자당 섭취로 신속한 AMPA 수용체 트래 피킹 (2013) 유도

J Neurosci. 저자 원고; PMC Oct 3, 2013에서 사용 가능.
최종 편집 양식으로 다음과 같이 게시됩니다.
이 기사의 발행인의 최종 편집 버전은 J 신경 과학
PMC의 다른 기사보기 인용 출판 된 기사.

추상

설탕과 같은 자연적인 보상이 시냅스 전달 및 행동에 영향을 미치는 기전은 크게 탐구되지 않는다. 여기, 우리는 자당 섭취에 의한 측방 핵 시냅스의 조절을 조사한다. 이전의 연구들은 AMPA 수용체 인신 매매가 시냅스 강도를 조절하는 주요 메커니즘이며, 체외에서GluA1 아 단위를 포함하는 AMPA 수용체의 트래 피킹 (trafficking)은 엑시 신 시냅스와 시냅스 수용체 전달을 포함하는 2 단계 메커니즘에 의해 이루어진다. 우리는 쥐에서 25 % sucrose 용액을 매일 반복하여 섭취하면 일시적으로 자발적인 운동을 증가시키고 칼슘의 결합을 통해 속이 빈 시냅스를 강화한다는 것을보고합니다2+-투과성 AMPA 수용체 (CPAR), GluA1 함유, GluA2 결핍 AMPA 수용체. 전기 생리 학적, 생화학 적 및 정량적 전자 현미경 연구는 자당 훈련 (7 일)이 안정된 (> 24 시간) 척추 내 GluA1 집단을 유도했으며,이 쥐에서 단일 자당 자극이 빠르게 (5 분), 그러나 일시적으로 (<24 시간) 상승한 것으로 나타났습니다. 시냅스 외 부위의 GluA1. CPAR과 도파민 D1 수용체가 필요했습니다. in 자당 섭취 후 상승 된 운동을위한 생체 내. 의미있게, 비 칼로리 감미료 인 사카린의 7 % 용액을 매일 섭취하는 3 일 프로토콜은 1 % 자당 섭취와 유사하게 시냅스 GluA25를 유도했다. 티이전에 설명한 다중 단계 GluA1 트래 피킹을 확인한 결과 체외에서시냅스 전달의 급성 조절 메커니즘으로서 생체내에서 자연적 orosensory 보상에 의해. 인신 매매는 자당의 칼로리 값에 의존하지 않는 화학 감각 경로에 의해 자극됩니다.

개요

자당 과다 섭취는 심각한 공중 보건 문제입니다 (후와 말릭, 2010), 그러나 자당과 같은 자연적, 감각적 보상이 시냅스 전달을 조절하여 행동에 영향을주는 메커니즘은 알려져 있지 않다. 뇌 보상 회로의 필수 구성 요소 인 측위 핵의 시냅스 소성Sesack and Grace, 2010), 보상 학습을 포함한 다양한 형태의 동기 부여 된 행동에 기여합니다 (데이와 케어 리, 2007), 사회적 스트레스에 대한 반응 (LaPlant 등, 2010), 중독 병리 (루서와 말 렌카, 2011). 반복되는 코카인 노출은 교관과 복부 tegmental 영역 (VTA)의 뉴런에서 시냅스 가소성을 일으킨다 (Brebner et al., 2005; Grueter et al., 2010; Mameli 등, 2009; Pascoli 등, 2012; 토마스 (Thomas) 등, 2001; Ungless et al., 2001). 확장 된 접근 코카인 자체 투여 후 연장 된 철회시에, 시냅스는 Ca의 혼입을 통해 강화된다2+- 투과성, GluA2- 부족한 AMPA 형 글루타메이트 수용체 (CPAR), 그의 신호 전달은 코카인 갈망의 배양을 매개한다콘래드 (Conrad) 등, 2008; McCutcheon et al., 2011a). 코카인과 유사하게 자당과 같은 감각 보상은 측두엽 도파민을 견고하게 상승시킵니다 (스미스, 2004), 그러나 오르 소센 성 소성의 감각 보상은 조사되지 않았다.

