Pengalaman obat yang secara epigenetik merupakan faktor utama penginduksian gen Fosb dalam nukleus accumbens (2012)

KOMENTAR: Bukti bahwa deltafosb meninggalkan jejak lama setelah pemulihan dari kecanduan. Khususnya kecanduan menyebabkan perubahan epigenetik, yang menghasilkan induksi deltafosb yang jauh lebih cepat ketika kekambuhan terjadi. Ini menjelaskan bagaimana kekambuhan, bahkan setelah bertahun-tahun dapat dengan cepat meningkat ke keadaan kecanduan penuh.

J Neurosci. Naskah penulis; tersedia dalam PMC 2013 Januari 25.

J Neurosci. 2012 Juli 25; 32(30): 10267-10272.

doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1290-12.2012

Diane Damez-Werno,^1,^§ Quincey LaPlant,^1,^§ HaoSheng Sun,¹ Kimberly N. Scobie,¹ David M. Dietz,¹ Ian M. Walker,² Ja Wook Koo,¹ Vincent F. Vialou,¹ Ezekiell Mouzon,¹ Scott J. Russo,¹ dan Eric J. Nestler^1,^*

informasi penulis ► Informasi Hak Cipta dan Lisensi ►

Versi terakhir penerbit artikel ini tersedia gratis di J Neurosci

Lihat artikel lain di PMC itu mengutip artikel yang diterbitkan.

Abstrak

ΔFosB, a Fosb produk gen, diinduksi dalam nucleus accumbens (NAc) dan caudate putamen (CPu) dengan paparan berulang terhadap obat-obatan pelecehan seperti kokain. Induksi ini berkontribusi pada pola penyimpangan ekspresi gen dan kelainan perilaku yang terlihat dengan paparan obat berulang.

Di sini, kami menilai apakah riwayat yang jauh dari paparan obat pada tikus dapat mengubah daya tarik dari Fosb gen yang ditimbulkan oleh paparan kokain berikutnya. Kami menunjukkan bahwa pemberian kokain kronis yang sebelumnya, diikuti dengan penarikan yang lama, meningkatkan daya tarik Fosb dalam NAc sebagaimana dibuktikan dengan induksi akut ΔFosB mRNA yang lebih besar dan akumulasi protein ΔFosB yang lebih cepat setelah paparan berulang kokain. Tidak seperti itu Fosb Induksi diamati pada CPu, pada kenyataannya, induksi akut berikutnya dari osFosB mRNA ditekan dalam CPu.

Pola abnormal ini Fosb Ekspresi terkait dengan modifikasi kromatin di Fosb promotor gen. Sebelum pemberian kokain kronis menginduksi peningkatan RNA polimerase II (Pol II) yang tahan lama di Fosb promotor hanya dalam NAc, menunjukkan bahwa Pol II "mengulur" bilangan prima Fosb untuk induksi di wilayah ini setelah terpapar kembali dengan kokain. Tantangan kokain kemudian memicu pelepasan Pol II dari promotor gen, memungkinkan untuk lebih cepat Fosb transkripsi. Tantangan kokain juga mengurangi modifikasi histone represif di Fosb promotor di NAc, tetapi meningkatkan tanda represif tersebut dan mengurangi tanda pengaktifan dalam CPu.

Hasil ini memberikan wawasan baru ke dalam dinamika kromatin di Fosb promotor dan mengungkapkan mekanisme baru untuk prima Fosb induksi NAc setelah terpapar kembali dengan kokain.

Pengantar

Kecanduan narkoba ditandai oleh pencarian dan penggunaan obat kompulsif meskipun ada konsekuensi buruk yang parah (Kalivas et al., 2005; Hyman et al., 2006). Paparan obat kronis menyebabkan perubahan ekspresi gen yang menetap di ventral striatum (atau nucleus accumbens; NAc) dan striatum punggung (atau caudate putamen; CPu), struktur striatal yang terlibat dalam pemberian dan kecanduan obat. (Freeman et al., 2001; Robinson dan Kolb, 2004; Shaham dan Harapan, 2005; Labirin dan Nestler, 2011). ΔFosB, protein terpotong dan stabil yang dikodekan oleh gen segera-awal, Fosb, adalah faktor transkripsi yang ditandai dengan baik yang diinduksi dalam NAc dan CPu oleh paparan kronis terhadap hampir semua obat pelecehan, di mana ia memediasi respons perilaku yang peka terhadap pemberian obat berulang. (Nestler, 2008). Namun, apakah paparan kronis sebelumnya terhadap obat pelecehan mengubah induksi selanjutnya dari osFosB masih belum diketahui.

