Kepadatan Sinaps dan Kompleksitas Dendritik Dikurangi di Korteks Prefrontal setelah Tujuh Hari Pantang Terpaksa dari Kokain Self-Administration (2014

PLoS One. 2014 Jul 29; 9 (7): e102524. doi: 10.1371 / journal.pone.0102524. eCollection 2014.

Ryan K. Bachtell, Editor

Abstrak

Paparan kokain kronis pada kedua pecandu manusia dan pada model kecanduan tikus mengurangi aktivitas kortikal prefrontal, yang kemudian mengacaukan pemrosesan hadiah dan fungsi eksekutif tingkat tinggi. Efek bersih dari gangguan perilaku ini adalah meningkatnya kerentanan untuk kambuh. Sebelumnya kami telah menunjukkan bahwa peningkatan yang diinduksi kokain dalam faktor neurotropik turunan-otak (BDNF) yang diinduksi dalam medial prefrontal cortex (PFC) adalah mekanisme neuroadaptif yang menumpulkan efektivitas kokain. Karena BDNF diketahui memengaruhi kelangsungan hidup neuronal dan plastisitas sinaptik, kami menguji hipotesis bahwa berpantang dari pemberian kokain akan menyebabkan perubahan morfologi neuron dan kepadatan sinaptik dalam PFC. Dengan menggunakan teknik baru, tomografi larik dan pewarnaan Golgi, perubahan morfologis pada tikus PFC dianalisis setelah 14 hari pemberian kokain dan 7 hari pantang paksa. Hasil kami menunjukkan bahwa percabangan dendritik keseluruhan dan kepadatan sinaptik total secara signifikan berkurang pada PFC tikus. Sebaliknya, kepadatan duri tipis dendritik meningkat secara signifikan pada neuron piramidal lapisan V dari PFC. Temuan ini menunjukkan bahwa perubahan struktural dinamis terjadi selama pantang kokain yang dapat berkontribusi pada aktivitas hipoaktif PFC pada individu yang kecanduan kokain.

Pengantar

Perubahan plastisitas struktural dalam sirkuit hadiah diusulkan menjadi mekanisme kunci yang berkontribusi pada kemampuan kuat kokain untuk mempertahankan perilaku mencari obat (ditinjau dalam [1]). Studi sebelumnya telah menunjukkan peningkatan arborisasi dendritik dan kepadatan tulang belakang di nucleus accumbens (NAc) [2]-[4], daerah tegmental ventral [5], dan prefrontal cortex (PFC) [6] mengikuti paparan kokain. Sementara sebagian besar studi telah berfokus pada perubahan struktural yang terkait dengan aktivitas disfungsional dari NAc, jauh lebih sedikit studi yang meneliti perubahan dalam PFC. Beberapa bukti menunjukkan disfungsi PFC setelah paparan kokain kronis pada kedua pecandu manusia [7], [8] dan dalam model kecanduan tikus [9], [10]. Oleh karena itu, mengkarakterisasi perubahan struktural yang terjadi di PFC berkaitan dengan memahami peristiwa molekuler yang mendasari kecanduan.

PFC mengatur kontrol impuls dan pengambilan keputusan dan dengan demikian memainkan peran penting dalam kemampuan individu untuk mengontrol perilaku, terutama dalam ketergantungan obat. [8], [11]. Sebagai contoh, pada individu yang kecanduan kokain, penurunan aktivasi korteks prefrontal dikaitkan dengan penarikan obat dan mengganggu respon eksekutif tingkat tinggi [7], [8], yang dapat meningkatkan kerentanan untuk kambuh. Pada tikus, peningkatan aktivitas saraf di PFC dikaitkan dengan asupan kokain [9], [10], perilaku mencari obat kompulsif [12], dan pemulihan kokain setelah penarikan [13]-[15]. Selain itu, bistabilitas membran dihapuskan dalam PFC setelah pemberian kokain kronis [16]. Akhirnya, aktivitas metabolisme yang diinduksi obat dalam PFC tumpul pada tikus yang diberikan suntikan tantangan selama penarikan dari pemberian sendiri kokain. [9], [17]. Bersama-sama, penelitian ini menunjukkan bahwa kokain kronis menginduksi perubahan fungsional yang mendalam pada PFC yang mungkin terkait dengan peningkatan jumlah sinapsis penghambat dan / atau pengurangan sinapsis rangsang di PFC. Namun, perubahan morfologis yang terjadi di PFC setelah penggunaan obat kronis belum dijelaskan.

