e agora hai unha literatura crecente sobre as formas complexas nas que as drogas de abuso alteran a neurotransmisión glutamatérgica en particular no NAc (Pierce et al., 1996; Thomas et al., 2001; Beurrier e Malenka, 2002; Kourrich et al., 2007; Bachtell e Self, 2008; Bachtell et al., 2008; Conrad et al., 2008; Kalivas, 2009; Lobo, 2010). Aínda que se pensa que os MSN existen nun estado de inhibición baixo condicións basais con actividade de condución do glutamato de ambos tipos de células, a información restringida en relación á regulación distinta ocorre en D₁ vs. D₂ MSN.

ΔFresB de sobreexpresión en D₁Os MSN (ver máis abaixo para máis detalles) aumentan os efectos gratificantes da cocaína e aumentan os niveis de Ca²⁺-subunidade do receptor de glutamato imminente, GluR2, en NAc. Ademais, a transferencia de xene de GluR2 mediada por viral ao NAc aumenta de xeito similar os efectos gratificantes da cocaína (Kelz et al., 1999). Non obstante, non se sabe se a indución de GluR2 se viu como resposta á sobreexpresión de ΔFosB en D₁Os MSN + tamén son específicos para estas neuronas e a sobreexpresión viral de GluR2 non é específica do tipo de célula, polo que non podemos inferir conclusións directas sobre a función GluR2 nestes dous MSN en recompensa de medicamentos. Heusner e Palmiter (2005) evaluou o papel da condutividade glutamaterxica de NMDA nos comportamentos de cocaína mediante a expresión dunha subunidade NR1, que contén unha mutación no poro que reduce o fluxo de calcio, de xeito selectivo en D₁+ MSN. Este grupo demostrou que a falta de condutividade de NMDA en D₁+ MSNs prevén a CPP inducida pola cocaína e a sensibilización locomotora de cocaína, destacando a necesidade de sinalización de NMDA en D₁+ MSN polos efectos gratificantes e sensibilizadores da cocaína (Heusner e Palmiter, 2005). Ademais, recentemente comprobouse que eliminaba a subunidade NR1 en D₁Os MSNs atenúan a sensibilización con anfetamina e rescatouse este fenotipo mediante a subministración da subunidade NR1 de D₁+ MSNs específicamente na NAc (Beutler et al., 2011). Finalmente, derrubouse a subunidade mGluR5, usando a interferencia de ARN, en D₁As MSNs non teñen efecto sobre as propiedades gratificantes iniciais da cocaína, pero diminúen a reinserción inducida pola indicación de cocaína (Novak et al., 2010). Aínda que estes datos revelan roles convincentes para a sinalización glutamaterxica en D₁+ MSNs, o traballo futuro é necesario para estudar sistemas glutamaterxicos en D₂+ MSN. As futuras investigacións tamén deberían avaliar como a modulación destas subunidades de receptores de glutamato nos dous subtipos de MSN afecta aos cambios estruturais sinápticos observados en NAc tras drogas de abuso (Dietz et al., 2009; Russo et al., 2010), particularmente as alteracións dendríticas observadas despois da exposición á cocaína de forma selectiva no D₁+ MSN (Lee et al., 2006; Kim et al., 2011) que pode estar asociado ao aumento de correntes en miniatura excitatoria postsináptica observadas en D₁+ MSN (Kim et al., 2011). Curiosamente, a indución de osFosB en D₁Os MSN relacionáronse directamente con tales adaptacións dendríticas despois da cocaína crónica (Maze et al., 2010).

