Szacharóz Lenyelés Gyors AMPA Receptor kereskedelmet indukál (2013)

J Neurosci. Szerzői kézirat; elérhető a PMC Oct 3, 2013.
Végleges szerkesztett formában megjelent:
A cikk kiadójának utolsó szerkesztett változata ingyenesen elérhető a címen J Neurosci
Lásd a PMC egyéb cikkeit idéz a közzétett cikket.

Absztrakt

Azok a mechanizmusok, amelyek révén a természetes jutalmak, például a cukor befolyásolják a szinaptikus átvitelt és viselkedést, nagyrészt felderítetlenek. Itt megvizsgáljuk a magok accumbens szinapszisainak szacharózbevitelsel történő szabályozását. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy az AMPA receptorok kereskedelme a szinaptikus erő szabályozásának egyik fő mechanizmusa in vitroA GluA1 alegységet tartalmazó AMPA-receptorok kereskedelme kétlépcsős mechanizmussal történik, amely extrasynaptikus és majd szinaptikus receptor transzportot foglal magában. Jelentjük, hogy patkányokban a 25% -os szacharózoldat ismételt bevétele napról-napra megnövekedett spontán mozgás és potenciális akumbens mag szinapszisok a Ca \ t2+-áteresztő AMPA receptorok (CPAR), amelyek GluA1-tartalmú, GluA2-hiányos AMPA-receptorok. Elektrofiziológiai, biokémiai és kvantitatív elektronmikroszkópos vizsgálatok azt mutatták, hogy a szacharóz-edzés (7 nap) stabil (> 24 órás) intraspinous GluA1 populációt indukált, és ezeknél a patkányoknál egyetlen szacharóz-inger gyorsan (5 perc), de átmenetileg (<24 óra) emelkedett GluA1 extraszinaptikus helyeken. CPAR-okra és dopamin D1 receptorokra volt szükség in a szacharóz lenyelés utáni emelkedett mozgáshoz. Jelentős, hogy a 7-napi szacharint, egy nem kalóriatartalmú édesítőszer 3% -os oldatának naponta történő bevitelének protokollja szinaptikus GluA1-ot indukált, hasonlóan az 25% szacharóz lenyeléséhez. TEzek a megállapítások azonosítják a korábban leírt többlépcsős GluA1 emberkereskedelmet in vitro, a szinaptikus átvitel akut szabályozásának mechanizmusaként in vivo természetes oroszensoros jutalommal. Az emberkereskedelmet olyan kemoszenzoros út ösztönzi, amely nem függ a szacharóz kalóriaértékétől.

Bevezetés

A szacharóz túlfogyasztása jelentős közegészségügyi probléma (Hu és Malik, 2010) azonban nem ismertek azok a mechanizmusok, amelyekkel a természetes, oroszensoros jutalmak, például a szacharóz szabályozzák a szinaptikus transzmissziót a viselkedés befolyásolására. Szinaptikus plaszticitás a magban az accumbensben, az agyi jutalmak körének szerves része (Sesack és Grace, 2010) hozzájárul a motivált magatartás sokféle formájához, beleértve aNap és Carelli, 2007), a társadalmi stresszre adott válaszok (LaPlant és munkatársai, 2010) és a függőségi kórképek (Luscher és Malenka, 2011). Az ismétlődő kokain-expozíció szinaptikus plaszticitást okoz az accumbens és a ventralis tegmentalis terület (VTA) neuronjaiban (Brebner és munkatársai, 2005; Grueter és munkatársai, 2010; Mameli és munkatársai, 2009; Pascoli és munkatársai, 2012; Thomas és munkatársai, 2001; Ungless és munkatársai, 2001). A kiterjesztett hozzáféréssel a kokain önmagában történő adagolását követően, melyet hosszan tartó megvonás követ, a szinapszisok fokozódnak a Ca beépítésével2+-képzelhető, GluA2-hiányzó AMPA-típusú glutamát receptorok (CPAR-k), amelyek jelátvitele közvetíti a kokain vágy inkubálását (Conrad és munkatársai, 2008; McCutcheon és munkatársai, 2011a). A kokainhoz hasonlóan az oroszensoros jutalmak, például a szacharóz robusztusan emeli a dopamint (Smith, 2004), de az akumbens plaszticitás oroszensoros jutalmának indukcióját nem vizsgálták.

Az AMPA-receptorok (AMPAR-ok) a központi idegrendszer gerjesztő transzmissziójának elsődleges mediátorai, és az emberkereskedelem hozzájárul a különböző idegi folyamatokhoz, beleértve a tanulást és a memóriát. (Nedelescu és munkatársai, 2010; Rumpel és munkatársai, 2005; Whitlock és munkatársai, 2006). Az AMPAR-ok négy különböző alegységből, a GluA1-4-ból állnak. A GluA2-tartalmú AMPAR-ok Ca2+- a szinapszisokhoz tartósan mozgatható és forgalom, míg a GluA2-hiányzó receptorok (CPAR-k), amelyek elsősorban GluA1 homomerek, Ca2+ és befelé történő korrekciót mutatnak. A GluA1 aktivitásfüggő szinaptikus kereskedést végez egy kétlépéses úton, amelyben a cAMP-függő protein kináz (PKA) és a cGMP-függő protein kináz II (cGKII) által végzett Ser 845 foszforiláció elősegíti a receptor felhalmozódását a plazmamembrán extrasynaptikus helyén (Esteban és munkatársai, 2003; Serulle és munkatársai, 2007; Sun és munkatársai, 2008; Sun és munkatársai, 2005). A szinapszisba történő oldalirányú diffúzió után a Ser 818 PKC foszforilációja stabilizálja az AMPAR-t a szinapszisban (Boehm és munkatársai, 2006), a posztszinaptikus sűrűséghez (Ehlers és munkatársai, 2007; Oh és munkatársai, 2006; Serulle és munkatársai, 2007). Mint2+A Ser 567 és a Ser 831 foszforilációja / kalmodulin-függő protein kináz II (CaMKII) is hozzájárul a szinaptikus beépüléshez és az extrasynaptikus célzáshoz (Lu és munkatársai, 2010; Roche és munkatársai, 1996). Nem ismert azonban, hogy in vivo A CPAR-ok beépítése ezeket a gyors, többlépcsős mechanizmusokat alkalmazza in vitro.

Az oroszenzoros jutalmak, például a szacharóz szabályozására szolgáló mechanizmusok vizsgálatára a szacharóz rövid lenyelésének paradigmáját és a szinaptikus transzmisszió mért változásait alkalmazzuk az accumbens neuronokban. Megfigyeljük, hogy az ismételt szacharóz lenyelés a CPAR-ok beépítésével erősíti az accumbens szinapszisokat, és hogy egy szacharóz-képzett állatban egyetlen szacharóz-inger elegendő a gyors GluA1-emberkereskedelem extrasynaptikus helyekre történő indukálásához. Mivel a szacharin, a nem kalóriatartalmú édesítőszer a szacharózhoz hasonlóan szinaptikus kereskedelmet váltott ki, az emberkereskedelem inkább az oroszenzoros válasz, mint a kalóriaút. Továbbá a CPAR-blokád megakadályozta a szacharóz által kiváltott spontán mozgási aktivitás emelkedését in vivotovábbi azonosítása az accumbens CPAR-oknak, mint a természetes jutalmakra adott válaszok fontos szabályozói.

Anyagok és módszerek

Az alanyok és a sebészeti eljárások

Az alanyok a Sprague-Dawley patkányok (Taconic; viselkedési kísérletek) 150 – 300 grammokat tartalmaztak érkezéskor, és a női E18 terhes Sprague-Dawley patkányok (Taconic, sejtkultúra kísérletek). A patkányokat 2-ben tartottuk ketrecenként viselkedési kísérletekhez egy 12h / 12h fény-sötét cikluson (18: 00 fényei világítanak) és hozzáférést biztosítanak az élelmiszerhez és a vízhez ad libitum mindenkor. Minden kísérleti eljárást a New York-i Egyetem Orvostudományi Egyetem Intézményi Állatgondozási és Használati Bizottsága hagyott jóvá, és a „Laboratóriumi állatápolás elvei” (NIH 85 – 23 kiadvány száma) szerint hajtották végre.