Kami berhipotesis baru-baru ini bahwa modifikasi kromatin dalam menanggapi paparan obat kronis dapat mengubah inducibilitas gen spesifik di daerah otak target (Robison dan Nestler, 2011). Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa penyalahgunaan obat-obatan setelah pemberian kronis mengubah struktur dan aksesibilitas transkripsi chromatin melalui berbagai jenis modifikasi, termasuk fosforilasi, asetilasi, dan metilasi ekor histone. Pekerjaan yang lebih baru dalam sistem kultur sel telah difokuskan pada perekrutan RNA polimerase II (Pol II) ke promotor gen "yang dapat diinduksi" sebelum ekspresi mereka, dengan Pol II terikat secara terus-menerus ke daerah promotor proksimal dan di sekitar lokasi awal transkripsi (TSS) ) dalam kondisi "macet" (Core dan Lis, 2008; Nechaev dan Adelman, 2008). Aktivasi Pol II yang macet kemudian dianggap bertanggung jawab atas pelariannya dari daerah promotor dan TSS dan transkripsi gen "prima" ini (Zeitlinger et al., 2007; Saha et al., 2011; Bataille et al., 2012).

Di sini, kami menunjukkan bahwa paparan kronis sebelumnya terhadap kokain, diikuti oleh periode penarikan yang panjang, mengubah ketidakmampuan untuk Fosb gen untuk pemberian kokain berikutnya, dengan NAc yang siap untuk induksi sedangkan CPu tidak. Kami kemudian mengidentifikasi tanda tangan kromatin yang berbeda di Fosb promotor gen dalam NAc dan CPu yang berhubungan dengan inducibilitas yang menyimpang dari Fosb gen, termasuk rekrutmen Pol II yang terhenti di Fosb promotor proksimal pada NAc hanya juga perubahan pada beberapa modifikasi histone yang diaktifkan atau represif di kedua daerah otak. Hasil ini memberikan wawasan baru tentang dinamika kromatin di Internet Fosb promotor gen dan menunjukkan untuk pertama kalinya suatu mekanisme dengan mana penghentian bilangan prima Pol II Fosb untuk aktivasi yang lebih besar dalam NAc setelah terpapar kembali dengan kokain.

Bahan dan Metode

hewan

Tikus Sprague Dawley jantan (250-275 g; Laboratorium Charles River), yang digunakan dalam semua percobaan, ditempatkan berpasangan di ruang yang dikendalikan iklim pada siklus cahaya / gelap 12 jam (lampu menyala di 7 AM) dengan akses ke makanan dan air ad libitum. Semua hewan disuntikkan dua kali sehari selama sepuluh hari dengan kokain (15 mg / kg, ip) atau saline (ip) di kandang rumah mereka. Eksperimen hewan disetujui oleh Komite Perawatan dan Penggunaan Hewan Institusional (IACUC) di Gunung Sinai.

Pengukuran alat gerak

Hewan dibiasakan di ruang lokomotor pada hari pertama selama 1 jam, dan kemudian dipantau untuk aktivitas lokomotor setelah injeksi saline menggunakan Photobeam Activity System (San Diego Instruments). Setelah pembiasaan 1 jam di ruang alat gerak setiap hari, kokain (15 mg / kg, ip) diberikan setiap hari selama hari 2 dan hewan dipantau lagi untuk aktivitas alat gerak selama 1 jam.

Imunohistokimia

Hewan diperfusikan 24 jam setelah paparan obat terakhir mereka. Ore Imunoreaktivitas FOSB / FosB terdeteksi seperti yang dijelaskan (Perrotti et al., 2004). Western blotting mengonfirmasi bahwa semua imunoreaktivitas ΔFosB / FosB seperti mengamati 24 jam atau lebih lama setelah injeksi kokain mencerminkan ΔFosB, dengan FosB yang tidak terdeteksi (tidak ditampilkan).