En contraste co glutamato, hai unha falta de investigación sobre a función GABA nos dous MSN en modelos de adicción, o que é sorprendente ao considerar que tanto o etanol como a benzodiazepinas potencian os efectos do GABA e os dous MSN reciben insumos GABAergic densos como se dixo máis arriba. Hai tamén unha evidencia considerable que apunta a unha maior inhibición no NAc polo menos despois da exposición crónica á cocaína (White et al., 1995; Peoples et al., 1998; Zhang et al., 1998; Thomas et al., 2001; Beurrier e Malenka, 2002). Heiman et al. (2008) realizou unha detección xenética de alto rendemento nos dous MSN tras a exposición á cocaína crónica e, interesante, o proceso biolóxico máis alterado no D₁+ MSNs sinalizaron GABA. En particular, houbo unha potente regulación do GABA_A subunidades de receptores Gabra1 e Gabra4, así como o GABA_B a subunidade do receptor Gabrb3, e este grupo descubriu que a cocaína crónica aumenta a frecuencia das correntes miniinhibidas GABAergic de pequena amplitude postinápticas (MIPSCs) en D₁+ MSN (Heiman et al., 2008). Doutra banda, outro grupo demostrou recentemente que a cocaína crónica resulta nunha resposta oposta coa diminución da frecuencia e amplitude dos mIPSC nos D1 + MSNs (Kim et al., 2011). Non obstante, este último grupo mostrou unha diminución da excitabilidade da membrana no D₁+ MSN despois da cocaína crónica, que podería ser un reflexo do ton GABA maior e é consistente coa valoración do campo sobre a inhibición aumentada no NAc despois da exposición a cocaína crónica. Ademais, tales diferenzas entre os dous grupos poderían simplemente deberse ao momento da exposición e retirada da cocaína. En xeral, hai que estudar a función glutamaterxica e GABAergic nos dous MSN en resposta a drogas de abuso e o campo está agora equipado cos recursos que fan posible un estudo de tipo celular e rexional.

Sinalización doutro receptor en D₁ vs. D₂ Subtipos de MSN

Os dous MSN enriquécense diferencialmente noutros receptores acoplados á proteína G ademais dos receptores de dopamina. D₁Os MSNs expresan niveis máis altos do receptor muscarínico da acetilcolina 4 (M₄; Bernard et al., 1992; Ince et al., 1997) e D₂Os MSN enriquécense tanto no receptor da adenosina como 2A (A_2A; Schiffmann et al., 1991; Schiffmann e Vanderhaeghen, 1993) e o receptor 6 acoplado á proteína G (Gpr6; Lobo et al., 2007; gensat.org). M₄ está acoplado a G_{i / o}, o que produciría unha resposta oposta, en comparación con D₁ receptores, en D₁+ MSNs inhibindo a actividade cAMP / PKA. En efecto, un D₁+ MSN selectivo M₄ o knockout mostrou unha maior sensibilización do comportamento á cocaína e á anfetamina (Jeon et al., 2010). Ademais, estudos recentes empregando un receptor deseñador activado exclusivamente por un fármaco sintético (DREADDs) demostraron que a activación do DREADD Gi / o acoplado en humanos M₄ receptor (hM₄D) en D₁Os MSN diminuíron a sensibilización do comportamento á anfetamina, observándose en D a resposta contraria₂+ MSN (Ferguson et al., 2011). Estes datos revelan o papel antagonizante de M₄ receptores en D₁+ MSN en abuso de drogas. Tamén, desde o hM₄O receptor D inhibe poderosamente estes MSN, os datos proporcionan unha visión do efecto da actividade alterada destes dous MSN no abuso de drogas, que se tratará máis adiante.

Tanto A_2A e Gpr6 están positivamente acoplados a G_s/G_olf proteínas, implicando o seu papel en antagonizar o D₂-receptor en D₂+ MSN. En efecto, estimulación de A_2A Os receptores reducen tanto o desenvolvemento como a expresión da sensibilización coa cocaína (Filip et al., 2006) prexudicar o inicio da autoadministración da cocaína (Knapp et al., 2001), e antagoniza a reincorporación da cocaína buscando a cocaína, D₂- estimulación do receptor ou indicios condicionados á cocaína (Bachtell e Self, 2009). Como Gpr6 tamén se enriquece en D₂+ MSN (Lobo et al., 2007), debe valorarse o seu papel nas funcións de comportamento do estriato. Ata a data demostrouse que influía na aprendizaxe instrumental (Lobo et al., 2007) pero aínda non se sabe o seu papel nos modelos de abuso de drogas.

O receptor cannabinoide 1 (CB1) exprésase ubicuamente por todo o sistema nervioso central (Mackie, 2008), de aí que sexa difícil diseccionar o papel preciso das rexións cerebrais específicas e dos tipos celulares na mediación da adicción a Δ9-tetrahidrocannabinol (THC). Recentemente, eliminación de CB1 de D₁Os MSNs afectaron modestamente ás respostas condutuais ao THC, incluídos efectos contundentes na hipolocomotión, hipotermia e analxesia inducidos por THC (Monory et al., 2007). Sería interesante avaliar a función do receptor dos cannabinoides en D₂+ MSN xa que estes MSN expresan depresión a longo prazo mediada por endocannabinoides (eCB-LTD), que require dopamina D₂-activación do receptor (Kreitzer e Malenka, 2007).

