A inxestión de sacarosa induce o Rapid AMPA Receptor de Tráfico (2013)

J Neurosci. Manuscrito de autor; dispoñible en PMC 3, 2013 en PMC.
Publicado en forma definitiva editada como:
A versión final deste artigo editada pola editorial está dispoñible gratuitamente en J Neurosci
Vexa outros artigos en PMC que cita o artigo publicado.

Abstracto

Os mecanismos polos que as recompensas naturais como o azucre afectan á transmisión e ao comportamento sináptico están en gran parte inexploradas. Aquí, investigamos a regulación do núcleo accumbens sinapses por inxestión de sacarosa. Estudos anteriores demostraron que o tráfico de receptores AMPA é un mecanismo importante para regular a forza sináptica in vitroO tráfico de receptores AMPA que conteñen a subunidade GluA1 ten lugar mediante un mecanismo en dous pasos que implica o transporte de receptores extrasinápticos e despois sinápticos. Informamos que en rata, a inxestión repetida diaria dunha solución de sacarosa 25%% de locomoción espontánea elevada transitoriamente e sinapsis núcleos potenciais acumbens mediante a incorporación de Ca2+receptores AMPA (CPAR) permeables, que conteñen receptores AMPA carentes de GluA1 e GluA2. Os estudos de microscopía electrónica electrofisiolóxica, bioquímica e cuantitativa revelaron que o adestramento da sacarosa (7 días) induciu unha poboación intraspinosa estable de GluA24 (> 1 horas) e que nestas ratas un único estímulo de sacarosa elevouse rapidamente (5 min) pero de forma transitoria (<24 horas) GluA1 en sitios extrasinápticos. Foron necesarios os receptores CPAR e dopamina D1 in vivo para locomoción elevada despois da inxestión de sacarosa. Significativamente, un protocolo de 7 día de inxestión diaria dunha solución 3% de sacarina, un edulcorante non calórico, inducía GluA1 sináptico inducido de xeito similar á inxestión de sacarosa 25%. TOs achados identifican o tráfico de GluA1 en varios pasos, descrito anteriormente in vitro, como mecanismo de regulación aguda da transmisión sináptica in vivo por unha recompensa orosensorial natural. O tráfico está estimulado por unha vía quimiosensorial que non depende do valor calórico da sacarosa.

introdución

O exceso de consumo de sacarosa é un problema de saúde pública importante (Hu e Malik, 2010), pero non se coñecen os mecanismos polos que recompensas naturais ou orosensoriais como a sacarosa regulan a transmisión sináptica para influír no comportamento. A plasticidade sináptica no núcleo accumbens, un compoñente integral dos circuítos de recompensa cerebral (Sesack e Grace, 2010), contribúe a moitas formas de comportamento motivado, incluída a aprendizaxe de recompensa (Day e Carelli, 2007), respostas ao estrés social (LaPlant et al., 2010) e patoloxías de adicción (Luscher e Malenka, 2011). A exposición repetida á cocaína provoca plasticidade sináptica nas neuronas dos acumbens e da zona tegmental ventral (VTA) (Brebner et al., 2005; Grueter et al., 2010; Mameli et al., 2009; Pascoli et al., 2012; Thomas et al., 2001; Ungless et al., 2001). Ao auto-administración de cocaína de acceso prolongado seguida dunha retirada prolongada, as sinapses potencianse mediante a incorporación de Ca2+-permeable, carentes de receptores de glutamato de tipo AMPA (CPARs) carentes de GluA2, cuxa sinalización media a incubación da ansia de cocaína (Conrad et al., 2008; McCutcheon et al., 2011a). Semellante á cocaína, as recompensas orosensoriais como a sacarosa elevan fortemente a dopamina de Accumbens (Smith, 2004), pero a indución orosensorial de recompensa da plasticidade dos acusadores non se investigou.

Os receptores AMPA (AMPARs) son os mediadores primarios da transmisión excitatoria do sistema nervioso central e o seu tráfico contribúe a diversos procesos neuronais, incluíndo aprendizaxe e memoria (Nedelescu et al., 2010; Rumpel et al., 2005; Whitlock et al., 2006). As AMPAR están compostas por catro subunidades diferentes, GluA1-4. As AMPAR que conteñen GluA2 son Ca2+-impermeable e tráfico constitutivamente de sinapses, mentres que os receptores carentes de GluA2 (CPAR), que son principalmente homómeros GluA1, conducen Ca2+ e exhibir rectificación interior. GluA1 está sometido ao tráfico sináptico dependente da actividade por unha vía de dúas etapas na que a fosforilación de Ser 845 por proteína quinase dependente de cAMP (PKA) e proteína quinase II dependente de cGMP (cGKII) promove a acumulación de receptores en sitios extrasinápticos da membrana plasmática (Esteban et al., 2003; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005). Despois da difusión lateral á sinapse, a fosforilación de Ser 818 por PKC estabiliza os AMPAR dentro da sinapse (Boehm et al., 2006), ancorado á densidade postsináptica (Ehlers et al., 2007; Oh et al., 2006; Serulle et al., 2007). Ca2+A fosforilación de Ser 567 e Ser 831 tamén depende de calmodulina proteína quinase II (CaMKII) tamén contribúe á incorporación sináptica e á orientación extrasináptica (Lu et al., 2010; Roche et al., 1996), respectivamente. Non obstante, non se sabe se in vivo A incorporación de CPARs emprega estes mecanismos rápidos en múltiples etapas descritos in vitro.

Para investigar os mecanismos polos que as recompensas orosensoriais como a sacarosa regulan as sinapsis excitativas, empregamos un paradigma de inxestión breve de sacarosa e medimos cambios na transmisión sináptica en neuronas de accumbens. Observamos que a inxestión repetida de sacarosa potencia as sinapsis de Accumbens mediante a incorporación de CPARs, e que nun animal adestrado con sacarosa, un único estímulo a sacarosa é suficiente para inducir o tráfico rápido de GluA1 a sitios extrasinápticos. Debido a que a sacarina, un edulcorante non calórico, inducía ao tráfico sináptico de forma similar á sacarosa, o tráfico é unha resposta ás vías orosensoriais que ás calóricas. Por outra banda, o bloqueo de CPAR impediu as elevacións locomotoras inducidas pola sacarosa in vivo, Identifica aínda máis os CPAR como reguladores importantes das respostas ás recompensas naturais.

Materiais e Métodos

Suxeitos e procedementos cirúrxicos

Os suxeitos foron ratas masculinas Sprague-Dawley (Taconic; experimentos de comportamento) que pesaban 150-300 gramos á chegada e ratas Sprague-Dawley embarazadas E18 femininas (Taconic; experimentos de cultivo celular). As ratas aloxáronse 2 por gaiola para experimentos de comportamento nun ciclo de luz escura 12h / 12h (luces en 18: 00) e tiñan acceso a comida e auga. ad libitum en todo momento. Todos os procedementos experimentais foron aprobados polo comité institucional de coidado e uso de animais da Universidade de Nova York da Universidade de Nova York e foron realizados de acordo cos "Principios do coidado de animais de laboratorio" (número de publicación NIH 85-23).

Adestramento en sacarosa e medición locomotora

As ratas transportáronse ao local de ensaio 3 días consecutivos durante 2 h / día nas gaiolas da súa casa. No cuarto día introduciuse botellas que conteñen auga ou 25% sacarosa a través da tapa da gaiola durante 5 min. Entón pesáronse as botellas. Para todos os experimentos, as ratas tiveron que beber polo menos 1 g de sacarosa durante o acceso mínimo de 5 dentro dos días 3 desde o inicio do adestramento para ser incluídas no estudo. de feito, todas as ratas cumprían este criterio. Tras a retirada da botella, as ratas permaneceron na sala de ensaio durante 30 min antes do seu transporte cara á instalación animal. O día do sacrificio, as ratas quedaron inconscientes por CO2, decapitado por guillotina, e mostras de tecido recolectáronse no xeo. Para experimentos locomotores, as ratas colocáronse en cámaras de medida locomotora (Accuscan, Columbus, OH) durante un total de 35-min. Despois de 15-min na cámara, introduciuse unha botella cun tapón de perlas pola parte superior da cámara e estabilizouse. O frasco foi eliminado da parte superior da cámara despois de 5-min, e as ratas permaneceron na cámara durante 15-min adicional despois da eliminación da botella. Este procedemento repetiuse de xeito idéntico durante 7 días consecutivos. A distancia percorrida foi medida co sistema VersaMax (Accuscan, Columbus, OH), que monitorizaba a actividade dos animais a través dunha cuadrícula de raios de luz infravermella 16 × 16 que atravesan a gaiola animal (42 × 42 × 30 cm) de fronte a atrás e de esquerda a dereita. . Almacenouse no disco información sobre o estado do feixe, dixitalizada a unha velocidade de 100 veces por segundo. A actividade expresouse como distancia ambulatoria medida en cm durante 12 diferentes papeleiras 3-min nunha sesión 35 min (a papeleira final foi 2-min).