Szacharóz képzés és mozgásszervi mérések

A patkányokat a vizsgálati helyiségbe 3 egymást követő napokon szállítottuk az 2 h / napra a ketrecekben. A negyedik napon vizet vagy 25% szacharózt tartalmazó palackokat vezettünk be a ketrec fedelén 5 min. Ezután a palackokat megmérjük. Minden kísérletnél a patkányoknak legalább 1 g szacharózt kellett inni az 5 min. Valójában minden patkány megfelelt a kritériumnak. A palack eltávolítása után patkányok maradtak a vizsgálati helyiségben az 3-hoz, mielőtt az állattartó létesítménybe visszavitték őket. Az áldozatok napján a patkányokat a CO2guillotinnal dekapitálva, és szövetmintákat gyűjtöttünk jégen. Mozdonyos kísérletek esetén patkányokat helyeztünk el mozgásmérő kamrákba (Accuscan, Columbus, OH) összesen 35-min. A kamrában lévő 15-perc után a kamra tetején egy golyósdugóval ellátott palackot helyeztünk el, és stabilizáltuk. A palackot a kamra tetejéről 5-perc után eltávolítottuk, és a patkányokat a palack eltávolítása után további 15-percig tartottuk a kamrában. Ezt az eljárást az 7 egymást követő napokban azonos módon megismételtük. A megtett távolságot VersaMax rendszerrel (Accuscan, Columbus, OH) mértük, amely az állatkísérletet 16 × 16 infravörös fénysugarakon keresztül figyelte az állati ketrecben (42 × 42 × 30 cm), hátra és balra jobbra . A másodpercenkénti 100-sebességgel beolvasott fénysugár állapotáról szóló információt tároltuk a lemezre. Az 12 min-szekcióban az 3 különböző 35-min-tartályaiban mért ambuláns távolságban mért aktivitást fejeztünk ki (az utolsó tartály 2-min) volt.

Szacharin képzés

A szacharóz által indukált GluA1 kereskedelem és a szacharin lenyelés hatásának összehasonlítása érdekében az 12 felnőtt hím patkányokat (250 g) 12 órás fény / sötét ciklusban tartottuk az állati létesítményben. Az összes patkányt ezután a vizsgálati helyiségbe szokták bevinni, és a vizsgálati helyiségbe szállítottuk, 2 órákig maradtuk, és visszavittük az állatba. Az egyik 4th nap (3 napok után) a patkányoknak víz, szacharóz vagy szacharint tartalmazó hozzáférési palackokat kaptak. Az 4 patkányoknak hozzáférést biztosítottak a palackhoz, amely a ketrec tetején nyugszik, és a kifolyó a fedélen keresztül a ketrecbe nyúlt. A hozzáférési idő 5 perc volt, majd az üveget eltávolítottuk, és 15 min után további percek patkányokat vittünk vissza az állatállomásba. Az 4 patkányoknak hozzáférést kaptak az 25% szacharóz oldathoz, és az 4 patkányoknak hozzáférést kaptak az 3% szacharin oldathoz (Sweet'n Low). A fogyasztott folyadék térfogatát mértük. Ezt az eljárást megismételtük az 7 napokban. Az ivás 7th napján, közvetlenül a palack eltávolítását követően, patkányokat leöltünk, és az Accumbens magot összegyűjtöttük, és a GluA1 szinteket Western blottal próbáltuk.

Elektrofiziológiai

A patkányokat a fentiekben leírt módon tisztított műanyag ketrecekben képeztük, és az 7-nál az üveg eltávolítása után ketaminnal (100 mg / kg ip) és xilazinnal (10 mg / kg ip) érzéstelenítettük és hideg sóoldattal transzkardiálisan perfundáltuk (mEPSC kísérletek) vagy azonnal dekapitálva (rektifikációs kísérletek). Az agyakat gyorsan eltávolították a mesterséges cerebrospinális folyadékba (ACSF), amely a következőkből állt (mM-ben): mEPSC kísérletekhez: NaCl (118), KCl (2.5), CaCl2 (3), MgCI2 (1), NaHCO3 (26), NaH2PO4 (1), D-glükóz (10), 325 mOsm-re beállított ozmolaritás és 95% O által levegőztetve2/ 5% CO2 (pH 7.4); rektifikációs kísérletekhez: 75 szacharóz, 87 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO40.5 CaCl27 MgCl2 6 H2O, 25 NaHCO310 dextróz, 95% O-val buborékoltatva2 / 5% CO2 (pH 7.4). A mag accumbenseket tartalmazó koronális szeleteket (300μm vastag) jéghideg ACSF-ben vibrotom (Leica, VT1200S) alkalmazásával vágtuk le, és ACSF-ben (ACSF, mM: 124 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH) tartottuk.2PO42.5 CaCl21.5 MgSO4 7H2O, 26 NaHCO3és 10 dextróz) <30 percig; majd egy szelet előinkubátorban szobahőmérsékleten tartjuk legalább 1 órán át, hogy lehetővé váljon a helyreállítás. MEPSC kísérletekhez: egy szeletet ezután felvittek egy rögzítő kamrába, amelyben egy nylon hálóval 32 ° C-on, TC324B soros oldatfűtéssel és vezérlővel (Warner Instruments, CT) tartották. A kamrát ACSF-vel folyamatosan perfundáltuk, állandó 2 ml / perc sebességgel. A nucleus accumbens magrégiójából származó közepes tüskés idegsejteket vizuális irányítással azonosítottuk infravörös-differenciális interferencia-kontrasztos videomikroszkóppal (Hamamatsu C5405), Olympus BX50WI függőleges mikroszkóppal, amely 40x hosszú munkatávolságú vízimmerziós objektívvel volt felszerelve. Patchelektródák (4–6 MΩ), amelyek intracelluláris pipettaoldattal vannak töltve (mM-ben kifejezve): CsCl (145), HEPES (10), EGTA (0.5) és MgATP (5). Az ozmolaritást 290 mOsm-ra állítottuk szacharózzal, a pH-t pedig 7.4-re állítottuk be CsOH-val. A miniatűr gerjesztő posztszinaptikus áramokat (mEPSC) bicukullin (10μM) és tetrodotoxin (1μM) jelenlétében rögzítettük Axopatch 200B erősítővel (Molecular Devices, CA), és a Digidata 1322A (Molecular Devices, CA) digitalizálta. Rektifikációs kísérletekhez: a szeleteket a felvevő kamrába vittük és perfúzióval (2.0–2.5 ml perc)-1) az 33-35 ° C-on oxigénezett ACSF-sel, amely 50 μm pikrotoxint tartalmaz az EPSC izolálásához. A Somatikus teljes cellás felvételeket a központi régió közepes tüskés neuronjaiból állítottuk elő, feszültség-szorítóban, Multiclamp 700B erősítővel (Molecular Devices), IR-DIC videó mikroszkópiával. A patch pipettákat (4 – 6 MΩ) intracelluláris oldattal töltöttük fel (mM-ben: 125 Cs-glükonát, 2 CsCl, 5 TEA-Cl, 4 Mg-ATP, 0.3 GTP, 10 foszfocin, 10 HEPES, 0.5 EGTA és 3.5 QX) -314). Az adatokat 2 kHz-en szűrtük, 10 kHz-en digitalizáltuk, és Clampfit 10 (Molecular Devices) segítségével elemeztük. Az extracelluláris stimulációt (0.01 – 1 ms, 5 – 150 μA, 0.2 Hz) kis üveg bipoláris 0.05 – 0.5 mm-es elektródával vittük fel a rögzítő elektródából. ~ 10 perc kezdeti felvétel után a Naspm-et (200 μM) tartalmazó oldatot 10 min. Az EPSC amplitúdójának változásait a hatóanyag alkalmazását megelőzően és után mérjük −70, −50, −30, 0, + 20, + 40 és + 60 mV tárolási potenciáljain. A helyesbítő index (ir) úgy számították ki, hogy korrigálják a visszafordítási potenciál minden lehetséges eltolódását, és az alábbi egyenletből számították ki: ir = (I-70 / 70) / (I+40 / 40), hol I-70 és a I+40 a -70 mV és + 40 mV-nál rögzített EPSC amplitúdók.

Szubcelluláris frakcionálás és Western blotolás

Az Accumbens-et jégen gyűjtöttük össze a fentiek szerint. Amikor a magot és a héjat külön-külön szétválasztottuk, az elválasztást a dopamin β-hidroxiláz szinaptoszóma-frakcióinak, az axonok végeiben található enzimnek a héjhoz, de nem a maghoz történő szondázásával igazoltuk.Sesack és Grace, 2010). A teljes sejt-, szinaptoszóma- és PSD-frakciókat a korábban leírtak szerint állítottuk elő.Jordan és mtsai., 2004). A szinaptoszomális pelleteket 200 μl 25 mM Tris-ben 1% Triton X-100-ben újraszuszpendáltuk, 4 ° C-on rázattuk 30-percre, és 13,800 x g-n centrifugáltuk 15-percre egy mikrocentrifugában, hogy pelletbe rakjuk a PSD-ket. A nyers PSD-ket tartalmazó pelletet 25 mM Tris-ben szuszpendáltuk 2% SDS-sel. A frakciókat Western blottal analizáltuk az SDS-PAGE géleken, amint azt korábban leírtuk (Jordan és mtsai., 2004). A következő antitesteket használtuk: dopamin p-hidroxiláz (1: 1,000, Abcam), GluA1 (1: 1,000, Millipore), foszfor-Ser 845 GluA1 (1: 1,000, Millipore), GluA2 (1: 1,000, Millipore) és tubulin (1: 10,000, Sigma).