Dalam penelitian ini kami berusaha untuk memeriksa apakah pantang dari kokain menyebabkan perubahan struktural dalam PFC. Perubahan morfologis diperiksa menggunakan metode tradisional, pewarnaan Golgi, serta teknik baru, tomografi array. Array tomography adalah metode unik yang menggabungkan potongan jaringan ultrathin dengan imunofluoresensi dan rekonstruksi gambar tiga dimensi untuk memungkinkan kuantifikasi akurat total dan sub-jenis kepadatan sinapsis spesifik [18], [19]. Dengan menggunakan metode ini, hasil kami menunjukkan plastisitas substansial dalam PFC tikus sebagai respons terhadap pantangan dari bentuk kokain.

Bahan dan Metode

Hewan dan perumahan

Tikus Sprague-Dawley jantan (Rattus norvegicus) dengan berat 250-300 g diperoleh dari Taconic Laboratories (Germantown, NY). Hewan ditempatkan secara individual dengan makanan dan air yang tersedia secara ad libitum di kandang rumah mereka. Protokol eksperimental semuanya konsisten dengan pedoman yang dikeluarkan oleh Institut Kesehatan Nasional AS dan telah disetujui oleh Perelman School of Medicine di University of Pennsylvania dan Institutional Animal Care and Use Committee University of Pennsylvania.

Operasi

Sebelum operasi, tikus dibius dengan 80 mg / kg ketamin dan 12 mg / kg xylazine (ip; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO). Kateter silastik yang berada di dalam (diameter dalam 0.33 mm, diameter luar 0.64 mm) dimasukkan ke dalam vena jugularis kanan dan dijahit di tempat. Kateter kemudian dilewatkan secara subkutan di atas tulang belikat dan dialihkan ke platform backmount jala (CamCath, Cambridge, UK) yang dijahit di bawah kulit langsung di atas skapula. Kateter dibilas setiap hari dengan 0.3 ml antibiotik Timentin (ticarcillin disodium / potassium clavulanate, 0.93 mg / ml; Henry Schein, Melville, NY) dilarutkan dalam saline yang diheparinisasi (10 U / ml). Kateter disegel dengan obturator plastik saat tidak digunakan.

Administrasi mandiri kokain

Tikus diberi waktu 7 hari untuk pulih dari operasi sebelum pemberian kokain dimulai. Tikus secara acak ditugaskan ke salah satu dari dua kelompok: kokain yang diberikan sendiri hewan dan kontrol salin yoked. Setiap tikus yang dilatih untuk merespons infus kokain kontingen dipasangkan dengan subjek yang terikat pada kuk yang menerima jumlah dan pola temporal infus yang sama seperti yang dikelola sendiri oleh tikus eksperimental kokain berpasangan. Menekan tuas untuk tikus kuk saline tidak memiliki konsekuensi yang dijadwalkan.

Awalnya, tikus kokain-eksperimental ditempatkan di ruang operan modular (Med Associates, St. Albans, VT) dan diizinkan untuk mengungkit pers untuk infus kokain intravena (0.25 mg kokain / 59 μl saline, infus 5 s) pada suatu fix-fix rasio 1 (FR1) jadwal penguatan. Setelah tikus percobaan kokain mencapai setidaknya infus 20 kokain dalam satu sesi operan di bawah jadwal FR1, persyaratan respons dialihkan ke jadwal penguatan FR5. Untuk merespons pada kedua jadwal rasio tetap, jumlah maksimum infus kokain terbatas pada 30 per sesi administrasi-harian dan periode waktu habis 20 mengikuti setiap infus kokain, di mana waktu respon tuas aktif ditabulasi tetapi tidak memiliki konsekuensi terjadwal . Sesi 2 harian h operan (7 hari / minggu) dilakukan selama total 14 hari. Tanggapan yang dibuat pada tuas tidak aktif, yang tidak memiliki konsekuensi yang dijadwalkan, juga dicatat selama sesi pelatihan FR1 dan FR5.

Setelah 14th sesi operan setiap hari, kokain-eksperimental dan tikus kontrol salin kuk dikembalikan ke kandang mereka di mana mereka menjalani 7 hari pantang narkoba paksa. Di 7th hari pantang kokain, otak dihilangkan dan PFC dibedah di atas es. Tujuh hari pantang kokain dipilih untuk menarik perbandingan langsung dengan penelitian kami yang sebelumnya diterbitkan memeriksa perubahan yang diinduksi kokain dalam ekspresi PFC BDNF [20].

Perfusi

Tikus dianestesi (100 mg / kg, ip natrium pentobarbital) dan diperfusi dengan es-dingin 4% paraformaldehyde dalam 0.1 M PB, pH 7.4 (PFA). Satu belahan dari setiap otak digunakan untuk pewarnaan golgi dan belahan lainnya untuk tomografi susunan. Hemisfer array ditempatkan tetap di 4% PFA dengan sukrosa 2.5% selama jam 2 dan hemisfer Golgi dipasang tetap untuk 48 h dalam 4% PFA.