Formación en sacarina

Para comparar o tráfico de GluA1 inducido con sacarosa cos efectos da inxestión de sacarina, as ratas masculinas adultas 12 (250 g) aloxáronse na instalación animal nun ciclo claro 12 horas / luz. A continuación, todas as ratas foron habituadas á sala de probas ao ser transportadas ao local de ensaio, deixadas durante 2 horas e transportadas de volta á instalación animal. Un día 4th (despois de 3 días de habituación), as ratas recibiron botellas de acceso que contiñan, auga, sacarosa ou sacarina. As ratas 4 obtiveron acceso a unha botella que contiña auga repousada na parte superior da gaiola cunha boca que sobresaía na gaiola a través da tapa. O tempo de acceso foi de 5 minutos, despois a botella foi eliminada e despois de 15 minutos máis as ratas foron transportadas de volta á instalación animal. As ratas 4 tiveron acceso á solución de sacarosa 25% e ás ratas 4 déuselles acceso á solución de sacarina 3% (Sweet'n Low). Medíuse o volume de fluído consumido. Este procedemento repetiuse durante 7 días. No día 7th de beber, inmediatamente despois da eliminación da botella, sacrificáronse as ratas e colleitouse o núcleo de agudos e probaron os niveis de GluA1 por Western blot.

Electrofisioloxía

As ratas adestráronse con sacarosa como se describiu anteriormente en gaiolas de plástico transparente e, despois da eliminación da botella o día 7, foron anestesiadas con ketamina (100 mg / kg ip) e xilazina (10 mg / kg ip) e perfardadas transcardialmente con solución salina fría (experimentos con MEPSC) ou decapitado inmediatamente (experimentos de rectificación). O cerebro foi eliminado rapidamente no fluído cefalorraquídeo artificial (ACSF) consistiu no seguinte (en mM): para experimentos con mEPSC: NaCl (118), KCl (2.5), CaCl2 (3), MgCl2 (1), NaHCO3 (26), NaH2PO4 (1), D-glicosa (10), osmolaridade axustada a 325 mOsm e aireada por 95% O2/ 5% CO2 (pH 7.4); para experimentos de rectificación: sacarosa 75, NaCl 87, KCl 2.5, 1.25 NaH2PO4, 0.5 CaCl2, 7 MgCl2 6 H2O, 25 NaHCO3, Dextrosa 10, burbulla con 95% O2 / 5% CO2 (pH 7.4). Cortadas en franxas coronais (300μm de grosor) que conteñen o núcleo accumbens cortáronse en ACSF frío xeado utilizando un vibrotoma (Leica, VT1200S) e mantéronse mergulladas en ACSF (ACSF, en mM: 124 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO4, 2.5 CaCl2, 1.5 MgSO4 7H2O, 26 NaHCO3, e 10 dextrosa) durante <30 min; despois mantense nunha pre-incubadora en rodajas a temperatura ambiente durante polo menos 1 hora para permitir a recuperación. Para experimentos mEPSC: trasladouse unha única porción a unha cámara de gravación na que foi suxeita por unha rede de nailon a 32 ° C cun calefactor de solución en liña TC324B e controlador (Warner Instruments, CT). A cámara foi perfundida continuamente por ACSF a unha velocidade constante de 2 ml / min. As neuronas espiñentas medias da rexión do núcleo do núcleo accumbens identificáronse baixo guía visual mediante microscopía de vídeo de contraste de interferencia diferencial por infravermellos (Hamamatsu C5405) cun microscopio vertical Olympus BX50WI equipado cun obxectivo de inmersión en auga de 40x de distancia. Parches de electrodos (4-6 MΩ) cheos dunha solución de pipeta intracelular composta por (en mM): CsCl (145), HEPES (10), EGTA (0.5) e MgATP (5). A osmolaridade axustouse a 290 mOsm con sacarosa e o pH axustouse a 7.4 con CsOH. Rexistráronse correntes post-sinápticas excitadoras en miniatura (mEPSC) en presenza de bicuculina (10μM) e tetrodotoxina (1μM) usando o amplificador Axopatch 200B (Dispositivos moleculares, CA) e dixitalizadas por Digidata 1322A (Molecular Devices, CA). Para experimentos de rectificación: as franxas foron transferidas á cámara de gravación e perfundidas (2.0-2.5 ml min-1) con ACSF osixenado a 33 – 35 ° C que contén pictotoxina 50 μm para illar EPSCs. As gravacións somáticas de células enteiras fixéronse a partir de neuronas espiñadas de rexión núcleo en pinza de tensión cun amplificador 700B Multiclamp (dispositivos moleculares) mediante microscopía de vídeo IR-DIC. As pipetas de parche (4 – 6 MΩ) cubríronse con solución intracelular (en mM: 125 Cs-gluconato, 2 CsCl, 5 TEA-Cl, 4 Mg-ATP, 0.3 GTP, 10 fosfocreatina, 10 HEPTA, 0.5 HEXTA, 3.5 -314). Os datos filtráronse a 2 kHz, dixitalizáronse a 10 kHz e analizáronse con Clampfit 10 (Dispositivos Moleculares). A estimulación extracelular (0.01 – 1 ms, 5 – 150 μA, 0.2 Hz) aplicouse cun pequeno electrodo bipolar de vidro 0.05 – 0.5 mm do electrodo de gravación. Despois de ~ 10 min de gravación de base, unha solución que conteña Naspm (200 μM) perfusionouse no baño durante 10 min. Os cambios na amplitude de EPSC foron medidos antes e despois da aplicación de fármacos en manter os potenciais de -70, -50, -30, 0, + 20, + 40 e + 60 mV. O índice de rectificación (ir) calculouse corrixindo todos os cambios potenciais do potencial de reversión e computouse a partir da seguinte ecuación: ir = (I-70 / 70) / (I+ 40 / 40), onde I-70 I+ 40 son as amplitudes EPSC rexistradas en −70 mV e + 40 mV, respectivamente.

Fraccionamento subcelular e mancha occidental

Os acusadores foron recollidos no xeo como se describiu anteriormente. Cando o núcleo e a cuncha foron diseccionados por separado, confirmouse a separación probando fraccións sinaptosomas para a dopamina β-hidroxilase, unha enzima que se atopa nos terminais dos axóns ao shell pero non o núcleo (Sesack e Grace, 2010). Preparáronse as fraccións de células enteiras, sinaptosoma e PSD como se describiu anteriormente (Jordan et al., 2004). Os pelotos sinaptosómicos resuspendíronse en 200 μl 25 mM Tris con 1% Triton X-100, balanceado a 4 ° C para 30-min, e centrifugado a 13,800 × g para 15-min nunha microcentrífuga para pelotas PSD. A pellet que contiña PSD bruto resuspendíase en 25 mM Tris con 2% SDS. As fraccións foron analizadas por Western blot en xeles SDS-PAGE, como se describiu anteriormente (Jordan et al., 2004). Utilizáronse os seguintes anticorpos: dopamina β-hidroxilase (1: 1,000, Abcam), GluA1 (1: 1,000, Millipore), fosforo-Ser 845 GluA1 (1: 1,000, Millipore), GluA2 (1) (1,000: 1, Sigma).