Elektronmikroszkópia

A szöveti betakarítás napján (a szacharóz képzés 7 napján) az 3 tesztcsoportokból (víz, szacharóz / víz, szacharóz, 3 patkányok / vizsgálati csoport) patkányokat helyeztünk el 15-min mozgásmérő kamrákba; 15-percben egy palackot vezetett be a kamra tetején. A vízcsoportban lévő patkányok vizet kaptak, az ucrose-csoportban lévő patkányok 25% szacharózt kaptak, a szacharóz / víz csoportba tartozó patkányok, amelyek 25% szacharózt fogyasztottak 6 napokra, vizet kaptak. A patkányokat mélyen érzéstelenítettük Nembutal-mal (50 mg / kg ip) és transzkardiálisan perfundáltuk 0.1 M foszfátpufferrel (pH 7.4), amely 4% paraformaldehidet és 0.1% glutáraldehidet tartalmazott 50 ml / perc sebességgel az első 3-perc alatt, majd 20 ml / perc sebességgel a következő 7-min. A szövetet előkészítettük a postembed immunogold (PEG) címkézéshez, és a képeket a korábban leírtak szerint rögzítettük (Nedelescu és munkatársai, 2010). Az immunkatalizátorokat a PSD-hez viszonyított pozíciójuk szerint aszimmetrikus szinaptikus csomópontokban „cleft”, „PSD közelében” (a PSD-től 1 PSD szélességen belül), „PSD-n”, „intraspinous” vagy „extrasynaptic membránon”. mindegyik állat esetében az 93 szinapszisok az accumbens magjából vett minták voltak. A véletlenszerű mintavételt az első 93 véletlenszerűen tapasztalt szinapszisok elemzésével biztosítjuk, amikor szisztematikusan lefedtük a rácsot, majd összegyűjtjük ugyanazt a szinapszisokat mind a három, azonos ante mortem kezelést kapott állat közül. Kétféle mennyiségi meghatározást végeztünk. Az egyik az volt, hogy értékeljük a GluR1-immunreaktivitási szintet a gerinc különálló funkcionális doménjeiben előforduló PEG-részecskék számának összevetésével. A másik az volt, hogy felmérjük a PSD-n jelölt szinapszisok arányát bármilyen számú PEG-részecskével. Még a csak 1 PEG részecskékkel jelölt szinapszisokat is jelöltnek tekintették, a korábbi munkák alapján, amelyek a GluR1-PEG eljárás specifitását igazolták (Nedelescu és munkatársai, 2010). A GluR1-immunjelölés arányára és szintjére gyakorolt ​​hatásokat egyirányú ANOVA-val elemeztük a tervezett post hoc összehasonlításokkal (Fisher's LSD). A kísérleti torzítás kiküszöbölése érdekében az adatokat tripla vakon végeztük: az egyik kísérlet során szacharózképzést végeztek, és a három tesztcsoportban nyilvántartást vezetett az állatokról, egy második kísérletező létrehozta az elektronmikroszkópos képeket, és egy új alfanumerikus kódot adott az egyes mikroszkópokhoz, és megtartotta a kódot és további három kísérletező beolvasta a mikrogrammokat és a számszerűsített PEG-részecskéket. Miután a PEG mennyiségi meghatározása befejeződött, a kísérletezők összehívtak, hogy feltárják az egyes mikroszkópok azonosságait.

Kannula implantáció és intrakraniális injekciók

Az intracraniális injekciót a Naspm és az APV szállítására alkalmazzuk az accumbens maghoz. A kanül beültetéséhez, amint azt korábban leírtuk (Carr és munkatársai, 2010), patkányokat mélyen érzéstelenítettünk ketaminnal (100 mg / kg ip) és xilazinnal (10 mg / kg ip), és a műtét utáni injekciót adtunk az analgetikus benaminnal (1 mg / kg szubkután). A patkányokat két 26-mérővezető kanülön (PlasticsOne, Roanoke, VA) sztereotaxikusan beültettük kétoldalúan az akkluzív magba, koordinátákkal: 1.6 mm a bregma előtt; 2.9 mm oldalirányban a sagittális varratokhoz, az 8 ° szögek a középvonal felé, 5.6 mm ventrális a koponya felületéhez. A kanülöket fogászati ​​akril helyén tartottuk, és az átjárhatóságot egy elzáródási stylettel tartottuk. Az intrakraniális injekciókhoz a Naspm és az APV oldatokat két 30 cm hosszúságú PE-50 csőbe helyeztük, amelyek az egyik végén 25-μl Hamilton fecskendővel vannak feltöltve, amelyet desztillált vízzel töltöttünk, és a másik végén 31-mérő befecskendező kanület, amely 2.0 mm-t hosszabbított meg. a beültetett vezetőkön túl. A fecskendőket egy Harvard 2272 mikroliter fecskendős szivattyú ikertartójába helyeztük, amely az 0.5 μl injekciós térfogatokat 100 másodperc alatt szállította. Az injekciók befejezése után egy perccel a befecskendező kanüleket eltávolítottuk a vezetőkből, helyettesítettük a styleteket, és az állatokat mozgáskísérleti kamrákba helyeztük szacharóz képzés céljából. Az állati áldozatot követően a kriogén agyszakaszokat a kanül lokalizációjára analizáltuk; Az 2 állatokból származó 15-ot kihagyott a vizsgálatból a helytelen kanül elhelyezés miatt.

Statisztikai analízis

Az elektronmikroszkópos, immunocitokémiai és biotinilációs kísérletekhez egyirányú ANOVA-t, majd Fisher post hoc teszteket használtunk. Az elektrofiziológiához kétoldalú Student t-teszteket használtunk. A szacharóz hiperaktivitási kísérletekhez kétirányú ANOVA-t alkalmaztunk, majd Fisher post hoc teszteket végeztünk.

EREDMÉNYEK

A szacharóz lenyelés paradigmájának jellemzése

Szacharóz bevétel paradigmát alkalmaztunk egy természetes, oroszensoros jutalom hatásának vizsgálatára a szinaptikus átvitelre (1A ábra). Felnőtt hím patkányokat három egymást követő napon át egy vizsgálati helyiségbe szállítottak. A negyedik napon (a képzés első napján) a patkányokat mozgásmérő kamrába helyeztük. A kamrában a mozgásszervi aktivitás mérése után 15 perc elteltével a kamrák fedelén lévő lyukakon keresztül a mérőkamrákba vizet (vízállatokat) vagy 25% szacharózoldatot (szacharóz állatokra) tartalmazó palackokat vittünk be. A palackokat 5 perc elteltével eltávolítottuk, és a mozgásszervi aktivitást további 15 percekre mértük, mielőtt az állatokat visszatértük a ketrecbe. Ezt az eljárást megismételjük 7 egymást követő napokon. Néhány kísérletben a szacharóz képzés kiterjedt egy 8-reth nap. Ez a rövid, nem függő hozzáférés egy nagyon ízletes megoldáshoz lehetővé tette számunkra a szacharózbevitel akut és kumulatív hatásainak vizsgálatát, mivel az állatok megbízhatóan bevitték a szacharózt erőteljesen a belépési ablakon belül a képzést követő három napon belül (1B ábra). Ezek a kísérleti körülmények lehetővé tették a vizsgálati csoportok összehasonlítását a lenyelés megszűnését követően. A vizsgálatba való felvétel kritériuma az volt, hogy a patkányok legalább egy gramm szacharózt fogyasztanak a hozzáférési időszak alatt a képzés kezdetétől számított három napon belül; e kritérium alapján egyetlen állatot sem zártak ki a vizsgálatból.

ábra 1  

Az ismételt szacharóz lenyelés átmeneti emelkedést okoz a spontán mozgásban.

Megfigyeltük, hogy a képzés után három napon belül a szacharóz állatok jelentősen több szacharózoldatot fogyasztanak, mint a vízállatok fogyasztása (1B ábra). Ezenkívül, miközben a 1 – 6 tréningnapokon nem tapasztaltak szignifikáns különbséget a spontán mozgásban (az adatokat nem mutatták be), az 7 napján a palack eltávolítását követő három percben szignifikánsan emelkedett a szacharóz állatokban megtett teljes távolság.1D), és ez a különbség az 8 napján is jelen volt (1E). A vizsgálati napok bármelyikében a palack bevezetését megelőző három percben a víz és a szacharóz állatok között nem volt különbség a teljes megtett távolságban.1C ábra), ami arra utal, hogy a megnövekedett mozgás akut válasz volt a szacharóz-képzett patkányra jellemző szacharóz-bevitelre, nem pedig a mozgáskamra kondicionált válaszára. E lehetőség figyelembevételével szignifikáns pozitív korreláció volt a felhasznált szacharóz mennyisége és a teljes megtett távolság között.1F). A szacharóz és a vízcsoportok között az 7 edzés napja előtt vagy után nem volt különbség az állati súlyokban (az adatokat nem mutatták be).