Tomografi Array

Percobaan tomografi array dilakukan seperti yang dijelaskan sebelumnya [19], [21]. Secara singkat, jaringan tetap PFA tertanam dalam resin dan bagian koronal (70 nm) di tingkat mPFC dipotong dan dikumpulkan sebagai pita. Pita dihidrasi dalam 50 mM glisin di Tris dan diblokir dalam larutan pemblokiran (0.05% Tween / 0.1% albumin serum sapi dalam buffer Tris (50 mM Tris / 150 mM NaCl, pH 7.6). Pita diwarnai dengan antibodi primer, GADXN (GADX) Chemicon), PSD65 (Cell Signaling), atau synaptophysin (Abcam), dalam larutan pemblokiran semalam pada 95 ° C. Pita dicuci dengan buffer Tris dan diwarnai dengan antibodi sekunder di 4[perbandingan]50 dalam larutan pemblokiran (kambing anti-tikus Alexa-tepung 488 dan kambing anti-kelinci cy3 atau keledai anti-kelinci cy5). Pita diberi noda dengan DAPI untuk memfasilitasi menemukan situs yang sama di setiap bagian. Gambar pile-scan dikumpulkan menggunakan mikroskop epifluoresensi Zeiss AxioImager Z2. Gambar dari situs yang sama pada masing-masing bagian serial 20-30 per pita diperoleh di 63x dengan program otomatis khusus untuk tomografi array.

Analisis Tomografi Array

Gambar serial dari setiap pita dibuka secara berurutan, dikonversi ke tumpukan dan disejajarkan dengan plugin MultiStackReg dan StackReg (milik B. Busse di Stanford University dan [21], [22]. Kotak tanaman (19.5 µmx19.5 µm) digunakan untuk memilih daerah yang diminati (ROI) dalam neuropil untuk kuantifikasi. Pilihan harus mengecualikan badan sel saraf atau fitur tersembunyi lainnya. Untuk analisis gambar otomatis, tanaman yang diminati (atau ROI) untuk synaptophysin, glutamic acid decarboxylase-65 (GAD65) dan PSD95 masing-masing secara otomatis di-threshold dengan algoritma otomatis di ImageJ. Tanaman diberi kode dan analisis menjadi buta terhadap kondisi. Program deteksi otomatis berbasis ambang untuk menghitung jumlah puncta yang diidentifikasi sebagai sinapsis positif digunakan seperti yang dijelaskan sebelumnya [23]. Kepadatan terminal presinaptik, terminal postsinaptik rangsang, dan persentase sinapsis GAD-positif (penghambatan) dihitung dari rata-rata situs sampel 75 per hewan yang dikumpulkan dari dua blok jaringan berbeda dari PFC (n=5 yang diobati dengan kokain, hewan yang diberi perlakuan saline 5) untuk total 29,154 puncta postsynaptic dan puncta presynaptic 53,565 dari situs pengambilan sampel 818 di seluruh hewan yang diberi perlakuan salin 5 dan 29,662 postsynaptic dan 17,034 pynacynacic pactta dari 588 petak situs XAUM yang menjadi sampel di XAC. Nilai median untuk kepadatan sinaps dan persentase sinapsis penghambatan per hewan dihitung dan uji-t dijalankan menggunakan median hewan untuk menguji apakah ada perbedaan antara rata-rata kelompok.

Metode Rapid-Golgi

Bagian tunggal pewarnaan Golgi dilakukan seperti yang dijelaskan sebelumnya [24], [25]. Secara singkat, mPFC dari satu belahan dari masing-masing hewan dipotong menjadi 100 μm bagian koronal dan post-fix dalam 1% osmium tetraoxide diikuti oleh tiga mencuci dalam 0.1 M PB, pH 7.4. Bagian diinkubasi dalam 3.5% kalium dikromat semalam, dicuci sebentar dan diinfiltrasi dengan 1.5% perak nitrat dengan metode sandwich [25]. Bagian dipasang pada slide yang dilapisi gelatin dengan sukrosa 20% dan didehidrasi melalui serangkaian konsentrasi alkohol diikuti oleh penghilangan lemak dalam xylene dan pelipatan penutup.

