Transkriptunaraðferðir fíkniefna (2012)

INNGANGUR

Rannsókn á afritunarferlum fíknar byggist á þeirri tilgátu að stjórnun genatjáningar sé einn mikilvægur búnaður þar sem langvarandi útsetning fyrir misnotkunarlyfjum veldur langvarandi breytingum í heila sem liggja til grundvallar hegðunarfrávikum sem skilgreina fíkn.1,2) Skýring á þessari tilgátu er að breytingar, sem framkallaðar eru á virkni nokkurra taugaboðakerfa, og á formgerð ákveðinna taugafrumutegunda í heila, með langvarandi lyfjagjöf eru miðluð að hluta til með breytingum á genatjáningu.

Auðvitað er ekki allur lyfjavaldur tauga- og atferlisplastleiki miðlaður á stigi genatjáningar, þar sem við þekkjum áríðandi framlag breytinga á þýðingu og eftir þýðingu og próteinsmíði við fíknartengd fyrirbæri. Aftur á móti er stjórnun á genatjáningu eitt aðalkerfi og líklegt að það skiptir öllu máli fyrir ævilangt frávik sem einkenna fíkn. Reyndar, afritunarreglugerð veitir sniðmát þar sem þessir aðrir búnaðir starfa.

Vinna undanfarin ~ 15 ár hefur gefið auknar vísbendingar um hlutverk genatjáningar í fíkniefnaneyslu, þar sem nokkrir umritunarþættir - prótein sem bindast sérstökum svörunarþáttum í hvatamaður svæða markgena og stjórna tjáningu genanna - hafa verið bendlaðir í fíkniefnaaðgerðum. Samkvæmt þessu kerfi, sýnt í Fig. 1, misnotkun lyfja, með fyrstu aðgerðum sínum við samlíkinguna, framleiða breytingar innan taugafrumna sem gefa merki um kjarnann og stjórna virkni fjölmargra umritunarþátta og margra annarra tegunda eftirlitspróteina.3) A Þessar kjarnorkubreytingar byggja smám saman og smám saman með endurteknum váhrifum af lyfjum og liggja til grundvallar stöðugum breytingum á tjáningu sértækra markgena sem aftur stuðla að varanlegum breytingum á taugastarfsemi sem viðheldur fíknarástandi.1,4)

Þessi umfjöllun beinist að nokkrum umritunarþáttum, sem sýnt hefur verið að gegna mikilvægu hlutverki í fíkn. Við einbeitum okkur frekar að lyfjaeftirlitsþáttum innan umbunarrásar heilans, svæði heilans sem venjulega stjórna viðbrögðum einstaklings við náttúrulegum umbun (td mat, kynlíf, félagsleg samskipti), en eru skemmd vegna langvarandi váhrifa af völdum fíkniefna. Þessi heilaverðlaunahringrás nær til dópamínvirkra taugafrumna á leggmyndarsvæðinu í miðheila og nokkrum svæðum limbísks framheila sem þeir eru í inningu, þar á meðal nucleus accumbens (ventral striatum), heilaberki fyrir framan, amygdala og hippocampus, meðal annarra. Eins og sést hefur mikill meirihluti rannsókna á uppskriftafíkn fíknar hingað til einbeitt sér að kjarnanum.

ΔFosB

ΔFosB er kóðað af FosB gen og deilir homology með öðrum umritunarþáttum Fos fjölskyldunnar, sem fela í sér c-Fos, FosB, Fra1 og Fra2.5) Þessi Fos fjölskylduprótein heteródimerera með Jun fjölskyldupróteinum (c-Jun, JunB, eða JunD) til að mynda virkt virkjuprótein-1 (AP1) umritunarstuðla sem bindast AP1 stöðum sem eru til staðar í verkefnisstöðum tiltekinna gena til að stjórna umritun þeirra. Þessar Fos fjölskylduprótein eru framkölluð hratt og tímabundið á sérstökum heilasvæðum eftir bráða gjöf margra misnotkunarlyfja (Fig. 2).2) Þessi svör sjást mest áberandi í nucleus accumbens og dorsal striatum, en einnig sést á nokkrum öðrum heilasvæðum.6) Öll þessi Fos fjölskyldu prótein eru hins vegar mjög óstöðug og snúa aftur til grunnþéttni innan klukkustunda eftir lyfjagjöf.