O receptor de glucocorticoides, Nr3c1, tamén se expresa amplamente no SNC e na periferia. A secreción de glucocorticoides inducida polo estrés pode potenciar condutas inadaptativas incluída a dependencia de drogas (Frank et al., 2011). En particular, interromper a sinalización de glucocorticoides en D₁+ MSN ao eliminar Nr3c1 diminuíron a motivación que estes ratos mostraron para administrar a cocaína e isto é consistente en datos anteriores onde Nr3c1 foi eliminado de todo o cerebro (Ambroggi et al., 2009). Estes datos son consistentes con outros descubrimentos descritos nesta revisión, mostrando un papel predominante na D₁+ MSN para mediar moitos dos efectos das drogas de abuso.

Finalmente, recentemente interrumpimos a sinalización BDNF nos dous MSN eliminando o seu receptor TrkB de forma selectiva de cada subtipo de MSN. Observamos efectos contrarios en condutas provocadas pola cocaína: a actividade locomotora inducida pola cocaína e a indución de CPP de cocaína aumentáronse tras a eliminación de TrkB de D₁+ MSN, pero atenuados despois da eliminación de D₂+ MSN (Lobo et al., 2010). Curiosamente, a eliminación de TrkB de D₂Os MSN imitan os efectos da eliminación total de TrkB do NAc e da interrupción da sinalización BDNF do VTA (Horger et al., 1999; Graham et al., 2007, 2009; Bahi et al., 2008; Crooks et al., 2010). Estes resultados mostran así por primeira vez un papel predominante dunha fervenza de sinalización en D₂+ MSNs para mediar os efectos dunha droga de abuso. O papel predominante de D₂Os MSN que median os efectos de BDNF sobre comportamentos orixinados pola cocaína non é sorprendente, considerando que o ARNm de TrkB e as proteínas están enriquecidas en D₂+ MSN (Lobo et al., 2010; Baydyuk et al., 2011). Os cambios de comportamento observados nestes ratos foron acompañados de actividade neuronal reforzada na D₂+ MSNs despois dunha eliminatoria selectiva de TrkB. Estes resultados leváronnos a empregar a tecnoloxía optogenética para manipular selectivamente a actividade do MSN en recompensa de cocaína (ver máis abaixo).

Factores de transcrición en D₁ vs. D₂ MSN

A evidencia máis convincente para o papel máis robusto de D₁+ MSNs no abuso de drogas provén da literatura que evalúa a inducción de moléculas de sinalización intracelular. Como se dixo anteriormente, as doses agudas de psicoestimulantes inducen a expresión de IEG, incluíndo c-Fos, Zif268 (Egr1) e FosB principalmente en D₁+ MSN en NAc e dStr (Robertson et al., 1991; Young et al., 1991; Berretta et al., 1992; Cenci et al., 1992; Moratalla et al., 1992; Bertran-Gonzalez et al., 2008). Esta indución require a activación de D₁ Receptores e especificidade do tipo de célula da inducción do IEG en resposta á cocaína aguda foi confirmada recentemente usando D₁-GFP e D₂-Rato reporteiro GFP (Bertran-Gonzalez et al., 2008). Curiosamente, a confirmación da inducción de c-Fos de cocaína principalmente en D₁-GFP ao longo do estriado cunha pequena inducción en D₂Os MSN-GFP só en dStr confirmáronse utilizando un paradigma dependente do contexto (os ratos foron inxectados nun novo ambiente fóra da súa gaiola). Ademais, realizouse un estudo anterior in situ A hibridación nos ratos tamén mostrou a inducción de c-Fos en D₁+ e D₂+ MSN en dStr, aínda que neste estudo as gráficas de barras mostran un maior número de D₁+ neuronas positivas c-Fos (Ferguson et al., 2006). Curiosamente, este estudo revela unha indución c-Fos significativamente mellorada en D₂+ MSN no dStr despois da perda de ERK1, o que paralela aos nosos achados de indución c-Fos mellorada en D₂+ MSN específicamente na shell NAc despois da interrupción da sinalización BDNF que melloran a actividade de ERKLobo et al., 2010). Non obstante, observáronse respostas comportamentais opostas á cocaína en cada estudo, o que pode reflectir a inducción de c-Fos en D₂+ MSN en shell dStr vs. NAc. Finalmente, empregando a literatura anterior in situ A hibridación / inmunohistoquímica nos ratos mostrou que os psicoestimulantes agudos poden inducir a c-Fos igualmente en ambos os MSN cando o fármaco se administra nun ambiente novo (Badiani et al., 1999; Uslaner et al., 2001a,b; Ferguson e Robinson, 2004) e indícase que a administración crónica de anfetamina inducirá selectivamente c-Fos en D₂+ MSN (Mattson et al., 2007). Estes resultados diferentes poderían ser un reflexo dos procedementos experimentais utilizados (in situ hibridación contra ratones informadores GFP) ou incluso debido ás especies animais usadas xa que estes últimos experimentan ratas usadas.