Analisis Golgi

Slide Golgi diberi kode dan dianalisis blind to condition dan semua dianalisis oleh eksperimen yang sama. Gambar neuronal dan penelusuran dan gambar representatif duri dendritik dikumpulkan menggunakan mikroskop Olympus BX51 tegak lurus dengan tahapan bermotor (Prior Scientific, Rockland, MA) dengan tujuan 20 × 0.7 NA. Untuk analisis percabangan dendritik, neuron 7 dipilih untuk analisis per hewan. Kami mengukur panjang dan kompleksitas neurit menggunakan macro NeuronJ dan Advanced Sholl Analysis, masing-masing. Jumlah persimpangan (titik cabang) dalam lingkaran konsentris pada jari-jari antara 5-250 µm (termasuk dendrit basal dan apikal) diukur dan dibandingkan antar kelompok. Untuk analisis kepadatan tulang, segmen 4-5 setidaknya 20 µm panjangnya dari dendrit basal orde tiga dianalisis per neuron dari neuron 5-7 per hewan menggunakan mikroskop Zeif AxioImager Z2 epifluoresensi dengan obyektif 63x oil-immersion. Morfologi tulang belakang diklasifikasikan seperti yang dijelaskan sebelumnya [26]. Kepadatan tulang belakang linier untuk setiap segmen dendritik dan morfologi tulang belakang (tipis, gemuk, jamur, berbentuk cangkir) dari masing-masing tulang belakang dibandingkan antara kelompok. Perangkat lunak open source dari National Institutes of Health (ImageJ) digunakan untuk analisis data Golgi dan array tomography.

Hasil

Tidak menggunakan kokain mengurangi kepadatan sinapsis total

Array tomography digunakan untuk mengukur perubahan pada kedua sinapsis rangsang dan penghambatan untuk menentukan perubahan morfologis spesifik yang terjadi pada PFC sebagai respons terhadap pantang dari pemberian sendiri kokain. Array tomography adalah metode throughput tinggi yang memungkinkan untuk kuantifikasi yang akurat dari sinapsis total, penghambatan, dan rangsang dalam struktur yang terlalu kecil untuk diidentifikasi atau dilokalkan dengan metode mikroskop confocal tradisional yang tepat [19]. Karena kedua sinapsis penghambatan dan rangsang adalah komponen penting dari rangkaian hadiah obat [13], [27], [28] kami menggunakan metodologi baru ini untuk menilai perubahan morfologis dalam PFC selama berpantang kokain. Tujuh puluh nm bagian PFC dari satu belahan otak 5 yoked-saline dan 5 yang mengalami kokain tikus diwarnai dengan antibodi terhadap PSD95, sebuah penanda rangsang pascasinaps, synaptophysin, penanda presinaptik, dan GAD65, yang berlabel neuron penghambat dan sinapsis. Kepadatan sinaps dan persentase sinapsis penghambatan ditentukan dalam lapisan kortikal V (Gambar 1A dan 1B). Hasil kami menunjukkan bahwa selama pantang dari kokain ada penurunan signifikan dalam kepadatan synaptophysin (Gambar 1C), yang mengukur semua terminal presinaptik [t (7)=2, p <0.05]. Tidak ada penurunan yang signifikan dalam kepadatan sinapsis rangsang [t (8)=0.48, hlm=0.32] yang diukur dengan menghitung puncta PSD95 (Gambar 1D). Menariknya, ada tren yang tidak signifikan terhadap peningkatan persentase sinapsis penghambatan positif GAD65 [t (8)=−1.39, hlm=0.9] (Gambar 2E).

Gambar 1 

Array tomography mengungkapkan perubahan dalam kepadatan sinapsis di PFC setelah 7 hari pantang dari kokain.
Gambar 2 

Satu bagian analisis Golgi mengungkapkan perubahan dalam percabangan dendritik dan pembentukan tulang belakang di PFC setelah 7 hari berpantang dari kokain.

Pantang dari kokain mengurangi percabangan dendritik sementara secara sementara meningkatkan kepadatan tulang belakang di PFC