Microscopía electrónica

O día da recolección de tecidos (día 7 do adestramento con sacarosa), as ratas de grupos de proba 3 (auga, sacarosa / auga, sacarosa; ratas 3 / grupo de proba) colocáronse en cámaras de medida locomotora para 15-min; a 15-min introduciuse unha botella pola parte superior da cámara. As ratas no grupo Auga recibiron auga, as ratas no grupo ucrose recibiron 25% sacarosa, as ratas no grupo Sucrose / Water, que consumiron 25% sacarosa durante 6 días, recibiron auga. As ratas estiveron profundamente anestesiadas con Nembutal (50 mg / kg ip) e perfardáronse transcardialmente con tampón de fosfato 0.1 M (pH 7.4) que contiñan 4% paraformaldehído e 0.1% glutaraldehido a un ritmo de 50 ml / min durante o primeiro 3-min, despois a mínimo 20-min. unha taxa de 7 ml / min para o XNUMX-min sucesivo. O tecido preparouse para o etiquetado inmunogold (PEG) postembargado e as imaxes foron capturadas como se describiu anteriormente (Nedelescu et al., 2010). Os inmunabombos foron clasificados segundo a súa posición en relación ao PSD en cruces sinápticas asimétricas como "fenda", "preto de PSD" (dentro de ancho 1 PSD desde o PSD), "en PSD", "intraspinoso" ou "membrana extrasináptica". cada animal, as sinapses 93, foron mostras do núcleo dos detedores. A mostraxe aleatoria asegurouse analizando todas as primeiras sinapsis de 93 atopadas ao azar mentres arrasamos sistematicamente pola rede, e xuntamos o mesmo número de sinapsis de cada un dos tres animais que recibiron tratamentos idénticos ante mortem. Realizáronse dous tipos de cuantificación. Un foi avaliar o nivel de inmunoreactividade de GluR1, poñendo en conta o número de partículas PEG ocorridas en dominios funcionais discretos da columna vertebral. O outro foi avaliar a proporción de sinapsis marcadas no PSD por calquera número de partículas PEG. Incluso as sinapsis etiquetadas con só partícula 1 PEG consideráronse etiquetadas, baseándose nun traballo anterior que demostrou a especificidade do procedemento GluR1-PEG (Nedelescu et al., 2010). Os efectos do tratamento sobre a proporción e o nivel de inmunización de GluR1 analizáronse mediante ANOVA unidireccional con comparacións post hoc previstas (LSD de Fisher). Para eliminar o sesgo experimental, os datos foron de tres cegos: un experimentador realizou adestramento con sacarosa e mantivo rexistros dos animais nos tres grupos de proba, un segundo experimentador creou os micrografías electrónicas e asignou un novo código alfanumérico a cada micrografo e mantivo o código selado. e tres experimentadores adicionais dixitalizaron os micrografos e cuantificaron partículas de PEG. Despois de que a cuantificación PEG estivo completa, os experimentadores convocaron para revelar as identidades de cada micrografo.

Implantación de cánula e inxeccións intracraneais

A inxección intracraneal empregouse para entregar Naspm e APV ao núcleo dos acusadores. Para a implantación de cánula, como se describiu anteriormente (Carr et al., 2010), as ratas foron anestesiadas profundamente con cetamina (100 mg / kg ip) e xilazina (10 mg / kg ip) e inxectáronse postoperatoriamente coa benamina analxésica (1 mg / kg subcutáneo). As ratas foron implantadas estereotáxicamente con dúas cánulas de guía 26 (PlasticsOne, Roanoke, VA) bilateralmente no núcleo de accumbens con coordenadas: 1.6 mm anterior a bregma; 2.9 mm lateral á sutura sagital, puntas inclinadas 8 ° cara á liña media, 5.6 mm ventral ata a superficie do cranio. As cánulas foron mantidas no lugar por acrílico dental e mantívose a patencia cun estilete de oclusión. Para inxeccións intracraniais, as solucións Naspm e APV cargáronse en dúas lonxitudes de 30 cm de tubo PE-50 unidas nun extremo ás xeringas 25-μl Hamilton recheas con auga destilada e no outro extremo ás cánulas do 31-calibre do inxector, que se estendían 2.0 mm máis alá das guías implantadas. As xeringas montáronse nos dobres soportes dunha bomba de xeringa de microlitro de Harvard 2272 que entregou os volumes de inxección 0.5 μl durante un período de 100 seg. Un minuto despois da conclusión das inxeccións, as cánulas do inyector foron eliminadas das guías, substituíronse os estilos e os animais colocáronse nas cámaras de probas locomotoras para o adestramento con sacarosa. Despois do sacrificio de animais, analizáronse seccións cerebrais criogénicas para a localización da cánula; 2 dos animais 15 foi excluído do estudo por mor dunha colocación inadecuada da cánula.

Análise estatística

A ANOVA unidireccional seguida de probas post hoc de Fisher usouse para experimentos de microscopía electrónica, inmunocitoquímica e biotinilación. As probas t dos estudantes de dúas colas usáronse para electrofisioloxía. Para experimentos de hiperactividade con sacarosa, empregouse ANOVA bidireccional, seguida de probas de Fisher post hoc.

RESULTADOS

Caracterización dun paradigma de inxestión de sacarosa

Empregamos un paradigma de inxestión de sacarosa para investigar os efectos dunha recompensa natural e orosensorial na transmisión sináptica (Imaxe 1A). Os ratos machos adultos foron transportados a un local de ensaio tres días consecutivos. No cuarto día (primeiro día de adestramento), as ratas colocáronse nunha cámara de medida locomotora. Despois de 15 minutos de medición da actividade locomotora na cámara, introduciuse botellas que conteñen auga (para animais de auga) ou solución de sacarosa 25% (para animais con sacarosa) nas cámaras de medición a través de buracos na tapa da cámara. As botellas foron eliminadas despois de 5 minutos e a actividade locomotora foi medida durante 15 adicional minutos antes de que os animais foron devoltos ás gaiolas de casa. Repetimos este procedemento durante 7 días consecutivos. Nalgúns experimentos, o adestramento con sacarosa estendeuse a un 8th día. Este breve acceso non contingente a unha solución altamente agradable, permitiunos investigar tanto os efectos agudos como acumulativos da inxestión de sacarosa, xa que os animais confiaban de xeito fiable a sacarosa durante a xanela de acceso aos tres días posteriores ao adestramento (Imaxe 1B). Estas condicións experimentais permitiron a comparación de grupos de proba inmediatamente despois da cesación da inxestión. O noso criterio para a inclusión no estudo foi que as ratas comezan a consumir polo menos un gramo de sacarosa durante o período de acceso aos tres días desde o inicio do adestramento; en base a este criterio non se excluíron animais.

figura 1  

A inxestión repetida de sacarosa provoca elevacións transitorias da locomoción espontánea.

Observamos que no prazo de tres días despois do adestramento, os animais con sacarosa consumían bastante máis solución de sacarosa que os animais de auga consumían auga (Imaxe 1B). Ademais, aínda que non se observaron diferenzas significativas na locomoción espontánea nos días de adestramento 1-6 (datos non mostrados), observamos unha elevación significativa da distancia total percorrida en animais con sacarosa en comparación cos animais de auga nos tres minutos despois da retirada da botella o día 7 (Figura 1D), e esta diferenza tamén estivo presente o día 8 (Figura 1E). Non se observaron diferenzas na distancia total percorrida entre animais de auga e sacarosa nos tres minutos anteriores á introdución da botella en ningún dos días de proba (Imaxe 1C), suxerir a locomoción elevada foi unha resposta aguda á inxestión de sacarosa específica da rata adestrada con sacarosa, máis que unha resposta condicionada á cámara locomotora. De acordo con esta posibilidade, houbo unha correlación positiva significativa entre a cantidade de sacarosa consumida e a distancia total percorrida (Figura 1F). Non houbo diferenzas nos pesos dos animais entre os grupos de sacarosa e auga antes ou despois dos días de adestramento 7 (datos non mostrados).

