Trendek Neurosci. Szerzői kézirat; elérhető a PMC 2011 június 1-ben.
Trendek Neurosci. 2010 június; 33(6):-267 276.
Megjelent online 2010 március 5. doi: 10.1016 / j.tins.2010.02.002
Scott J. Russo,1,* David M. Dietz,1 Dani Dumitriu,1 Robert C. Malenka,2 és a Eric J. Nestler1
Absztrakt
A függőséget okozó gyógyszerek több idegsejt-típusnak az agy limbikus régióiban tartós szerkezetátalakítását okozzák, amelyekről úgy gondolják, hogy felelősek a hosszú távú viselkedési plaszticitás-vezetési függőségért. Bár ezek a szerkezeti változások jól dokumentáltak a nukleáris accumbens közepes tüskés neuronokban, kevés az ismert molekuláris mechanizmusokról. Továbbá nem világos, hogy a szerkezeti plaszticitás és a szinaptikus együttesek addiktív viselkedést eredményeznek-e, vagy tükrözik-e azokat a homeosztatikus kompenzációkat, amelyek önmagukban nem függnek a függőségtől. Itt tárgyaljuk a legutóbbi paradox adatokat, amelyek vagy támogatják, vagy ellenzik azt a hipotézist, hogy a kábítószer-indukált dendritikus gerinc változások addiktív viselkedést váltanak ki. Meghatározzuk azokat a területeket, ahol a jövőbeni vizsgálat részletesebb képet adhat a kábítószer-indukált szinaptikus átszervezésről, beleértve az ultrastrukturális, elektrofiziológiai és viselkedési vizsgálatokat is.
Bevezetés
A kábítószer-függőséget a viselkedés hosszú távú változása jellemzi, például a vágy és a visszaesés. Ezekkel a stabil viselkedési rendellenességekkel korrelálva számos idegsejt-típus tartós szerkezetátalakítása az agy limbikus régióiban. A szerkezeti plaszticitás két általános típusát figyelték meg: a sejttestek méretének változása [1] és a dendritikus arborizációk vagy a gerinc morfológiája [2]. Az utóbbi vonatkozásában az addiktív anyag osztályától, a gyógyszeradagolási paradigma jellegétől (pl. Kísérletező és önadagolás), valamint a vizsgált neuronális sejttípustól függően a visszaélés drogjai megváltoztathatják a dendritikus elágazás összetettségét, valamint a dendritikus gerincek száma és mérete a neuronokban több agyi régióban (Táblázat 1). A korrelatív bizonyítékok arra utalnak, hogy bizonyos morfológiai változások az addiktív viselkedések fontos közvetítői. Például a morfin és a kokain megváltoztatják a dendritikus tüskék sűrűségét közepes tüskés neuronokon (MSN) a nukleáris accumbensben (NAc), amely a legfontosabb agy jutalmi régió, nagyobb mértékben az állatoknak önállóan beadott állatoknál, összehasonlítva az állatokkal, amelyeket kábítószerként adtak be arra utal, hogy a vágy fontos lehet a plaszticitás kulcsfontosságú aspektusaira nézve (3]). Ezenkívül a kokain által kiváltott NAc dendritikus struktúrában bekövetkező változások szorosan korrelálnak a viselkedési érzékenység kialakulásával [4]: az érzékenyítést kiváltó dózisok és gyógyszeradagolási paradigmák megbízhatóan növelik a dendritikus tüskéket és az elágazást. Ennek ellenére a strukturális plaszticitás viselkedési jelentősége még mindig bizonytalan. Számos, a vírus által közvetített géntranszferrel és más módszerrel végzett, az MSN-ek dendritikus szerkezetének dendritikus szerkezetében bekövetkező változások viselkedési relevanciájának és molekuláris alapjainak jobb megértését célzó tanulmányok ellentmondásos eredményeket hoztak létre, két kézirattal, amelyek alátámasztják, hogy a kokain által kiváltott dendritikus gerinc növekedés a sűrűség közvetíti a viselkedési érzékenységet, és két másik, ezzel szemben ellentétes [5-8]. Ebben a felülvizsgálatban megvitatjuk a jelenlegi paradox kísérleti adatokat, és megfogalmazzuk a jövőbeni vizsgálatokat. A legfontosabb témákat részletezzük, kezdve a kábítószer-indukált szerkezeti plaszticitást közvetítő drogok által kiváltott szinaptikus plaszticitás típusaitól, valamint a gerincmorfometria részletesebb megvitatásához és az aktin reorganizáció függőségi függőségéhez.