AMPA 수용체 (AMPA)는 중추 신경계 흥분성 전달의 주요 중재자이며, 인신 매매는 학습과 기억을 포함한 다양한 신경 과정에 기여합니다 (Nedelescu 등, 2010; Rumpel 등, 2005; Whitlock 등, 2006). AMPARs는 GluA1-4의 네 가지 서브 유닛으로 구성됩니다. GluA2 함유 AMPAR은 Ca2+GluA2-homeless monomer 인 GluA1-lacking receptors (CPAs)가 Ca를 유도하는 반면에,2+ 내부 정류를 나타낸다. GluA1은 cAMP- 의존성 단백질 키나아제 (PKA) 및 cGMP- 의존성 단백질 키나아제 II (cGKII)에 의한 Ser 845 인산화가 원형질막의 외 사슬 내 위치에서 수용체 축적을 촉진하는 2 단계 경로에 의해 활성 의존성 시냅스 트래핑을 겪는다에스테반 (Esteban) 등, 2003; Serulle 등, 2007; Sun 등, 2008; Sun 등, 2005). 시냅스로의 측면 확산 후, PKC에 의한 Ser 818의 인산화는 시냅스 내에서 AMPARs를 안정화시킨다 (Boehm 등, 2006), postsynaptic 밀도 (Ehlers 등, 2007; 오 외., 2006; Serulle 등, 2007). 으로2+Ser 567 및 Ser 831의 칼 모듈 린 의존성 단백질 키나아제 II (CaMKII) 인산화는 또한 시냅스 결합 및 세포 외 표적화에 기여한다Lu 등, 2010; 로슈 (Roche) 등, 1996)이다. 그러나, 생체내에서 CPARs의 통합은 설명 된 이러한 신속한 다중 단계 메커니즘을 사용합니다 체외에서.

수크로오스와 같은 orosensory 보상이 측쇄 흥분성 시냅스를 조절하는 기전을 연구하기 위해, 우리는 잠수 수화물 섭취의 패러다임을 사용하고 측 변의 뉴런에서 시냅스 전달의 변화를 측정했다. 우리는 반복적 인 자당 섭취가 CPARs의 결합을 통해 측방의 시냅스를 강화시키고, 자당 훈련 된 동물에서 단일 수크로오스 자극이 외의 시냅스 부위로의 빠른 GluA1 인신 매매를 유도하기에 충분하다는 것을 관찰했다. 비 칼로리 성 감미료 인 사카린은 자당과 유사하게 시냅스 인신 매매를 유발했기 때문에 인신 매매는 칼로리가 아닌 오르노 센스 (orosensory) 반응에 대한 반응입니다. 또한, CPAR 차단은 자발적으로 자발적 인 운동 활성의 상승을 방지했다 생체내에서가능한 CPAR을 자연 보상에 대한 중요한 규제 기관으로 식별합니다.

재료 및 방법

과목 및 수술 절차

피험자는 도착시 150-300 그램과 여성 E18 임신 Sprague-Dawley 쥐 (Taconic, 세포 배양 실험)의 체중을 측정 한 수컷 Sprague-Dawley 쥐 (Taconic; 행동 실험)였다. 쥐를 2h / 12h 빛 - 암주기 (12 : 18에서 꺼짐)에서의 행동 실험을 위해 케이지 당 00에 보관하고 음식과 물을 섭취했습니다 광고 무제한 항상. 모든 실험 절차는 뉴욕 대학교 의과 대학 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 받아 "실험 동물 관리의 원칙"(NIH 출판 번호 85-23)에 따라 수행되었습니다.