Isolasi RNA, transkripsi balik, dan PCR

Pukulan pengukur 12 bilateral dari NAc dan CPu dorsolateral / dorsomedial diperoleh seperti yang dijelaskan (Perrotti et al., 2004), dibekukan di atas es kering dan diproses sesuai dengan protokol yang diterbitkan (Covington et al., 2011). ΔFosB dan FosB mRNA diukur menggunakan kuantitatif PCR (qPCR) dengan isoform spesifik ΔFosB dan primer FosB (Alibhai et al., 2007). Levels Tingkat mRNA FosB dan FosB dinormalisasi ke tingkat mAPNA GAPDH, yang tidak terpengaruh oleh paparan kokain (tidak ditunjukkan).

Western blotting

Pukulan NAc dan CPu dikumpulkan seperti di atas dan diproses untuk Western blotting seperti yang dijelaskan (Covington et al., 2011), menggunakan antibodi terhadap ERK44 / 42 [sinyal ekstraseluler yang diatur kinase-44 / 42] dan phosphoERK44 / 42 (pERK), AKT [thymoma viral proto-oncogene] dan p-AKT, SRF (faktor respon serum), dan pSRF [cAMP elemen pengikat protein], dan pCREB. Jumlah protein yang dihancurkan pada setiap jalur dinormalisasi ke tingkat aktin atau tubulin, yang tidak terpengaruh oleh paparan kokain.

Chromatin imunopresipitasi (ChIP)

Pukulan NAc dan CPu yang baru dibedah disiapkan untuk ChIP seperti yang dijelaskan (Maze et al., 2010). Setiap kondisi eksperimental dianalisis dalam rangkap tiga dari kelompok hewan independen. Untuk setiap sampel ChIP, pukulan NAc dan CPu bilateral dikumpulkan dari lima tikus (pukulan 10). Antibodi yang digunakan untuk modifikasi histone spesifik sama dengan yang diterbitkan (Maze et al., 2010); antibodi terhadap Pol II terfosforilasi di Ser5 dari wilayah berulang domain karboksil (CTD) (Pol II-pSer5) diperoleh dari abcam 5131. Empat set primer ChIP dirancang untuk Fosb (Lazo et al., 1992; Mandelzys et al., 1997): 1F: GTACAGCGGAGGTCTGAAGG, 1R: GAGTGGGATATGAGATGCGAGT; 2F: CATCCCACTCGGCCATAG, 2R: CCACCGAAGACAGGTACTGAG; 3F: GCTGCCTTTAGCCAATCAAC, 3R: CCAGGTCCAAAGAAAGTCCTC; 4F: GGGTGTTTGTGTGTGAGTGG, 4R: AGAGGAGGCTGGACAGAACC. Tingkat modifikasi kromatin dibandingkan dengan yang untuk input DNA seperti yang dijelaskan (Maze et al., 2010).

Analisis statistik

Semua nilai yang dilaporkan adalah mean ± sem. Data untuk aktivitas lokomotor dan penghitungan sel dianalisis dengan ANOVA dua arah dengan perlakuan dan injeksi sebagai faktor. Eksperimen qPCR dianalisis per titik waktu dengan ANOVA satu arah dengan perlakuan sebagai faktor. Ketika efek utama yang signifikan diamati (p <0.05), tes pasca-hoc Bonferroni dilakukan untuk perbandingan dengan hewan yang diobati dengan garam yang naif obat (^ dalam gambar) dan hewan yang diobati dengan kokain yang naif obat (* dalam gambar). Uji-t Student dua sisi yang tidak berpasangan digunakan untuk data Western blotting dan ChIP, dengan koreksi untuk beberapa perbandingan.

Hasil

lebih besar Induksibilitas Fosb pada NAc, tetapi bukan CPu, dari tikus yang berpengalaman dengan kokain

