- POTPUNA STUDIJA
- scicurious objašnjenje - Za otpornost na stres, zahvalite DeltaFosB-u
Nat Neurosci. 2010 lipanj; 13(6): 745-752. Objavljeno online 2010 Svibanj 16. doi: 10.1038 / nn.2551
Vincent Vialou,1 Alfred J. Robison,1, * Quincey C. LaPlant,1, * Herb E. Covington, III,1 David M. Dietz,1 Yoshinori N. Ohnishi,1 Ezekiell Mouzon,1 Augustus J. Rush, III,2 Emily L. Watts,1 Deanna L. Wallace,2, § Sergio D. Iniguez,3 Yoko H. Ohnishi,1 Michel A. Steiner,4 Brandon Warren,3 Vaishnav Krishnan,2 Rachael L. Neve,5 Subroto Ghose,2 Olivier Berton,2, § Carol A. Tamminga,2 i Eric J. Nestler1
Informacije o autoru ► Informacije o autorskim pravima i licenci ►
Konačna uređena verzija izdavača ovog članka dostupna je na Nat Neurosci
Pogledajte ostale članke u PMC-u navodi objavljenom članku.
Sažetak
Za razliku od ogromne literature o učincima stresa na mozak, relativno je malo poznato o molekularnim mehanizmima otpornosti, sposobnosti nekih pojedinaca da izbjegnu štetne učinke stresa. HPokazali smo da transkripcijski faktor, ΔFosB, posreduje bitan mehanizam otpornosti kod miševa. Indukcija ΔFosB u nucleus accumbens, ključnoj regiji za nagrađivanje mozga, kao odgovor na kronični društveni porazni stres, nužna je i dovoljna za otpornost. Indukcija ΔFosB također je potrebna za sposobnost standardnog antidepresiva, fluoksetina, da preokrene patologiju ponašanja izazvanu socijalnim porazom. ΔFosB proizvodi ove efekte kroz indukciju podjedinice GluR2 AMPA glutamatnog receptora, koja smanjuje odziv nukleusa accumbens neurona na glutamat, i kroz druge sinaptičke proteine, Zajedno, ovi nalazi uspostavljaju novi molekularni put koji podupire i elastičnost i antidepresivno djelovanje.
UVOD
Ljudi podvrgnuti ozbiljnom stresu pokazuju vrlo različite odgovore, dok neki mogu prevladati krizu, dok drugi razvijaju ozbiljnu psihopatologiju kao što je depresija ili posttraumatski stresni poremećaj (PTSP). Sposobnost suočavanja sa stresnim situacijama, tj. Otpornost, ovisi o razvoju adekvatnih bihevioralnih i psiholoških prilagodbi kroničnom stresu1,2, Psihološki konstrukti koji promiču otpornost uključuju predanost, strpljenje, optimizam i samopoštovanje, kao i sposobnost moduliranja emocija i razvoja adaptivnog društvenog ponašanja. Ove osobine upućuju na sustav nagrađivanja mozga, koji se čini kritičnom determinantom za nastanak patoloških vs otpornih fenotipova3,4, Neurobiološki korelati ranjivosti ili otpornosti na stres imaju 2 identificirani kod ljudi, ali stupanj do kojeg su oni uzrok ili posljedica osjetljivosti ostaje nepoznat.5.
Među sadašnjim modelima depresije i PTSP-a kod glodavaca, kronični društveni porazni stres je etološki validan pristup, koji potiče dugoročne fiziološke promjene.6-8 i ponašanja9-11 promjene, uključujući socijalno izbjegavanje, anhedoniju i simptome slične anksioznosti, uključujući aktivaciju nekoliko neuronskih krugova i neurokemijskih sustava12-15, Normalizacija socijalnog izbjegavanja putem kroničnog, ali ne i akutnog, antidepresivnog liječenja čini ga vrijednim modelom za ispitivanje aspekata depresije i PTSP-a kod ljudi11,16, Značajan udio (~ 30%) kronično poraženih miševa izbjegava većinu negativnih bihevioralnih posljedica poraza10čime je omogućeno eksperimentalno istraživanje otpornosti. Dok se pokazalo da je indukcija nekoliko proteina unutar nucleus accumbens (NAc), ključnog područja za nagrađivanje mozga, važna za izražavanje ponašanja sličnog depresiji nakon poraza10,11,17,18mnogo je manje poznato o molekularnoj osnovi otpornosti koju posreduje ova regija mozga. Ovdje smo se pozabavili ovim pitanjem fokusirajući se na ΔFosB, transkripcijski faktor obitelji Fos induciran u NAc lijekovima zlostavljanja, prirodnim nagradama i nekoliko vrsta stresa.19-21.
REZULTATI
ΔFosB u NAc-u promiče otpornost na društveni poraz
C57BL / 6J mužjaci miševa podvrgnuti su deset dana uzastopnog društvenog poraza10,11, a zatim razdvojiti u osjetljive i otporne populacije na temelju mjere socijalnog izbjegavanja (Slika 1a), što je u korelaciji s nekoliko drugih depresivnih ponašanja10, Našli smo povećanje ΔFosB, mjereno imunohistokemijom, u NAc nakon kroničnog socijalnog poraza (Slika 1b, c), s elastičnim miševima koji pokazuju najveću indukciju ΔFosB u jezgri i NAc subregijama jezgre (Slika 1b, c). Štoviše, primijetili smo snažnu (p <0.01) korelaciju između razina ΔFosB i socijalne interakcije (r = 0.80, NAc ljuska; r = 0.85, NAc jezgra; r = 0.86, cijela NAc), što upućuje na to da stupanj indukcije ΔFosB NAc može biti kritična odrednica hoće li životinja pokazati osjetljivi ili elastični fenotip. Western blot analiza nac disekcijama koje sadrže podregije jezgre i ljuske potvrdila je indukciju ΔFosB samo kod elastičnih miševa (vidi Dodatna slika 1).