자당 교육 및 운동 측정

쥐를 가정집에서 3 h / day 동안 2 연속 시험실로 옮겼다. 물 또는 25 % 수크로오스를 함유 한 병을 4 일째에 5 분 케이지 뚜껑을 통해 도입 하였다. 그런 다음 병을 칭량했다. 모든 실험에서, 래트는 연구 시작까지 1 분 동안 5 분 동안 최소한 3 g의 sucrose를 마셔야했다. 사실, 모든 쥐가이 기준을 만났습니다. 병을 제거한 후 실험실에 30 분 동안 남아 있었고 동물 시설로 다시 이송되었습니다. 희생 당일, 쥐들은 CO에 의해 의식을 잃었습니다.2단두대에 의해 목이 잘랐으며, 조직 샘플은 얼음 위에서 수집되었다. 운동 실험을 위해, 쥐를 총 35-min 동안 운동 측정 실 (Accuscan, Columbus, OH)에 두었다. 챔버 내에서 15-min 후, 비드 스토퍼가있는 병을 챔버의 상부를 통해 도입하고 안정화시켰다. 5-min 후에 병을 챔버의 상부로부터 제거하고, 병을 제거한 후에 래트를 챔버에 추가로 15-min 동안 유지시켰다. 이 절차는 7 연속 일 동안 동일하게 반복되었습니다. 이동 된 거리는 동물 케이지 (16 × 16 × 42 cm)를 앞뒤로 가로 지르는 42 × 30 적외선 광선의 그리드를 통해 동물 활동을 모니터하는 VersaMax System (Accuscan, OH, Columbus, OH)을 사용하여 측정되었습니다. . 초당 100 회 스캔 한 빔 상태에 대한 정보가 디스크에 저장되었습니다. 활동은 12 분 세션에서 3 다른 35-min 빈 중에 cm 단위로 측정 된 이동 거리로 표현되었습니다 (최종 빈은 2-min입니다).

사카린 훈련

GluA1의 sucrose-induced trafficking과 saccharin 섭취의 효과를 비교하기 위해, 12 성인 수컷 흰쥐 (250 g)를 12 시간의 명암주기에 동물 시설에 넣었다. 모든 쥐를 실험실로 운반하고 2 시간 동안 방치하여 실험실에 익숙하게하고 동물 시설로 다시 운반했다. 한 4th 일 (요법의 3 일 후), 쥐에게 물, 수크로오스, 또는 사카린이 들어있는 접근 병을 받았다. 4 쥐에게 뚜껑을 통해 새장으로 튀어 나온 스파우트와 함께 새장 꼭대기에 물을 담은 병에 접근 할 수있게했다. 접근 시간은 5 분이었고 병은 제거되었고 15 분 후에 추가로 쥐가 동물 병원으로 이송되었습니다. 4 쥐에게 25 % 자당 용액에 대한 접근 권한을 부여하고 4 쥐에게 3 % 사카린 용액 (Sweet'n Low)에 대한 접근 권한을 부여했다. 소비 된 유체의 부피가 측정되었습니다. 이 절차는 7 일 동안 반복되었습니다. 술을 마신 지 7th 일에, 병을 제거한 직후에 래트를 희생시키고 측벽 코어를 수확하고 글루 녹스 레벨을 웨스턴 블롯으로 조사 하였다.