A inxestión de sacarosa induce a incorporación de CPAR

O adestramento con sacarosa provocou unha elevación transitoria da locomoción o último día de adestramento. Para determinar se esta consecuencia da inxestión de sacarosa estivo acompañada de cambios electrofisiolóxicos no núcleo accumbens, unha rexión que regula o comportamento de recompensa, preparamos franxas de núcleo accumbens inmediatamente despois da eliminación da botella o día 7 e gravamos a partir das neuronas do núcleo dos acumbens (Imaxe 2A). A subrexión principal implicouse en respostas locomotoras a estímulos gratificantes (Sesack e Grace, 2010). Descubrimos que tanto a amplitude como a frecuencia das correntes sininxicas excitatorias en miniatura espontáneas (mEPSCs) eran significativamente maiores no núcleo dos acumbens de animais sacrosos en comparación cos animais de auga (Imaxe 2B). Isto demostrou que o consumo repetido de sacarosa podería regular positivamente a transmisión sináptica no núcleo accumbens. Para determinar se a incorporación de CPAR xogou un papel na potenciación tras a sacarosa, determinamos os índices de rectificación para as neuronas do núcleo acumbens mediante a medición de EPSCs a diferentes potenciais de membrana (Figuras 2C, 2D e 2E). Os CPAR están rectificando cara a dentro de potenciais despolarizados por mor do bloqueo de poliamina endóxena. Observamos unha rectificación significativa nas gravacións de neuronas de animais con sacarosa, como indica a non linealidade na relación I / V, en comparación cos animais de auga (Figura 2E), ademais dun incremento significativo do índice de rectificación (Figura 2F).

figura 2  

As sinapses fundamentais de Accumbens poténcianse despois da inxestión repetida de sacarosa.

Para confirmar a elevación dos niveis de CPAR por outro método, rexistramos a partir das neuronas do núcleo de Accumbens despois da inclusión do bloqueante de CPAR específico, 1-Naphthylacetyl spermine (Naspm) no baño. Descubrimos que Naspm diminuíu significativamente a amplitude do EPSC nas gravacións de neuronas de sacarosa pero non de animais de auga (Figuras 3A – C). Ademais, despois do tratamento Naspm, a relación de E / V en neuronas de animais con sacarosa volveuse lineal, o que reflectía a inhibición de CPARs en sinapses con animais con sacarosa, mentres que non se observou ningún efecto significativo na relación de E / V despois do tratamento Naspm en neuronas de animais de auga (Figuras 3D). Estes resultados demostran que a ingestión repetida de sacarosa induce a incorporación de CPARs nas sinapsis do núcleo dos acumbens.

figura 3  

A inxestión de sacarosa provoca a incorporación de receptores AMPA permeables de Ca2 +.

A inxestión de sacarosa induce ao tráfico de GluA1

Os CPAR son receptores AMPA que carecen da subunidade do receptor AMPA GluA2. Así, a incorporación sináptica de CPARs implica con frecuencia o tráfico dependente da actividade sináptica da subunidade GluA1 (He et al., 2009; Isaac et al., 2007; Liu e Zukin, 2007; Plant et al., 2006). Para confirmar a incorporación sináptica de CPAR despois do adestramento con sacarosa, investigamos se a inxestión de sacarosa aumentou a expresión sináptica de GluA1. As ratas obtivéronse acceso á sacarosa como se describiu anteriormente durante 7 días consecutivos. Os días 1, 3, 5 e 7, illamos toda a célula, fraccións sinaptosoma e densidade postsináptica (PSD) de tres rexións cerebrais: núcleo (núcleo) de accumbens, cáscara (shell) e cortiza somatosensorial (córtex). Analizamos toda a célula e as fraccións PSD por Western blot para a expresión de GluA1 e GluA2.

Non atopamos cambios en GluA1 ou GluA2 nas fraccións de células enteiras dos lisatos acumbens nos días de proba examinados, suxerindo que o consumo repetido de sacarosa non regula os niveis globais destas proteínas (Figuras 4A – C). Nas fraccións PSD acumbens, con todo, GluA1 aumentou significativamente o día 7 no núcleo, pero non no shell, mentres que GluA2 non cambiou significativamente en ningunha das fraccións (Figuras 4D-4F e datos non mostrados). Non observamos ningún aumento significativo en GluA1 nas fraccións PSD principais do día de hoxe nos días de proba anteriores (Figuras 4D-F) e GluA1 ou GluA2 non cambiaron nas fraccións PSD de corteza en ningún dos días de proba (os datos non se amosan). O aumento de GluA1, especialmente en relación con GluA2, nos núcleos PSD acumbens despois da repetida inxestión de sacarosa está en consonancia co aumento da rectificación observada nas neuronas do núcleo acumbens, como se describiu anteriormente.

figura 4  

A densidade post-sináptica GluA1, pero non GluA2, aumenta no núcleo accumbens no núcleo logo da inxestión de sacarosa.

Demostrouse que o tráfico de GluA1 dependente da actividade contribúe á plasticidade sináptica in vitro e tamén in vivo (Lu e Roche, 2011). Demostrouse un mecanismo rápido e de varias etapas para o tráfico de GluA1 in vitro (Serulle et al., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005). Ata o de agora, a contribución deste mecanismo en varios pasos á acumulación sináptica de GluA1 in vivo non se probou Para determinar se o adestramento con sacarosa induce ao tráfico de GluA1 de forma aguda polo mecanismo multistep, localizamos GluA1 no núcleo accumbens sinapses de animais adestrados con sacarosa e auga mediante microscopía electrónica cuantitativa. O tecido núcleo de Accumbens colleitouse no sétimo día de adestramento con sacarosa de grupos de proba 3 de ratas. Estas foron as ratas que: 1) consumiron auga durante 7 días (auga), 2) consumiron sacarosa durante 7 días (sacarosa) e 3) consumiron sacarosa durante 6 días e auga o día 7 (sacarosa / auga). As ratas sacrificáronse no 7th día, 5 minutos despois do consumo de sacarosa ou auga. Así, a comparación de dous dos grupos de proba, sacarosa / auga e sacarosa, entre si e cos animais de auga revelou a cronoloxía dos cambios postsinápticos inducidos polo consumo de sacarosa en ratas adestradas con sacarosa. Medimos GluA1 etiquetado con inmunogold (PEG) postembed en 5 diferentes compartimentos postsinápticos: citosol dendrítico da columna vertebral (intraspino), membrana plasmática extrasináptica (membrana), PSD, preto de PSD e fenda sináptica, agrupándose os tres últimos compartimentos como 'PSD '(Fig. 5A). Para eliminar o sesgo dos experimentadores, as identidades do grupo de proba de micrografías electrónicas foron de tres cegos.

figura 5  

A microscopía electrónica revela a indución do tráfico de GluA1 en varios pasos por inxestión de sacarosa.

Os animais de sacarosa e sacarosa / de auga presentaron GluA1 intraspino elevado significativamente en relación aos animais de auga (Fig. 5B e 5C). Isto suxire que o consumo crónico de sacarosa aumenta un grupo intracelular de receptores AMPA que conteñen GluA1 adxacentes aos sitios sinápticos, receptores que poden estar facilmente dispoñibles para o tráfico sináptico e, o que é máis importante, que esta piscina intracelular pode persistir durante 24 horas despois do consumo final de sacarosa . A continuación, exploramos a pregunta importante de se un estímulo agudo de sacarosa pode inducir un tráfico rápido de GluA1. Observamos que a membrana plasmática extrasináptica GluA1 aumentou significativamente en animais con sacarosa en comparación con animais de sacarosa / auga e auga (Figuras 5B e 5D). Esta observación indica que unha recompensa natural e orosensorial proporcionada por un único estímulo de sacarosa pode elevar rapidamente (<5 min) pero de forma transitoria (tempo de desintegración <24 h) elevar a poboación extrasináptica de receptores AMPA que conteñen GluA1, creando unha piscina lábil desde a que os receptores pode circular ata a sinapsis.

Significativamente, in vitro estudos suxeriron que a incorporación sináptica de receptores AMPA ten lugar en pasos de 2. No primeiro, a fosforilación Ser 845 dependente do glutamato ou da dopamina eleva os niveis de receptores nos sitios extrasinápticos da membrana plasmática (Esteban et al., 2003; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005), mentres que no segundo, a fosforilación Ser 818 promove a incorporación sináptica (Boehm et al., 2006). A nosa comparación de microscopía electrónica de animais con sacarosa con animais de sacarosa / auga e auga demostra que o primeiro paso do tráfico de GluA1 observouse in vitro (Makino e Malinow, 2009), tamén ten lugar o tráfico rápido á membrana extrasináptica in vivo tras a prestación dunha recompensa orosensorial.