ΔFosB indukcija u NAc socijalnim porazom posreduje otpornost
Da bismo testirali funkcionalne posljedice indukcije ΔFosB, koristili smo bitransgenične miševe koji inducibno prekomjerno eksprimiraju ΔFosB posebno u odraslih NAc i dorzalnom striatumu22, Ti su miševi pokazali smanjenu sklonost razvoju socijalnog izbjegavanja nakon četiri ili deset dana društvenog poraza (Slika 1d), što upućuje na to da ΔFosB ima zaštitno djelovanje protiv društvenog stresa. Nasuprot tome, koristili smo bitransgenične miševe koji inducibno prekomjerno eksprimiraju ΔcJun, transkripcijski neaktivan skraćeni cJun mutant koji antagonizira aktivnost ΔFosB23,24, Za razliku od miševa koji su prekomjerno eksprimirali ΔFosB, miševi koji su prekomjerno eksprimirali ΔcJun više su podložni kroničnom socijalnom porazu nego kontrolni littermates i pokazuju maksimalno ponašanje izbjegavanja nakon 4 dana poraza (Slika 1e). ΔcJun miševi također su pokazali povećanu nepokretnost u jednodnevnom testu prisilnog plivanja, kao i smanjenu preferenciju saharoze, obje interpretirane kao pojačano ponašanje slično depresiji (Dodatna slika 2a, b). Međutim, prekomjerna ekspresija ΔFosB ili ΔcJun nije promijenila nekoliko početnih mjera lokomotorne aktivnosti ili ponašanja sličnog anksioznosti (Dodatna slika 2c – f). Zajedno, ovi rezultati upućuju na to da smanjena aktivnost ΔFosB u NAc i dorzalnom striatumu smanjuje pozitivne, adaptivne odgovore, što se zaključuje kao "suočavanje7- kroničnom stresu.
Smanjena ΔFosB u NAc potiče osjetljivost na stres
Da bismo stekli bolji uvid u ponašanja ΔFosB nakon kroničnog stresa, koristili smo produljeno razdoblje socijalne izolacije tijekom odrasle dobi, što kod miševa izaziva depresije slične abnormalnosti.25 i glavni je faktor rizika za kliničku depresiju. Uočili smo smanjenje razine ΔFosB u NAc socijalno izoliranih miševa (Slika 2a, b). Također smo otkrili da izolacija miševe čini dramatično osjetljivijima na društveni poraz, te da je ta izolacija izazvana ranjivost potpuno preokrenuta virusno prekomjernom ekspresijom ΔFosB selektivno u NAc (Slika 2c). Nasuprot tome, blokada ΔFosB funkcije u NAc, prekomjernom virusnom ekspresijom ΔJunD, u kontrolnim miševima smještenim u skupinama promicala je osjetljivost na društveni poraz (Slika 2c). ΔJunD, kao ΔcJun, je N-terminalni skraćeni mutant koji djeluje kao dominantno-negativni antagonist ΔFosB (Dodatna slika 3)23, Ovi nalazi izravno upućuju na bazalne razine ΔFosB u NAc u osjetljivosti na stres.
Utjecaj socijalne izolacije na FFosB i osjetljivost na društveni poraz
Da bi se proučila klinička važnost ovih nalaza, razine ΔFosB mjerene su u postmortem humanim NAc uzorcima dobivenim od depresivnih pacijenata i opsežno usklađenim kontrolama. Utvrdili smo smanjenje ΔFosB u bolesnika s depresijom (50%)Slika 2d), podržavajući ulogu ΔFosB u ljudskoj depresiji. Depresivni ljudi analizirali su uključene pojedince ili na ili izvan antidepresiva u vrijeme smrti (Dodatna tablica 1), a nismo pronašli korelaciju između razine ΔFosB i izloženosti antidepresivima. U svjetlu našeg promatranja da liječenje antidepresivima povećava ΔFosB razine u NAc miša (vidi dolje), ovi rezultati sugeriraju da neuspjeh indukcije ΔFosB u NAc može biti važna odrednica za nedostatak antidepresivnih odgovora kod ljudi.
ΔFosB u NAc posreduje antidepresivno djelovanje
Kronično liječenje antidepresivima preokreće socijalno izbjegavanje uzrokovano porazom kod osjetljivih miševa11, Stoga smo ispitali može li indukcija ΔFosB u NAc biti mehanizam ne samo za otpornost, nego i za antidepresivno djelovanje. Nepobijeni kontrolni miševi tretirani fluoksetinom tijekom 20 dana nisu otkrili nikakve promjene u društvenom ponašanju, ali su pokazali akumulaciju ΔFosB u NAc ljusci (Slika 3a, b) i jezgru (Dodatna slika 4). Liječenje osjetljivih miševa fluoksetinom promijenilo je njihovo socijalno izbjegavanje (Slika 3a), kako je prethodno navedeno, i daljnje poboljšane razine ΔFosB u NAc (Slika 3b, Dodatna slika 4).
ΔFosB indukcija u NAc posreduje antidepresivni učinak fluoksetina
Da bi se izravno testiralo uključivanje takve indukcije ΔFosB u učinke fluoksetina u ponašanju, virusno smo prekomjerno eksprimirali ΔJunD ili GFP sami (kao kontrolu) u NAc prethodno poraženih miševa. Polovica miševa u svakoj skupini je zatim tretirana još tri tjedna s fluoksetinom ili nosačem. Kao što se očekivalo, liječenje fluoksetinom miševa koji su prekomjerno eksprimirali GFP u NAc pokazali su promjenu socijalnog izbjegavanja uzrokovanog kroničnim socijalnim porazom. Nasuprot tome, prekomjerna ekspresija ΔJunD blokirala je ovaj terapijski učinak fluoksetina (Slika 3c), podupirući hipotezu da je indukcija ΔFosB u NAc potrebna za antidepresivno djelovanje. Osim toga, prekomjerna ekspresija ΔFosB-a posredovana virusom kod NAc kod štakora rezultirala je značajnim antidepresivnim učinkom mjerenom smanjenjem vremena nepokretnosti na dan 2 testa prisilnog plivanja (Dodatna slika 5a). Daljnja analiza ponašanja tijekom ovog testa pokazala je da ΔFosB-inducirana povećanja u plivanju i penjanju (Dodatna slika 5b – d), značajke povezane s promjenama u serotonergičkim i noradrenergičkim mehanizmima26, Zanimljivo je da su štakori koji su prekomjerno eksprimirali ΔFosB u NAc pokazali smanjeno vrijeme nepokretnosti prvog dana testa, interpretirano kao pro-motivacijski učinak (vidi Online metode i Dodatna slika 5e – h).