전기 생리학

쥐를 맑은 플라스틱 케이지에서 전술 한 바와 같이 수크로오스 트레이닝하고, 7 일에 병을 제거한 후 케타민 (100 mg / kg ip) 및 크 실라 진 (10 mg / kg ip)으로 마취시키고 감기 염수 (mEPSC 실험) 또는 즉시 목을 베었다 (교정 실험). 뇌를 인공 뇌척수액 (ACSF)으로 신속하게 제거하여 mEPSC 실험을 위해 : NaCl (118), KCl (2.5), CaCl2 (3), MgCl2 (1), NaHCO3 (26), NaH2PO4 (1), D- 포도당 (10), 삼투압을 325 mOsm으로 조정하고 95 % O로 통기시켰다2/ 5 % CO2 (pH 7.4); 정류 실험을 위해 : 75 자당, 87 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO4, 0.5 CaCl2, 7 MgCl2 6 H2O, 25 NaHCO3, 10 덱 스트로스, 95 % O로 버블 링 됨2 / 5 % CO2 (pH 7.4). 측벽 핵을 포함하는 관상면 절편 (300μm 두께)을 vibrotome (Leica, VT1200S)을 사용하여 얼음으로 냉각 한 ACSF에서 절단하고 ACSF (ACSF, mM 단위로 : 124 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO4, 2.5 CaCl2, 1.5 MgSO4 7H2O, 26 NaHCO3, 및 10 덱 스트로스) 30 분 미만; 그런 다음 회복을 위해 최소 1 시간 동안 실온에서 슬라이스 사전 인큐베이터에 보관합니다. mEPSC 실험의 경우 : 단일 슬라이스를 TC32B 인라인 용액 히터 및 컨트롤러 (Warner Instruments, CT)를 사용하여 324 ° C에서 나일론 그물로 잠긴 기록 챔버로 옮겼습니다. 챔버는 2 ml / min의 일정한 속도로 ACSF에 의해 연속적으로 관류되었다. 핵 accumbens 코어 영역의 중간 가시 뉴런은 5405x 긴 작동 거리 물 침지 대물 렌즈가 장착 된 Olympus BX50WI 직립 현미경을 사용하여 적외선 차동 간섭 대비 비디오 현미경 (Hamamatsu C40)을 사용하여 시각적 안내하에 식별되었습니다. (mM 단위) : CsCl (4), HEPES (6), EGTA (145) 및 MgATP (10)로 구성된 세포 내 피펫 용액으로 채워진 패치 전극 (0.5–5 MΩ). 수 크로스로 삼투압을 290mOsm으로 조정하고 CsOH로 pH를 7.4로 조정했습니다. 미니어처 흥분성 시냅스 후 전류 (mEPSC)는 Axopatch 10B 증폭기 (Molecular Devices, CA)를 사용하여 bicuculline (1μM) 및 tetrodotoxin (200μM)의 존재하에 기록되었으며 Digidata 1322A (Molecular Devices, CA)에 의해 디지털화되었습니다. 정류 실험의 경우 : 슬라이스를 기록 챔버로 옮기고 관류합니다 (최소 2.0–2.5 ml- 1)를 33-35 ° C에서 50 μm picrotoxin이 함유 된 산소화 된 ACSF로 처리하여 EPSC를 분리 하였다. 체세포의 전체 세포 기록은 IR-DIC 비디오 현미경을 사용하는 Multiclamp 700B 증폭기 (Molecular Devices)로 전압 클램프의 코어 영역 중견 가시 뉴런으로부터 만들어졌다. 패치 피펫 (4-6 MΩ)은 세포 내 용액 (mM : 125 Cs- 글루코 네이트, 2 CsCl, 5 TEA-Cl, 4 Mg-ATP, 0.3 GTP, 10 포스 포 크레아틴, 10 HEPES, 0.5 EGTA 및 3.5 QX -314). 데이터를 2 kHz에서 필터링하고, 10 kHz에서 디지털화하고, Clampfit 10 (Molecular Devices)로 분석 하였다. 세포 외 자극 (0.01-1 ms, 5-150 μA, 0.2 Hz)을 기록 전극으로부터 작은 유리 바이폴라 전극 0.05-0.5 mm로가 하였다. 베이스 라인 기록의 ~ 10 분 후에, Naspm (200 μM)을 함유하는 용액을 10 분 동안 욕조로 관류 하였다. EPSC 진폭의 변화는 -70, -50, -30, 0, + 20, + 40 및 + 60 mV의 전위를 유지하는 약물 적용 전후에 측정되었다. 정류 지수 (ir)은 역전 전위의 임의 전위 변동을 보정하여 다음 수학 식으로부터 계산 하였다 : ir = (I- 70 / 70) / (I+40 / 40), 여기서 I- 70 및 I+40 -70 mV 및 + 40 mV로 기록 된 EPSC 진폭입니다.