Untuk menguji pengaruh kursus kronis dari kokain, diikuti oleh periode penarikan yang berkepanjangan, pada inducibilitas Fosb gen dalam menanggapi tantangan kokain berikutnya, tikus yang sebelumnya disuntikkan ip dua kali sehari dengan saline atau kokain (15 mg / kg) selama 10 hari diberi dosis tantangan obat setelah 28 hari penarikan (Gambar 1A). Kami pertama-tama mengukur respons alat gerak pada satu kelompok hewan untuk mengkonfirmasi induksi kepekaan alat gerak oleh paparan kokain sebelumnya, konsekuensi yang diperkirakan akan berlangsung lama dari pemberian obat. Tikus yang berpengalaman dengan kokain dan -naïve menunjukkan aktivitas lokomotor awal yang setara, dengan tantangan kokain pada hewan yang naif obat meningkatkan daya gerak mereka (Gambar 1B. Tindakan berulang ANOVA dua arah, pengobatan: F_1,66 = 30.42, p <0.0001; tantangan kokain: F_2,66= 58.39, p <0.0001; pengobatan x tantangan kokain: F_2,66= 8.56, p = 0.0005, post-test Bonferroni ^{^}p <0.001). Tantangan kokain ini menginduksi aktivitas lokomotor yang secara signifikan lebih besar, yaitu sensitisasi, pada tikus yang mengalami kokain (tes pasca Bonferroni * p <0.001).

Pengaruh paparan kokain kronis sebelumnya pada aktivitas dan alat gerak Fosb induksi NAc dan CPu saat terpapar kembali dengan obat

Untuk mengevaluasi efek rejimen kokain-pretreatment ini pada ekspresi ΔFosB dalam NAc dan CPu, kami mengukur ΔFosB protein dengan metode imunohistokimia 24 jam setelah hewan yang pernah mengalami naif kokain dan kokain diobati dengan 0, 1, 3, atau 6 setiap hari tantangan kokain. injeksi (15 mg / kg; lihat Gambar 1A). Seperti yang telah ditetapkan sebelumnya (Nye et al., 1995), Suntikan kokain 3 cukup untuk secara signifikan menginduksi ΔFosB protein dalam NAc dan CPu hewan yang naif obat dan akumulasinya tetap signifikan setelah 6 hari injeksi kokain (Gambar 1C. Tindakan berulang ANOVA dua arah, inti NAc, pengobatan: F_1,28= 23.5, p <0.0001; tantangan kokain: F_3,28= 49.16, p <0.0001; pengobatan x tantangan kokain: F_3,28= 6.83, p = 0.0014; Cangkang NAc, pengobatan: F_1,28= 18.69, p <0.0001; tantangan kokain: F_3,28= 31.52, p <0.0001; pengobatan x tantangan kokain: F_3,28= 3.21, p <0.05; CPu, pengobatan: F_1,28= 9.47, p <0.001; tantangan kokain: F_3,28= 19.74, p <0.0001; pengobatan x tantangan kokain: F_3,28= 0.94, p> 0.05. Dalam inti NAc, shell, dan CPu, tes pasca Bonferroni ^{^}p <0.05). Pada hewan yang mengalami kokain, tidak ada bukti induksi ΔFosB yang bertahan di NAc atau CPu setelah 28 hari penghentian, konsisten dengan laporan sebelumnya bahwa sinyal ΔFosB sepenuhnya menghilang pada titik waktu ini (Nye et al., 1995), alasan titik waktu ini digunakan dalam penelitian ini. Akan tetapi, yang mengejutkan, tikus yang berpengalaman dengan kokain yang menerima injeksi tantangan kokain 3 atau 6 menunjukkan induksi protein BFB yang lebih besar secara signifikan pada NAc, suatu efek yang tampak jelas pada subregional inti dan kulit (Gambar 1C. Post-tes Bonferroni * p <0.05). Sebaliknya, tidak ada induksi yang lebih besar dari protein ΔFosB yang diamati di CPu; sebaliknya, induksi ΔFosB yang setara terlihat di wilayah ini setelah 3 atau 6 hari injeksi tantangan kokain pada tikus yang naif dan berpengalaman (Gambar 1C).

Untuk mendapatkan wawasan tentang perubahan transkripsional yang terjadi dalam NAc dan CPu dalam menanggapi tantangan kokain, kami mempelajari kursus waktu (45, 90, dan 180 min) dari kelayakan transkrip mRNA osFosB dan FosB pada satu kokain atau injeksi saline yang diberikan untuk kokain-naif dan tikus berpengalaman setelah 28 hari penarikan (lihat Gambar 1A). Relatif terhadap tantangan saline, tantangan kokain menginduksi peningkatan cepat dalam level mRNA andFosB dan FosB pada ketiga titik waktu di kedua NAc dan CPu hewan naif kokain (Gambar 1D. Langkah-langkah yang diulang satu arah ANOVA per titik waktu; Bonferroni post-test ^{^}p <0.05). Di NAc, kami mengamati induksi ΔFosB dan FosB mRNA yang lebih besar pada hewan yang mengalami kokain dibandingkan dengan hewan yang belum pernah menggunakan kokain setelah pemberian kokain, efeknya signifikan pada 90 menit sementara, sebaliknya, induksi mRNA ΔFosB dan FosB di CPu secara signifikan. menurun pada hewan yang mengalami kokain (Gambar 1D. Bonferroni post-test ^%p = 0.08, * p <0.05).