Regulacija AMPA receptora u NAc posreduje otpornost
ΔFosB regulira transkripciju brojnih gena u NAc24,27, Jedan uspostavljeni ciljni gen je podjedinica AMPA glutamatnog receptora GluR2: miševi koji prekomjerno eksprimiraju ΔFosB u NAc imaju povišene razine GluR2, bez učinaka na druge podjedinice receptora glutamata.22, Ova selektivna regulacija GluR2-a u NAc-u povezana je s poboljšanjem naplate lijeka i prirodne nagrade22,28, Kako bi se odgovorilo na mogućnost da modulacija GluR2-a također doprinosi djelovanju ΔFosB-a na otpornost, proučavali smo GluR2 ekspresiju u NAc nakon kroničnog socijalnog poraza. Osjetljivi miševi pokazali su značajno smanjenje razine GluR2 u ovom području mozga u usporedbi s kontrolama, dok su elastični miševi pokazali povećane razine GluR2 (Slika 4a). Dok je mehanizam na kojem se temelji supresija ekspresije GluR2 u osjetljivih miševa i dalje nepoznat, čini se da indukcija GluR2-a u elastičnim miševima odražava izravni učinak ΔFosB na GluR2 gen, jer smo našli povećano vezanje ΔFosB na GluR2 promotor korištenjem kromatinska imunoprecipitacija (ChIP) (ChIP)Slika 4b), a kvantitativna PCR (qPCR) otkrila je kontinuiranu indukciju GluR2 razina mRNA u NAc elastičnih miševa (Slika 4c), što je usporedno s kontinuiranom indukcijom ΔFosB. Zanimljivo, GluR1 je suprotno reguliran nakon socijalnog poraza: uočili smo povećanu ekspresiju u osjetljivih miševa i smanjenu ekspresiju u elastičnim miševima (Slika 4a). Međutim, u GluR1 mRNA ekspresiji nisu uočene odgovarajuće promjene, što upućuje na post-translacijske mehanizme. Osim toga, kronično liječenje fluoksetinom bez poraznih miševa povećalo je razine GluR2 u NAc (Slika 4d), a analiza ljudskog postmortemskog NAc tkiva depresivnih pacijenata pokazala je smanjenu razinu GluR2a u usporedbi s kontrolama (Slika 4e). Nije otkrivena promjena u razinama GluR1 (Slika 4e).
Pro-elastičnost, antidepresivni učinak GluR2 u NAc
Prisutnost GluR2-a ima duboke učinke na AMPA receptore: AMPA receptori kojima nedostaje GluR2 su Ca2+otporni, i pokazuju veću provodljivost receptora i jake struje za unutarnje ispravljanje, u usporedbi s receptorima koji sadrže GluR229, Kako bismo upotpunili naše biokemijske rezultate, izvršili smo snimke napona u cijeloj stanici srednjih kičmenih neurona u NAc miševa i nakon društvenog poraza i kod elastičnih i osjetljivih životinja. Strujni-naponski odnosi izazvanih ekscitatornih struja (EPSC) posredovanih AMPA-om otkrili su značajno veću rektifikaciju unutar osjetljivih miševa (Slika 5a – cu usporedbi s kontrolama, u skladu s povećanim omjerom GluR1: GluR2 vidljivim pod tim uvjetima. Iako je stupanj rektifikacije u stanicama zabilježenim od osjetljivih miševa bio promjenjiv, uočili smo vrlo značajnu promjenu u rektifikaciji u usporedbi s kontrolnom i elastičnom skupinom. Dosljednost ovog nalaza upućuje na činjenicu da je stupanj rektifikacije svih stanica iz osjetljivih miševa premašio srednju vrijednost uočenu za kontrolne stanice. Osim toga, utvrdili smo da je stupanj ispravljanja neizravno povezan s izbjegavanjem društva (Slika 5d), sugerirajući da promjene u omjeru GluR1: GluR2 mogu djelomično prouzročiti takvo ponašanje. Da bismo potvrdili veću prevalenciju receptora kojima nedostaje GluR2 u osjetljivih miševa, inkubirali smo kriške kontrolnih i osjetljivih miševa s 1-naftilacetilperperinom (NASPM), selektivnim blokatorom AMPA receptora koji nemaju GluR2. Evocirani EPSC u neuronima zabilježenim od osjetljivih miševa (Slika 5e – fNASPM je značajno smanjio, pokazujući da AMPA receptori koji nemaju GluR2 značajno doprinose glutamatergičnom prijenosu kod osjetljivih miševa nego kontrole. Treba napomenuti da je učinak NASPM-a u osjetljivih miševa bio manji od predviđenog s obzirom na veću promjenu uočenu u rektifikaciji. To odstupanje, međutim, nije bez presedana30 i mogu biti rezultat post-translacijskih modifikacija ili interakcija proteina i proteina koje uključuju GluR2 (vidi raspravu), ili jednostavno opseg izlaganja NASPM-u. Stresno inducirano povećanje unutarnje rektifikacije u osjetljivih miševa nije bilo u elastičnim miševima (Slika 5a – d), u skladu s opaženim smanjenjem GluR1 i povećanjem GluR2 pod tim uvjetima. Međutim, nismo vidjeli smanjenje unutarnje rektifikacije kod elastičnih miševa u usporedbi s kontrolama (vidi raspravu).