Az opiát és a stimuláns gyógyszerek által okozott strukturális plaszticitás
A dendritek gyógyszer által indukált szerkezeti plaszticitását először az 1997-ben írták le.3, 9, 10]). Azóta számos laboratórium kimutatta, hogy szinte minden bántalmazó gyógyszer krónikus beadása strukturális plaszticitást idéz elő az agy jutalmi áramkörében. Ezek a tanulmányok korreláltak a specifikus agyi régiók strukturális változásaival a függőséghez kapcsolódó viselkedési fenotípusokkal. Robinson és munkatársai eredeti jelentései óta (áttekintve [3]), sok kutató hozzáadta ezt a növekvő szakirodalmat, és finomabb és drogosztály-specifikus hatásokat fedezett fel a neuronális morfológiára. Például az opiátok és a stimulánsok az ellenkező irányban szabályozzák a szerkezeti plaszticitást. Az opiátok csökkentik a dendritikus gerincek számát és összetettségét a NAc MSN-eken, a mediális prefrontális kéregben (mPFC) és a hippocampus piramis neuronokban, valamint csökkentik a ventrális tegmentális terület (VTA) dopaminerg neuronok szoma méretét [1, 3, 11, 12]. A mai napig egyetlen kivétel van ezekre az eredményekre: a krónikus morfin növeli a gerinc számát az orbitofrontális kéreg (oPFC) piramis neuronokban [13]. Az opiátokkal ellentétben az olyan stimulánsok, mint a kokain, az amfetamin és a metilfenidát, folyamatosan növelik a NAc MSN-ek, a VTA dopaminerg neuronok és az mPFC-piramis neuronok dendritikus komplexitását és gerincsűrűségét [2, 8, 14-17]. Viselkedési szempontból a morfin csökkenti a gerincsűrűséget és a dendritikus komplexitást, függetlenül attól, hogy folyamatosan alkalmazzuk-e toleranciát és függőséget, vagy időnként maximalizáljuk a szenzitizációt, míg a gerincsűrűséget és a komplexitást növelő stimuláns paradigmák naponta többször alkalmanként adagolják egymást. a gyógyszer gyógyszert szenzibilizáló hatású [3, 9].
Az ellentétes morfológiai változások az agyi jutalmakban az opiátok és a stimulánsok között paradox módon alakulnak ki, mivel a két gyógyszer nagyon hasonló viselkedési fenotípusokat okoz. Az opiátok és a stimulánsok mind mozgásszervi aktiválást váltanak ki akutan, mind a mozgásban, valamint a krónikus érzékenységet [9]. Mindkettő a gyógyszer önadagolásának eszkalációjának hasonló mintáit, valamint negatív érzelmi állapotot (dysphoria) vált ki a kivonás során [18]. Tehát, ha az opiátok és stimulánsok által kiváltott ellentétes morfológiai változások fontos függőségi közvetítők, vagy kétirányú tulajdonságokkal kell rendelkezniük, ahol az alapvonalról való változás mindkét irányban ugyanazt a viselkedési fenotípust eredményezi, vagy kulcsfontosságú információk vannak a szinaptikus funkcióval kapcsolatban, amelyek a dendritikus gerincsűrűség bruttó változásainak mérésével nem kerülnek rögzítésre, mivel ezt kompenzálhatja a szinaptikus erő változása, amely a teljes szinaptikus bemenetet neuron konstansban tartja [19]. Például az alkohol csökkenti a neuronális komplexitást és a sűrűséget, miközben megszilárdítja a már létező szinapszisokat [20], és lehet, hogy az opiátok és a stimulánsok hasonló hatást fejtenek ki a posztszinaptikus sűrűség (PSD) méretére, ami ugyanazt a nettó változást eredményezi a szinaptikus hatékonyságban. Nem világos, hogy az opiátok vagy stimulánsok krónikus expozíciója hasonló elektrofiziológiai változásokat eredményez-e a NAc szinapszisokban, amint az várhatóan a függő fenotípus közös jellemzői miatt várható. Végül azt is figyelembe kell vennünk, hogy a szinaptikus szám és a hatékonyság egy agyterületen bekövetkező változása az agyi területekkel való kapcsolatok erősödését vagy gyengülését eredményezheti, és az addiktív viselkedés különböző aspektusait vezetheti [21-23].
A gyógyszer által indukált szerkezeti plaszticitás neurofiziológiai jelentősége
A dendritikus gerincváltozások hippocampusban és agykéregben való relevanciájának alapkutatásai azt mutatják, hogy az egyes tüskék mérete és alakja korrelál a szinaptikus plaszticitás formáival, mint a hosszú távú potencírozás (LTP) és a hosszú távú depresszió (LTD) [24, 25]. Úgy véljük, hogy egy átmeneti, éretlen gerinc stabilabb, funkcionális gerincbe történő stabilizálódása egy aktivitásfüggő mechanizmuson keresztül történik (áttekintve [26]). A LTD-t kiváltó stimulációs protokollok a tüskék zsugorodásához vagy visszahúzódásához kapcsolódnak [27-29], míg az LTP indukciója új tüskék kialakulásához és a meglévő tüskék bővítéséhez kapcsolódik [27, 28, 30]. Molekuláris szinten úgy gondoljuk, hogy az LTP és a LTD a jelátviteli útvonalak változásait, valamint a citoszkeletális fehérjék szintézisét és lokalizálását kezdeményezi, amelyek megváltoztatják az aktin polimerizációját, hogy befolyásolja a gerinc érését és stabilitását, és amelyek vagy az α-amino-3-t rögzítik vagy internalizálják. -hidroxil-5-metil-4-izoxazol-propionát (AMPA) glutamátreceptorok egy funkcionális gerinc (LTP) vagy egy meglévő gerinc (LTD) visszahúzásához [24, 26]. Stabilizálás után a tüskék gomba alakúak, nagyobb posztszinaptikus sűrűségűek [31], az AMPA receptorok felszíni expressziójának növekedését mutatják, és hónapokig fennmaradnak [29, 32]. Ezek a változások rendkívül stabil sejtes eseményt tükröznek, amely valószínűleg magyarázatot ad a függőséggel kapcsolatos bizonyos hosszú távú viselkedési változásokra.