A szacharóz lenyelése CPAR beépülést vált ki

A szacharóz képzés a végső edzés napján átmenetileg megnövekedett mozgást eredményezett. Annak megállapítása érdekében, hogy a szacharóz lenyelésének ez a következménye az atommagok elektrofiziológiai változásai, a jutalom-viselkedést szabályozó régió, együtt jártak-e, azonnali akumbens szeleteket készítettünk közvetlenül a palack eltávolítását követően az 7 napon, és rögzítettük az accumbens mag neuronjaitól.2A ábra). A központi részrégió részt vett a mozgásszervi válaszokban a jutalmazó ingerekre (Sesack és Grace, 2010). Azt tapasztaltuk, hogy mind a spontán miniatűr excitációs posztszinaptikus áramok (mEPSC) mind amplitúdója, mind gyakorisága szignifikánsan nagyobb volt a szacharóz állatok akumbens magjában, mint a vízállatoknál (2B ábra). Ez azt bizonyította, hogy az ismételt szacharóz-fogyasztás pozitívan szabályozhatja a szinaptikus transzmissziót a magmagban. Annak megállapításához, hogy a CPAR beépülése szerepet játszott-e a szacharóz utáni potencírozásban, az Accumbens mag neuronok korrekciós indexeit határoztuk meg az EPSC-k mérésével különböző membránpotenciálokon (2C, 2D és 2E). Az endogén poliamin blokád miatt a CPAR-ok a depolarizált potenciáloknál befelé korrigálódnak. A szacharózállatok neuronjaiból származó rekordok szignifikáns javulását figyeltük meg, amint azt az I / V kapcsolat nemlinearitása mutatja, összehasonlítva a vízállatokkal (2E) a korrekciós index jelentős növekedése mellett (2F).

ábra 2  

Az ismételt szacharóz lenyelés után az Accumbens mag szinapszisait fokozzák.

A CPAR-szintek más módszerrel történő megerõsítésének igazolásához az accumbens mag neuronokból a specifikus CPAR-blokkolót, az 1-Naftilacetil-spermint (Naspm) a fürdõbe felvettük. Megállapítottuk, hogy a Naspm szignifikánsan csökkentette az EPSC amplitúdóját a szacharózból származó neuronok felvételeiben, de nem a vízállatoknál (3A – C). Továbbá, a Naspm kezelés után a szacharózállatok neuronjaiban az I / V kapcsolat lineáris volt, ami tükrözi a szacharóz állat szinapszisokban a CPAR-ok gátlását, míg a vízállatok neuronjaiban a Naspm kezelés után nem volt szignifikáns hatás az I / V kapcsolatra.3D). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az ismételt szacharóz lenyelés indukálja a CPAR-ok beépülését az accumbens mag szinapszisaiba.

ábra 3  

A szacharóz lenyelése Ca2 + -képző AMPA receptorok beépülését okozza.

A szacharóz lenyelése GluA1 emberkereskedelmet vált ki

A CPAR-ok olyan AMPA receptorok, amelyek nem rendelkeznek GluA2 AMPA receptor alegységgel. Így a CPAR-ok szinaptikus beépítése leggyakrabban a GluA1 alegység szinaptikus aktivitásfüggő kereskedelmét foglalja magában (He és mtsai., 2009; Isaac és munkatársai, 2007; Liu és Zukin, 2007; Plant és munkatársai, 2006). A szacharóz képzés után a CPAR szinaptikus beépülésének igazolására azt vizsgáltuk, hogy a szacharóz bevétele megnövelte-e a GluA1 szinaptikus expresszióját. A patkányoknak hozzáférést kaptak a szacharózhoz, amint azt fentebb leírtuk az 7 egymást követő napokban. Az 1, az 3, az 5 és az 7 napokon három agyi régióból izoláltuk a teljes sejt, szinaptoszóma és posztszinaptikus sűrűség (PSD) frakcióit: accumbens mag (mag), accumbens shell (shell) és szomatoszenzoros kéreg (cortex). A GluA1 és a GluA2 expressziójára Western blot segítségével elemeztük a teljes sejt- és PSD-frakciókat.

A vizsgált napokon nem találtunk változást a GluA1 vagy a GluA2-ban az accumbens lizátumok teljes sejtfrakcióiban, ami arra utal, hogy az ismételt szacharóz-fogyasztás nem szabályozza e fehérjék általános szintjét (4A – C). Az accumbens PSD-frakciókban azonban a GluA1 a 7 napján szignifikánsan nőtt a magban, de nem a héjban, míg a GluA2 nem változott szignifikánsan egyik frakcióban sem.4D – 4F és az adatok nem jelennek meg). Nem tapasztaltunk szignifikáns növekedést a GluA1-ben az Accumbens mag PSD-frakcióiban az előző tesztnapokban (4D – F számok) és a GluA1 vagy a GluA2 nem változott a kéregnapokban a cortex PSD-frakcióiban (az adatokat nem mutatjuk be). A megnövekedett GluA1, különösen a GluA2-hez viszonyítva, az akumbens mag PSD-kben az ismételt szacharóz lenyelés után összhangban van az accumbens mag neuronokban megfigyelt fokozott korrekcióval, amint azt fentebb leírtuk.

ábra 4  

A posztszinaptikus sűrűség A GluA1, de nem a GluA2, a szukróz lenyelés után megemelkedik a magban.

Az aktivitásfüggő GluA1 emberkereskedelemről kimutatták, hogy hozzájárul a szinaptikus plaszticitáshoz in vitro és ugyancsak in vivo (Lu és Roche, 2011). A GluA1 emberkereskedelem gyors, többlépcsős mechanizmusát bizonyították in vitro (Serulle és munkatársai, 2007; Sun és munkatársai, 2008; Sun és munkatársai, 2005). Eddig azonban a többlépéses mechanizmus hozzájárulása a GluA1 szinaptikus felhalmozódásához in vivo nem tesztelték. Annak megállapításához, hogy a szacharóz képzés a GluA1 emberkereskedelmet okozza-e a többlépéses mechanizmus révén, a nukleinsav-szinapszisokban a GluA1-ot kvantitatív elektronmikroszkóppal lokalizáltuk. Az Accumbens magszövetet a szacharóz képzés hetedik napján gyűjtöttük össze patkányok 3 tesztcsoportjaiból. Ezek olyan patkányok voltak, amelyek: 1) az 7 napokban (víz), 2-ben fogyasztott vizet (7) szacharózt fogyasztott (szacharóz) és 3) 6 napra szacharózt és vizet 7 napon (szacharóz / víz). A patkányokat az 7-en leöltükth nap, 5 perc a szacharóz vagy víz fogyasztása után. Így a két vizsgálati csoport, a szacharóz / víz és a szacharóz állatok összehasonlítása egymással és a vízállatokkal kimutatták, hogy a szacharóz-fogyasztás által okozott posztszinaptikus változások időszaka a szacharóz-képzett patkányokban. Az 1 különböző posztszinaptikus rekeszeiben: a dendritikus gerinc cytosol (intraspinous), az extrasynaptikus plazmamembrán (membrán), a PSD, a PSD közelében és a szinaptikus hasadék, az utolsó három rekesz pedig a PSD '(5A). A kísérletező torzításának kiküszöbölése érdekében az elektronmikroszkópos vizsgálati csoport azonosságait háromszor vakon végeztük.

ábra 5  

Az elektronmikroszkópia többlépcsős GluA1 emberkereskedelem indukcióját mutatja szacharóz lenyeléssel.

A szacharóz és a szacharóz / víz állatok egyaránt szignifikánsan megnövekedett intraspinikus GluA1-ot mutatnak a vízállatokhoz viszonyítva (5B és 5C). Ez arra enged következtetni, hogy a krónikus szacharóz-fogyasztás növeli a szinaptikus helyekkel szomszédos GluA1-tartalmú AMPA-receptorok intracelluláris készletét, amelyek szinaptikus kereskedelemben könnyen hozzáférhetők, és ami fontos, hogy ez az intracelluláris pool 24 órákig fennmarad a szacharóz végső fogyasztása után . Ezután azt vizsgáltuk, hogy az akut szacharóz-inger képes-e gyors GluA1-emberkereskedelmet kiváltani. Megfigyeltük, hogy a GluA1 extrasynaptikus plazmamembránja szacharózállatokban szignifikánsan megnövekedett, mint a szacharóz / víz és a víz állatok esetében.5B és 5D). Ez a megfigyelés azt mutatja, hogy az egyetlen szacharóz-inger által nyújtott természetes, oroszenzoros jutalom gyorsan (<5 perc), de átmenetileg (bomlási idő <24 óra) emelheti a GluA1-et tartalmazó AMPA receptorok extraszinaptikus populációját, labilis medencét hozva létre, amelyből a receptorok forgalom a szinapszishoz.

Szignifikánsan, in vitro tanulmányok arra utaltak, hogy az AMPA receptorok szinaptikus beépülése 2 lépésekben történik. Az elsőben a glutamát- vagy dopamin-függő Ser 845 foszforiláció megnöveli a plazma membrán extrasynaptikus helyén lévő receptorok szintjét (Esteban és munkatársai, 2003; Serulle és munkatársai, 2007; Sun és munkatársai, 2008; Sun és munkatársai, 2005), míg a másodikban a Ser 818 foszforiláció elősegíti a szinaptikus beépülést (Boehm és munkatársai, 2006). A szacharóz állatok szacharóz / víz és víz állatok elektronmikroszkópos összehasonlítása azt mutatja, hogy a GluA1 emberkereskedelem első lépése in vitro (Makino és Malinow, 2009), az extrasynaptikus membránnal való gyors kereskedés is előfordul in vivo az oroszensoros jutalom megadása után.