Recentemente, os investigadores perfilaron xeneticamente as neuronas c-Fos dependentes do contexto, dependentes do contexto da cocaína, que usaron a selección de células activadas por fluorescencia (FACS) e mostraron que as neuronas c-Fos + están enriquecidas nunha D₁+ Xene MSN, prodinorfina (Pdyn), pero con niveis máis baixos de D₂ e A_2A, ambos D₂+ Xenes MSN (Guez-Barber et al., 2011), o que suxire que as neuronas activadas c-Fos + consisten principalmente en D₁+ MSN. Ademais, este grupo mostrou anteriormente que os MSNs que expresan c-Fos son importantes para esta sensibilización dependente do contexto, xa que a ablación destas neuronas elimina este fenotipo comportamentalKoya et al., 2009). Aínda que datos anteriores mostraron que a inducción de c-Fos dependente do contexto de cocaína ocorre en ambos os D₁+ e D₂+ MSN en ratas, os resultados máis recentes corresponden a descubrimentos nos que a supresión de c-Fos selectivamente de D₁+ MSN retrocede a sensibilización locomotora inducida pola cocaína en ratos (Zhang et al., 2006). Ademais, este grupo atopou esa eliminación de c-Fos en D₁+ MSN reduce os cambios dendríticos da columna normalmente inducidos pola cocaína no NAc, indicando o papel de c-Fos na mediación destes cambios de plasticidade sináptica. Finalmente, o grupo non observou cambios na indución da CPC de cocaína, pero descubriu que a perda de c-Fos en D₁+ MSNs impediron a extinción do cocaína CPP. Estes datos ilustran un papel dinámico para a inducción de c-Fos en D₁+ MSN, porén, non se poden descartar os efectos diferenciales a nivel de comportamento como mediados por calquera das outras rexións do cerebro límbico que expresan a D₁ receptor.