A függőségi modellekben végzett közelmúltban végzett munka valóban változásokat mutatott az NAc MSN-ekben, amelyek a függőségi folyamat során nagyon időfüggőek és folyékonyak (ábra 1). A legutóbbi időpontokban az utolsó kokain-expozíció után a vékony (erősen műanyag) tüskék és a szinaptikus depresszió növekszik [33, 34], amely a csendes szinapszisok megnövekedett mennyiségét képviseli [35, 36]. A csendes szinapszisok N-metil-D-aszpartát (NMDA) glutamát receptorokat tartalmaznak, de kevés vagy nincs AMPA receptor, viszonylag stabil NMDA receptor által közvetített excitációs posztszinaptikus áramok, és ideális szubsztrátja az LTP-nek [36, 37]. Röviddel a kokain-kezelés után az NAc ilyen csendes szinapszisai úgy tűnik, hogy az NR2B-tartalmú NMDA-receptorok nagyobb arányát fejezik ki [35] egy olyan megállapítás, amely megegyezik a szinapszisokkal, hogy meglehetősen új és éretlen [38, 39]. A kokain visszavonása során ezek a közelmúltban kialakult tüskék rendkívül átmenetinek tűnnek, és visszahúzódhatnak vagy konszolidálódhatnak gomba alakú tüskékbe [33] olyan esemény, amely a GluR2-hiányzó AMPA-receptorok felszíni expressziójának növekedésével jár, és ezeknek a glutamatergikus szinapszisoknak a potenzációja [40-42]. (GluR2-hiányzó AMPA-receptorok nagyobb Ca-t mutatnak2+ és a teljes vezetőképesség a GluR2-tartalmú AMPA-receptorokhoz viszonyítva.) Viselkedésszerűen a kokain vágy inkubálása látható a kokain önadagolásából való kilépéskor; ezt a kokainkeresés fokozatos és fokozatos növekedése és a relapszusra való hajlam jellemzi, amely a szinaptikus AMPA-receptorok sztöchiometriai változásait igényli [42, 43]. A vírus által közvetített génátvitelt alkalmazó viselkedési vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy az AMPA GluR1 alegység túlzott expressziója paradox módon csökkenti a kokainra gyakorolt viselkedési érzékenységet, kiemelve a további kutatás szükségességét ezen a területen [44]. További bizonyítékok azt mutatják, hogy az 14 vagy 30 elvonási napok után a kokain ismételt expozíciója csökkentette a gerincfej átmérőjét [33], az AMPA receptorok felületi expressziójának csökkenése [40] és a szinapszisok erejének depressziója [45]. A szinapszis szerkezetének és összetételének ezen átmeneti változásai során az aktin polimerizációhoz szükséges RhoGTPáz jelzőfehérjék aktivitásában is jelentős változások következnek be, ami hatással lehet a gerinc szerkezetátalakítására [46]. Ezek az adatok a gerincfej szerkezete, az NAc MSN-ek elektrofiziológiai tulajdonságai és a függőséggel kapcsolatos viselkedés komplex kölcsönhatására utalnak. Tekintettel arra, hogy sok szinaptikus fehérje szabályozhatja ezeket az eseményeket, fontos, hogy azonosítsuk a szabályozásukban részt vevő pontos molekuláris hálózatokat.