세포 내 분획 화 및 웨스턴 블 랏팅

상기 언급 된 바와 같이, 누클레오티드를 얼음 위에서 수집 하였다. 핵과 껍질을 따로 분리 해 놓았을 때, 껍질에있는 축삭의 말단에서 발견되는 효소 인 도파민 β- 수산화 효소에 대한 시냅스 솜 분획을 조사함으로써 분리가 확인되었다.Sesack and Grace, 2010). 전 세포, 시냅 토솜 및 PSD 분획을 전술 한 바와 같이 제조 하였다 (Jordan et al., 2004). Synaptosomal 쥐똥 거리는 200 ° TNXX - 25 ° 1 - 분 100 - 분, 4 - 분 30에 흔들어과 13,800 - 15 - 분 PSDs을 pellet 작은 원심 분리기에 centrifuged 25 μl 2의 Tris에 resuspended되었습니다. 조 PSD를 함유하는 펠렛을 XNUMX % Tris (XNUMX % SDS)에 재현 탁시켰다. 분획을 SDS-PAGE 겔상에서 웨스턴 블롯으로 분석하여Jordan et al., 2004). 도파민 β- 하이드 록실 라제 (1 : 1,000, Abcam), GluA1 (1 : 1,000, Millipore), 형광체 -Ser845 GluA1 (1 : 1,000, Millipore), GluA2 (1 : 1,000, Millipore) (1 : 10,000, Sigma).

전자 현미경

조직 수확 당일 (수 크로스 트레이닝 당일 7), 3 시험 군 (물, 수 크로스 / 물, 자당, 3 쥐 / 시험 군)을 15- 분 동안 운동 측정 실에 넣었다. 15-min에서 병 위쪽으로 병을 넣었다. 물 그룹의 래트는 물을 받았고, ucrose 그룹의 래트는 25 % sucrose를 받았다. 25 일 동안 6 % sucrose를 섭취 한 Sucrose / Water 그룹의 래트는 물을 받았다. 쥐를 Nembutal (50 mg / kg ip)로 심하게 마취시키고, 0.1 % 파라 포름 알데히드 및 ​​7.4 % 글루 타르 알데하이드를 함유하는 4 M 인산염 완충액 (pH 0.1)으로 최초 50- 분 동안 3 ml / 분의 속도로 심근 관류 한 다음, 후속 20-min에 대한 7 ml / min의 비율. postembed immunogold (PEG) 라벨링을 위해 조직을 준비하고 이전에 설명한대로 이미지를 캡쳐Nedelescu 등, 2010). 면역 라벨은 비대칭 시냅스 접합부에서의 PSD에 대한 위치에 따라 "틈새", "PSD 근처"(PSD에서 1 PSD 폭 이내), "PSD", "끈적 거리는"또는 "외 산성 막"으로 범주화되었습니다. 각 동물, 93 시냅스는 교관의 핵심에서 샘플되었습니다. 랜덤 샘플링은 우리가 격자를 통해 체계적으로 쓸어 넘기면서 처음으로 93 무작위 적으로 발생하는 모든 시냅스를 분석 한 다음, 동일한 전립선 치료를받은 3 마리의 동물 각각과 같은 수의 시냅스를 풀링하여 확보했습니다. 두 가지 유형의 정량이 수행되었습니다. 하나는 척추의 별개 기능 영역에서 발생한 PEG 입자의 수를 집계하여 GluR1 면역 반응성 수준을 평가하는 것이 었습니다. 다른 하나는 임의의 수의 PEG 입자에 의해 PSD에서 표지 된 시냅스의 비율을 평가하는 것이었다. 단지 1 PEG 입자로 표지 된 시냅스조차도 GluR1-PEG 처치의 특이성을 증명하는 초기 연구에 기초하여 표지 된 것으로 간주되었다 (Nedelescu 등, 2010). GluR1 면역 표지의 비율과 수준에 대한 치료 효과는 계획된 post hoc 비교 (Fisher 's LSD)를 사용하여 일원 분산 분석 (one-way ANOVA)으로 분석되었습니다. 실험 바이어스를 제거하기 위해 데이터는 트리플 블라인드되었다 : 한 실험자가 자당 훈련을 수행하고 세 실험 그룹에 동물의 기록을 보관하고, 두 번째 실험자는 전자 현미경 사진을 생성하고 각 현미경 사진에 새로운 영숫자 코드를 할당하고 코드를 봉인했다 세 명의 실험자가 현미경 사진을 스캔하고 PEG 입자를 정량화했다. PEG 정량화가 완료된 후 실험자는 각 현미경 사진의 정체성을 나타 내기 위해 소집되었다.