Outro IEG que foi estudado extensivamente nos dous subtipos de MSN é FosB. A exposición aguda á cocaína induce FosB en D₁+ MSN (Berretta et al., 1992), mentres que a exposición crónica induce BFosB, un produto estable do xene FosB xerado polo empalme alternativo (Hope et al., 1994; Nestler et al., 2001; Nestler, 2008), en D₁+ MSN (Nye et al., 1995; Moratalla et al., 1996; Lee et al., 2006). Descubrimentos similares obsérvanse con moitas outras drogas de abuso, así como con recompensas naturais como a alimentación, o sexo e as rodas. Por exemplo, correr a roda crónica, que é unha recompensa natural (Iversen, 1993; Belke, 1997; Lett et al., 2000), induce ΔFosB en D₁+ MSN pero non D₂+ MSN (Werme et al., 2002). Para obter unha visión funcional sobre o papel de FosB nos dous MSN, o noso grupo xerou liñas NSE-Ta, chamadas 11A e 11B, que dirixen a expresión do transxén a calquera D₁+ ou D₂+ MSN, respectivamente (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999; Werme et al., 2002). Os ratones de liña 11A cruzados cunha liña Tet-Op BFosB mostran aumento nas respostas aos efectos locomotores e gratificantes da cocaína (Kelz et al., 1999), que é consistente coa indución de BFosB en D₁+ MSN (Nye et al., 1995; Moratalla et al., 1996). Ademais, estes mesmos ratos mostran maior recompensa de morfina (avaliada por CPP), así como diminuída da analxésia de morfina e unha maior tolerancia á morfina, mentres que os ratones 11B Tet-Op BFosB non mostran cambios na recompensa de morfina. A sobreexpresión dun antagonista negativo dominante de FosB exerce efectos opostos aos observados con ΔFosB, aínda que este modelo de rato non distingue D₁ vs. D₂ MSNPeakman et al., 2003). Xuntos, estes datos apoian aínda máis o papel da inFosB na D₁+ MSN como un xogador molecular importante nas propiedades gratificantes das drogas de abuso (Zachariou et al., 2006). Este fenómeno tamén se observa noutros comportamentos de recompensa, en particular, a execución de rodas: Os ratos 11A Tet-Op BFosB mostran un comportamento de execución de rodas aumentado, mentres que os ratos 11B Tet-Op ΔFosB mostran unha diminución da roda.Werme et al., 2002). O descubrimento de que a inducción de BFosB en D₁ MSN promove a recompensa é consistente cos descubrimentos recentes de que tal inducción selectiva de tipo celular tamén promove respostas de resiliência ao estrés crónico.Vialou et al., 2010). Finalmente, inducción crónica de cocaína de BFosB en D₁+ MSN mostrouse acompañado por robustos aumentos duradeiros nas densidades da columna dendrítica (Lee et al., 2006) e recentemente demostrouse que ΔFosB no NAc era necesario e suficiente para mediar a densidade aumentada de espiñas dendríticas nesta rexión cerebral (Maze et al., 2010). Tales datos soportan un papel de BFosB en D₁+ MSN na mediación dos aspectos gratificantes de drogas de abuso e recompensas naturais, así como os cambios de plasticidade estrutural que o acompañan. Os datos tamén suxiren que a inducción de BFosB en D₂+ MSN confire consecuencias negativas a estímulos gratificantes. Desde a inducción de ΔFosB en D₂+ MSN vese como resposta ao estrés crónico e á exposición aos medicamentos antipsicóticos (Hiroi e Graybiel, 1996; Perrotti e col., 2004), necesítanse máis estudos sobre estas últimas accións.

Outras moléculas de sinalización intracelular en D₁ vs. D₂ MSN

Unha molécula de sinalización que foi ben estudada nos dous MSN no contexto do abuso de drogas é a proteína quinase ERK (quinase relacionada coa sinal extracelular). A exposición aguda ou crónica á cocaína induce ERK fosforilado (pERK), a forma activada da proteína no NAc e dStr en D₁+ MSN usando D₁-GFP e D₂-Rato reporteiro transgénico GFP BACBertran-Gonzalez et al., 2008) e esta resposta está mediada a través de D₁ receptores (Valjent et al., 2000; Lu et al., 2006). Este grupo tamén mostrou que pMSK-1 (fosfo-MAP e quinasa activada por estrés -1) e histona H3, ambos obxectivos da sinalización pERK, son robustos inducidos en pERK que contén D₁+ MSN despois da exposición aguda á cocaína e modestamente aumentada tras a cocaína crónica (Bertran-Gonzalez et al., 2008). PERK tamén é inducido a resposta á morfina crónica, en particular, pERK é inducido de xeito robusto en D₁+ MSN e modestamente inducido en D₂+ MSN no shell NAc tras a retirada en resposta á asociación específica do contexto coa morfina (Borgkvist et al., 2008). A función funcional exacta de PERK na adicción ás drogas segue a ser determinada. O tratamento farmacolóxico con inhibidores de ERK diminúe a recompensa de cocaína, porén, unha eliminación de ERK1 potencia a recompensa de cocaína, o que suxire que os inhibidores de ERK poden afectar preferentemente a ERK2. Recentemente mostramos esa activación optogenética de D₁+ MSN no NAc, que aumenta as respostas gratificantes dun animal á cocaína, reduce poderosamente PERK1 e pERK2. Os futuros estudos que manipulan a expresión de ERK de xeito específico para o tipo de célula son necesarios para abordar completamente o papel funcional da señalización de ERK nos dous MSNs no abuso de drogas.