Az opiát és a stimuláns által indukált szerkezeti plaszticitás mechanizmusai
A függőségi modellekben a szerkezeti plaszticitás funkcionális relevanciája bonyolult, amint azt korábban megjegyeztük, hogy a morfin és a kokain ellentétes hatással van az MSN gerincsűrűségére. Ezen túlmenően kevés a közvetlen kábítószer-cselekvés közvetlen vizsgálata, hogy magyarázza ezt a kettősséget a szerkezeti plaszticitásban. Míg a pszichostimuláns beadás után a génexpresszió változásait vizsgálva számos nagyszabású microarray vizsgálat készült, az opiátokhoz viszonylag kevés ilyen információ áll rendelkezésre. Továbbá a morfinra vagy a kokainra adott válaszként a génexpresszió változásainak vizsgálata széles körben eltérő időpontokat, kezelési sémákat és dózisokat használt, így a közvetlen összehasonlítás lehetetlenné vált. Ezek ellenére nyilvánvaló, hogy az ópiát és a stimuláns hatóanyagok visszaélések számos gént szabályoznak, amelyek a citoszkeleton szabályozó fehérjéket kódolják. Például a NAc-ben a morfin csökkenti a Homer 1 és a PSD95 [47] a posztszinaptikus citoszkeletonhoz kapcsolódó állványfehérjék. Érdekes módon a kokain hasonlóan csökkenti ezeket a fehérjéket a NAc-ben [48-51]. Továbbá, a morfin csökkenti az RhoA, Rac1 és a Cdc42, az aktin citoszkeletont szabályozó kis GTPázokat (lásd alább) [47]. Ezeknek a GTPázoknak a aktivitása és a lefelé irányuló célpontok a kokain hatására is csökkennek [52]. Ezeket a vizsgálatokat nem arra tervezték, hogy közvetlenül összehasonlítsák a struktúrához kapcsolódó gének morfin- és kokainszabályozását, de mindkét hatóanyag számos hasonló változást váltott ki, annak ellenére, hogy a NAc MSN-ek dendritikus gerincjei ellentétes szabályozása ellenére. Ez arra utal, hogy ennek az útvonalnak a szabályozása a plaszticitás kezdeményezőjeként szolgálhat; azonban nem magyarázza az opiát- és a stimuláns által indukált szerkezeti plaszticitás kettősségét.
Az a tény, hogy az opiátok és a stimulánsok hasonlóan számos citoszkeleton szabályozó gént indukálnak, hasonló transzkripciós szabályozók aktiválásához vezethetnek, beleértve a transzkripciós faktorokat, az AFosB és a ciklikus AMP válaszelem kötő fehérjét (CREB) a NAc-ben [53-56] (ábra 2). A ΔFosB-t a NAc-ben a kábítószerek minden osztálya indukálja [57] és fokozza a morfin és a kokain jutalmazó hatását [58, 59]. Úgy tűnik, hogy az AFosB nagyjából 25% -ot képvisel a krónikus kokain által a NAc-ben szabályozott összes génből, beleértve a szinaptikus plaszticitással kapcsolatos számos gént, mint például a cofilin, az aktinhoz kapcsolódó fehérje-4 (ARP4) és az aktivitás által szabályozott citoszkeletális fehérje (Arc) [58, 60]. Továbbá, az ΔFosB egyaránt szükséges és elegendő a kokain által kiváltott dendritikus gerincsűrűség változásához [7]. Ha azonban mind a morfin, mind a kokain ΔFosB-t indukál, és az AFosB a fokozott spinogenezis kulcsfontosságú közvetítője, miért csökkenti a krónikus morfin NAc MSN gerincsűrűségét? Az egyik lehetőség az, hogy az AFosB a morfin és a kokain beadása összefüggésében szabályozza a gének részben eltérő részhalmazait, attól függően, hogy milyen más transzkripciós változások vannak, vagy hogy a morfin más adaptációkat indukál az NAc neuronokban, amelyek felülírják az AFosB jelet, amely egyedül stimulálja a spinogenezist. További és további vizsgálatokra van szükség ezeknek az alternatív magyarázatoknak a megoldásához.
Az ΔFosB-vel ellentétben a CREB szerepe a gyógyszer által indukált szerkezeti plaszticitásban sokkal hipotetikusabb. Annak ellenére, hogy a CREB indukálta a NAc-t, a tolerancia és a morfin és a kokain jutalom függőségét közvetíti (felülvizsgálták a [61]) kevés adat vizsgálja, hogy a CREB a kábítószerrel való visszaélést követő strukturális változásokat közvetíti-e. Számos más agyterületen a CREB spinogenezist indukál [37, 62, 63] a transzkripciós célok által közvetített hatások, mint például az 2C (MEF2C) és agyi eredetű neurotrofikus faktor (BDNF), amelyek mindkettő szerepet játszanak a függőséggel kapcsolatos plaszticitásban [5, 64, 65]. A CREB is közvetítheti a plaszticitást mikroRNS, mir132 indukciójával, amely a közelmúltban kimutatták, hogy a hippokampális neuronok idegsejt-növekedését indukálja a kultúrában, részben a p250GAP [GTPase] szintjének csökkentésével.66]. Tekintettel arra, hogy a CREB szerepe más neurális áramkörökben a strukturális plaszticitásban jelentős, a CREB szerepének közvetlen vizsgálata a kábítószer-indukált szerkezeti plaszticitás közvetítésében a NAc-ben elsődleges prioritás. Itt van azonban olyan paradoxon, hogy az opiátok és a stimulánsok mind a CREB aktivitást indukálják a NAc-ben, ugyanakkor ellentétes hatást fejtenek ki a dendritikus szerkezetre.