Cannula 이식 및 두개 내 주입

Intracranial injection은 Naspm과 APV를 측쇄 코어에 전달하기 위해 사용되었습니다. 이전에 설명한대로 캐뉼라 주입을 위해 (Carr et al., 2010), 쥐를 ketamine (100 mg / kg ip) 및 xylazine (10 mg / kg ip)으로 심하게 마취시키고 진통제 베나 민 (1 mg / kg 피하)으로 수술 후 주사 하였다. 랫트는 두개의 26- 게이지 가이드 캐 뉼러 (PlasticsOne, Roanoke, VA)를 stereotaxically 이차원 심전도 코어에 삽입 하였다. 좌표는 : bregma 앞쪽의 1.6 mm; 2.9 측면 화살 봉합 측면, 팁 8 ° 정중선쪽으로 5.6 mm 복부 표면에 해골 표면. Cannulae는 치과 용 아크릴에 의해 제자리에 고정되었고 개통은 폐쇄 스 씰렛으로 유지되었습니다. 두개 내 주사의 경우, Naspm 및 APV 용액을 증류수로 채워진 30-μl 해밀턴 주사기에 한쪽 끝에 부착 된 PE-50 튜빙의 두 25 cm 길이로로드하고 다른 끝에서 31- 게이지 주입기 캐 뉼러로 2.0 mm 연장 이식 된 가이드 너머. 주사기를 2272 초 동안 0.5 μl 주입 용량을 전달한 Harvard 100 마이크로 리터 주사기 펌프의 트윈 ​​홀더에 올려 놓았다. 주사 완료 후 1 분, 주사기 캐 뉼러를 가이드에서 제거하고, 스 퀴렛을 교체하고, 동물을 수크로오스 트레이닝을위한 운동 테스트 챔버에 넣었다. 동물 희생 후, 극저온 뇌 절편을 캐 뉼러 위치 측정을 위해 분석 하였다; 부적절한 캐뉼라 배치로 인해 2 동물 중 15이 연구에서 제외되었습니다.

통계 분석

전자 현미경 검사법, 면역 세포 화학 법 및 biotinylation 실험을 위해 일원 분산 분석법 (Fisher post hoc tests)이 뒤 따른다. 전기 생리학을 위해 양측 학생 t- 테스트가 사용되었습니다. 수크로오스 과잉 반응 실험의 경우, 2-way ANOVA를 사용하였고, Fisher post hoc tests를 수행 하였다.

결과

자당 섭취 패러다임의 특성

우리는 자연적인 감수성 보상이 시냅스 전달에 미치는 영향을 조사하기 위해 자당 섭취 패러다임을 사용했습니다 (그림 1A). 성체 수컷 흰쥐를 3 일 연속으로 시험실로 옮겼다. 네 번째 날 (훈련 첫날)에 쥐를 운동 측정 실에 넣었다. 15 분의 운동량을 챔버 내에서 측정 한 후, 물 (물 동물 용) 또는 25 % 수크로오스 용액 (자당 동물 용)을 함유하는 병을 챔버 뚜껑의 구멍을 통해 측정 챔버에 도입 하였다. 5 분 후에 병을 제거하고 동물을 집에 되 돌리기 전에 추가 15 분 동안 운동 활성을 측정했습니다. 7 연속 일 동안이 절차를 반복했습니다. 일부 실험에서, 자당 훈련은 8th 일. 매우 맛있은 해결책에 대한이 짧은, 비 우발적 인 접근은 우리가 수의 섭취의 급성 및 누적 효과 모두를 조사 할 수있게 해주었습니다. 동물들은 훈련 3 일 이내에 접근 창 동안 강력하게 수크로오스를 안정적으로 흡수했습니다.그림 1B). 이러한 실험 조건은 섭취 중단 직후에 시험 그룹의 비교를 가능하게했다. 이 연구에 포함시키기위한 우리의 기준은 쥐가 훈련 시작 3 일 이내에 접근 기간 동안 적어도 1 그램의 자당을 섭취하기 시작했다는 것입니다. 이 기준에 근거하여 연구에서 제외 된 동물은 없었다.