DARPP-32 é outra molécula de sinalización que foi estudada extensivamente en resposta ás drogas de abuso. É ben sabido que os psicoestimulantes agudos conducen á fosforilación de PKA de DARPP-32 en treonina 34 (T34), o que o fai converterse nun potente inhibidor da proteína fosfatase 1 (PP-1), que regula o estado de fosforilación de moitas proteínas efectoras. factores de transcrición, receptores ionotrópicos e canles iónicosGreengard et al., 1999). Non obstante, ata hai pouco, non estaba claro que subtipo MSN media este cambio bioquímico. Greengard et al. (1999) Modelos de rato transxénicos BAC xerados que permiten a avaliación da fosforilación DARPP-32 en D₁+ ou D₂+ MSNs expresando versións marcadas con DARPP-32 usando D₁ ou D₂ BACs que permiten a inmunoprecipitación de DARPP-32 de cada subtipo de MSN. Estes estudos demostraron que o tratamento agudo de cocaína aumenta a fosforilación de T34 en D₁+ MSNs e induce a fosforilación de treonina 75 (T75) por Cdk5, que inhibe a sinalización de PKA, selectivamente en D₂+ MSN (Bateup et al., 2008). Finalmente, este grupo mostrou esa eliminación de DARPP-32 de cada subtipo de MSN empregando D₁-Cre e D₂-Os ratos transxénicos BAC de Cre resultan nunha regulación oposta da actividade locomotora inducida pola cocaína (Bateup et al., 2010). Perda de DARPP-32 de D₁+ MSN diminuíron os efectos locomotores da cocaína, que imitan datos anteriores que avalían un knockout total DARPP-32Fienberg et al., 1998), mentres que a perda de DARPP-32 de D₂+ MSN melloraron as respostas locomotoras de cocaína. Estes datos proporcionan evidencias concretas dos roles diferenciais de DARPP-32 nos dous MSN en resposta ás drogas de abuso e ilustran a importancia dos métodos específicos do tipo de célula para comprender plenamente a contribución destes dous tipos neuronais na dependencia da droga.

Actividade modulante de D₁ ou D₂ MSN

A modulación directa da actividade dos dous subtipos de MSN proporcionou recentemente unha nova visión do papel molecular e funcional do D₁ e D₂ MSN en dependencia. Usamos ferramentas optogenéticas combinadas cun vector viral (AAV) condicional (isto é, dependente de Cre) que expresa a canle de catións activado pola luz azul, channelrhodopsin-2 (ChR2). Inxectamos o vector, ou un control, ao NAc de D₁-Cre ou D₂-Cre os ratos transxénicos BAC e despois estimulou a rexión inxectada con luz azul para activar selectivamente D₁+ vs. D₂+ MSN no contexto de CPP de cocaína. Atopamos esta activación de D₁+ MSN potencia a indución da cocaína CPP, mentres que a activación de D₂+ MSN inhibe esta inducción (Lobo et al., 2010). Como se sinalou anteriormente, observamos os mesmos efectos comportamentais cando TrkB foi eliminado selectivamente a partir destes subtipos de MSN: CPP mellorado e actividade locomotora despois da eliminación de TrkB de D₁+ MSN, e redución da cocaína CPP e actividade locomotora despois da eliminación de TrkB de D₂+ MSN. A probable acción común de eliminación de TrkB e estimulación optogenética en D₂+ MSN é a súa maior actividade, xa que a supresión de TrkB a partir destas células aumenta a súa excitabilidade eléctrica. Como mencionado anteriormente, atopamos unha redución robusta de pERK despois da eliminación de TrkB de D₁+ MSN. PERK é un obxectivo coñecido de sinalización de BDNF, polo tanto, os efectos comportamentais compartidos observados tras a deleción de TrkB de D₁+ MSNs e da activación optogenética destas células pode deberse a efectos converxentes na actividade de pERK. Non obstante, necesítanse traballos futuros para determinar as bases moleculares precisas e compartidas que rexen os efectos do comportamento vistos despois da interrupción da sinalización do BDNF e do control optogenético destes dous subtipos neuronais.