Karakterisasi jalur pensinyalan hulu di NAc dan CPu dari tikus yang berpengalaman dengan kokain

Satu penjelasan yang mungkin untuk perubahan inducibilitas dari Fosb gen dalam NAc dan CPu setelah kursus kronis kokain sebelumnya adalah bahwa riwayat paparan kokain yang jauh dapat menyebabkan perubahan yang bertahan lama dalam jalur pensinyalan yang berada di hulu dari Fosb induksi gen sedemikian rupa sehingga tantangan kokain kemudian menginduksi gen ke tingkat yang menyimpang. Untuk mempelajari hipotesis ini, kami menganalisis dua faktor transkripsi, SRF dan CREB, yang telah ditunjukkan baru-baru ini diperlukan untuk induksi kokain ΔFosB di wilayah otak ini (Vialou et al., 2012) bersama dengan protein kinase hulu, ERK dan AKT, juga terlibat dalam aksi kokain (Valjent et al., 2000; Lu et al., 2006; Boudreau et al., 2009). Kami gagal mendeteksi perubahan dalam kadar total atau terfosforilasi berbagai protein yang dapat menjelaskan perubahan induciblility dari Fosb diamati, termasuk tidak ada perubahan dalam SRF, CREB, atau AKT (Gambar 2B, C). Kurangnya perubahan pSRF dan pCREB dalam NAc dalam menanggapi tantangan kokain konsisten dengan laporan baru-baru ini, yang menemukan keduanya diinduksi secara signifikan oleh kokain kronis saja (Vialou et al., 2012).

Pengaruh paparan kokain kronis sebelumnya pada kaskade pensinyalan molekul hulu di NAc dan CPu

Dalam NAc dan CPu hewan yang naif obat, 20 menit setelah paparan obat awal (Gambar 2A), tantangan kokain tunggal menurunkan kadar pERK42 / 44 (Gambar 2B, C. Uji-t Student dua sisi: * p <0.05). Ada laporan sebelumnya tentang peningkatan kadar pERK di wilayah ini setelah pemberian kokain akut (Valjent et al., 2000). Ini sulit dibandingkan dengan makalah lain yang memeriksa fosforilasi ERK dalam NAc selama penarikan dari suntikan kokain berulang (Boudreau et al., 2007; Shen et al., 2009), seperti dalam penelitian kami, pERK dikuantifikasi setelah 28 hari penarikan dan setelah tantangan kokain atau saline. Relatif terhadap hewan yang belum pernah menggunakan narkoba yang mengalami kokain untuk pertama kalinya, paparan kembali kokain pada tikus yang berpengalaman dengan kokain, setelah 28 hari penarikan, menyebabkan peningkatan kadar pERK42 / 44 yang signifikan di CPu (Gambar 2B, C. Uji-t siswa dua sisi: * p <0.05).

Lansekap Chromatin di jendela Promotor gen Fosb dalam NAc dan CPu dari tikus yang berpengalaman dengan kokain