De acordo coa electrofisioloxía e os resultados bioquímicos descritos anteriormente, PEG EM demostrou que a inxestión de sacarosa induciu tamén o segundo paso na entrada de receptores de GluA1 GluA1 á sinapse xa que o nivel de inmunoreactividade GluA1 no PSD era significativamente maior para a sacarosa en comparación coas ratas de auga, e houbo unha tendencia ao aumento de GluA1 en sacarosa / auga en comparación coas ratas de auga (Figuras 5B e 5E). O incremento de animais Sucrose / Water é consistente ou ben coa incorporación rápida de GluA1 que decae cunha vida media sináptica de ~ 24 hr, ou a rápida incorporación de GluA1 e a substitución por GluA1 / 2 sináptica durante un período de tempo similar. A porcentaxe de sinapsis que expresa GluA1 no PSD tamén foi significativamente maior nas ratas de sacarosa en comparación coas ratas de auga (Figura 5F), suxerindo que GluA1 traficaba con sinapsis que antes carecían de GluA1. Isto tamén suxire que o aumento da amplitude do mEPSC observado nas ratas sacarosa resulta dun aumento do GluA1 sináptico e que o aumento da frecuencia do mEPSC pode resultar do recrutamento de GluA1 a sinapsis de accumbens previamente silenciosas, aínda que non se pode descartar a potenciación da liberación de glutamato. Tamén medimos o número de sinapsis en cada un dos tres grupos de proba para determinar se a inxestión de sacarosa induciu a sinaptoxénese; non houbo diferenzas entre os tres grupos de proba (datos non mostrados). Concluímos que a inxestión repetida de sacarosa eleva un grupo intraspinoso estable (> 24 horas) de GluA1 e un único estímulo de sacarosa a unha rata adestrada en sacarosa (6 días) é suficiente para elevar rapidamente (5 min) o GluA1 na membrana plasmática extrasináptica, potencialmente tirando receptores da piscina intraspinosa. Suxerimos que unha parte destes receptores extrasinápticos se incorpore de forma estable ao PSD, o que leva ao índice de rectificación observado e aos cambios GluA1 de PSD, antes de que o grupo extrasináptico volva á liña base ás 24 h despois da estimulación. Estes resultados revelan que unha recompensa natural pode inducir agudamente o tráfico rápido de GluA1 nun animal adestrado.

A actividade de CPAR é necesaria para a locomoción elevada despois da inxestión de sacarosa

As neuronas de espiña media reciben aportes tanto dopaminérxicos como glutamaterxicos (Calabresi, et al., 1992). Para avaliar a implicación da señalización de glutamato na locomoción espontánea elevada que observamos despois da inxestión de sacarosa en ratas adestradas con sacarosa, implantamos cánulas no núcleo acumbeno de ratas e animais adestrados en cámaras de medida locomotora como se describe máis arriba. O día 8 de adestramento con sacarosa, microinjectamos Naspm no núcleo antes da colocación na cámara de proba locomotora. A inxección diminuíu a distancia total percorrida dos animais con sacarosa e eliminou a diferenza entre os animais de sacarosa e auga vistos inmediatamente despois da retirada da botella (Imaxe 6A). Para comprobar que o estrés causado pola manipulación dos animais non afectara a resposta de sacarosa, inxectamos salina no núcleo ao día seguinte (día 9 de adestramento con sacarosa); De novo foi observada hiperactividade significativa nos animais con sacarosa inmediatamente despois da retirada da botellaImaxe 6B). Isto demostra que Naspm inhibiu específicamente a elevación de locomoción inducida pola sacarosa. A inxección do antagonista NMDAR, APV, no núcleo nos días seguintes tamén eliminou a diferenza entre animais de sacarosa e auga (Imaxe 6C), demostrando que as NMDARs tamén son necesarias para a elevación da locomoción espontánea despois da inxestión de sacarosa. Para determinar se unha resposta condicionada á cámara de proba xogou un papel na indución da hiperactividade, colocáronse animais na cámara durante 35 min sen introdución de botella; non se observaron diferenzas na distancia percorrida entre a sucosa e os animais de auga (Figura 6D). Naspm e APV non afectaron o consumo de sacarosa (Figura 6E), demostrando que os CPAR e NMDAR núcleos non son necesarios para a inxestión vigorosa de sacarosa. Animais nos que non se colocaron cánulas no núcleo de Accumbens (2 fóra de animais 15), segundo avaliación post-sacrificio (Figura 6F), non foron incluídos no estudo. En conclusión, estes datos demostran conxuntamente que o consumo de sacarosa por unha rata adestrada en sacarosa induce ao tráfico sináptico de GluA1 en minutos 5 e que o bloqueo de mecanismos de sinalización que controlan este tráfico impide a elevación da actividade locomotora espontánea despois da sacarosa.

figura 6  

A elevada locomoción espontánea despois da inxestión de sacarosa require CPARs e NMDARs.

Pódense prever dúas vías para a sinalización de sacarosa. Un, unha vía estrictamente quimiosensorial ou orosensorial, iníciase pola unión de sacarosa ao receptor do sabor doce, que corresponde ao complexo de receptores heteroméricos acoplados á proteína G, T1R2 / T2R3 (Kitagawa et al., 2001; Max e col., 2001; Nelson et al., 2001; Sainz et al., 2001). Os nutrientes ricos en calorías tamén poden regular a función cerebral por vías metabólicas independentes do gusto, aínda que os mecanismos non se entendan ben (de Araujo et al., 2008). Para distinguir entre estas dúas alternativas para a vía de tráfico de GluA1 inducida por sacarosa, repetimos o protocolo de adestramento con tres grupos de ratas (ratas 4 / grupo) ás que se lles deu acceso durante minutos 5 a botellas que conteñen, auga, solución de sacarosa 25%. ou 3% sacarina (doce e baixo). Elimináronse as botellas e as ratas permaneceron 15 minutos máis na gaiola de adestramento. O adestramento repetiuse durante 7 días. Os volumes de líquido consumidos polos grupos de proba de sacarina e sacarina non foron significativamente diferentes entre si e ambos foron superiores ao consumo do grupo de auga, consistente na recompensa de ambas substancias doces (Imaxe 7A). No 7th día de beber, inmediatamente despois da eliminación da botella, sacrificáronse as ratas, colleitouse o tecido central de Accumbens para cada grupo de proba, a fracción PSD illada e os niveis GluA1 probados por Western blot (Imaxe 7B). Como antes, os animais que consumían sacarosa mostraron GluA1 elevado na fracción PSD en relación ao grupo de auga (Imaxe 7C). Significativamente, GluA1 tamén se elevou na fracción PSD de animais que consumían sacarina. Non houbo diferenzas significativas nos niveis de GluA1 nas fraccións de células enteiras procedentes de animais do núcleo de auga, sacarosa e sacarina, suxerindo que o aumento de GluA1 era específico para a fracción sináptica (Figura 7D). Debido a que a sacarina estimula o mesmo complexo de receptores de sabor combinado con proteína G heteromérica como a sacarosa (Masuda et al., 2012; Nelson et al., 2001), pero carece de valor calórico, concluímos que a estimulación do receptor do gusto doce é suficiente para iniciar a sinalización que eleva os niveis de GluA1 no núcleo accumbens das sinapses fundamentais.

figura 7  

O adestramento con sacarina induce un aumento do gluA1 sináptico Semellante ao adestramento en sacarosa.

Conversa

Demostramos que unha recompensa orosensorial, o consumo repetido de sacarosa, pode inducir de forma aguda a incorporación sináptica de GluA1 mediante un mecanismo de tráfico en varios pasos anteriormente descrito in vitro. O consumo repetido de sacarosa durante os días 6-7 potenciou as sinapsis do núcleo eléctrico fisioloxicamente mediante a inserción de CPARs. Este efecto estivo acompañado de acumulación de GluA1 pero non de GluA2 no PSD do núcleo, e foi específico rexional e temporalmente, xa que non se observaron cambios antes do día de adestramento 7 no núcleo, e non se observou ningún cambio na cuncha de Accumbens nin en córtex somatosensorial. A análise microscópica electrónica revelou que a inxestión de sacarosa repetida elevaba un nivel relativamente estable (t1/2 > 24 horas) poboación de receptores intraspinosos que conteñen GluA1. A sacarosa tamén rapidamente (5 min) e transitoriamente (t1/2 <24 horas) niveis elevados de receptores que conteñen GluA1 en sitios extrasinápticos en animais adestrados en sacarosa, aumentando a poboación de AMPAR capaces de difundirse lateralmente na sinapsa. O GluA1 sináptico, representado pola fracción PSD e detectado por PEG-EM, aumentou significativamente en sacarosa en comparación cos animais de auga. A partir destes resultados propoñemos que o mecanismo en dous pasos da exocitose extrasináptica seguido do tráfico sináptico para a inserción sináptica AMPAR descrito anteriormente in vitro (Boehm et al., 2006; Makino e Malinow, 2009; Oh et al., 2006; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2005) pódese iniciar rapidamente in vivo por unha recompensa natural, orosensorial.