Metode Golgi digunakan untuk memeriksa perubahan dalam percabangan neuron dan kepadatan tulang belakang dendritik untuk mengkonfirmasi perubahan ultrastruktural yang diamati dalam kepadatan sinaps (Gambar 1). Kami melakukan impregnasi Golgi cepat bagian tunggal pada subset neuron di PFC dari belahan lain dari hewan yang sama yang digunakan untuk studi tomografi array. Percabangan dendritik, jumlah tulang belakang dendritik, dan morfologi tulang belakang dinilai. Dua neuron piramidal representatif dari PFC dari kontrol yoked-saline dan tikus yang terpapar kokain ditunjukkan pada Gambar 2A. Plot sholl mengukur jumlah persimpangan (titik cabang) dalam lingkaran konsentris pada jari-jari antara 5-250 µm. Hasil kami menunjukkan bahwa setelah 7 hari-hari pantang paksa dari administrasi sendiri kokain ada pengurangan yang signifikan dalam kompleksitas dendritik (Gambar 2B). Pengukuran berulang dua arah. Analisis ANOVA data plot sholl mengungkapkan efek utama yang signifikan dari perawatan [F(1,738)=30.59, p <0.0001] dan radius [F(245, 738)=289.6, p <0.0001] (Gambar 2B), mengonfirmasi hilangnya dendrit yang setuju dengan hilangnya sinapsis yang diukur dalam studi array (Gambar 1C). Analisis dendrit basilar orde kedua dan ketiga mengungkapkan peningkatan signifikan duri dendritik setelah 7 hari penghentian kokain [t (6)=−3.12, p <0.05] (Gambar 2D). Lebih khusus, pantang dari paparan kokain meningkatkan jumlah subtipe tulang belakang tipis, sementara tidak memiliki efek signifikan pada subtipe tulang belakang lainnya (Gambar 2E), seperti yang diungkapkan oleh dua cara tindakan ANOVA berulang dengan efek utama pengobatan [F(1,30)=11.9, hlm=0.0017], subtipe tulang belakang [F(4,30)=57.7, p <0.0001], dan pengobatan x interaksi subtipe tulang belakang yang signifikan [F(1, 4, 30)=8.8, p <0.0001].

Diskusi

Dalam penelitian ini kami menunjukkan bahwa ada perubahan struktural dan sinaptik yang jelas pada lapisan V dari PFC setelah 7 hari dipaksa berpantang dari pemberian sendiri kokain. Secara khusus, ada penurunan yang signifikan dalam percabangan dendritik neuron piramidal dan kehilangan umum dalam kepadatan sinaps yang diukur dengan penurunan kepadatan bouton presinaptik keseluruhan yang diberi label dengan synaptophysin. Meskipun kehilangan kepadatan presinaptik, dendrit basal dari neuron piramidal lapisan V mengalami peningkatan kepadatan tulang belakang dendritik, terutama duri plastik tipis. Karena kami tidak mendeteksi perubahan signifikan dalam kepadatan PSD95, dapat dispekulasikan bahwa penurunan terminal presinaptik tetapi peningkatan kepadatan tulang belakang mungkin disebabkan oleh peningkatan jumlah bouton multi-sinaptik. Selain itu, perlu dicatat bahwa kami mengamati tren peningkatan sinapsis penghambatan di PFC. Karena duri tipis terlibat dalam plastisitas [29], peningkatan duri ini dapat mewakili plastisitas kompensasi untuk mempertahankan input sinaptik pada neuron denervasi ini yang telah kehilangan cabang dendritik.

Studi sebelumnya menunjukkan bahwa kokain meningkatkan arendisasi dendritik dan kepadatan tulang belakang di NAc [2]-[4]. Baru-baru ini, Dumitriu et al., 2012 [30] menunjukkan bahwa kokain secara dinamis mengubah duri proksimal pada inti dan kulit NAc. Secara khusus, dalam cangkang, penarikan dari kokain meningkatkan duri tipis, sementara mengurangi kepadatan kepala tulang belakang jamur di cangkang NAc [30]. Berbeda dengan studi NAc, hanya ada beberapa studi yang telah meneliti efek kokain pada morfologi saraf di PFC. [6], [31]. Data kami konsisten dengan penelitian terbaru yang menunjukkan bahwa kokain menginduksi peningkatan kepadatan tulang belakang di PFC [31]. Khususnya, tikus yang memiliki peningkatan yang lebih besar pada duri persisten dan stabil, yaitu duri menyajikan 3 hari pasca-penarikan, pada dendrit apikal menunjukkan skor preferensi tempat berkondisi kokain lebih tinggi dan hiperaktif yang diinduksi kokain. [31]. Sebuah studi sebelumnya pada tikus PFC layer II-III neuron melaporkan nilai sekitar 3 duri per μm dendrit pada dendrit apikal dan basal, tingkat duri yang sangat padat yang dimodifikasi oleh stres. [32]. Nilai kami pada tikus kontrol ∼2 duri / 10 µm segmen dendritik lebih rendah, yang mungkin disebabkan oleh perbedaan populasi neuronal yang dianalisis (lapisan V basal dendrit) atau perbedaan teknik pencitraan. Dalam penelitian ini kami menggunakan metode pewarnaan Golgi cepat bagian tunggal sementara suntikan ionoforetik dari pewarna kuning Lucifer dikombinasikan dengan pencitraan confocal digunakan oleh Radley dan rekan [32] untuk memvisualisasikan morfologi neuronal dan dendritik. Selain itu, temuan kami juga menyoroti pentingnya durasi pantang dari pemberian sendiri kokain yang menyebabkan perubahan struktural di otak. Sebuah laporan yang diterbitkan sebelumnya menunjukkan peningkatan arendisasi dendritik setelah penarikan jangka panjang (24-25 hari) dari kokain pada tikus betina [6], berbeda dengan penurunan yang diamati setelah 7 hari pemaksaan pada tikus jantan. Terlepas dari perbedaan metodologis dan perbedaan dalam data percabangan ini, peningkatan jumlah duri diamati pada kedua studi, yang mengkonfirmasi reorganisasi sirkuit skala besar selama penghentian penggunaan kokain. Studi di masa depan akan menjelaskan perjalanan waktu dari peristiwa ini untuk menentukan apakah perubahan struktural ini bersifat sementara atau tahan lama.