A fentiekben leírt elektrofiziológiai és biokémiai eredményeknek megfelelően a PEG EM kimutatta, hogy a szacharóz-bevitel a GluA1-en való kereskedés második lépését is indukálta a GluA1 receptor szinapszisba történő bejuttatása miatt, mivel a GluA1-immunreaktivitás szintje szignifikánsan nagyobb volt a szacharóz esetében a víz patkányokhoz képest. és a szacharózban / vízben a GluA1 növekedése tendencia volt a víz patkányokhoz képest (5B és 5E). A szacharóz / víz állatok növekedése összhangban van a GluA1 gyors beépítésével, amely szinaptikus felezési idejével ~ 24 óra, vagy a GluA1 gyors beépülését és szinaptikus GluA1 / 2-szel történő felvételét hasonló idő alatt csökkenti. A PSD-ben a GluA1-et expresszáló szinapszisok aránya szignifikánsan nagyobb volt a szacharóz patkányokban a víz patkányokhoz képest.5F), ami arra utal, hogy a GluA1 olyan szinapszisokba kereskedett, amelyekből korábban hiányzott a GluA1. Ez azt is sugallja, hogy a szacharóz patkányokban megfigyelt mEPSC amplitúdó növekedés a szinaptikus GluA1 növekedéséből adódik, és hogy az mEPSC gyakoriságának növekedése a GluA1 toborzásából származhat korábban csendes accumbens szinapszisokba, bár a glutamát felszabadulás potenciója nem vethető el. Megmértük a szinapszisok számát mindhárom tesztcsoportban, hogy meghatározzuk, hogy a szacharóz lenyelése szinaptogenezist indukált-e; nem volt különbség a három tesztcsoport között (az adatokat nem mutatjuk be). Arra a következtetésre jutunk, hogy az ismételt szacharózfogyasztás stabil (> 24 órán át tartó) intraspinous GluA1-medencét emel, és egyetlen szacharóz-inger egy szacharóz-képzett (6 napos) patkányhoz elegendő ahhoz, hogy gyorsan (5 perc) megemelje a GluA1-et az extraszinaptikus plazmamembránban receptorok húzása az intraspinous medencéből. Javasoljuk, hogy ezeknek az extraszinaptikus receptoroknak egy része stabilan beépüljön a PSD-be, ami a megfigyelt rektifikációs indexhez és a PSD GluA1 változásokhoz vezet, mielőtt az extraszinaptikus pool visszatérne az alapvonalra a stimulációt követően 24 órával. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy egy természetes jutalom akut módon gyors GluA1 kereskedelmet indíthat el egy képzett állatban.

A szacharóz lenyelés után a megnövekedett mozgáshoz CPAR-aktivitás szükséges

A közepes tüskés neuronok egyaránt kapnak dopaminerg és glutamatergikus bemeneteket (Calabresi és munkatársai, 1992). Annak érdekében, hogy felmérjük a glutamát jelátvitel bekapcsolódását a szacharóz bevitel után szacharóz-képzett patkányoknál megfigyelt emelkedett spontán mozgásba, a patkányok akumbens magába implantáltuk a kanüleket, és képzett állatokat helyeztünk el a fentiekben leírt mozgásmérő kamrákban. A szacharóz képzés 8 napján a Naspm-et mikroba injektáltuk a magba, mielőtt elhelyeznénk a mozgáskamrába. Az injekció csökkentette a szacharózállatok teljes megtett távolságát és megszüntette a szacharóz és a víz állatok közötti különbséget, amelyet közvetlenül a palackeltávolítás után figyeltek meg (6A ábra). Annak ellenőrzésére, hogy az állatok kezelése által okozott stressz nem befolyásolta-e a szacharóz választ, a következő napon (a szacharóz-képzés 9 napján) sóoldatot fecskendeztünk a magba; ismételten a palack eltávolítása után a szacharóz állatokban jelentős hiperaktivitást figyeltek meg (6B ábra). Ez azt mutatja, hogy a Naspm kifejezetten gátolta a szacharóz által indukált mozgásemelkedést. Az NMDAR antagonista, az APV injekciója a következő napokban a magba is kiküszöbölte a szacharóz és a víz állatok közötti különbséget (6C ábra), ami azt mutatja, hogy az NMDAR-okra is szükség van a szacharóz lenyelés utáni spontán mozgás megemeléséhez. Annak meghatározása érdekében, hogy a tesztkamrára adott kondicionált válasz szerepet játszott-e a hiperaktivitás indukciójában, az állatokat az üvegházba való bejuttatás nélküli 35 min. a szacharóz és a vízállatok között nem volt különbség a megtett távolságban.6D). Naspm és APV nem befolyásolta a szacharóz-fogyasztást (6E), amely azt mutatja, hogy a CPAR-ek és az NMDAR-ok nem szükségesek a szacharóz erőteljes beviteléhez. Állatok, amelyekben a kanüleket nem helyeztük az accumbens magba (2 az 15 állatokból), az áldozatot követően6F), nem szerepeltek a vizsgálatban. Összefoglalva, ezek az adatok együttesen azt mutatják, hogy a szacharóz egy szacharóz által képzett patkány fogyasztása a GluA1 szinaptikus kereskedelmét idézi elő 5 percben, és az ilyen emberkereskedelmet szabályozó jelátviteli mechanizmusok blokkolása megakadályozza a spontán mozgásaktivitás szacharóz után történő emelkedését.

ábra 6  

A szacharóz lenyelés utáni megnövekedett spontán mozgás CPAR-kat és NMDAR-kat igényel.

A szacharóz-jelzés két útja lehetséges. Az egyik, a szigorúan kemoszenzoros vagy oroszenzoros útvonalat az édes íz receptorhoz kötődő szacharóz indítja, amely megfelel a heteromer G-fehérjéhez kapcsolt receptor komplexnek, a T1R2 / T2R3 (Kitagawa és munkatársai, 2001; Max és munkatársai, 2001; Nelson és munkatársai, 2001; Sainz és munkatársai, 2001). A kalóriatartalmú tápanyagok szabályozzák az agy működését az ízektől független metabolikus úton, bár a mechanizmusok nem jól ismertek (de Araujo és munkatársai, 2008). A szacharóz által indukált GluA1-emberkereskedelem e két alternatívája közötti megkülönböztetéshez megismételjük a tréning protokollt három patkánycsoporttal (4 patkányok / csoport), amelyekhez 5 percig víz, 25% szacharózoldatot tartalmazó palackok kaptak hozzáférést vagy 3% szacharin (édes és alacsony). A palackokat eltávolítottuk és a patkányokat 15 percig hosszabb ideig tartottuk a tréning ketrecben. A képzést megismételték az 7 napokban. A szacharóz- és szacharin-tesztcsoportok által elfogyasztott folyadék térfogata nem különbözött szignifikánsan egymástól, és mindkettő nagyobb volt, mint a vízcsoport fogyasztása, összhangban mindkét édes anyag jutalmával (7A ábra). Az 7th ivás napján, közvetlenül a palack eltávolítását követően, a patkányokat leöltük, az accumbens magszövetet összegyűjtöttük és egyesítettük minden egyes vizsgálati csoporthoz, a PSD frakciót izoláltuk és a GluA1 szinteket Western blottal próbáltuk.7B ábra). Mint korábban, a szacharózt fogyasztó állatok a PSD frakcióban a vízcsoporthoz viszonyított emelkedett GluA1 értéket mutattak (7C ábra). Lényeges, hogy a GluA1 szintén emelkedett a szacharin fogyasztására szánt állatok PSD-frakciójában. Nem volt szignifikáns különbség a GluA1 szintjeiben a víz, szacharóz és szacharin állatok teljes sejtfrakcióiban, ami arra utal, hogy a GluA1 növekedés specifikus a szinaptikus frakcióra (7D). Mivel a szacharin ugyanezt a heteromer G-fehérjéhez kapcsolt ízreceptor komplexet stimulálja szacharózként (Masuda és munkatársai, 2012; Nelson és munkatársai, 2001), de nincs kalóriaérték, arra a következtetésre jutunk, hogy az édes íztartalmú receptor stimulálása elegendő ahhoz, hogy kezdeményezze a GluA1 szintek emelését a nukleáris accumbens mag szinapszisokban.

ábra 7  

A szacharin edzés a szacharóz képzéshez hasonlóan fokozza a Synaptic GluA1-et.