Os cambios nos niveis sinápticos de GluA1 só se observaron despois das sesións de adestramento de 7, o que suxire que un proceso durante varios días é necesario para potenciar. En experimentos bioquímicos in vivo, non observamos aumentos significativos nos niveis principais de GluA1 de PSD en días 1, 3 e 5 de adestramento con sacarosa; só despois de 7 días de adestramento con sacarosa foi GluA1 no PSD significativamente elevado. Nos experimentos de microscopía electrónica, observamos que os animais con sacarosa / auga, que se adestraron con sacarosa durante 6 días pero non recibiron un estímulo en sacarosa en horas 24, mostraron unha tendencia cara ao aumento de GluA1 PSD. Estes animais tamén presentaron un GluA1 intraspino elevado en comparación cos animais de auga, pero non se observou ningún cambio na membrana extrasináptica GluA1. Destes resultados sacamos tres conclusións. En primeiro lugar, os receptores AMPA que conteñen GluA1 acumúlanse intraspinadamente con sucesivas estimulacións de sacarosa. Dado que estudos previos demostraron que a inxestión de sacarosa induce liberación de dopamina nos acumbens (Cacciapaglia et al., 2012; McCutcheon et al., 2012; Rada et al., 2005) e que D1Rs poden conducir a tradución local de GluA1 en dendrites (Smith et al., 2005), a liberación de dopamina despois da inxestión de sacarosa pode desencadear a síntese local de GluA1 que conduce á acumulación intraspinosa de GluA1. Alternativamente, o aumento intraspino pode reflectir o tráfico de GluA1 desde sitios distais. É probable que o tráfico exocitótico desta elevada piscina intraspinosa contribúa á piscina extrasináptica na membrana plasmática. En segundo lugar, a observación dun aumento da membrana extrasináptica GluA1 en sacarosa, pero non nos animais de sacarosa / auga ou auga suxire que os receptores extrasinápticos se moven por un segundo paso cara á sinapse ou se endocitan dentro do 24 hr tras o consumo de sacarosa, facendo que o piscina extrasináptica transitoria. En terceiro lugar, a elevación de animal de sacarosa PSD GluA1 en comparación cos animais de auga, pero non os animais de sacarosa / auga tamén suxire que despois de cada estímulo a sacarosa, os receptores móvense lateralmente na sinapse desde o grupo de receptores traficados con rapidez ata a membrana extrasináptica do plasma. Non podemos descartar que GluA1 circule directamente dende o grupo de pinturas ata a sinapse. Non obstante, un camiño así parece pouco probable dado que os estudos que demostran que GluA1 está inserido extrasinápticamente (Boehm et al., 2006; Makino e Malinow, 2009; Oh et al., 2006; Serulle et al., 2007; Sun et al., 2005). Estes achados representan a primeira demostración que se observou o percorrido temporal para o tráfico de GluA1 (<5 min) e a ruta in vitro tamén se observan in vivo. Ademais, os nosos resultados suxiren que os repetidos estímulos gratificantes modifican a capacidade para a potenciación dunha sinapse elevando o conxunto de receptores intraspinosos que poden ser traficados.

Debido a que a sacarina inducía o tráfico de GluA1 de xeito similar á sacarosa, o contido calórico de sacarosa non é necesario. A sacarina estimula o mesmo receptor de sabor doce, T1R2 / T2R3, como a sacarosa (Masuda et al., 2012; Nelson et al., 2001), sprobablemente a activación deste receptor inicia a incorporación de GluA1 a sinapses de MSN. A sacarosa eleva a liberación de dopamina nos acusadores de neuronas VTA (Cacciapaglia et al., 2012; McCutcheon et al., 2012; Rada et al., 2005) lenviando ao tráfico de superficie GluA1. Así, o camiño que une o receptor do sabor doce ao VTA probablemente sexa central na plasticidade estudada aquí.

É probable que o tráfico rápido de GluA1 despois da inxestión de sacarosa xogue un papel na regulación da locomoción espontánea. De feito, en animais adestrados con sacarosa, a inhibición dos CPAR impediu a elevación da actividade locomotora espontánea inmediatamente despois da inxestión de sacarosa. A distancia total percorrida polas ratas despois do consumo de sacarosa medido en días consecutivos foi elevada significativamente só para o período 3 min inmediatamente despois do consumo de sacarosa no sétimo día de adestramento. Observouse un aumento da actividade inmediatamente despois da sacarosa a partir do día 3 do adestramento, pero non se diferenciou significativamente ata o día 7. Este curso de actividades correlaciona co tempo de acumulación de GluA1 en dendrites do núcleo de accumbens. O aumento da locomoción foi unha consecuencia funcional do tráfico de CPAR con sinapses de MSN no núcleo de accumbens xa que a inxección de Naspm no núcleo inhibiu os aumentos de actividade. A prevención da locomoción elevada por un inhibidor do receptor NMDA demostrou que a sinalización do glutamato a través dos receptores NMDA así como as CPARs era necesaria para elevar a actividade locomotora. Non obstante, a inxestión de sacarosa non se viu afectada polo bloqueo da sinalización de glutamato, de acordo con estudos previos que demostraron que o núcleo dos acusadores está implicado na orquestración de respostas motoras relacionadas coa recompensa orosensorial, pero non o consumo en si (Smith, 2004). Informouse dun curso semellante para o desenvolvemento da hiperlocomotora para o desenvolvemento de hiperactividade condicionada en animais alimentados a comida diaria nun ambiente distinto (Matthews et al., 1996). Non obstante, se a resposta actual fose unha hiperactividade condicionada derivada do emparellamento de contexto e sacarosa, este tería precedido á entrega de sacarosa, que non se observou. É posible que os suxeitos mostren unha excitación exploratoria. Serían necesarios máis experimentos para distinguir se a locomoción elevada despois da inxestión de sacarosa foi excitación da exploración fronte a unha forma de sensibilización motora ou outro comportamento. En todo caso, a elevación da locomoción espontánea requiriu unha sinalización de glutamato, e resultou, polo menos en parte, da incorporación de CPARs no núcleo de accumbens.

O aumento da actividade locomotora tras a inxestión de sacarosa pode resultar directamente da potenciación observada das sinapsis do núcleo de Accumbens, xa que o aumento da saída da vía do ganglios basais directos promove a locomoción mediante a desinhibición do tálamo motor (Sesack e Grace, 2010). TPotenciando sinapsis, o máis probable é que residan na vía directa dos que se aconcensan as neuronas principais, que expresan D1Rs. O potencial de sinapses de neuronas de vía directa provocaría que a actividade de D1R induce ao tráfico de AMPAR que conteñen GluA1 para sinapses nestas neuronas despois da robusta liberación de dopamina. A potenciación resultante aumentaría a actividade en proxeccións inhibidoras de neuronas de vía directa a núcleos de saída de ganglios basais, desinhibindo así o tálamo motor e promovería a actividade da córtex motora (Gerfen e Surmeier, 2011; Kravitz et al., 2010; Sesack e Grace, 2010). A potenciación sináptica observada despois da inxestión repetida de sacarosa ten lugar específicamente en neuronas de vía directa porque a dopamina que actúa a través do receptor D1 pode inducir a fosforilación de GluA1 S845, dando lugar ao tráfico superficial.

Varios estudos examinaron os efectos da estimulación repetida con cocaína seguida da retirada, un tratamento que exerce profundos efectos sobre a función do sistema de recompensa e que finalmente leva á sensibilización da cocaína, que se caracteriza por unha elevada resposta motora á cocaína, ansia de drogas e recaída. (Kalivas et al., 1998). A inxección IP repetida con cocaína durante 5-10 días seguida da retirada deu lugar a un aumento gradual durante 14 días nos receptores AMPA que conteñen GluA2 na superficie (Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007). Non obstante, aos días 45 de retirada tras 10 d de autoadministración, observouse un gran aumento do índice de rectificación nas EMN de rata (McCutcheon et al., 2011b) indicando un aumento dos CPARs. Así, observouse o tráfico de CPAR tras a inxestión de sacarosa, no traballo actual e a autoadministración de cocaína, aínda que en condicións de tratamento moi diferentes. Debido a que as consecuencias inmediatas da autoadministración ou inxección de cocaína (por exemplo, aos minutos 5 post) non se coñecen, a acción da cocaína non se pode comparar directamente co traballo actual de sacarosa. Do mesmo xeito, non se sabe se as CPAR persisten nas sinapses de MSN de animais adestrados con sacarosa despois de cesar o adestramento con sacarosa ou se estes animais presentan sensibilización á sacarosa tras unha longa retirada.