Mjög mismunandi svör sjást eftir langvarandi gjöf fíkniefnaneyslu (Fig. 2). Lífefnafræðilega breyttar ísóformar ΔFosB (M_r 35-37 kD) safnast saman á sömu heilasvæðum eftir endurtekna váhrif á lyf, en allir fjölskyldumeðlimir Fos sýna umburðarlyndi (það er að segja minni framköllun miðað við upphafleg útsetning fyrir lyfjum).7-9) Slík uppsöfnun ΔFosB hefur sést fyrir nánast öll misnotkun lyfja, þó að mismunandi lyf séu nokkuð frábrugðin miðað við hlutfallslegan örvun sem sést í kjarna accumbens kjarna samanborið við skel, ryggisstríði og öðrum heilasvæðum.2,6) Að minnsta kosti hjá sumum lyfjum sem misnota lyf, virðist framköllun ΔFosB vera sértæk fyrir undirhópinn sem inniheldur dynorfín meðalstórra taugafrumna - þá sem aðallega tjá D1 dópamínviðtaka - innan striatalsvæða. 35-37 kD ísóformin af ΔFosB dimerize aðallega með JunD til að mynda virkan og langvarandi AP-1 flók innan þessara heilasvæða,7,10) þó að vísbendingar séu frá vitro rannsóknir sem ΔFosB getur myndað homodimers.11) Örvun lyfja við ΔFosB í kjarna accumbens virðist vera svar við lyfjafræðilegum eiginleikum lyfsins í sjálfu sér og ekki tengt neyslu vímuefna, þar sem dýr sem gefa sjálf kókaín eða fá inndælingu með oki, sýna jafngildan örvun þessa umritunarstuðils á þessu heila svæði.6) Aftur á móti krefst ΔFosB örvun á vissum öðrum svæðum, til dæmis heilaberki utan svigrúm, lyfjagjöf með skömmtum fyrirvara.12)

35-37 kD ΔFosB ísóformin safnast fyrir við langvarandi váhrif á lyf vegna óvenju langrar helmingunartíma.7-13) Sem afleiðing af stöðugleika þess er osFosB próteinið viðvarandi í taugafrumum í að minnsta kosti nokkrar vikur eftir að váhrifum við lyfið er hætt. Við vitum nú að þessi stöðugleiki stafar af tveimur þáttum: 1) fjarveru í ΔFosB af tveimur degron lénum, ​​sem eru til staðar á C-endanum á FosB í fullri lengd og öllum öðrum Fos fjölskyldupróteinum og miða þessi prótein til skjótrar niðurbrots, og 2) fosfórun ΔFosB við N-enda þess með kaseín kínasa 2 og ef til vill öðrum próteinkínösum.14-16) Stöðugleiki ΔFosB ísóformanna veitir nýjan sameindabúnað þar sem lyfjameðferð breytinga á genatjáningu getur varað þrátt fyrir tiltölulega langan tíma fráhvarfs við lyf. Við höfum því lagt til að ΔFosB virki sem viðvarandi „sameindarofi“ sem hjálpar til við að koma af stað og viðhalda ávanabundnu ástandi.1,2)

CREB

Hringlaga AMP svörunarþátt bindandi prótein (CREB) er einn af mest rannsakaði uppskriftarþáttum í taugavísindum og hefur verið beitt í fjölbreyttum þáttum í taugalíxli.33) Það myndar homodimers sem geta bundist genum á hringlaga AMP svörunarþáttum (CRE), en virkjar fyrst og fremst umritun eftir að það hefur verið fosfórýlerað við Ser133 (af einhverjum af nokkrum próteinkínösum), sem gerir ráð fyrir ráðningu CREB-bindandi próteins (CBP) sem þá stuðlar að umritun. Það er ekki eins vel skilið á það hvernig CREB virkjun bælir tjáningu tiltekinna gena.