Temuan kami menunjukkan bahwa pantangan paksa dari pemberian kokain menginduksi perubahan struktural yang dinamis dan menyebabkan reorganisasi sinaptik dalam PFC. Hasil ini dapat menjelaskan aktivitas hipo di PFC yang terjadi sebagai akibat dari paparan kokain berulang [8], [33]. Selain itu, temuan kami mendukung penelitian sebelumnya yang menunjukkan penonaktifan PFC [7], [8], dan peningkatan GABA ekstraseluler dalam PFC medial selama penarikan kokain [34]. Dengan demikian, mekanisme ini menghitung aktivitas hipo PFC setelah paparan kokain kronis [8], [10] dapat mencakup (1) peningkatan GABAergik, (2) pengurangan glutamatergik dan / atau (3) pengurangan input sinaptik dopaminergik ke PFC. Penelitian ini menunjukkan bahwa pantangan kokain secara signifikan mengurangi kepadatan sinapsis keseluruhan seperti yang ditunjukkan oleh pengurangan jumlah synaptophysin puncta sinaptik positif. Data ini menunjukkan bahwa ada penurunan respons pasca-sinaptik di PFC, kemungkinan dimediasi oleh penurunan input glutamat atau dopamin. Memang, ada penelitian yang menunjukkan bahwa kokain menginduksi penurunan nada glutamatergik [35], [36]. Namun, dengan menggunakan metode Golgi, kami mengamati peningkatan jumlah duri tipis dendritik pada dendrit basal neuron piramidal, yang menunjukkan peningkatan input rangsang di PFC untuk sisa neurit. Data yang tampaknya bertentangan ini dapat mencerminkan hilangnya sinapsis secara keseluruhan terkait dengan hilangnya dendrit yang kami amati dengan respons kompensasi, kemungkinan dimediasi oleh peningkatan BDNF, seperti yang ditunjukkan dalam temuan kami sebelumnya [20], untuk meningkatkan kepadatan duri dendritik pada neurit yang tersisa.

Secara kolektif, temuan kami menunjukkan pengorganisasian kembali yang dinamis dalam PFC selama pantang kokain. Secara khusus, ada pengurangan yang signifikan dalam konektivitas sinaptik, kehilangan percabangan dendritik dan peningkatan jumlah duri tipis pada PFC tikus setelah 7 hari penghentian obat secara paksa dari pemberian sendiri kokain. Hasil ini dapat memberikan dasar struktural untuk aktivitas-hipo yang diamati yang diamati dalam PFC dari pengguna kokain kronis dan mungkin menjelaskan hilangnya kontrol kognitif yang terjadi selama kecanduan kokain.

Ucapan Terima Kasih

Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Gavin Sangrey atas bantuannya dengan menyiapkan kapsul yang tertanam.

Pernyataan Pendanaan

Pekerjaan ini didukung oleh hibah NIDA DA22339 dan DA033641 (RCP & GSV) dan DA18678 (RCP). HDS didukung oleh penghargaan K01 individu (DA030445). Pemberi dana tidak memiliki peran dalam desain studi, pengumpulan dan analisis data, keputusan untuk menerbitkan, atau persiapan naskah.