Sastav AMPA receptora je diferencijalno reguliran kod osjetljivih i elastičnih miševa
Antidepresivni učinci blokade AMPA receptora u NAc
Ovi podaci upućuju na to da povećana funkcija AMPA receptora (povećani omjer GluR1: GluR2) u NAc osjetljivih miševa potiče socijalno izbjegavanje, dok smanjena funkcija AMPA (smanjeni odnos GluR1: GluR2) doprinosi otpornosti. Da bismo testirali ovu hipotezu, infundirali smo antagonist AMPA receptora NBQX izravno u NAc porazenih miševa neposredno prije socijalnog testa izbjegavanja. NBQX je povećao vrijeme društvenih interakcija (Slika 4f), pokazujući da se blokada brzog uzbudljivog doprinosa NAc-u protivi izražavanju tog štetnog učinka kroničnog socijalnog stresa. NBQX nije promijenio opću lokomotornu aktivnost (Dodatna slika 6). Osim toga, antidepresivni učinak jedne infuzije NBQX na socijalno izbjegavanje bio je dugotrajan jer su miševi ponovno testirani tjedan dana kasnije pokazali daljnje poboljšanje socijalne interakcije.
Sljedeći virusno prekomjerno eksprimiran GluR2 selektivno u NAc osjetljivih miševa. Izraz GluR2 potpuno je promijenio socijalno izbjegavanje uzrokovano kroničnim socijalnim porazom (Slika 4g), podupirući stajalište da je regulacija GluR2-a u NAc-u ključni mehanizam otpornosti. Zanimljivo je da se učinak prekomjerne ekspresije GluR2-a održavao najmanje 10 dana nakon operacije (Slika 4g) kada je virusni posredovani GluR2 izraz potpuno disipiran. Nasuprot tome, kod elastičnih miševa, prekomjerna ekspresija neobrađene verzije GluR2-a, GluR2Q, koja u funkcionalnim studijama podsjeća na GluR1, učinila je miševe osjetljivijim na društveni poraz (Slika 4g), podupirući stav da povećana funkcija AMPA receptora u NAc doprinosi osjetljivosti.
SC1, još jedan ΔFosB cilj, također je posrednik otpornosti
Da bismo identificirali dodatne ΔFosB ciljne gene koji pridonose otpornosti, usporedili smo skupove nizova ekspresijskih gena koji su dobiveni iz NAc bitransgeničnih miševa prekomjerno eksprimirajućeg ΔFosB i C57BL / 6J miševa 48 sati nakon kroničnog socijalnog poraza koji je pokazao otporan nasuprot fenotip10,24. Slika 6a pokazuje značajno (> 75%) preklapanje gena induciranih u NAc i od ΔFosB i od elastičnosti. Među tim genima (navedenim u Dodatna tablica 2), odabrali smo za daljnju analizu SC1, na temelju veličine njegove indukcije u elastičnosti i nakon prekomjerne ekspresije ΔFosB. SC1, također poznat kao Sparc (izlučeni protein, kiseli, bogat cisteinom), sličan 1-u ili hevinu, je molekula anti-adhezivnog matriksa koja je visoko eksprimirana u mozgu odraslih, gdje se lokalizira u postsinaptičnoj gustoći i implicirana je u sinaptičkoj gustoći plastičnost31, Da bi se izravno procijenila potencijalna uloga SC1-a u otpornosti, virusno smo prekomjerno eksprimirali SC1 u NAc osjetljivih miševa. SC1 je znatno preokrenuo socijalno izbjegavanje uzrokovano kroničnim socijalnim porazom (Slika 6b). Prekomjerna ekspresija SC1-a također je imala učinak sličan antidepresivima na 2 dana testa prisilnog plivanja štakora (Slika 6c i Dopunska slika 7a – c), ali nisu imali učinka na bazalnu lokomotornu aktivnost i ponašanja povezana s anksioznošću (Dodatna slika 7d – g). Osim toga, otkrili smo snažan trend smanjenja razine SC1-a u humanom postmortemskom tkivu NAc od depresivnih pacijenata (Slika 6d).
Pro-elastičnost, antidepresivni učinci SC1 u NAc
RASPRAVA
Rezultati ove studije pružaju prve dokaze o molekularnim adaptacijama koje se javljaju u srednjim trnovitim neuronima NAc-a koje su temelj otpornosti na kronični stres i doprinose terapijskim učincima kroničnog liječenja antidepresivima. Pokazali smo da bazalne razine ΔFosB u NAc-u određuju početnu osjetljivost pojedinca na društveni porazni stres, te da stupanj indukcije ΔFosB-a kao odgovor na kronični stres određuje osjetljive i otporne odgovore na taj stres. Nadalje, pokazali smo da uspješna promjena abnormalnosti u ponašanju izazvanoj kroničnom primjenom fluoksetina kod osjetljivih životinja zahtijeva indukciju ΔFosB u ovoj regiji mozga. Ovi rezultati pokazuju da je indukcija ΔFosB u NAc-u nužan i dovoljan mehanizam otpornosti i antidepresivnih odgovora. Nalaz nižih razina ΔFosB u NAc depresivnih ljudi podupire relevantnost ovih opažanja u modelima miša za kliničku depresiju. ΔFosB regulira NAc funkciju induciranjem ili potiskivanjem brojnih ciljnih gena24,27, Identificiramo dva njegova ciljna gena, podjedinicu receptora AMPA GluR2 i SC1, ekstracelularni protein matriksa, i izravno ih impliciramo u posredovanju otpornosti na društveni porazni stres.