Bæði sálarörvandi lyf (kókaín og amfetamín) og ópíöt auka CREB virkni, bráð og langvarandi - mæld með aukinni fosfó-CREB (pCREB) eða virkni fréttaritara í CRE-LacZ erfðabreyttum músum - á mörgum heilasvæðum, þar með talið kjarna accumbens og dorsal striatum .34-36) Tíminn í þessari virkjun er mjög frábrugðinn því sem sýndur var með osFosB. Eins og lýst er í Fig. 2, Örvun CREB er mjög tímabundin sem svar við bráðum lyfjagjöf og snýr aftur að eðlilegu magni innan dags eða tveggja eftir að hætt er við það. Að auki fer CREB örvun fram bæði í dynorphin og enkephalin undirtegundum miðlungs spiny taugafrumna.34) Öfugt við kókaín og ópíöt, sýnir CREB flóknari og fjölbreyttari svör við öðrum misnotkun lyfja.4)

Tilraunir sem fela í sér framkallaða oftjáningu CREB eða ráðandi neikvæðan stökkbrigði í bitransgenískum músum eða með veiruferjum hafa sýnt að virkjun CREB - í sláandi andstæðu við ΔFosB - í kjarna accumbens dregur úr gefandi áhrifum kókaíns og ópíata eins og þau eru metin í staðskilyrðum prófanir.37,38) Engu að síður örvar CREB örvun, eins og ΔFosB örvun, sjálfsstjórnun lyfja.39) Mikilvægt er að áhrif með ríkjandi neikvætt CREB hafa verið staðfest með örvandi niðurbroti á innrænni CREB virkni.39-41) Það er athyglisvert að báðir uppskriftarþættir knýja fram neyslu lyfsins; væntanlega ΔFosB gerir það með jákvæðri styrkingu en CREB örvar þessa svipgerð með neikvæðum styrkingu. Síðarnefndu möguleikinn er í samræmi við talsverðar vísbendingar um að virkni CREB á þessu heilasvæði valdi neikvæðu tilfinningalegu ástandi.34,42)

Virkni CREB hefur verið beintengd við virkni virkni miðju spiny taugafrumna í nucleus accumbens. Ofsjáning CREB eykst, en ráðandi-neikvæð CREB minnkar, rafmagnsgeta miðlungs spiny taugafrumna.43) Ekki hefur enn verið kannað hugsanlegan mun á dynorphin og enkephalin taugafrumum. Athugunin að veirumiðlun ofvinsæld K⁺ rás undireining í kjarnanum accumbens, sem dregur úr miðlungs spiny taugafrumum, og eykur svörun hreyfimynda við kókaíni bendir til þess að CREB starfi sem brot á hegðun næmni fyrir kókaíni með því að uppreina ævifærni taugafrumna.43)

Misnotkun lyfja virkja CREB á nokkrum heilasvæðum utan kjarnans. Eitt dæmi er ventral tegmental svæði, þar sem langvarandi gjöf kókaíns eða ópíata virkjar CREB innan dópamínvirkra og ódópamínvirkra taugafrumna. Þessi áhrif virðast stuðla að eða draga úr gefandi viðbrögðum misnotkunarlyfja eftir því hver undirsvæði dreifbýlis svæðisins hefur áhrif.

Fjölmörg markgen fyrir CREB hafa verið greind, bæði með opnum endum og frambjóðandi genaaðferðum, sem miðla þessum og öðrum áhrifum á miðju spiny taugafrumum í kjarna accumbens og afleiðandi CREB hegðunar svipgerð.18,32,36) Áberandi dæmi eru ópíóíð peptíð dynorphin,37) sem nærist aftur og bælir dópamínvirka merki til kjarnasamsteypunnar eins og áður sagði.24,25) Einnig er bent á ákveðnar einingar einingar glútamats viðtaka, svo sem GluA1 AMPA undireiningin og GluN2B NMDA undireiningin, svo og K⁺ og Na⁺ jón rásareiningar, sem saman væri búist við að stjórni kjarna accumbens frumu.43,44) BDNF er enn eitt markgenið fyrir CREB í nucleus accumbens, og það er líka falið í því að miðla CREB hegðunarfrumgerð.35) CREB örvun hefur einnig reynst stuðla að framköllun kókaíns á dendritic spines á nucleus accumbens medium spiny taugafrumum.45)