Kami selanjutnya menyelidiki apakah perubahan dalam Fosb inducibilitas gen dikaitkan dengan perubahan struktur kromatinnya. ChIP dilakukan pada NAc dan CPu menggunakan antibodi yang diarahkan terhadap tiga bentuk modifikasi histone yang dikarakterisasi dengan baik: trimetilasi Lys4 dari histone H3 (H3K4me3) yang terkait dengan aktivasi gen, dan H3K27me3 dan H3NUM9. Kami menganalisis kokain-naif dan tikus berpengalaman setelah 2 hari penarikan baik tanpa atau dengan suntikan tantangan kokain, dengan hewan diperiksa 28 jam kemudian (Gambar 3A). Dalam NAc, kami tidak menemukan perubahan signifikan dalam pengikatan salah satu dari tiga modifikasi histone ini ke Fosb promotor gen tanpa adanya tantangan kokain, meskipun ada kecenderungan penurunan kadar H3K9me2 (Gambar 3B-D. Uji t Student dua sisi. ^#p = 0.2 dibandingkan dengan masing-masing kontrol Naïve Obat). Efek ini menjadi signifikan setelah tantangan kokain dan spesifik untuk daerah promotor proksimal gen (Gambar 3C. * p <0.05). Sementara tingkat H3K9me2 sangat rendah pada beberapa gen, gen Fosb promotor gen menunjukkan kadar yang cukup dari tanda ini dalam NAc dalam kondisi kontrol (Maze et al., 2010, data tidak ditampilkan). Sebaliknya, di CPu, kami menemukan penurunan kecil tetapi signifikan dalam ikatan H3K4me3, dan peningkatan ikatan H3K27me3, di Fosb promotor tanpa adanya tantangan kokain, efek hilang setelah tantangan (Gambar 3D. * p <0.05).

Pengaruh paparan kokain kronis sebelumnya pada priming epigenetik dari Fosb gen dalam NAc dan CPu

Kami selanjutnya menyelidiki Pol II mengikat ke Fosb gen, berdasarkan temuan baru-baru ini dalam kultur sel yang menunda Pol II di TSS, yang ditandai dengan fosforilasi di Ser 5 di daerah pengulangan CTD, dikaitkan dengan priming gen (lihat Pendahuluan). Kami kemudian menganalisis ikatan Pol II-pSer5 ke Fosb di empat wilayah gen yang berbeda (Gambar 3B). Analisis ini mengungkapkan pengayaan yang signifikan dari Pol II-pSer5 di Fosb gen pada daerah promotor proksimal dan di sekitar TSS-nya pada NAc pada hewan yang mengalami kokain, setelah penarikan berkepanjangan, dengan tidak adanya tantangan kokain dibandingkan dengan kontrol (Gambar 3E. * p <0.05). Pengayaan ini tidak terlihat pada dua wilayah tubuh gen Fosb, konsisten dengan stalling Pol II yang dijelaskan dalam sistem eksperimental yang lebih sederhana. Menariknya, setelah tantangan kokain, ikatan Pol II-pSer5 masih menunjukkan tanda-tanda pengayaan, meskipun tidak lagi signifikan, di Fosb wilayah promotor proksimal (Gambar 3E. ^%p = 0.1), tetapi kembali ke level kontrol di TSS. Temuan dalam CPu lebih bervariasi, tanpa pola pengikatan Pol II-pSer5 yang diamati.

Diskusi

Penelitian ini memberikan wawasan baru ke dalam peraturan berkelanjutan dari Fosb minggu setelah penghentian paparan kokain berulang. Kami menunjukkan bahwa pemberian kokain kronis sebelumnya membuat Fosb gen lebih diinduksi dalam NAc, menghasilkan akumulasi lebih cepat ΔFosB setelah terpapar kembali dengan obat. Mengingat banyaknya bukti bahwa induksi osFB dalam NAc memediasi respon perilaku yang peka terhadap kokain (Nestler, 2008), temuan kami mengungkapkan mekanisme baru untuk pemulihan lebih cepat dari respon sensitif seperti setelah penarikan berkepanjangan.

Kami menunjukkan bahwa peningkatan induksi ΔFosB dalam NAc dikaitkan dengan perubahan kromatin di Fosb gen yang diharapkan menghasilkannya untuk induksi yang lebih besar. Dengan demikian, kami menunjukkan peningkatan ikatan Pol II dengan promotor proksimal dan wilayah TSS gen yang hadir setelah 4 minggu penarikan dari pemberian kokain kronis sebelumnya. Pengayaan Pol II semacam itu di TSS hilang dengan cepat karena tantangan kokain dan Fosb induksi, konsisten dengan model dalam kultur sel yang menghambat Pol II dilepaskan dari TSS setelah aktivasi gen (lihat Pendahuluan). Tantangan kokain juga menginduksi penurunan yang cepat dalam pengikatan H3K9me2 — suatu tanda represi gen — ke Fosb promotor. Sebaliknya, kami mendeteksi tidak ada induksi abadi dari beberapa faktor transkripsi, atau kinase hulu mereka, yang diketahui sebagai penengah. Fosb induksi dengan kokain. Hasil ini mendukung hipotesis kami bahwa peningkatan induksi ΔFosB dalam NAc dimediasi melalui priming epigenetik dari Fosb gen dan bukan melalui upregulasi peristiwa hulu.