Referensi

1. Dietz DM, Dietz KC, Nestler EJ, Russo SJ (2009) Mekanisme molekuler dari plastisitas struktural yang diinduksi psikostimulan. Pharmacopsychiatry 42 Suppl 1S69 – 78 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
2. Lee KW, Kim Y, Kim AM, Helmin K, Nairn AC, dkk. (2006) Formasi tulang belakang dendritik yang diinduksi kokain dalam D1 dan D2 dopamin yang mengandung neuron berduri sedang pada nucleus accumbens. Proc Natl Acad Sci USA 103: 3399 – 3404 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
3. Norrholm SD, Bibb JA, Nestler EJ, Ouimet CC, Taylor JR, dkk. (2003) Proliferasi dendritik yang dipicu kokain dalam nucleus accumbens tergantung pada aktivitas cyclin-dependent kinase-5. Neuroscience 116: 19 – 22 [PubMed]
4. Robinson TE, Gorny G, Mitton E, Kolb B (2001) Administrasi kokain mengubah morfologi dendrit dan dendritik duri dalam nukleus accumbens dan neokorteks. Sinaps 39: 257 – 266 [PubMed]
5. Sarti F, Borgland SL, Kharazia VN, Bonci A (2007) Paparan akut kokain mengubah kepadatan tulang belakang dan potensiasi jangka panjang di daerah tegmental ventral. Eur J Neurosci 26: 749 – 756 [PubMed]
6. Robinson TE, Kolb B (1999) Perubahan dalam morfologi dendrit dan dendritik duri dalam nucleus accumbens dan prefrontal cortex setelah perawatan berulang dengan amphetamine atau kokain. Eur J Neurosci 11: 1598 – 1604 [PubMed]
7. Bolla K, Ernst M, Kiehl K, Mouratidis M, Eldreth D, dkk. (2004) Disfungsi kortikal prefrontal pada pengguna kokain yang abstinent. J Neuropsychiatry Clin Neurosci 16: 456 – 464 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
8. Goldstein RZ, Volkow ND (2002) Kecanduan obat dan dasar neurobiologis yang mendasarinya: bukti neuroimaging untuk keterlibatan korteks frontal. Am J Psychiatry 159: 1642 – 1652 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
9. Chen YI, K Terkenal, Xu H, Choi JK, Mandeville JB, dkk. (2011) Administrasi kokain menyebabkan perubahan respons temporal terhadap tantangan kokain dalam sirkuit limbik dan motorik. Eur J Neurosci 34: 800 – 815 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
10. Sun W, Rebec GV (2006) Administrasi kokain yang berulang mengubah pemrosesan informasi terkait kokain di korteks prefrontal tikus. J Neurosci 26: 8004 – 8008 [PubMed]
11. Volkow ND, Fowler JS (2000) Kecanduan, penyakit paksaan dan dorongan: keterlibatan korteks orbitofrontal. Cereb Cortex 10: 318 – 325 [PubMed]
12. Jentsch JD, Taylor JR (1999) Impulsif akibat disfungsi frontostriatal dalam penyalahgunaan narkoba: implikasi untuk kontrol perilaku oleh rangsangan yang berhubungan dengan hadiah. Psikofarmakologi (Berl) 146: 373 – 390 [PubMed]
13. McFarland K, Kalivas PW (2001) Sirkuit yang memediasi pemulihan perilaku pencarian obat yang disebabkan oleh kokain. J Neurosci 21: 8655 – 8663 [PubMed]
14. McFarland K, Lapish CC, Kalivas PW (2003) Pelepasan glutamat prefrontal ke dalam inti nukleus akumbens memediasi pemulihan kembali perilaku pencarian obat yang diinduksi kokain. J Neurosci 23: 3531 – 3537 [PubMed]
15. Winstanley CA, TA Hijau, Theobald DE, Renthal W, LaPlant Q, dkk. (2009) Induksi DeltaFosB pada korteks orbitofrontal mempotensiasi kepekaan terhadap alat gerak meskipun mengurangi disfungsi kognitif yang disebabkan oleh kokain. Pharmacol Biochem Behav 93: 278 – 284 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
16. Trantham H, Szumlinski KK, McFarland K, Kalivas PW, Lavin A (2002) Administrasi kokain yang diulang mengubah sifat elektrofisiologis dari neuron kortikal prefrontal. Neuroscience 113: 749 – 753 [PubMed]
17. Lu H, Chefer S, Kurup PK, Guillem K, Vaupel DB, dkk. (2012) Tanggapan fMRI di medial prefrontal cortex memprediksi kokain tetapi tidak dengan sukrosa. Neuroimage 62: 1857 – 1866 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
18. Micheva KD, Busse B, Weiler NC, O'Rourke N, Smith SJ (2010) Analisis sinaps tunggal dari populasi sinaps yang beragam: metode dan penanda pencitraan proteomik. Neuron 68: 639–653 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