Megbeszélés

Kimutattuk, hogy az oroszenzoros jutalom, az ismételt szacharóz-fogyasztás akut módon indukálhatja a GluA1 szinaptikus beépülését egy korábban leírt, többlépcsős emberkereskedelmi mechanizmuson keresztül in vitro. Az 6 – 7 napokon az ismételt szacharóz-fogyasztás a CPAR-ok behelyezésével elektrofiziológiailag fokozottan fokozza az elektrofiziológiai magokat. Ezt a hatást a GluA1 felhalmozódása kísérte, de nem a GluA2-ot a mag PSD-jében, és regionális és időbeli specifikus volt, mivel az 7 edzés napja előtt nem történt változás, és az accumbens héjban nem volt változás. szomatoszenzoros kéreg. Az elektronmikroszkópos analízis kimutatta, hogy az ismételt szacharóz lenyelés viszonylag stabil (t1/2 > 24 óra) intraspinous GluA1-tartalmú receptorok populációja. A szacharóz szintén gyorsan (5 perc) és átmenetileg (t1/2 <24 óra) a GluA1-tartalmú receptorok megemelkedett szintje az extraszinaptikus helyeken szacharóztanított állatokban, növelve az AMPAR-ok populációját, amelyek képesek laterálisan diffundálni a szinapszisba. A szinaptikus GluA1, amelyet mind a PSD frakció képvisel, mind pedig a PEG-EM detektál, szignifikánsan megemelkedett a szacharózban a vízi állatokhoz képest. Ezekből az eredményekből azt javasoljuk, hogy az extrasynaptikus exocytosis kétlépcsős mechanizmusa következzen, amelyet a korábban leírt AMPAR szinaptikus inszerció szinaptikus kereskedelme követ in vitro (Boehm és munkatársai, 2006; Makino és Malinow, 2009; Oh és munkatársai, 2006; Serulle és munkatársai, 2007; Sun és munkatársai, 2005) gyorsan elindítható in vivo természetes, oroszensoros jutalommal.

A szinaptikus GluA1 szintek változásait csak az 7 edzés után figyelték meg, ami arra utal, hogy több napos folyamatra van szükség a potencírozáshoz. Biokémiai kísérletekben in vivoaz 1, az 1 és az 3 szacharóz-képzés napjaiban nem figyeltünk meg jelentősen emelkedett az accumbens core PSD GluA5 szintjeit; csak a szacharóz 7 napja után a GluA1 a PSD-ben jelentősen emelkedett. Az elektronmikroszkópos kísérletekben azt tapasztaltuk, hogy a szacharóz / víz állatok, amelyek 6-napokra szacharózt képeztek, de nem kaptak szacharózstimulációt 24 órákban, a PSD GluA1 növekedését mutatják. Ezek az állatok szintén megnövekedett intraspinikus GluA1-ot mutattak, összehasonlítva a vízállatokkal, de a GluA1 extrasynaptikus membránban nem volt változás. Ezekből az eredményekből három következtetést vonunk le. Először is, a GluA1-tartalmú AMPA-receptorok intraszinárisan felhalmozódnak egymást követő szacharózstimulációkkal. Tekintettel arra, hogy a korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a szacharóz lenyelése dopamin felszabadulást indukálCacciapaglia és munkatársai, 2012; McCutcheon és munkatársai, 2012; Rada és munkatársai, 2005), és hogy a D1R-ek képesek a helyi GluA1 fordításraSmith és munkatársai, 2005), a szacharóz lenyelése után a dopamin felszabadulása helyi GluA1 szintézist okozhat, ami intraszináris GluA1 felhalmozódáshoz vezet. Alternatív módon az intraspinális növekedés tükrözi a GluA1 disztális helyekről történő kereskedését. Valószínű, hogy az exocytotikus emberkereskedelem ebből a megnövekedett intraspinális medencéből hozzájárul a plazmamembrán extrasynaptikus medencéjéhez. Másodszor, a GluA1 extraszinaptikus membrán szacharózban, de nem szacharóz / víz vagy víz állatokban történő növekedésének megfigyelése azt sugallja, hogy az extrasynaptikus receptorok a szinapszisba lépnek vagy a szacharózfogyasztást követően az 24 óra alatt endocitózissá válnak. extrasynaptikus medence átmeneti. Harmadszor, a szacharóz állat PSD GluA1 emelkedése a vízállatokhoz képest, de nem a szacharóz / víz állatok esetében azt sugallja, hogy minden szacharóz inger után a receptorok oldalirányban mozognak a szinapszisba az extrasynaptikus plazmamembránba gyorsan bejuttatott receptorokból. Nem zárhatjuk ki, hogy a GluA1 közvetlenül az intraspinális medencéből közlekedik a szinapszisba. Egy ilyen út azonban úgy tűnik, valószínűtlennek tűnik, mivel a GluA1-t extrasynaptikusan be kell mutatni (Boehm és munkatársai, 2006; Makino és Malinow, 2009; Oh és munkatársai, 2006; Serulle és munkatársai, 2007; Sun és munkatársai, 2005). Ezek az eredmények jelentik az első bizonyítékot arra, hogy a GluA1-kereskedelem időbeli lefutását (<5 perc) és az útvonalat megfigyelték in vitro szintén megfigyeltek in vivo. Eredményeink arra utalnak, hogy az ismétlődő jutalmazó ingerek módosítják a szinapszis potencírozásának képességét az emberkereskedelemre képes intraspinózus receptorok felemelésével.

Mivel a szacharin a szacharózhoz hasonlóan indukálta a GluA1-et, a szacharóz kalória tartalma nem szükséges. A szacharin ugyanolyan édes íz receptort stimulál, mint a T1R2 / T2R3, mint szacharóz (Masuda és munkatársai, 2012; Nelson és munkatársai, 2001), sennek a receptornak a gátló aktiválása valószínűleg megkezdi a GluA1 beépítését az MSN szinapszisokba. A szacharóz növeli a dopamin felszabadulását a VTA neuronok akumbénjeiben (Cacciapaglia és munkatársai, 2012; McCutcheon és munkatársai, 2012; Rada és munkatársai, 2005) la GluA1 felszíni emberkereskedelme. Így az édes íztartalmú receptort a VTA-val összekötő út valószínűleg központi szerepet játszik az itt vizsgált plaszticitásban.

Valószínű, hogy a szacharóz lenyelés utáni gyors GluA1 emberkereskedelem szerepet játszik a spontán mozgás szabályozásában. Valóban, szacharózzal képzett állatokban a CPAR-ok gátlása megakadályozta a spontán mozgásszervi aktivitás emelkedését közvetlenül a szacharóz lenyelése után. A szacharózfogyasztás után egymást követő napokon mért összes patkány jelentősen emelkedett csak az 3 percben, közvetlenül a szacharózfogyasztás után a hetedik képzési napon. A szacharóz után azonnal megnövekedett aktivitást figyeltek meg az 3 naptól kezdve, de az 7 napig nem változott szignifikánsan. Ez az időfutás korrelál a GluA1 felhalmozódásának időbeli lefutásával az accumbens mag dendritekben. A megnövekedett mozgás a CPAR-kereskedelem funkcionális következménye az MSN-szinapszisok számára az accumbens magban, mivel a Naspm-be történő beinjektálás gátolta az aktivitás növekedését. Az NMDA-receptor inhibitorok által megnövekedett mozgásmegelőzés kimutatta, hogy az NMDA receptorokon és a CPAR-okon keresztül történő glutamát-jelzés szükséges volt a mozgásszervi aktivitás emeléséhez. A szacharóz lenyelését azonban nem befolyásolta a glutamát jelzés blokádja, összhangban a korábbi vizsgálatokkal, amelyek bizonyítják, hogy az accumbens mag részt vesz az oroszensoros jutalommal kapcsolatos motoros válaszok megszervezésében, de nem maga a fogyasztás (Smith, 2004). A hiperlocomotion kialakulásához hasonló időjárást írtak le a kondicionált hiperaktivitás kifejlődéséhez olyan állatokban, amelyek napi étkezést kaptak megkülönböztető környezetben (Matthews és munkatársai, 1996). Ha a jelen válasz a kontextus és a szacharóz párosításából eredő kondicionált hiperaktivitás volt, előzte meg a szacharóz bejuttatását, ami nem volt megfigyelhető. Lehetséges, hogy az alanyok feltáró élesedést mutatnak. További kísérletekre lenne szükség ahhoz, hogy megkülönböztessük, hogy a szacharóz lenyelés utáni megnövekedett mozgás felderül-e a feltárás ellen, mint a motoros érzékenység vagy más viselkedés formája. Mindenesetre a spontán mozgás emelése szükségessé tette a glutamát jelátvitelét, és legalább részben a CPAR-ok beépülését eredményezte az accumbens magba.

A szacharóz lenyelés utáni megnövekedett mozgásszervi aktivitás közvetlenül az accumbens mag-szinapszisok megfigyelt potenciáljától származhat, mivel a közvetlen bazális ganglion-útvonal megnövekedett teljesítménye elősegíti a motoros thalamus gátlását (Sesack és Grace, 2010). Ta potencírozott szinapszisok valószínűleg a közvetlen D1R-eket expresszáló mag-neuronokon találhatók. A közvetlen út neuronok szinapszisainak erősítése akkor eredményezhető, ha a D1R aktivitás GluA1-tartalmú AMPAR-ok kereskedelmét idézi elő ezen idegsejtek szinapszisaiban a robosztus dopamin felszabadulás után. Az így létrejövő potencírozás növelné a közvetlen út neuronok bazális ganglion kimeneti magjainak gátló kivetítéseit, ezáltal gátolja a motoros thalamusot és elősegíti a motoros kéreg aktivitását (Gerfen és Surmeier, 2011; Kravitz és munkatársai, 2010; Sesack és Grace, 2010). Az ismételt szacharóz lenyelés után megfigyelt szinaptikus potenciáció valószínűleg kifejezetten a közvetlen út neuronokban történik, mivel a D1 receptoron keresztül ható dopamin GluA1 S845 foszforilációt okozhat, ami felszíni emberkereskedelemhez vezet.