Comprender como os estímulos gratificantes regulan a plasticidade e o comportamento dos acumbens son fundamentais para abordar a adicción, a hiperfagia, o xogo patolóxico e outros trastornos de conduta (Basar et al., 2010; Berridge, 2009; Luscher e Malenka, 2011). O exceso de consumo de azucre contribúe á epidemia de obesidade (Hu e Malik, 2010), e aínda que potencialmente similar ao consumo de drogas (Avena e col., 2008), o seu mecanismo non foi explorado extensivamente. Os resultados actuais establecen elementos básicos de plasticidade inducida pola recompensa a partir dos cales futuros estudos poden abordar a regulación de comportamentos complexos, potencialmente proporcionando novas vías para afrontar patoloxías relacionadas coa recompensa.

Grazas

Agradecemos aos membros do Ziff Laboratory, pasados ​​e presentes, a asistencia técnica e as útiles discusións, incluídos H. Girma, L. Lee e Dr. B. Fernholz, B. Jordan, W. Lu, G. Rameau, S. Restituito e Y. Serulle. Este traballo foi apoiado polo Instituto Nacional de Saúde Mental Predoctoral Fellowship F31MH76617-01 e NIH Training Grant 5T32DC000063 ao Programa de adestramento da Universidade de Nova York en Neurociencias (DST), R01NS061920 do National Institute of Neurological Disorders and Ictus (EBZ), 1R21MH091445- 01 do Instituto Nacional de Saúde Mental e Oficina de Investigación sobre Saúde da Muller, Programa de subvencións da Fundación Familia Klarman en investigación sobre trastornos da conduta alimentaria, o Fondo de desafíos á investigación da NYU e P30EY13079 (CA), a subvención do Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas DA003956 e un premio de investigador independente do NARSAD (KDC), o Instituto Nacional de Xordeira e outros Trastornos da Comunicación outorga DC009635 a RCF e cunha subvención semente no Centro de Excelencia en Adicción do Centro Médico Langone da Universidade de Nova York.

Notas ao pé

Conflito de intereses: os autores non declaran intereses financeiros competidores.