CREB er aðeins eitt af nokkrum skyldum próteinum sem binda CRE og stjórna umritun á genum. Nokkrar afurðir hringlaga AMP svörunar frumu modulator (CREM) gensins stjórna CRE miðlun umritun. Sumar afurðanna (td CREM) eru umritunarvirkjar en aðrar (td ICER eða örvandi hringrás AMP bælandi lyf) virka sem innrænir ríkjandi neikvæðir mótmælendur. Að auki geta nokkrir virkjunar umritunarþættir (ATF) haft áhrif á tjáningu genanna að hluta með því að bindast CRE stöðum. Nýlegar rannsóknir hafa fellt þessa ýmsu umritunarþætti í lyfjasvörun. Amfetamín framkallar ICER tjáningu í nucleus accumbens og oftjáning ICER á þessu svæði, með því að nota vírusmiðlað genaflutning, eykur næmi dýrs fyrir hegðunaráhrifum lyfsins.46) Þetta er í samræmi við niðurstöðurnar, sem vitnað er til hér að ofan, að staðbundin ofmæling á ríkjandi neikvæðum CREB stökkbrigði eða staðbundin niðurbrot CREB hefur svipuð áhrif. Amfetamín örvar einnig ATF2, ATF3 og ATF4 í nucleus accumbens en engin áhrif sjást fyrir ATF1 eða CREM.47) ATF2 ofþrýstingur á þessu svæði, eins og hjá ICER, eykur hegðunarviðbrögð við amfetamíni, á meðan ATF3 eða ATF4 ofþrýstingur hefur þveröfug áhrif. Mjög lítið er vitað um markgenin fyrir þessi ýmsu CREB fjölskylduprótein, sem er mikilvæg stefna fyrir rannsóknir í framtíðinni.

NFKB

Kjarnastuðull-KB (NFκB), umritunarstuðull sem er virkur hratt með fjölbreyttu áreiti, er best rannsakaður fyrir hlutverk sitt í bólgu og ónæmissvörun. Nýlega hefur verið sýnt fram á að það skiptir máli í samstilltum plastleika og minni.48) NFκB er framkallað í kjarna safnsins með endurtekinni gjöf kókaíns,49,50) þar sem það er krafist til framköllunar kókaíns á dendritic hryggjum í kjarna accumbens miðlungs spiny taugafrumum. Slík örvun NFκB stuðlar að næmi fyrir gefandi áhrif lyfsins.50) Meginmarkmið núverandi rannsókna er að bera kennsl á markgenin sem NFκB veldur þessari frumu- og hegðunarplastík.

Athyglisvert er að kókaín örvun NFKB er miðluð með ΔFosB: ΔFosB ofþrýstingur í kjarna accumbens örvar NFBB, en ofþrýstingur ΔcJun ríkjandi neikvæða hindrar kókaínörvun umritunarstuðilsins.21,49) Reglugerð NFκB af ΔFosB sýnir flóknar afritunarhellur sem taka þátt í lyfjaaðgerðum. Eins hefur NFκB verið beitt í sumum taugareitrunaráhrifum metamfetamíns á stríðsvæðum.51) Hlutverk NFκB í miðlungs spiny taugafrumumyndun hefur nýlega verið útvíkkað til streitu og þunglyndislíkana,52) niðurstaða sem er sérstaklega mikilvæg miðað við þéttleika þunglyndis og fíknar og vel rannsakað fyrirbæri vegna áfalla af völdum eiturlyfjaneyslu.