A kokain által indukált szerkezeti plaszticitást közvetítő molekuláris mechanizmusok
1. A RhoGTPáz jelátviteli útvonalak szabályozzák a szerkezeti plaszticitást
Az aktin citoszkeleton szerkezeti változásait nagyrészt a kis GTPázok családja, nevezetesen Rho, 42 (Cdc42), Ras és Rac családja szabályozza. ábra 2). Ezeket a kis GTPázokat guanin nukleotidcserélő faktorok (GEF), például Ras-guanin nukleotid felszabadító faktor (RasGRF1 / 2), VAV, Kalirin 7 és Tiam1 aktiválják, amelyek mindegyike katalizálja a GTP cseréjét [67-71]. A GEF-eket számos extracelluláris jel aktiválja, beleértve az agyból származó neurotróf faktort (BDNF) egy tirozin receptor kináz (TRKB) mechanizmuson keresztül, a tumor növekedési faktor-B (TGF-B), a sejtadhéziós fehérjék (integrinek) és az NMDA glutamát receptorok révén keresztül. a Ca növekedése2+ és Ca aktiválása2+/ kalmodulin-függő protein kináz-II (CAMKII) [71-74]. A GTP kötődése aktiválja ezeket a GTP-ázokat, ami ezután az aktin-citoszkeleton downstream szabályozóinak aktiválódásához vezet, beleértve a lim-domén kinázt (LIMK), a Wiskott-Aldrich-szindrómákat (WASP-k), az ARP-t és a WASP-család verprolin homológjait (WAVE) [75-77]. Azonban a részletes molekuláris lépések, amelyeken keresztül ezeket a különböző fehérjéket extracelluláris jelek szabályozzák, és viszont az olyan mechanizmusok, amelyek szabályozzák az egyes dendrites tüskék létrehozását, visszahúzódását vagy átalakítását, még mindig rosszul értik.
A közelmúltban ezeket a kis GTPázokat és GEF aktivátoraikat vizsgálták a gyógyszer által indukált szerkezeti plaszticitásban játszott szerepük szempontjából. A GEF Ras-GRF1-et nem tartalmazó egerek gyengített érzékenységet mutatnak a kokainra, míg a konstitutív túlzott expresszió az agyban fokozza a gyógyszer szenzitizálódását és jutalmazását [78]. Továbbá úgy tűnik, hogy a Ras-GRF1 közvetíti az ΔFosB expresszióját [78], amint azt korábban megjegyeztük, elősegíti a spinogenezist NAc MSN-eken [6, 7] Érdekes módon a krónikus kokain a közelmúltban kimutatta, hogy csökkenti a GTP-vel kötődő RhoA szintjét, feltehetően a downstream aktin-elválasztó molekulák, például a LIMK és a cofilin [] csökkenéséhez vezet.52].
A kis GTPázok aktív formáját GTPáz-aktiváló fehérjék (GAP) végzik, amelyek fokozzák a GTP hidrolízisét, és így negatív szabályozóként hatnak a RhoGTPázokra. Bár a GAP-ok függőségében betöltött szerepéről sokkal kevésbé ismert, az egyik vizsgálat kimutatta, hogy a RhoGAP18B mutációi megváltoztatják az etanol, a nikotin és a kokain megváltozott érzékenységét. Drosophila [79]. Ezek az eredmények rávilágítanak arra, hogy sok jövőbeli kutatásra van szükség, hogy meghatározzuk a RhoGTPázok és szabályozó fehérjék szabályozását kokain vagy más addiktív gyógyszerek hatására.
2. A szerkezeti plaszticitás transzkripciós szabályozói
Bár a pontos molekuláris lépések, amelyek révén az AFosB közvetíti a kokain által indukált gerincsűrűség változásait a NAc MSN-eken, még nem ismertek, számos újabb tanulmány jellemezte az osFosB-től lefelé irányuló jelöltgéneket, amelyek valószínűleg részt vesznek a szinaptikus átalakításban (lásd ábra 2). A genom-kiterjedt analízisek alapján az AFosB-nek kimutatták, hogy számos gént szabályoz, amelyekről ismert, hogy a spinogenezist közvetítik [58]. Az egyik ilyen cél a ciklinfüggő kináz 5 (Cdk5), amelyet a kokain a NAc-n keresztül ΔFosB-n keresztül indukál [80] és más rendszerekben ismertek a RhoGTPázok szabályozására. A Cdk5 lokális gátlása megakadályozza a kokain által kiváltott gerincproliferációt a NAc-ben [8]. A Cdk5 egyik célpontja a MEF2: a Cdk5 indukciója foszforilálja és gátolja a MEF2-et, ami viszont növeli a dendritikus gerinceket a NAc MSN-eken [5]. A MEF2 aktivitásának visszaszorítása a kokain hatására lehetővé teszi a citoszkeletonhoz kapcsolódó gének, az N-WASP és a WAVE-k transzkripcióját, amelyek feltételezett MEF kötőhelyei vannak a proximális promoter régióikban. Bizonyíték van arra is, hogy az egyik WAVE fehérje, a WAVE1, szabályozza a gerinc morphogenezist Cdk5-függő módon [81, 82]. Így a Cdk5 indukciója krónikus kokain révén ΔFosB-n keresztül vezethet a WAVE aktivitás szabályozásához, míg a MEF2 szabályozhatja expressziós szintjét, hogy közvetítse a hosszabb távú függőségi változásokat. Funkcionális szempontból a Cdk5 gátlása, vagy a MEF2 aktiválása, amelyek mindkettő paradox módon ellenezné a kokain hatásait a NAc dendritikus gerincére. fokozza viselkedési válaszok a kokainra [5, 83, 84]. Ezek a váratlan eredmények arra utalnak, hogy a teljes gerincsűrűség bruttó változása nem feltétlenül vezet szenzitizált gyógyszerválaszokhoz önmagában, hanem a „homeosztatikus adaptációk” eredménye, hogy kompenzálja a krónikus kokain expozíció által okozott egyéb változásokat, például a glutamaterg stimuláció csökkenését. az MSN-ek prefrontális kortikális afferensei [34, 85].