19. Micheva KD, Smith SJ (2007) Array tomography: alat baru untuk pencitraan arsitektur molekul dan ultrastruktur sirkuit saraf. Neuron 55: 25 – 36 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
20. Sadri-Vakili G, Kumaresan V, Schmidt HD, KR Terkenal, Chawla P, dkk. (2010) Renovasi kromatin yang diinduksi kokain meningkatkan transkripsi faktor neurotropik turunan otak di medial prefrontal cortex tikus, yang mengubah keampuhan penguat dari kokain. J Neurosci 30: 11735 – 11744 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
21. Koffie RM, Meyer-Luehmann M, T Hashimoto, Adams KW, Mielke ML, dkk. (2009) Asosiasi beta amiloid amiglo dengan kerapatan postinaptik dan berkorelasi dengan hilangnya sinapsis rangsang dekat plak pikun. Proc Natl Acad Sci USA 106: 4012 – 4017 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
22. Thevenaz P, Ruttimann UE, Unser M (1998) Suatu pendekatan piramida untuk pendaftaran subpixel berdasarkan intensitas. Proses Gambar Trans IEEE 7: 27 – 41 [PubMed]
23. Kopeikina KJ, Carlson GA, Pitstick R, Ludvigson AE, Peters A, dkk. (2011) Akumulasi Tau menyebabkan defisit distribusi mitokondria di neuron pada model tikus tauopathy dan di otak penyakit Alzheimer manusia. Am J Pathol 179: 2071–2082 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
24. Gabbott PL, Somogyi J (1984) Bagian 'tunggal' Prosedur Golgi-impregnasi: deskripsi metodologis. J Metode Neurosci 11: 221 – 230 [PubMed]
25. Izzo PN, Graybiel AM, Bolam JP (1987) Karakterisasi zat P- dan [Met] neuron enkephalin-imunoreaktif dalam inti kaudat kucing dan musang dengan prosedur Golgi satu bagian. Neuroscience 20: 577 – 587 [PubMed]
26. Menara TL, Grote HE, Garry S, Cordery PM, Van Dellen A, dkk. (2004) Patologi tulang belakang dendritik dan defisit pada plastisitas dendritik yang bergantung pada pengalaman pada tikus transgenik penyakit R6 / 1 Huntington. Jurnal Eropa Ilmu Saraf 19: 2799-2807 [PubMed]
27. Kalivas PW, O'Brien C (2008) Kecanduan obat sebagai patologi neuroplastisitas dipentaskan. Neuropsikofarmakologi 33: 166–180 [PubMed]
28. Pierce RC, Reeder DC, Hicks J, Morgan ZR, Kalivas PW (1998) Lesi asam ibotenat dari korteks prefrontal dorsal mengganggu ekspresi kepekaan perilaku terhadap kokain. Neuroscience 82: 1103 – 1114 [PubMed]
29. Bourne J, Harris KM (2007) Apakah duri tipis belajar menjadi duri jamur yang ingat? Curr Opin Neurobiol 17: 381 – 386 [PubMed]
30. Dumitriu D, Laplant Q, Grossman YS, Dias C, Janssen WG, dkk. (2012) Subregional, kompartemen dendritik, dan spesifisitas subtipe tulang belakang dalam regulasi kokain duri duri dalam nukleus accumbens. J Neurosci 32: 6957 – 6966 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
31. Munoz-Cuevas FJ, Athilingam J, Piscopo D, Wilbrecht L (2013) Plastisitas struktural yang diinduksi kokain di korteks frontal berkorelasi dengan preferensi tempat yang dikondisikan. Nat Neurosci 16: 1367 – 1369 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
32. Radley JJ, Rocher AB, Miller M, Janssen WG, Liston C, dkk. (2006) Stres yang berulang menginduksi kehilangan tulang belakang dendritik pada medial prefrontal cortex tikus. Cereb Cortex 16 (3): 313 – 320 [PubMed]
33. Volkow ND, Mullani N, Gould KL, Adler S, Krajewski K (1988) Aliran darah otak pada pengguna kokain kronis: sebuah penelitian dengan tomografi emisi positron. Br J Psychiatry 152: 641 – 648 [PubMed]
34. Jayaram P, Steketee JD (2005) Efek kepekaan perilaku yang diinduksi kokain pada transmisi GABA dalam korteks prefrontal medial tikus. Eur J Neurosci 21: 2035 – 2039 [PubMed]
35. Madayag A, Lobner D, Kau KS, Mantsch JR, Abdulhameed O, dkk. (2007) Pemberian N-acetylcysteine ​​yang diulang mengubah efek ketergantungan-plastis dari kokain. J Neurosci 27: 13968 – 13976 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
36. Miguens M, Del Olmo N, Higuera-Matas A, Torres I, Garcia-Lecumberri C, dkk. (2008) Kadar glutamat dan aspartat dalam nukleus accumbens selama pemberian sendiri kokain dan kepunahan: studi mikrodialisis waktu saja. Psikofarmakologi (Berl) 196: 303 – 313 [PubMed]