Takva pro-elastičnost uloga ΔFosB u kontekstu kroničnog stresa je zanimljiva u svjetlu bogatstva dokaza o uključenosti ΔFosB u reguliranje odgovora na zlouporabu droga i prirodne nagrade kao što su hrana, seks i vježbanje19, ΔFosB se inducira u NAc pomoću lijekova i prirodnih nagrada, te povećava zadovoljavajuće odgovore na te podražaje. Stoga je uključen kao posrednik u određene aspekte ovisnosti o drogama. Sadašnja otkrića u stresnim modelima daju fundamentalno novi uvid u ulogu ovog proteina u regulaciji kompleksnog emocionalnog ponašanja. U normalnim uvjetima, ΔFosB je izražen na najvišim razinama u NAc u usporedbi sa svim drugim regijama mozga19, Pretpostavljamo da razine ΔFosB u NAc-u igraju važnu ulogu u određivanju razine motivacije pojedinca i usmjeravanju motiviranog ponašanja prema istaknutim poticajima nagrađivanja. Uklanjanje stimulacije okoline tijekom produljene izolacije smanjuje bazalne razine ΔFosB u mišjem NAc, smanjujući njihovu motivaciju i povećavajući njihovu ranjivost na kronični socijalni stres, kao što pokazujemo ovdje. Opaženo smanjenje ΔFosB razina u postmortem NAc depresivnih pacijenata je u skladu s ovom hipotezom, te sugerira ulogu ΔFosB u oslabljenoj motivaciji i nagradi viđenoj kod mnogih ljudi s depresijom. Nasuprot tome, sposobnost da se inducira ΔFosB u NAc kao odgovor na kronični stres omogućuje pojedincu da poboljša motivaciju i prirodnu nagradu unatoč stresu koji je u tijeku, hipoteza koja je u skladu s trenutnim pogledima na otpornost kod ljudi1,2, Nadalje, pretpostavljamo da je indukcija ΔFosB u NAc-u zbog kronične izloženosti drogama zlostavljanja, koja je mnogo veća u odnosu na onu uočenu kod stresa ili prirodnih nagrada19, rezultira patološkim stupnjem pojačane motivacije na način koji oštećuje sustav nagrađivanja prema jačem stimulirajućem lijekui.
Jasno je da specifičnosti ove hipoteze zahtijevaju daljnje istraživanje. Može se očekivati da će indukcija ΔFosB u NAc-u zbog kroničnog stresa ili fluoksetina povećati nagradu za lijek. Doista, komorbiditet depresije i ovisnosti dobro je utvrđen kod ljudi, a unakrsna senzibilizacija između droga i stresa je pokazana kod glodavaca32-34, S druge strane, depresija i ovisnost su vrlo složeni, heterogeni sindromi, a većina ljudi s depresijom nema ovisnosti i obratno, Štoviše, fluoksetin nema jasan učinak na odgovor lijeka kod životinja, niti je učinkovit tretman ovisnosti kod ovisnika koji nisu depresivni. U skladu s tom složenošću, otkrili smo da osjetljivi miševi, ne otporni miševi, u socijalnoj paradigmi poraza pokazuju pojačane reakcije na zlouporabu droga10, To bi značilo da je povećana ranjivost osjetljivih miševa na lijekove zlouporabe posredovana kroz mnoge druge prilagodbe inducirane u NAc i drugdje, kao samo jedan primjer, BDNF, koji je induciran u osjetljivih, ne otpornih miševa u NAc i poboljšava mehanizme nagrađivanja lijekova.vidjeti 10.
Tumačenje da ΔFosB promovira aspekte ovisnosti, dok promovira otpornost na stres, ne iznenađuje s obzirom na složene odnose promatrane između uloge određenog proteina u NAc u modelima ovisnosti i depresije. Neki proteini (npr. BDNF) promiču reakcije na zlouporabu droga i stres, dok mnogi drugi proteini vrše suprotne efekte pod ova dva uvjeta: npr. CREB u NAc-u proizvodi fenotip pro-depresije, ali otupljuje reakcije na zlouporabu droga vidjeti 4,10.
Ovi nalazi naglašavaju potrebu za daljnjim istraživanjima u određivanju molekularnih podloga složenog emocionalnog ponašanja i važnosti primjene najšireg mogućeg testa ponašanja u takvim istraživanjima. Rezultati također pokazuju da, kao što se i očekivalo, sam ΔFosB ne može objasniti pune pojave depresije i ovisnosti, nego je ključni regulator NAc ovisnih mehanizama nagrađivanja i stoga je važan u posredovanju određenih aspekata oba stanja.
Međutim, glavni razlog za ovu raspravu su različiti tipovi stanica u NAc u kojima je ΔFosB induciran u stresu i modelima ovisnosti. Lijekovi zlouporabe i prirodne nagrade induciraju ΔFosB prvenstveno u potklasi srednjih kostijućih neurona u NAc koji eksprimiraju D1 dopaminske receptore19,22, dok stres inducira ΔFosB približno jednako unutar D1 i D2 srednji spiny neuroni koji sadrže receptore20, Ta diferencijalna indukcija mogla bi imati dramatične funkcionalne posljedice, budući da je sposobnost DFosB da poveća nagradu pokazana za D1 samo neuroni klase19.
Identifikacija GluR2-a kao ciljnog gena uključenog u posredovanje ΔFosB-ovog pro-otpornog učinka baca svjetlo na ova razmatranja. Pokazali smo da su osjetljivost kod miševa i ljudske depresije povezani s povećanjem omjera GluR1: GluR2 u NAc, što ukazuje na povećanu podražljivost srednjeg neuronskog neurona kao odgovor na glutamat.