Egy későbbi vizsgálatban egy másik transzkripciós faktort, a nukleáris faktor κB-t (NFκB) vizsgáltunk. Azt tapasztaltuk, hogy a kokain NFkB-aktivitást indukál NAc-ben, és az NFκB aktiválódása szükséges a kokain által kiváltott dendritikus gerincképzéshez az MSN-eken [6]. A Cdk5-MEF2 útvonalhoz hasonlóan az AFosB szükséges az NFκB alegységek kokainindukciójához, jelezve, hogy az AFosB szabályozza a nagyobb gén expressziós programot, amely végül a NAc MSN-ek spinogeneziséhez vezet. Érdekes módon azt is megállapítottuk, hogy az NFκB útvonal gátlása gátolta a kokainra adott viselkedési válaszokat, összhangban a területen tapasztalható feltételezéssel, hogy a kokain által indukált gerincsűrűség növekedése közvetíti a viselkedési érzékenységet [6].
A paradicsombeli különbségek a Cdk5-MEF2 viselkedési hatásai között vs az NFkB hatásai ellenére, hogy mindkét útvonal indukciója ΔFosB-n keresztül közvetül, és növeli a dendritikus gerincsűrűséget, kiemeli ezen intracelluláris utak összetettségét és a jövőbeli kutatások fontosságát. Hipotézisünk az, hogy a kokain nettó hatása a NAc gerincsűrűség ΔFosB-n keresztül történő indukálása több downstream célponton keresztül (pl. NFKB, Cdk5-MEF2, sok más), és a nettó következmény a kokainra adott érzékenyített viselkedési válasz. Ugyanakkor azonban a Cdk5-MEF2-hez hasonló egyéni célút különálló viselkedési hatásokat idézhet elő saját különféle lefelé irányuló molekuláris következményei révén. Ezért döntő fontosságú, hogy a jövőbeli tanulmányok során a sok kokain- és ΔFosB-célponthoz tartozó molekuláris utak lefelé kerüljenek, hogy betekintést nyerjenek a kokain által kiváltott spinogenezis egyes útvonalaira és megváltoztatták a kokainra adott viselkedési válaszokat. Ezek az ellentmondásos eredmények magyarázhatók a transzgenikus és knockout egerekkel vagy vírusos túlzott expressziós rendszerekkel kapcsolatos összefüggésekkel. Ezek a modellek, amelyek kritikusak a szerkezeti plaszticitásban részt vevő molekuláris útvonalak tanulmányozásában, a célzott génhatásokat eredményezhetik és géntermékeket indukálhatnak a hatóanyag-expozíció után tapasztalt szinteken. Végül fel kell ismernünk, hogy a teljes dendritikus gerinc számának mérésével elveszítjük az alapvető információkat arról, hogy ezek a gerincek aktív szinapszisokat képeznek-e, és ezáltal megváltoztatják az információáramlást az áramkörön keresztül. Ezeket a figyelmeztetéseket szem előtt tartva, a jövőbeni tanulmányokra van szükség a gerincszerkezet és összetétel részletesebb változásainak és azok preszinaptikus bemeneteinek vizsgálatához (Box 1), valamint ezen molekuláris manipulációk elektrofiziológiai következményei a kábítószer-indukált gerinc és szinaptikus plaszticitás összefüggésében (Box 2).