References

  1. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Evidencia do adicción ao azucre: efectos comportamentais e neuroquímicos da inxestión interminable e excesiva de azucre. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20-39. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  2. Basar K, Sesia T, Groenewegen H, Steinbusch HW, Visser-Vandewalle V, Temel Y. Nucleus accumbens e impulsividade. Neurobiol Prog. 2010; 92: 533 – 557. [PubMed]
  3. Berridge KC. "Gustar" e "querer" recompensas alimentarias: substratos cerebrais e funcións nos trastornos alimentarios Fisioloxía e comportamento. 2009; 97: 537-550. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  4. Boehm J, Kang MG, Johnson RC, Esteban J, Huganir RL, Malinow R. A incorporación sináptica de receptores AMPA durante LTP está controlada por un sitio de fosforilación PKC en GluR1. Neuron. 2006; 51: 213 – 225. [PubMed]
  5. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Os receptores de AMPA de superficie celular no núcleo acumbens de rata aumentan durante a retirada de cocaína pero interiorízanse despois do reto de cocaína en asociación coa activación alterada de proteínas quinases activadas por mitóxeno. J Neurosci. 2007; 27: 10621 – 10635. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  6. Brebner K, Wong TP, Liu L, Liu Y, Campsall P, Gray S, Phelps L, Phillips AG, Wang YT. Nucleus accumbres a depresión a longo prazo e a expresión de sensibilización do comportamento. Ciencia. 2005; 310: 1340 – 1343. [PubMed]
  7. Cacciapaglia F, Saddoris MP, Wightman RM, Carelli RM. A dinámica de liberación de dopamina no núcleo acumbens e núcleo rastrexa distintos aspectos do comportamento dirixido a obxectivos para sacarosa. Neuroparmacoloxía 2012 [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  8. Calabresi P, Maj R, Pisani A, Mercuri NB, Bernardi G. Depresión sináptica a longo prazo no estriato: caracterización fisiolóxica e farmacolóxica. J Neurosci. 1992; 12: 4224 – 4233. [PubMed]
  9. Carr KD, Chau LS, Cabeza de Vaca S, Gustafson K, Stouffer M, Tukey DS, Restituito S, Ziff EB. A subunidade do receptor AMPA GluR1 augas abaixo da estimulación do receptor da dopamina D-1 no núcleo accumbens media unha maior magnitude de recompensa en ratas restrinxidas a comida. Neurociéncia. 2010; 165: 1074 – 1086. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  10. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y, Marinelli M, Wolf ME. A formación de accumbens Os receptores AMPA carentes de GluR2 media a incubación da ansia de cocaína. Natureza. 2008; 454: 118 – 121. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  11. Día JJ, Carelli RM. O núcleo accumbens e Pavlovian recompensan a aprendizaxe. Neurocientífico. 2007; 13: 148-159. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  12. de Araujo IE, Oliveira-Maia AJ, Sotnikova TD, Gainetdinov RR, Caron MG, Nicolelis MA, Simon SA. Recompensa dos alimentos en ausencia de sinalización do receptor gustativo Neuron. 2008; 57: 930 – 941. [PubMed]
  13. Ehlers MD, Heine M, Groc L, Lee MC, Choquet D. Atrapamento diferencial dos receptores AMPA GluR1 mediante actividade sináptica específica de entrada. Neuron. 2007; 54: 447 – 460. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  14. Esteban JA, Shi SH, Wilson C, Nuriya M, Huganir RL, Malinow R. A fosforilación PKA das subunidades do receptor AMPA controla o tráfico sináptico da plasticidade subxacente. Neurosci Nat. 2003; 6: 136 – 143. [PubMed]
  15. Gerfen CR, Surmeier DJ. Modulación de sistemas de proxección estriatal por dopamina. Revisión anual de neurociencia. 2011; 34: 441 – 466. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  16. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. TRPV1 Postsynaptic desencadea unha depresión a longo prazo específica de tipo celular no núcleo accumbens. Neurociencia da natureza. 2010; 13: 1519 – 1525. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  17. He K, Canción L, Cummings LW, Goldman J, Huganir RL, Lee HK. Estabilización dos receptores AMPA permutables de Ca2 + en sitios perisinápticos mediante fosforilación GluR1-S845. Proc Natl Acad Sci EU A. 2009; 106: 20033 – 20038. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  18. Hu FB, Malik VS. Bebidas azucaradas e risco de obesidade e diabetes tipo 2: evidencia epidemiolóxica. Fisioloxía e comportamento. 2010; 100: 47-54. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  19. Isaac JT, Ashby MC, McBain CJ. O papel da subunidade GluR2 na función do receptor AMPA e na plasticidade sináptica. Neuron. 2007; 54: 859 – 871. [PubMed]
  20. Jordan BA, Fernholz BD, Boussac M, Xu C, Grigorean G, Ziff EB, Neubert TA. Identificación e verificación de novas proteínas de densidade postsináptica de roedores. Proteómica das células mol. 2004; 3: 857 – 871. [PubMed]
  21. Kalivas PW, Pierce RC, Cornish J, Sorg BA. Un papel para a sensibilización na ansia e a recaída na adicción á cocaína. J Farmacol. 1998; 12: 49 – 53. [PubMed]
  22. Kitagawa M, Kusakabe Y, Miura H, Ninomiya Y, Hino A. Identificación xenética molecular dun xene receptor candidato para o sabor doce. Comunicacións de investigación bioquímica e biofísica. 2001; 283: 236 – 242. [PubMed]
  23. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ. A experiencia de cocaína controla a plasticidade sináptica bidireccional no núcleo accumbens. J Neurosci. 2007; 27: 7921 – 7928. [PubMed]
  24. Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC. Regulación de condutas motoras parkinsonianas mediante control optogenético de circuítos de ganglios basais. Natureza. 2010; 466: 622 – 626. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  25. LaPlant Q, Vialou V, Covington HE, 3rd, Dumitriu D, Feng J, Warren BL, Maze I, Dietz DM, Watts EL, Iniguez SD, et al. Dnmt3a regula o comportamento emocional e a plasticidade da columna vertebral no núcleo accumbens. Neurosci Nat. 2010; 13: 1137 – 1143. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  26. Liu SJ, Zukin RS. Ca2 + receptores AMPA permeables en plasticidade sináptica e morte neuronal. Tendencias en neurociencias. 2007; 30: 126 – 134. [PubMed]
  27. Lu W, Isozaki K, Roche KW, Nicoll RA. A orientación sináptica dos receptores AMPA está regulada por un sitio CaMKII no primeiro bucle intracelular de GluA1. Proc Natl Acad Sci EU A. 2010; 107: 22266 – 22271. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  28. Lu W, Roche KW. Regulación posttranslacional do tráfico e función de receptores AMPA. Opinión actual en neurobioloxía 2011 [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  29. Luscher C, Malenka RC. Plasticidade sináptica evocada por drogas en dependencia: desde cambios moleculares ata remodelación de circuítos. Neuron. 2011; 69: 650 – 663. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  30. Makino H, Malinow R. Incorporación do receptor AMPA a sinapses durante a LTP: o papel do movemento lateral e a exocitosis. Neuron. 2009; 64: 381 – 390. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  31. Mameli M, Halbout B, Creton C, Engblom D, Parkitna JR, Spanagel R, Luscher C. Plasticidade sináptica evocada por cocaína: a persistencia no VTA desencadea adaptacións no NAc. Neurosci Nat. 2009; 12: 1036 – 1041. [PubMed]
  32. Masuda K, Koizumi A, Nakajima K, Tanaka T, Abe K, Misaka T, Ishiguro M. Caracterización dos modos de unión entre o receptor do sabor doce humano e os compostos doces de baixo peso molecular. PloS un. 2012; 7: e35380. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  33. Matthews K, Wilkinson LS, Robbins TW. A separación materna reiterada de ratas preaxustantes atenúa as respostas condutuais aos incentivos primarios e condicionados na idade adulta. Comportamento do fisiol. 1996; 59: 99 – 107. [PubMed]
  34. Max M, Shanker YG, Huang L, Rong M, Liu Z, Campagne F, Weinstein H, Damak S, Margolskee RF. Tas1r3, que codifica un novo receptor do sabor candidato, é alélico para o doce receptor locus Sac. Xenética da natureza. 2001; 28: 58 – 63. [PubMed]
  35. McCutcheon JE, Beeler JA, Roitman MF. As claras predictivas de sacarosa evocan unha maior liberación fásica de dopamina que as señoras predictivas de sacarina. Sinapsis. 2012; 66: 346 – 351. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  36. McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. Os receptores AMPA permeables ao calcio están presentes no núcleo accumbens sinapses despois da retirada prolongada da autoadministración da cocaína pero non da cocaína administrada por experimentador. The Journal of neuroscience: a revista oficial da Society for Neuroscience. 2011a; 31: 5737 – 5743. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  37. McCutcheon JE, Loweth JA, Ford KA, Marinelli M, Wolf ME, Tseng KY. A activación de mGluR do grupo I inverte a acumulación inducida pola cocaína de receptores AMPA permeables ao calcio no núcleo accumbenssinapses mediante un mecanismo dependente da proteína quinase C. J Neurosci. 2011b; 31: 14536 – 14541. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  38. Nedelescu H, Kelso CM, Lazaro-Munoz G, Purpura M, Cain CK, Ledoux JE, Aoki C. Os receptores AMPA que conteñen GluR1 endóxenos trasládanse a sinapses asimétricas da amígdala lateral durante a fase inicial da formación da memoria do medo: un inmunocitocimico microscópico electrónico estudo. O Diario de neuroloxía comparativa. 2010; 518: 4723 – 4739. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  39. Nelson G, Hoon MA, Chandrashekar J, Zhang Y, Ryba NJ, Zuker CS. Receptores do sabor doce dos mamíferos. Móbil. 2001; 106: 381 – 390. [PubMed]
  40. Oh MC, Derkach VA, Guire ES, Soderling TR. Tráfico extrasináptico de membranas regulado por GluR1 serina 845 primas de fosforilación. Os receptores AMPA para potenciación a longo prazo. J Biol Chem. 2006; 281: 752 – 758. [PubMed]
  41. Pascoli V, Turiault M, Luscher C. A reversión do potencial sináptico evocado por cocaína restablece o comportamento adaptativo inducido por drogas. Natureza. 2012; 481: 71 – 75. [PubMed]
  42. Plant K, Pelkey ​​KA, Bortolotto ZA, Morita D, Terashima A, McBain CJ, Collingridge GL, Isaac JT. Incorporación transitoria de receptores AMPA nativos carentes de GluR2 durante a potenciación a longo prazo do hipocampo. Neurosci Nat. 2006; 9: 602 – 604. [PubMed]
  43. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. As molestias diarias sobre o azucre liberan repetidamente a dopamina na casca de accumbens. Neurociencia. 2005; 134: 737-744. [PubMed]
  44. Roche KW, O'Brien RJ, Mammen AL, Bernhardt J, Huganir RL. Caracterización de múltiples sitios de fosforilación na subunidade do receptor AMPA GluR1. Neuron. 1996; 16: 1179 – 1188. [PubMed]
  45. Rumpel S, LeDoux J, Zador A, Malinow R. Tráfico de receptores postsinápticos subxacentes a unha forma de aprendizaxe asociativa. Ciencia. 2005; 308: 83 – 88. [PubMed]
  46. Sainz E, Korley JN, Battey JF, Sullivan SL. Identificación dun membro novo da familia T1R de receptores gustativos putativos. Revista de neuroquímica. 2001; 77: 896 – 903. [PubMed]
  47. Serulle Y, Zhang S, Ninan I, Puzzo D, McCarthy M, Khatri L, Arancio O, Ziff EB. Unha interacción GluR1-cGKII regula o tráfico de receptores AMPA. Neuron. 2007; 56: 670 – 688. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  48. Sesack SR, Grace AA. Rede de recompensa cortico-basal do ganglio: microcircuítos. Neuropsicofarmacoloxía: publicación oficial do Colexio Americano de Neuropsicofarmacoloxía. 2010; 35: 27 – 47. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  49. Smith GP. A dopamina de Accumbens media o efecto gratificante da estimulación orosensorial por sacarosa. Apetito. 2004; 43: 11 – 13. [PubMed]
  50. Smith WB, Starck SR, Roberts RW, Schuman EM. A estimulación dopaminérxica da síntese de proteínas locais aumenta a expresión superficial de GluR1 e a transmisión sináptica en neuronas hipocampales. Neuron. 2005; 45: 765 – 779. [PubMed]
  51. Sun X, Milovanovic M, Zhao Y, Wolf ME. A estimulación aguda e crónica do receptor da dopamina modula o tráfico de receptores AMPA en neuronas acumbens neuronas coculturadas con neuronas de cortiza prefrontal. The Journal of neuroscience: a revista oficial da Society for Neuroscience. 2008; 28: 4216 – 4230. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  52. Sun X, Zhao Y, Wolf ME. A estimulación do receptor da dopamina modula a inserción sináptica do receptor AMPA nas neuronas da corteza prefrontal. J Neurosci. 2005; 25: 7342 – 7351. [PubMed]
  53. Thomas MJ, Beurrier C, Bonci A, Malenka RC. A depresión a longo prazo no núcleo accumbens: un correlato neural de sensibilización do comportamento coa cocaína. Nat Neurosci. 2001; 4: 1217-1223. [PubMed]
  54. Ungless MA, Whistler JL, Malenka RC, Bonci A. A exposición única á cocaína in vivo induce un potenciamento a longo prazo nas neuronas de dopamina. Natureza. 2001; 411: 583 – 587. [PubMed]
  55. Whitlock JR, Heynen AJ, Shuler MG, Bear MF. A aprendizaxe induce unha potenciación a longo prazo no hipocampo. Ciencia. 2006; 313: 1093 – 1097. [PubMed]