NAc prima glutamatergične unose iz nekoliko područja mozga, osobito prefrontalnog korteksa, amigdale i hipokampusa35, Takav glutamatergični ulaz modulira valentnost i istaknutost nagrađivanja i odbijanja stimulansa i time kontrolira motivirano ponašanje36-38, Nedavne studije su u skladu s našom hipotezom da pojačana NAc podražljivost može potaknuti ranjivost na stres. Prisilni stres za plivanje povećava sinaptičku snagu i funkciju receptora AMPA u NAc39dok infuzija glutamata u NAc smanjuje ponašanje plivanja u testu prisilnog plivanja, učinak sličan pro-depresiji40, Općenitije, povećano djelovanje NAc kodira averzivna stanja u nekoliko životinjskih modela41, Promjene u aktivnosti NAc uočene su u bolesnika s velikom depresijom42 a vojnici specijalnih snaga unaprijed su odabrani i obučeni da budu otporni u slučaju teške traume43, Isto tako, duboka moždana stimulacija subgenualnog cingularnog korteksa ili NAc (glavna meta subgenualnog cingularnog korteksa), intervencija za smanjenje ekscitabilnosti stimulirane regije mozga, ublažava depresivne simptome kod pacijenata koji su otporni na liječenje3,44.
Kao i stresni modeli, povećana glutamatergična reakcija u NAc također je uključena u ovisnost o drogama30,45-47, To uključuje povećanje AMPA receptora koji nemaju GluR2 u ovom području mozga30,47, slično onome što ovdje navodimo za osjetljivost na stres. Zajedno, ova promatranja podižu zanimljivu mogućnost da pojačana glutamatergična transmisija u NAc-u promiče ranjivost i na ovisnost i na depresiju. Suprotna promjena, tj. Smanjeni omjer GluR1: GluR2, prikazan ovdje u NAc elastičnih miševa, sugerira da smanjena glutamatergična funkcija može biti zaštitna protiv štetnih učinaka kroničnog stresa. To je u skladu s opažanjima da povećana aktivnost GluR2-a ili smanjena aktivnost GluR1-a u NAc-u povećava nagradu i motivaciju28,37,48, Sposobnost fluoksetina da na sličan način inducira ekspresiju GluR2 u NAc povećava mogućnost da smanjena inervacija glutamata u ovom području mozga također može doprinijeti antidepresivnim odgovorima. Doista, mi ovdje pokazujemo da inhibicija funkcije receptora AMPA unutar NAc proizvodi snažan i dugovječan antidepresivni sličan odgovor.
Dok su promjene koje pokazujemo u ekspresiji AMPA receptora u NAc osjetljivih miševa u skladu s našim elektrofiziološkim promatranjima, promjene promatrane u elastičnosti su složenije. Nismo dobili elektrofiziološke dokaze za smanjene AMPA receptore s GluR2 u NAc elastičnih miševa u usporedbi s kontrolama. Pretpostavljamo da je indukcija GluR2-a posredstvom ΔFosB u elastičnosti samo jedna od mnogih prilagodbi koje se događaju u NAc i koje utječu na glutamatergični prijenos i da, iako je ta adaptacija dovoljna da preokrene prekomjernu funkciju AMPA receptora u osjetljivosti, ona ne izaziva neto promjene u suprotnom smjeru. Doista, naši podaci otkrivaju kompleksnu regulaciju glutamatergičnog prijenosa u NAc nakon kroničnog socijalnog poraznog stresa. Suprotne promjene ekspresije GluR1-a u ovoj regiji mozga u osjetljivosti naspram elastičnosti nisu vidljive na razini mRNA, niti su smanjene razine GluR2-a u osjetljivosti viđene na razini mRNA. To je u skladu s post-translacijskim modifikacijama, uključujući promjene u prometu AMPA receptora, koje također igraju važnu ulogu, kao što je uočeno u modelima zlouporabe droga30,47.
Kompleksna regulacija glutamatergičnog prijenosa u NAc-u od strane kroničnog stresa naglašena je našim otkrićem SC1-a kao drugog ciljnog gena za ΔFosB, koji, kao i indukcija GluR2, posreduje elastičnost. Poznato je da SC1 regulira sinaptičku plastičnost31, Kao rezultat svojih anti-adhezivnih svojstava, SC1 indukcija u NAc može rezultirati u više dopustivom okruženju za strukturne promjene koje prate plastičnost na glutamatergičkim sinapsama koje se čine ključnima za otpornost. Na primjer, noviji dokazi pokazuju da uklanjanje ekstracelularnog matriksa omogućuje difuziju AMPA receptora i time potiče sinaptičku plastičnost49.
Ukratko, naši rezultati podupiru shemu u kojoj ΔFosB u NAc-u posreduje u otpornosti na kronični stres, djelomice inducirajući oblik sinaptičke plastičnosti koja se suprotstavlja snažnom negativnom asocijativnom učenju koje se javlja kod osjetljivih miševa. Na primjer, povećanje AMPA receptora koji nemaju GluR2 u NAc, koje vidimo kod osjetljivih miševa, pokazalo se da pogoršava reakcije na znakove povezane s kokainom koji potiču žudnju i relaps u modelima ovisnosti.30,47, Nasuprot tome, prigušenje glutamatergičnog tona u elastičnim miševima, kroz pojačavanje GluR2-a i možda indukciju SC1-a, može učiniti istaknuti poticaj, kao što je novi miš u socijalnoj paradigmi poraza, manje sposoban aktivirati NAc neurone, i time omogućiti cilj. usmjereno ponašanje koje se nastavlja unatoč stresu. Naši genski nizovi sugeriraju vjerojatnu uključenost mnogih dodatnih ciljeva ΔFosB koji također pridonose otpornosti. Dominantnu ulogu ΔFosB-a i njegovih ciljeva u sposobnosti pojedinca da se pozitivno prilagodi kroničnom stresu podiže fundamentalno nove puteve za razvoj novih antidepresivnih tretmana.
METODE
Metode i povezane reference dostupne su u online verziji rada na adresi http://www.nature.com/natureneuroscience/.