Hasil yang sangat berbeda diperoleh untuk CPu. Tidak ada bukti untuk mengulur Pol II Fosb pada tikus yang berpengalaman dengan kokain sebelum tantangan kokain, meskipun ada modifikasi histone kecil tetapi signifikan konsisten dengan represi gen: peningkatan ikatan H3K27me3 dan penurunan ikatan H3K4me3. Juga tidak ada perubahan dalam faktor transkripsi hulu atau kinase yang konsisten dengan berkurang Fosb induksi. Temuan ini menunjukkan bahwa setelah pemberian kokain kronis, modifikasi epigenetik berfungsi untuk meredam Fosb inducibilitas gen dalam CPu, berbeda dengan priming yang terlihat pada NAc. Namun, sementara efek ini menekan induksi mRNA osFosB saat terpapar kembali dengan kokain, tidak ada kerugian dalam akumulasi protein ΔFosB. Mekanisme yang mendasari paradoks ini sekarang membutuhkan penyelidikan lebih lanjut.

Lebih umum, hasil kami mendukung model di mana perubahan dalam lanskap kromatin pada gen tertentu sebagai respons terhadap pemberian kokain kronis berfungsi untuk prima atau menumpulkan gen-gen tersebut untuk induksi selanjutnya setelah terpapar kembali dengan obat. Perubahan kromatin seperti itu, yang dapat dilihat sebagai "bekas luka epigenetik," akan terlewatkan dalam analisis tingkat mRNA kondisi-mapan gen. Dengan cara ini, karakterisasi epigenom kecanduan berjanji untuk mengungkapkan informasi segar tentang patogenesis molekuler dari gangguan, yang dapat ditambang untuk pengembangan perawatan baru.

Ucapan Terima Kasih

Pekerjaan ini didukung oleh hibah dari National Institute on Drug Abuse.