Számos tanulmány vizsgálta meg a kokain ismételt stimulációjának hatását, majd a visszavonást, amely a jutalomrendszer működésére gyakorolt ​​mélyreható hatást fejt ki, és végül a kokain érzékenységet eredményez, amit a kokainra adott fokozott motoros válasz, a kábítószer vágy és a visszaesés jellemez. (Kalivas és munkatársai, 1998). Az 5 – 10 napok ismételt IP-injekciója, melyet az 14 – 2 napok követnek, fokozatosan emelkedett az XNUMX napokon a felületi GluAXNUMX-tartalmú AMPA receptoroknál (Boudreau és munkatársai, 2007; Kourrich és munkatársai, 2007). Az 45 dózisban az 10 d önmagában történő beadását követő XNUMX napokon azonban a patkányok MSN-jében jelentősen javult a korrekciós index. (McCutcheon és munkatársai, 2011b) a CPAR-ok növekedését jelzi. Így megfigyelték a CPAR-emberkereskedelmet a szacharóz lenyelése, a jelenlegi munka és a kokain önadagolása után, bár nagyon eltérő kezelési feltételek mellett.. Mivel a kokain önadagolásának vagy injekciójának közvetlen következményei (pl. 5 perccel) nem ismertek, a kokainhatást nem lehet közvetlenül összehasonlítani a jelenlegi szacharózmunkával. Hasonlóképpen nem ismert, hogy a szacharóz-képzett állatok MSN-szinapszisaiban a CPAR-ok fennmaradnak-e a szacharóz-képzés megszűnése után, vagy ha az állatok hosszú szuszpenziót követően szacharóz-szenzitizációt mutatnak.

A függőség, a hiperfágia, a patológiás szerencsejáték és az egyéb viselkedési zavarok kezelésében döntő fontosságú, hogy a jutalmazó ingerek szabályozzák a plaszticitást és a viselkedést.Basar és munkatársai, 2010; Berridge, 2009; Luscher és Malenka, 2011). A cukor túlfogyasztása hozzájárul az elhízás járványához (Hu és Malik, 2010), és bár a kábítószerrel való visszaéléshez \ tAvena és munkatársai, 2008), annak mechanizmusát nem vizsgálták ki széles körben. A jelenlegi eredmények meghatározzák a jutalom-indukált plaszticitás alapelemeit, amelyekből a jövőbeni tanulmányok kezelhetik a komplex viselkedés szabályozását, potenciálisan új utakat biztosítva a jutalmakkal kapcsolatos patológiák kezelésére.

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük a Ziff Laboratórium korábbi és jelenlegi tagjainak a technikai segítséget és a hasznos vitákat, köztük H. Girma, L. Lee és Dr. B. Fernholz, B. Jordan, W. Lu, G. Rameau, S. Restituito és Y. Serulle. Ezt a munkát az Országos Mentális Egészségügyi Intézet Predoctoral Fellowship F31MH76617-01 és az NTH 5T32DC000063 képzési támogatása nyújtotta a New York-i Egyetem Idegtudományi Képzési Programjának (DST), R01NS061920 az Országos Neurológiai Rendellenességek és Stroke Intézet (EBZ), 1R21MH091445- 01 az Országos Mentálhigiénés Intézet és a Nőegészségügyi Kutatási Iroda, a Klarman Family Foundation Támogatási program az étkezési zavarok kutatásában, az NYU Research Challenge Fundja és a P30EY13079 (CA), a Nemzeti Kábítószer-visszaélési Intézet DA003956 támogatása és a NARSAD független nyomozói díja (KDC), az Országos Süketség és más kommunikációs rendellenességek Intézete a DC009635-et az RCF-nek, valamint a New York-i Egyetem Langone Orvosi Központjának az Addiktológiai Kiválósági Központban elnyert támogatásával biztosítja.

Lábjegyzetek

Összeférhetetlenség: A szerzők nem hirdetnek versenytárs pénzügyi érdekeket.