3. A szerkezeti plaszticitás sejt-típusú specifitása
Az NAc MSN-ek két fő altípusban léteznek, amelyek elsősorban Drd1 vagy Drd2 dopamin receptorokat tartalmaznak. A receptorok alatti intracelluláris utak nagymértékben különböznek egymástól, így a neuronális szerkezetet szabályozó molekuláris útvonalak ennek megfelelően eltérhetnek. Bár a dendritikus tüskék indukciója a pszichostimulánsokkal való ismételt kezelés után mind a Drd1-, mind a Drd2-expresszáló MSN-ekben fordul elő, az új tüskék hosszú távú stabilitása a Drd1 neuronokban nagyobbnak tűnik. Ezek a megfigyelések alátámasztják azt az elképzelést, hogy a Drd1 alatti intracelluláris jelátviteli utak a gerincek hosszabb távú stabilizációját közvetíthetik, mint a Drd2 neuronokban [17, 86]. Valójában a Dend1-tartalmú MSN-ekben a megnövekedett dendritikus tüskék tartóssága nagymértékben korrelál a ΔFosB folyamatos indukciójával a Drd1 MSN-ekben és a krónikus drog expozícióra érzékenyített viselkedési válasz [87, 88]. Így lehetséges, hogy a morfin és a kokain a Drd1 és a Drd2 MSN-ekben szabályozzák a különböző intracelluláris kaszkádokat. Ezért kulcsfontosságú kérdés, hogy a különböző bántalmazási gyógyszerek differenciáltan szabályozzák-e a neuronális struktúrát a génexpresszió szelektív szabályozása révén ezekben a különálló NAc MSN-ekben. Ez kulcsfontosságú szempont, mivel ezek a két populáció a NAc függvény különálló aspektusaihoz kapcsolódnak, még mindig hiányosan definiálva, beleértve a kokain viselkedési hatásainak különböző hozzájárulását. Például a Drd32-től származó DNNXX kDa (DARPP-32) dopamin és cAMP-szabályozott foszfoprotein szelektív kiütése a Drd1 sejtekkel szemben ellentétes hatást gyakorol a kokain által kiváltott mozgásra [89]. Továbbá, a Drd1 neuronok glükokortikoid receptorának szelektív kiütése csökkentette a kokain motivációját és elnyomta a beviteleket széles dózistartományban [90]. A Drd1 és a Drd2 MSN-ekben a molekuláris változások érzékelésére szolgáló érzékenyebb módszerek alkalmazásának képességeBox 1) segít abban, hogy megértsük, hogy ezekben a neuronális sejttípusokban előforduló molekuláris változások különféle változásokhoz vezethetnek a neuronális struktúrában a kábítószerek különböző csoportjaira adott válaszként, és hogyan befolyásolják ezek a változások az addiktív viselkedést.
Következtetések
A kábítószer-indukált szerkezeti plaszticitás az addiktív modellekhez kapcsolódóan ismétlődő és tartós változások közé tartozik. Számos korrelációs vizsgálat és néhány funkcionális tanulmány meggyőző bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy ezek a neuroadaptációk kritikus szerepet játszanak a kokainnal szembeni viselkedési szenzibilizáció közvetítésében. Ugyanakkor számos funkcionális jelentés is állítja, hogy a gyógyszer által indukált gerincplaszticitás egy olyan epi-jelenség, amely nem kapcsolódik a szenzibilizációhoz. Nyilvánvaló, hogy több munkára van szükség ahhoz, hogy teljes mértékben megértsük a szinaptikus és strukturális plaszticitás szerepét az addiktív viselkedésben. Ebben a szakaszban korai előre vitatkozni mindkét oldalon, mivel a legtöbb publikált tanulmány a teljes dendritikus gerincsűrűség mérésére támaszkodik, figyelmen kívül hagyva a gerincplaszticitás számos jellemzőjét (lásd Box 1). A felülvizsgálat során vázoltuk azokat a kulcsfontosságú területeket, amelyekre a jövőbeni vizsgálatokat összefoglaljuk Táblázat 2, amelyek szükségesek a paradox kísérleti adatok tisztázásához, és segítenek magyarázni a dendritikus gerincplaszticitás szerepét a függőségben. A többfunkciós és elektronmikroszkóppal végzett jövőbeni vizsgálatokra szükség lesz az opiát és a stimuláns gyógyszerek hatásának összehasonlítására az ingerlő szinapszisok részletes szerkezeti tulajdonságaira, mint például a dokkolt és a tartalék medence preszinaptikus vezikulák száma, a PSD és az aktív zóna hossza, és a gerinc fejsűrűség és térfogat. Ez segít megválaszolni azt a kérdést, hogy a morfin és a kokain után a teljes dendritikus gerincsűrűségben megfigyelt paradox különbségek valóban tükrözik-e a szinapszisszám és az erősség különbségeit. Emellett számos elektrofiziológiai változás átmeneti jellegéből adódóan sokkal részletesebb információkra van szükségünk a dendritikus plaszticitás, az LTD / LTP, valamint az opiátok és stimulánsok által indukált glutamát receptorok behelyezésére vagy internalizálására vonatkozóan, amelyek tükrözhetik a specifikus viselkedési jellemzőket. függőség. Az ok-okozati összefüggések megállapításához meg kell határoznunk, hogy ezek a funkcionális és strukturális változások hogyan befolyásolják az addiktív-viselkedést. Ez az utolsó pont különösen fontos, és számos technikát integrálni kell. Először egy molekuláris útvonalat azonosítanak úgy, hogy azokat kábítószerekkel szabályozzák, és a későbbi célgéneket, amelyek bármilyen releváns szerkezeti plaszticitással kapcsolatos génre vannak profilozva. Ezután vírus által közvetített génátvitel, shRNS-ek expressziója vagy indukálható genetikai mutáns egerek alkalmazásával ezeknek a molekuláris útvonalaknak a manipulálásához a krónikus gyógyszeradagolás utáni elektrofiziológiai, szerkezeti és viselkedési változásokban meghatározhatók azok specifikus szerepe. Végül mindezeket a vizsgálatokat sejt-típusú és agyi régióspecifikus alapon kell figyelembe venni az agy patológiájának a függőségben való pontos mechanizmusainak értelmes megértéséhez.