Referensi

Alibhai IN, TA Hijau, Potashkin JA, Nestler EJ. Regulasi ekspresi mRNA fosB dan DeltafosB: in vivo dan in vitro. Res otak. 2007;1143: 22-33. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Bataille AR, Jeronimo C, Jacques PE, Laramee L, Fortin ME, Hutan A, Bergeron M, Hanes SD, Robert F. A Universal RNA Polymerase II. Sel Mol. 2012;45: 158-170. [PubMed]
Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Reseptor AMPA permukaan sel dalam nukleus accumbens meningkat selama penarikan kokain tetapi diinternalisasi setelah tantangan kokain dalam kaitannya dengan perubahan aktivasi protein kinase yang diaktifkan-mitogen. J Neurosci. 2007;27: 10621-10635. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Boudreau AC, Ferrario CR, Glucksman MJ, Wolf ME. Signaling adaptasi jalur dan substrat protein kinase A baru yang terkait dengan kepekaan perilaku terhadap kokain. J Neurochem. 2009;110: 363-377. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Inti LJ, Lis JT. Regulasi transkripsi melalui penghentian prokimal proksimal RNA polimerase II. Science. 2008;319: 1791-1792. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Covington HE, 3rd, Labirin I, Sun H, Bomze HM, KD DeMaio, Wu EY, Dietz DM, Lobo MK, Ghose S, Mouzon E, Neve RL, Tamminga CA, Nestler EJ. Peran metilasi histone represif dalam kerentanan stres yang diinduksi kokain. Neuron. 2011;71: 656-670. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Freeman WM, Nader MA, Nader SH, Robertson DJ, Gioia L, Mitchell SM, Daunais JB, Porrino LJ, Friedman DP, Vrana KE. Perubahan kronis yang dimediasi kokain dalam nukleus primata non-manusia menambah ekspresi gen. J Neurochem. 2001;77: 542-549. [PubMed]
Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Mekanisme kecanduan saraf: peran pembelajaran dan ingatan yang berkaitan dengan hadiah. Annu Rev Neurosci. 2006;29: 565-598. [PubMed]
Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Motivasi yang tidak terkendali dalam kecanduan: patologi dalam transmisi glutamat prefrontal-accumbens. Neuron. 2005;45: 647-650. [PubMed]
Lazo PS, Dorfman K, Noguchi T, Mattei MG, Bravo R. Struktur dan pemetaan gen fosB. FosB mengatur aktivitas promotor fosB. Asam Nukleat Res. 1992;20: 343-350. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Lu L, Koya E, Zhai H, Hope BT, Shaham Y. Peran ERK dalam kecanduan kokain. Tren Neurosci. 2006;29: 695-703. [PubMed]
Mandelzys A, Gruda MA, Bravo R, Morgan JI. Tidak adanya peningkatan antigen terkait-37 kDa yang terus-menerus meningkat dan aktivitas pengikatan DNA yang mirip AP-1 dalam otak tikus-tikus null-null yang diperlakukan asam-asam kainic. J Neurosci. 1997;17: 5407-5415. [PubMed]
Labirin I, Nestler EJ. Lansekap epigenetik kecanduan. Ann NY Acad Sci. 2011;1216: 99-113. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Labirin I, Covington HE, 3rd, Dietz DM, LaPlant Q, Renthal W, Russo SJ, Mekanik M, Mouzon E, Neve RL, Haggarty SJ, Ren Y, Sampath SC, Hurd YL, Greengard P, Tarakhovsky A, Schaefer A, Nestler EJ. Peran penting dari histone methyltransferase G9a dalam plastisitas yang diinduksi kokain. Science. 2010;327: 213-216. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Nechaev S, Adelman K. Promotor-proksimal Pol II: ketika mengulur mempercepat segalanya. Siklus sel. 2008;7: 1539-1544. [PubMed]
Nestler EJ. Ulasan. Mekanisme transkripsi kecanduan: peran DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008;363: 3245-3255. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Studi farmakologis tentang regulasi induksi antigen terkait FOS kronis oleh kokain di striatum dan nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995;275: 1671-1680. [PubMed]
Perrotti LI, Hadeishi Y, PG Ulery, Barrot M, Monteggia L, RS Duman, Nestler EJ. Induksi deltaFosB dalam struktur otak yang berhubungan dengan hadiah setelah stres kronis. J Neurosci. 2004;24: 10594-10602. [PubMed]
Robinson TE, Kolb B. Plastisitas struktural terkait dengan paparan obat pelecehan. Neurofarmakologi 47, Sup. 2004;1: 33-46. [PubMed]
Robison AJ, Nestler EJ. Mekanisme kecanduan transkripsional dan epigenetik. Nat Rev Neurosci. 2011;12: 623-637. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Saha RN, EM Wissink, ER Bailey, Zhao M, Fargo DC, Hwang JY, Daigle KR, Fenn JD, Adelman K, Dudek SM. Transkripsi cepat Arc yang diinduksi aktivitas dan IEG lainnya bergantung pada RNA polimerase II yang siap. Nat Neurosci. 2011;14: 848-856. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Shaham Y, Hope BT. Peran neuroadaptations dalam kekambuhan terhadap pencarian narkoba. Nat Neurosci. 2005;8: 1437-1439. [PubMed]
Shen HW, Toda S, Moussawi K, Bouknight A, Zahm DS, Kalivas PW. Mengubah plastisitas dendritik tulang belakang pada tikus yang ditarik kokain. J Neurosci. 2009;29: 2876-2884. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Valjent E, Corvol JC, Halaman C, Besson MJ, Maldonado R, Caboche J. Keterlibatan kaskade kinase yang diatur oleh sinyal ekstraseluler untuk properti yang menghasilkan kokain. J Neurosci. 2000;20: 8701-8709. [PubMed]
Zeitlinger J, Stark A, Kellis M, Hong JW, Nechaev S, Adelman K, Levine M, RA Muda. RNA polimerase berhenti pada gen kontrol perkembangan dalam embrio Drosophila melanogaster. Nat Genet. 2007;39: 1512-1516. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
Vialou VF, Feng J, AJ Robison, Ferguson D, Scobie KN, Mazei-Robison M, Mouzon E, Nestler EJ. Faktor respons serum dan protein pengikat elemen respons cAMP keduanya diperlukan untuk induksi kokain ΔFosB. J Neurosci. 2012 diterima. [Artikel gratis PMC] [PubMed]