MEF2

Mýkósuaukandi þáttur-2 (MEF2) fannst fyrir hlutverk sitt í stjórnun hjartavöðvamyndunar. Í meira lagi hefur MEF2 verið beitt í heilastarfsemi.53) Margfeldi MEF2 ísóform eru tjáðir í heila, þar með talið í nucleus accumbens miðlungs spiny taugafrumum, þar sem þeir mynda homo- og heterodimers sem geta virkjað eða bæla umritun gena eftir eðli próteina sem þeir ráða. Í nýlegri vinnu er gerð grein fyrir hugsanlegu fyrirkomulagi þar sem langvarandi kókaín bælir virkni MEF2 í kjarnanum sem samanstendur að hluta til með D1 viðtaka-cAMP háðri hömlun á kalsínúríni, Ca2⁺-háð próteinfosfatasa.28) Kókaínreglugerð á Cdk5, sem einnig er skotmark fyrir kókaín og ΔFosB eins og áður hefur komið fram, gæti einnig verið um að ræða. Þessa minnkun á virkni MEF2 er nauðsynleg vegna örvunar kókaíns á tindarhrygg á meðalstórum taugafrumum. Mikilvægur áhersla núverandi vinnu er að bera kennsl á markgenin í gegnum MEF2 framleiðir þessi áhrif.

FRAMTÍÐAR LEIÐBEININGAR

Uppskriftarþættirnir sem fjallað er um hér að ofan eru örfáir af mörgum sem hafa verið rannsakaðir í gegnum árin í fíknarlíkönum. Aðrir sem fela í sér fíkn eru ma sykurstera viðtaka, nucleus accumbens 1 umritunarstuðull (NAC1), snemma vaxtarsvörunarstuðlar (EGRs) og merkjatæki og virkjari umritunar (STATs).1,2) Eins og aðeins eitt dæmi, þarf sykurstera viðtaka í dópamínóviðtaka taugafrumum til kókaínleitar.54) Markmið framtíðarrannsókna er að fá fullkomnari yfirsýn yfir umritunarstuðla sem framkallaðir eru í kjarnaumbúðum og öðrum heila umbunarsvæðum til að bregðast við langvarandi váhrifum af misnotkun lyfja og skilgreina svið markgena sem þeir hafa áhrif á til að stuðla að hegðunar svipgerð um fíkn.

Hitt meginmarkmið framtíðarrannsókna er að afmarka nákvæm sameindaþrep sem þessir ýmsu umritunarþættir stjórna markgenum sínum. Þannig vitum við nú að umritunarþættir stjórna tjáningu gena með því að ráða til markgenanna röð af samvirkjandi eða samhliða repressor próteinum sem saman stjórna uppbyggingu chromatin umhverfis genin og síðan nýliðun RNA fjölliðu II fléttunnar sem hvatar umritun.4) Til dæmis hafa nýlegar rannsóknir sýnt fram á að geta osFosB til að örva cdk5 genið gerist í samvinnu við nýliðun histón asetýltransferasa og skyldra chromatin uppbyggingarpróteina í genið.55) Aftur á móti kemur hæfni ΔFosB til að bæla c-Fos genið fram samhliða nýliðun histón deacetylasa og væntanlega nokkurra annarra bælandi próteina svo sem bælandi histónmetýltransferasa (Fig. 3).2,9,31) Í ljósi þess að hundruð krómatín reglugerðarpróteina eru líklega ráðin í gen í samvinnu við virkjun þess eða kúgun, er þessi vinna aðeins toppurinn á ísjakanum af miklu magni af upplýsingum sem þarf að uppgötva á komandi árum.

    

Fig. 3

Epigenetic verkunarháttur ΔFosB virkni Myndin sýnir mjög mismunandi afleiðingar þegar osFosB binst geni sem það virkjar (t.d. Cdk5) á móti bælingum (t.d. c-Fos). Við Cdk5 verkefnisstjóri (A), ΔFosB ræður histón ...

Þegar framfarir eru teknar í að bera kennsl á markgen fyrir lyfjagengda umritunarþátta, munu þessar upplýsingar veita sífellt fullkomnara sniðmát sem hægt er að nota til að leiðbeina uppgötvunum lyfja. Vonast er til að ný lyfjameðferð verði þróuð út frá þessum stórkostlegu framförum í skilningi okkar á umritunarferlum sem liggja til grundvallar fíkn.

Meðmæli