Dopunski materijal
Suppl
Kliknite ovdje za prikaz.(1024K, doc)
Kliknite ovdje za prikaz.(136K, pdf)
Zahvale
Ovaj rad podržali su stipendije Nacionalnog instituta za mentalno zdravlje i istraživački savez s AstraZenecom. Zahvaljujemo dr. P. McKinnon i H. Russell za velikodušni dar SC1 cDNA. Također zahvaljujemo I. Maze, dr. R. Oosting, S. Gautron i D. Vialou za korisne rasprave i komentare o rukopisu.
fusnote
Doprinosi autora VV i EJN bili su odgovorni za cjelokupni dizajn studije. QL i VV su osmislili, proveli i analizirali RNA i ChIP eksperimente. AJ Robison je dizajnirao, proveo i analizirao elektrofiziološke studije. HEC i VV osmislili su i proveli farmakološke pokuse NBQX. QL, DMD, ELW i VV su izvodili stereotaksične operacije. YNO je klonirao SC1 cDNA u HSV vektor. YHO je izvršio AP1 test luciferaze. QL, DMD, DW i VV osmislili su i proveli eksperimente socijalne izolacije. VV, ELW i AJ Rush obavili su društvene porazne testove i imunohistokemijsku kvantifikaciju. SI, QL, BW i VV su proveli i analizirali operaciju štakora i test prisilnog plivanja. EM i RN osigurali su virusne vektore za virusnu transgenezu. MAS, VK i OB obučavali su VV u socijalnom porazu i biokemijskoj analizi te osiguravali kontrolu kvalitete podataka o socijalnom porazu. SG i CAT osigurali su ljudsko postmortalno moždano tkivo. VV i EJN napisali su rad uz pomoć drugih autora.
Autor informacije Informacije o ponovnom ispisu i dozvolama dostupne su na adresi www.nature.com/reprints.
dodatni Dodatna informacija je povezan s internetskom verzijom rada na adresi www.nature.com/natureneuroscience/.
Reference
1. McEwen BS. Fiziologija i neurobiologija stresa i adaptacije: središnja uloga mozga. Physiol Rev. 2007; 87: 873-904. [PubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psihobiologija i molekularna genetika otpornosti. Nat Rev Neurosci. 2009; 10: 446-457. [PMC slobodan članak] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Ciljanje abnormalnih živčanih krugova kod poremećaja raspoloženja i tjeskobe: od laboratorija do klinike. Nat Neurosci. 2007; 10: 1116-1124. [PMC slobodan članak] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. Molekularna neurobiologija depresije. Priroda. 2008; 455: 894-902. [PMC slobodan članak] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Razvoj programa za translacijske studije otpornosti i ranjivosti nakon izlaganja traumi. Ann NY Acad Sci. 2006; 1071: 379-396. [PubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Dugotrajno oštećenje autonomnih cirkadijanskih ritmova nakon kratkog intermitentnog društvenog stresa. Physiol Behav. 1993; 53: 983-993. [PubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Vremenska dinamika odgovora na stres. Neurosci Biobehav Rev. 1997; 21: 775 – 782. [PubMed]
8. De Kloet ER. Hormoni i napeti mozak. Ann NY Acad Sci. 2004; 1018: 1-15. [PubMed]
9. Rygula R, et al. Anhedonia i motivacijski deficiti u štakora: utjecaj kroničnog socijalnog stresa. Behav Brain Res. 2005; 162: 127-134. [PubMed]
10. Krishnan V, et al. Molekularne prilagodbe na kojima se temelji osjetljivost i otpornost na socijalni poraz u regijama za nagrađivanje mozga. Stanica. 2007; 131: 391-404. [PubMed]
11. Berton O, i sur. Bitna uloga BDNF-a u mezolimbičkom putu dopamina u socijalnom poraznom stresu. Znanost. 2006; 311: 864-868. [PubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Stjecanje kokainske samouprave nakon društvenog stresa: uloga akumbensa dopamina. Psihofarmakologija (Berl) 1997; 130: 203 – 212. [PubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mapiranje moždanog odgovora na društveni stres kod glodavaca s c-fos izrazom: pregled. Stres. 2002; 5: 3-13. [PubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Diferencijalna ekspresija c-fos mRNA unutar neurocircuits muških hrčaka izloženih akutnom ili kroničnom porazu. J Neuroendocrinol. 1999; 11: 547-559. [PubMed]
15. Becker C, i sur. Poboljšana kortikalna ekstracelularna razina materijala nalik kolecistokininu u modelu predviđanja društvenog poraza kod štakora. J Neurosci. 2001; 21: 262-269. [PubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Djelovanje fluoksetina na poremećaje u ponašanju izazvano kroničnim socijalnim stresom kod štakora. Behav Brain Res. 2006; 174: 188-192. [PubMed]
17. Wilkinson MB, i sur. Liječenje imipraminom i elastičnost pokazuju sličnu regulaciju kromatina u mišjem nukleusu accumbens u modelima depresije. J Neurosci. 2009; 29: 7820-7832. [PMC slobodan članak] [PubMed]
18. Covington HE, 3rd, i sur. Antidepresivno djelovanje inhibitora histon deacetilaze. J Neurosci. 2009; 22: 11451-11460. [PMC slobodan članak] [PubMed]
19. Nestler EJ. Pregled. Transkripcijski mehanizmi ovisnosti: uloga DeltaFosB-a. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363: 3245-3255. [PMC slobodan članak] [PubMed]
20. Perrotti LI, i sur. Indukcija deltaFosB u moždanim strukturama povezanim s nagrađivanjem nakon kroničnog stresa. J Neurosci. 2004; 24: 10594-10602. [PubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr. Dugotrajna promjena u mezokortikolimbičkim strukturama nakon ponovljenog socijalnog poraznog stresa kod štakora: vremenski tijek mRNA mio opioidnih receptora i FosB / DeltaFosB imunoreaktivnost. Eur J Neurosci. 2008; 27: 2272-2284. [PMC slobodan članak] [PubMed]
22. Kelz MB, et al. Ekspresija transkripcijskog faktora deltaFosB u mozgu kontrolira osjetljivost na kokain. Priroda. 1999; 401: 272-276. [PubMed]