Köszönetnyilvánítás
A felülvizsgálat előkészítését a Nemzeti Kábítószer-ellenes Intézet támogatásai támogatták
Szószedet Feltételek listája
- A függőséggel kapcsolatos magatartás
- Ezt leggyakrabban gyógyszer-önadagolási paradigmák alkalmazásával tanulmányozzák, beleértve az önadagolás, a kivonás és a kihalás megszerzését és fenntartását, valamint a visszaállítás (visszaesés)
- Stimuláló kezelés
- Ez magában foglalja a kísérleti vagy önmagában beadott kokain-amfetamint vagy nikotint adott dózisban és gyakorisággal egy adott időtartamra. Az állatokat ezután az utolsó hatóanyagdózis után különböző időpontokban elemezzük
- Opiátkezelési paradigmák
- Ez magában foglalja a kísérleti vagy önadagolt morfint, heroint vagy más opiát gyógyszereket, amelyek egy adott dózisban és gyakorisággal egy adott időtartam alatt visszaélnek. Az állatokat ezután az utolsó hatóanyagdózis után különböző időpontokban elemezzük
- Agy jutalom régiók
- Ezek közé tartoznak a középső agyi dopaminerg neuronok a ventrális tegmentális területen, és a limbikus régiók, amelyekhez ezek a neuronok képződnek, beleértve a nukleáris accumbens (ventrális striatum) amygdala, hippocampus és számos prefrontális kéreg régió (pl. Mediális, orbitofrontális stb.)
- Glutamát receptorok
- Az agyban a fő ionotróp glutamát receptorokat specifikus agonisták, a-amino-3-hidroxil-5-metil-4-izoxazol-propionát (AMPA) és N-metil-D-aszpartát (NMDA) nevezik.
- Dopamin receptor
- A dopamin receptorok két fő típusát expresszálják a nukleáris accumbensben, amelyek Drd1 vagy Drd2 receptorokat tartalmaznak, amelyek a poszt-receptor jelző mechanizmusaikban különböznek. A Drd1 receptorok Gs-kapcsoltak és stimulálják az adenilil-ciklázt, míg a Drd2-receptorok Gi / o-kapcsoltak és gátolják az adenilil-ciklázot, aktiválják a befelé korrigáló K-t.+ csatornákon, és megakadályozza a feszültséggel \ t2+ csatornákat. Mindkét receptor szabályozhatja az extracelluláris jelszabályozott kináz (ERK) kaszkádokat is
- RhoGTPases
- Ezek a kis G-fehérjék központi szerepet játszanak az aktin-citoszkelelton szabályozásában, hiszen a dendritikus gerincek növekedésének és visszahúzódásának szerves részét képezik. Ezeket guanin nukleotidcserélő faktorok (GEF) aktiválják, és GTPáz-aktiváló fehérjék (GAP-ok) gátolják őket.
- Transkripciós faktorok
- Ezek olyan fehérjék, amelyek specifikus DNS-szekvenciákhoz (válaszelemekhez) kötődnek a reakcióképes génekben, és ezáltal növelik vagy csökkentik azt a sebességet, amellyel ezek a gének átíródnak. A dendrites gerinceket szabályozó transzkripciós faktorok példái a következők: ΔFosB (Fos családfehérje), ciklikus AMP válaszelem kötő fehérje (CREB), nukleáris faktor κB (NFκB) és myocyte-fokozó faktor-2 (MEF2)
- Protein kinázok
- Számos protein-kináz, enzim, amely más fehérjéket foszforilál, hogy szabályozzák funkciójukat, szerepet játszottak a dendritikus gerincképzés szabályozásában, beleértve a Ca-t is.2+/ kalmodulin-függő protein kináz-II (CaMKII), ciklinfüggő kináz-5 (Cdk5), p21-aktivált kináz (PAK1) és lim domén kináz (LIMK), sok más
- Aktinhoz kapcsolódó fehérjék
- Az aktin-citoszkelont nagyszámú fehérje szabályozza, azonban mindegyik részletes szerepet játszik a gerinc elmozdulásában vagy visszahúzásában, vagy a gerinc méretének és alakjának megváltoztatásában. Példaként említhetők az aktinhoz kapcsolódó fehérjék (ARP-k), Wiskott-Aldrich-szindróma-fehérjék (WASP-k), WASP-család verprolin-homológok (WAVE-k) és cofilin, többek között
Lábjegyzetek
Kiadói nyilatkozat: Ez egy PDF-fájl egy nem szerkesztett kéziratból, amelyet közzétételre fogadtak el. Ügyfeleink szolgálataként a kézirat korai változatát nyújtjuk. A kéziratot másolják, megírják és felülvizsgálják a kapott bizonyítékot, mielőtt a végleges idézhető formában közzéteszik. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a gyártási folyamat során hibák észlelhetők, amelyek hatással lehetnek a tartalomra, és minden, a naplóra vonatkozó jogi nyilatkozat vonatkozik.
;