Outros grupos utilizaron diferentes ferramentas para modular a actividade dos dous MSN en modelos de abuso de drogas. Hikida et al. (2010) usaron vectores AAV para expresar o factor de transcrición represiva tetraciclina (Ta) usando a substancia P (un D)₁+ Xene MSN) ou encefalina (un D)₂Promotores do xene MSN. Estes vectores foron inxectados no NAc dos ratos, no que a cadea lixeira da toxina tetánica (TN) - unha toxina bacteriana que cliva a proteína asociada á vesícula sináptica, VAMP2 - foi controlada polo elemento sensible á tetraciclina, para abolir selectivamente a transmisión sináptica en cada Subtipo MSN. De acordo co noso enfoque optogenético, estes datos mostraron un papel de D₁+ A actividade de MSN na mellora da cocaína CPP e na actividade locomotora inducida pola cocaína, desde a abolición da transmisión sináptica en D₁+ MSN diminuíu ambos os efectos do comportamento. En contraste cos estudos optogenéticos, os autores non atoparon alteracións na CPP de cocaína despois de abolir a transmisión sináptica en D₂+ MSN, pero observaron unha redución da actividade locomotora inducida pola cocaína en resposta ás dúas primeiras exposicións de cocaína. Curiosamente, este grupo mostrou esa inactivación da D₂+ Os MSN xogaron un papel máis profundo na mediación de comportamentos aversivos.

Como se dixo anteriormente, Ferguson et al. (2011) Usou vectores de virus do herpes simple (VHS) para expresar un GPCR deseñado (un G.)_{i / o}-Mucarínica humana acoplada₄ receptor de diseñador activado exclusivamente por unha droga de deseño, hM₄D) que é activado por un ligando doutra forma farmacológica que usa promotores de encefalina e dinorfina para silenciar selectivamente D₁+ ou D₂+ MSN no dStr. Os autores mostraron que D perturba transitoriamente₂+ A actividade de MSN no dStr facilitou a sensibilización á anfetamina, mentres que a diminución da excitabilidade de D₁+ Os MSN alteraron a persistencia da sensibilización inducida por anfetaminas. Finalmente, abolindo D₂+ MSN no NAc en idades adultas que utilizan o receptor da toxina diptheria aumenta o efecto gratificante da anfetamina (Durieux et al., 2009). Estes datos están de acordo coas nosas conclusións optogenéticas e xuntos implican roles opostos de D₁+ vs. D₂+ MSN nas drogodependencias, con D₁+ MSNs que promoven respostas de recompensa e sensibilización a psicostimulantes e D₂+ MSN amortiguando estes comportamentos.

Indicacións futuras

O campo fixo enormes avances para comprender o papel selectivo da D₁+ e D₂+ Subtipos de MSN en NAc e dStr en mediación dos efectos das drogas de abuso. En particular, as ferramentas desenvolvidas recentemente que permiten a manipulación selectiva destes tipos celulares xogaron un papel predominante na obtención da maioría desta información. Cales son os seguintes pasos? Dado que as adaptacións moleculares subxacentes nos modelos de dependencia de drogas non son estáticas, pero moi dinámicas, é crucial desenvolver a capacidade de manipular selectivamente moléculas de sinalización de interese en D₁+ vs. D₂+ MSN de xeito temporal. As DREADD e as ferramentas optogenéticas poden axudar con esta manipulación a escala de tempo. Os ligandos DREADD pódense administrar en diferentes cursos horarios ao longo de paradigmas comportamentais de drogas para dividir o papel selectivo dos receptores de sinalización nos dous MSN en modelos de drogas. As ferramentas optogenéticas en particular proporcionan un medio extremadamente poderoso para regular temporalmente non só a actividade neuronal senón a sinalización do receptor acoplado á proteína G usando OptoXRs (Airan et al., 2009), sinalización glutamatérgicaVolgraf et al., 2006; Numano et al., 2009), Sinalización GABAérxica e mesmo certas moléculas de sinalización intracelular (Wu et al., 2009; Hahn e Kuhlman, 2010). En última instancia, pode ser posible estender estas capacidades á regulación optogenética da actividade transcricional. Do mesmo xeito, as ferramentas optogenéticas permiten estudar por primeira vez a influencia de insumos específicos no estriado e determinar se tales insumos afectan de xeito selectivo a D₁+ vs. D₂+ MSN (Higley e Sabatini, 2010). A capacidade de controlar tales propiedades moleculares e de sinalización con gran resolución temporal permitirá realizar pasos importantes cara a unha comprensión máis ampla dos dous subtipos de MSN e outros subtipos celulares en NAc e dStr, na mediación do curso de tempo e das diferentes fases da droga dependencia.

Declaración de conflitos de intereses

Os autores declaran que a investigación foi realizada en ausencia de relacións comerciais ou financeiras que puidesen interpretarse como un potencial conflito de intereses.

References