23. Peakman MC, i sur. Specifična ekspresija dominantnog negativnog mutanta c-Jun u transgenim miševima, inducirajući moždanu regiju, smanjuje osjetljivost na kokain. Brain Res. 2003; 970: 73-86. [PubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Regulacija ekspresije gena i nagrade kokaina od strane CREB i DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208-1215. [PubMed]
25. Wallace DL, i sur. CREB regulacija ekscitabilnosti nucleus accumbens posreduje kod poremećaja u ponašanju uzrokovanih socijalnom izolacijom. Nat Neurosci. 2009; 12: 200-209. [PMC slobodan članak] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Aktivno ponašanje u testu prisilnog plivanja štakora različito proizvedenog serotonergičkim i noradrenergičkim antidepresivima. Psihofarmakologija (Berl) 1995; 121: 66 – 72. [PubMed]
27. Renthal W, et al. Genomska analiza regulacije kromatina kokainom otkriva ulogu sirtuina. Neuron. 2009; 62: 335-348. [PMC slobodan članak] [PubMed]
28. Todtenkopf MS, et al. Nagrada mozga regulirana podjedinicama AMPA receptora u shellusu nucleus accumbens. J Neurosci. 2006; 26: 11665-11669. [PubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. Trgovanje AMPA receptorima u ekscitatornim sinapama. Neuron. 2003; 40: 361-379. [PubMed]
30. Conrad KL, et al. Formiranje AMPA receptora kojima nedostaje GluR2 posreduje u inkubaciji žudnje za kokainom. Priroda. 2008; 454: 118-121. [PMC slobodan članak] [PubMed]
31. Lively S, Brown IR. Protein ekstracelularnog matriksa SC1 / hevin lokalizira se na ekscitatorne sinapse nakon statusa epilepticusa u modelu napadaja litij-pilokarpina. J Neurosci Res. 2008; 86: 2895-2905. [PubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr., Miczek KA. Dugotrajna bihevioralna i neuronska unakrsna senzibilizacija na amfetamin izazvana ponovljenim kratkim društvenim poraznim stresom: Fos u ventralnom tegmentalnom području i amigdali. Neuroscience. 2004; 123: 857-865. [PubMed]
33. Koob GF. Uloga moždanih stresnih sustava u ovisnosti Neuron. 2008; 59: 11-34. [PMC slobodan članak] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Društveni stres povećava samokontrolu kokaina u mužjaka i ženki štakora. Brain Res. 1995; 698: 46-52. [PubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Mreža za nagrađivanje kortiko-bazalnih ganglija: mikrokontrole. Neuropsvchopharmacologv. 2010; 35: 27-47. [PMC slobodan članak] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Neodloživa motivacija u ovisnosti: patologija u prefrontalnom prijenosu glutamata. Neuron. 2005; 45: 647-650. [PubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Glutamatni motivacijski sklopovi u nucleus accumbens: gradijenti straha i hranjenja rostrokaudalne ljuske. Eur J Neurosci. 2003; 17: 2187-2200. [PubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regulacija paljenja dopaminergičkih neurona i kontrola ciljno usmjerenog ponašanja. Trendovi Neurosci. 2007; 30: 220-227. [PubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Promjene uzrokovane stresom u nuklearnim nakupinama glutamatske sinaptičke plastičnosti. J Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P, i sur. Oslobađanje glutamata u nucleus accumbens uključeno je u depresiju u ponašanju tijekom PORSOLT testa plivanja. Neuroscience. 2003; 119: 557-565. [PubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Nukleus accumbens neuroni su urođeno podešeni za nagrađivanje i odbojne podražaje okusa, kodiraju njihove prediktore i povezani su s izlazom motora. Neuron. 2005; 45: 587-597. [PubMed]
42. Tremblay LK, i sur. Funkcionalni neuroanatomski supstrati izmijenjene metode nagrađivanja u velikom depresivnom poremećaju otkriveni su dopaminergičkom sondom. Arch Gen Psychiatry. 2005; 62: 1228-1236. [PubMed]
43. Vythilingam M, et al. Nagradni sklop u otpornosti na tešku traumu: fMRI istraga otpornih vojnika specijalnih snaga. Psychiatry Res. 2009; 172: 75-77. [PMC slobodan članak] [PubMed]
44. Schlaepfer TE, i sur. Duboka stimulacija mozga za nagrađivanje krugova ublažava anhedoniju u refraktornoj glavnoj depresiji. Neuropsvchopharmacologv. 2008; 33: 368-377. [PubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. Ponovljeni kokain mijenja razine podjedinice receptora glutamata u jezgri accumbens i ventralnom tegmentalnom području štakora koje razvijaju senzibilizaciju ponašanja. J Neurochem. 1999; 72: 2397-2403. [PubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanović M, Wolf ME. AMPA receptori na staničnoj površini u jezgrama štakora povećavaju se tijekom povlačenja kokaina, ali se internaliziraju nakon izazivanja kokaina u vezi s promijenjenom aktivacijom protein kinaza aktiviranih mitogenom. J Neurosci. 2007; 27: 10621-10635. [PMC slobodan članak] [PubMed]
47. Anderson SM, i sur. CaMKII: biokemijski most koji povezuje sustave dopamina i glutamata u traženju kokaina. Nat Neurosci. 2008; 11: 344-353. [PubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Inhibicije nukleusa accumbens neurona kodiraju signal za usmjeravanje prema nagrađivanju. J Neurosci. 2006; 26: 217-222. [PubMed]
49. Frischknecht R, et al. Izvanstanični matriks mozga utječe na lateralnu pokretljivost AMPA receptora i kratkoročnu sinaptičku plastičnost. Nat Neurosci. 2009; 12: 897-904. [PubMed]
50. Chen J, et al. Transgenične životinje s inducibilnom ciljanom ekspresijom gena u mozgu. Mol Pharmacol. 1998; 54: 495-503. [PubMed]
;