Referenciák

  1. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Bizonyíték a cukorbetegségről: az időszakos, túlzott cukorbevitel viselkedési és neurokémiai hatásai. Neurosci Biobehav Rev. 2008: 32: 20 – 39. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  2. Basar K, Sesia T, Groenewegen H, Steinbusch HW, Visser-Vandewalle V, Temel Y. Nucleus accumbens és impulzivitás. Prog Neurobiol. 2010; 92: 533-557. [PubMed]
  3. Berridge KC. „Kedvelt” és „étkezési jutalom”: agyi szubsztrátok és szerepek az étkezési rendellenességekben. Élettan és viselkedés. 2009; 97: 537–550. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  4. Boehm J, Kang MG, Johnson RC, Esteban J, Huganir RL, Malinow R. Az AMPA receptorok szinaptikus beépülését az LTP-ben a PKC foszforilációs hely vezérli a GluR1-on. Idegsejt. 2006; 51: 213-225. [PubMed]
  5. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. A sejtfelszíni AMPA-receptorok a patkánymagban az akumbensekben növekednek a kokain visszavonásakor, de a kokainprobléma után internalizálódnak a mitogén-aktivált protein kinázok megváltozott aktiválásával összefüggésben. J Neurosci. 2007; 27: 10621-10635. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  6. Brebner K, Wong TP, Liu L, Liu Y, Campsall P, Grey S, Phelps L, Phillips AG, Wang YT. Nucleus accumbens hosszú távú depresszió és a viselkedési érzékenység kifejeződése. Tudomány. 2005; 310: 1340-1343. [PubMed]
  7. Cacciapaglia F, Saddoris MP, Wightman RM, Carelli RM. A differenciál dopamin felszabadulási dinamika a magban és a héjban a szacharóz célirányos viselkedésének különböző aspektusait követi. Neurofarmakológia 2012 [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  8. Calabresi P, Maj R, Pisani A, Mercuri NB, Bernardi G. Hosszú távú szinaptikus depresszió a striatumban: fiziológiai és farmakológiai jellemzés. 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 GluR1 AMPA receptor alegysége a D-1 dopamin receptor stimulációját követően a mag-accumbens-héjban növeli a drog-jutalom nagyságát az élelmiszer-korlátozott patkányokban. Neuroscience. 2010; 165: 1074-1086. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  10. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y, Marinelli M, Wolf ME. Az Accumbens kialakulása A GluR2-hiányzó AMPA receptorok a kokain vágy inkubációját közvetítik. Természet. 2008; 454: 118-121. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  11. Nap JJ, Carelli RM. A nucleus accumbens és Pavlovian jutalmazza a tanulást. Neurológus. 2007; 13: 148-159. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  12. de Araujo IE, Oliveira-Maia AJ, Sotnikova TD, Gainetdinov RR, Caron MG, Nicolelis MA, Simon SA. Élelmiszer-jutalom ízérzékelő jelzés nélkül. Idegsejt. 2008; 57: 930-941. [PubMed]
  13. Ehlers MD, Heine M, Groc L, Lee MC, Choquet D. A GluR1 AMPA receptorok diffúziós csapdázása bemeneti specifikus szinaptikus aktivitással. Idegsejt. 2007; 54: 447-460. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  14. Esteban JA, Shi SH, Wilson C, Nuriya M, Huganir RL, Malinow R. PKA AMPA receptor alegységek foszforilációja szabályozza a plaszticitás mögötti szinaptikus emberkereskedelmet. Nat Neurosci. 2003; 6: 136-143. [PubMed]
  15. Gerfen CR, Surmeier DJ. A striatális vetítési rendszerek dopamin által történő modulálása. Az idegtudomány éves felülvizsgálata. 2011; 34: 441-466. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  16. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. A Postsynaptic TRPV1 sejtmag-specifikus hosszú távú depressziót vált ki a magban. Természeti idegtudomány. 2010; 13: 1519-1525. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  17. K, Song L, Cummings LW, Goldman J, Huganir RL, Lee HK. A Ca2 + -képződő AMPA receptorok stabilizálása perisynaptikus helyeken GluR1-S845 foszforilációval. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 20033 – 20038. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  18. Hu FB, Malik VS. Cukorral édesített italok, az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség kockázata: epidemiológiai bizonyítékok. Élettan és viselkedés. 2010; 100: 47–54. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  19. Isaac JT, Ashby MC, McBain CJ. A GluR2 alegység szerepe az AMPA receptor funkcióban és a szinaptikus plaszticitásban. Idegsejt. 2007; 54: 859-871. [PubMed]
  20. Jordan BA, Fernholz BD, Boussac M, Xu C, Grigorean G, Ziff EB, Neubert TA. Új rágcsáló posztszinaptikus sűrűségű fehérjék azonosítása és ellenőrzése. Mol Cell Proteomics. 2004; 3: 857-871. [PubMed]
  21. Kalivas PW, Pierce RC, Cornish J, Sorg BA. A kokainfüggőségben a szenzitizáció szerepe a vágyban és a relapszusban. J Pharmacol. 1998; 12: 49-53. [PubMed]
  22. Kitagawa M, Kusakabe Y, Miura H, Ninomiya Y, Hino A. A jelölt receptor gén édes ízű molekuláris genetikai azonosítása. Biokémiai és biofizikai kutatási kommunikáció. 2001; 283: 236-242. [PubMed]
  23. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ. A kokain-tapasztalat ellenőrzi a kétirányú szinaptikus plaszticitást a sejtmagban. J Neurosci. 2007; 27: 7921-7928. [PubMed]
  24. Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC. A parkinsonizmus motoros viselkedésének szabályozása a bazális ganglion áramkör optogenetikus vezérlésével. Természet. 2010; 466: 622-626. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  25. LaPlant Q, Vialou V, Covington HE, 3rd, Dumitriu D, Feng J, Warren BL, Maze I, Dietz DM, Watts EL, Iniguez SD és mtsai. A Dnmt3a szabályozza az érzelmi viselkedést és a gerinc plaszticitását a magban. Nat Neurosci. 2010; 13: 1137-1143. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  26. Liu SJ, Zukin RS. Ca2 + -képző AMPA receptorok szinaptikus plaszticitásban és neuronális halálban. Az idegtudományok trendjei. 2007; 30: 126-134. [PubMed]
  27. Lu W, Isozaki K, Roche KW, Nicoll RA. Az AMPA receptorok szinaptikus célzását egy CaMKII hely szabályozza a GluA1 első intracelluláris hurokjában. Proc Natl Acad Sci US A. 2010, 107: 22266 – 22271. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  28. Lu W, Roche KW. Az AMPA receptorok kereskedelmének és működésének posttranslációs szabályozása. Jelenlegi vélemény a neurobiológiában 2011 [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  29. Luscher C, Malenka RC. A kábítószer-kiváltott szinaptikus plaszticitás függőségben: a molekuláris változásoktól az áramkör remodelingig. Idegsejt. 2011; 69: 650-663. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  30. Makino H, Malinow R. AMPA receptor beépül a szinapszisokba az LTP alatt: az oldalsó mozgás és az exocitózis szerepe. Idegsejt. 2009; 64: 381-390. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  31. Mameli M, Halbout B, Creton C, Engblom D, Parkitna JR, Spanagel R, Luscher C. A kokain által kiváltott szinaptikus plaszticitás: a VTA-ban a kitartás az NAc-ben alkalmazkodik. Nat Neurosci. 2009; 12: 1036-1041. [PubMed]
  32. Masuda K, Koizumi A, Nakajima K, Tanaka T, Abe K, Misaka T, Ishiguro M. Az emberi édes íztartalmú receptor és az alacsony molekulatömegű édes vegyületek közötti kötési módok jellemzése. PloS egyet. 2012; 7: e35380. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  33. Matthews K, Wilkinson LS, Robbins TW. A preweanling patkányok ismételt anyai szétválasztása a felnőttkorban az elsődleges és kondicionált ösztönzőkre adott viselkedési válaszokat csökkenti. Physiol Behav. 1996; 59: 99-107. [PubMed]
  34. Max M, Shanker YG, Huang L, Rong M, Liu Z, Campagne F, Weinstein H, Damak S, Margolskee RF. A Tas1r3, amely egy új jelölt ízjelzőt kódol, allélikus a Sac édes érzékenységű lokuszjára. Természetgenetika. 2001; 28: 58-63. [PubMed]
  35. McCutcheon JE, Beeler JA, Roitman MF. A szacharóz-prediktív jelek nagyobb fázisos dopamin felszabadulást váltanak ki, mint a szacharin-prediktív jelek. Szinapszis. 2012; 66: 346-351. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  36. McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. A kalcium-permeábilis AMPA receptorok jelen vannak a nukleinsav szinapszisokban a kokain önadagolása után, de nem kísérleti adagolt kokain. Az idegtudományi folyóirat: a Neurotudományi Társaság hivatalos lapja. 2011a; 31: 5737-5743. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  37. McCutcheon JE, Loweth JA, Ford KA, Marinelli M, Wolf ME, Tseng KY. Az I. csoportba tartozó mGluR aktiváció megfordítja a kokain által indukált kalcium-permeábilis AMPA receptorok felhalmozódását a nukleáris accumbensszinapszisokban egy protein kináz C-függő mechanizmuson keresztül. J Neurosci. 2011b; 31: 14536-14541. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  38. Nedelescu H, Kelso CM, Lazaro-Munoz G, Purpura M, Cain CK, Ledoux JE, Aoki C. Endogén GluR1-tartalmú AMPA-receptorok az aszimmetrikus szinapszisokhoz fordulnak az oldalsó amygdala-ban a félelem memória kialakulásának korai fázisában: elektronmikroszkópos immunocitokémiai tanulmány. Az összehasonlító neurológia folyóirata. 2010; 518: 4723-4739. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  39. Nelson G, Hoon MA, Chandrashekar J, Zhang Y, Ryba NJ, Zuker CS. Az emlős édes íz receptorai. Sejt. 2001; 106: 381-390. [PubMed]
  40. Oh MC, Derkach VA, EST, Soderling TR. A GluR1 szerin 845 foszforilációjával szabályozott extrasynaptikus membránkereskedelem az AMPA receptorokat hosszú távú potencírozásra indítja el. J. Biol. Chem. 2006; 281: 752-758. [PubMed]
  41. Pascoli V, Turiault M, Luscher C. A kokain által kiváltott szinaptikus potenciál visszavonása visszaállítja a gyógyszer által indukált adaptív viselkedést. Természet. 2012; 481: 71-75. [PubMed]
  42. K növény, Pelkey ​​KA, Bortolotto ZA, Morita D, Terashima A, McBain CJ, Collingridge GL, Isaac JT. A natív GluR2-hiányzó AMPA-receptorok átmeneti beépülése a hippokampális hosszú távú potencírozás során. Nat Neurosci. 2006; 9: 602-604. [PubMed]
  43. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. A napi cukorpótlás ismételten a dopamin felszabadul az accumbens héjban. Neuroscience. 2005; 134: 737-744. [PubMed]
  44. Roche KW, O'Brien RJ, Mammen AL, Bernhardt J, Huganir RL. Az AMPA receptor GluR1 alegységének több foszforilációs helyének jellemzése. Idegsejt. 1996; 16: 1179-1188. [PubMed]
  45. Rumpel S, LeDoux J, Zador A, Malinow R. Postsynaptikus receptorok kereskedelme az asszociatív tanulás egyik formája. Tudomány. 2005; 308: 83-88. [PubMed]
  46. Sainz E, Korley JN, Battey JF, Sullivan SL. A feltételezett íz-receptorok T1R családjának új tagjának azonosítása. Journal of neurochemistry. 2001; 77: 896-903. [PubMed]
  47. Serulle Y, Zhang S, Ninan I, Puzzo D, McCarthy M, Khatri L, Arancio O, Ziff EB. A GluR1-cGKII kölcsönhatás szabályozza az AMPA receptorok kereskedelmét. Idegsejt. 2007; 56: 670-688. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  48. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia jutalomhálózat: mikrocirkuláris. Neuropszichofarmakológia: az American College of Neuropsychopharmacology hivatalos kiadása. 2010; 35: 27-47. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  49. Smith GP. Az Accumbens dopamin közvetíti az oroszenzoros stimulációnak a szacharóz által okozott előnyös hatását. Étvágy. 2004; 43: 11-13. [PubMed]
  50. Smith WB, Starck SR, Roberts RW, Schuman EM. A lokális fehérjeszintézis dopaminerg stimulációja fokozza a GluR1 és a szinaptikus transzmisszió expresszióját a hippokampális neuronokban. Idegsejt. 2005; 45: 765-779. [PubMed]
  51. Nap X, Milovanovic M, Zhao Y, Wolf ME. Az akut és krónikus dopamin receptor stimuláció modulálja az AMPA receptor kereskedelmet a prefrontális kéreg neuronokkal termesztett sejtmagokban. Az idegtudományi folyóirat: a Neurotudományi Társaság hivatalos lapja. 2008; 28: 4216-4230. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  52. Sun X, Zhao Y, Wolf ME. A dopamin receptor stimuláció modulálja az AMPA receptor szinaptikus behelyezését a prefrontális kéreg neuronokba. J Neurosci. 2005; 25: 7342-7351. [PubMed]
  53. Thomas MJ, Beurrier C, Bonci A, Malenka RC. A nukleáris accumbens hosszú távú depressziója: a viselkedésérzékenyítés kokainra gyakorolt ​​neurális korrelációja. Nat Neurosci. 2001; 4: 1217-1223. [PubMed]
  54. Hibátlan MA, Whistler JL, Malenka RC, Bonci A. Egyszeri kokain-expozíció in vivo hosszú távú potencírozást vált ki a dopamin neuronokban. Természet. 2001; 411: 583-587. [PubMed]
  55. Whitlock JR, Heynen AJ, Shuler MG, Bear MF. A tanulás a hippocampus hosszú távú potenciálját idézi elő. Tudomány. 2006; 313: 1093-1097. [PubMed]