그림 1  

반복 된 자당 섭취는 자발적인 이동의 일시적인 상승을 유발합니다.

우리는 훈련 3 일 이내에 Sucrose 동물이 물 동물이 물을 소비하는 것보다 훨씬 더 많은 sucrose 용액을 소비 함을 관찰했습니다.그림 1B). 또한, 1-6 훈련 일에 자발적인 운동의 유의 한 차이는 관찰되지 않았지만 (7-XNUMX), 우리는 XNUMX 날 병 제거 후 3 분 동안 물 동물에 비해 Sucrose 동물에서 이동 한 총 거리의 유의 한 상승을 관찰했다그림 1D), 그리고이 차이는 8 일 (그림 1E). 시험 기간 중 병 도입 전 3 분 동안 물과 자당 동물간에 이동 한 총 거리에는 차이가 없었습니다 (그림 1C), 상승 된 locomotion이 자발적으로 훈련 된 쥐에게 특이적인 자당 섭취에 대한 급성 반응 이었다는 것을 암시 해 주었다. 이 가능성을 유지하면서 섭취 된 자당의 양과 여행 한 총 거리 사이에는 유의 한 양의 상관 관계가있었습니다 (그림 1F). sucrose와 water 그룹 사이의 동물 무게는 7 훈련 전이나 후에 차이가 없었다 (data not shown).

자당 섭취로 CPAR 도입 유도

자당 훈련은 최종 훈련 일에 일시적인 이동의 상승을 가져왔다. 자당 섭취의 이러한 결과가 보상 행동을 조절하는 부위 인 원자핵의 전기 생리 학적 변화를 동반하는지 여부를 결정하기 위해, 우리는 7 일에 병을 제거한 직후에 원자핵 슬라이스를 준비하고, 측벽 코어의 뉴런으로부터 기록했다그림 2A). 핵심 소구역은 보람있는 자극에 대한 운동 반응에 관련되어있다 (Sesack and Grace, 2010). 우리는 자발적인 미니어쳐 흥분 후 시냅스 전류 (mEPSCs)의 진폭과 빈도가 수 동물에 비해 수크로오스 중추 신경계에서 유의하게 더 컸다는 것을 발견했다.그림 2B). 이것은 반복적 인 자당 소비가 측벽 핵에서의 시냅스 전달을 긍정적으로 조절할 수 있음을 보여 주었다. CPAR 법인화가 자당 후 강화에 역할을하는지 확인하기 위해, 우리는 서로 다른 막 전위에서 EPSC를 측정하여 측부 코어 뉴런에 대한 정류 지수를 결정했다피규어 2C, 2D 및 2E). CPARs는 내인성 폴리아민 봉쇄 때문에 탈분극 된 전위에서 내부적으로 정류됩니다. 수중 동물과 비교하여 I / V 관계에서 비선형 성으로 나타난 바와 같이 Sucrose 동물의 뉴런에서 기록에서 유의 한 정류가 관찰되었다 (그림 2E), 정류 지수의 유의 한 증가 (그림 2F).

그림 2  

가려운 핵심 시냅스는 반복적 인 자당 섭취 후에 강화됩니다.

다른 방법으로 CPAR 수준의 상승을 확인하기 위해 특정 CPAR 차단제 인 1-Naphthylacetyl spermine (Naspm)을 욕조에 넣은 후 중 심의 뉴런을 촬영했습니다. 우리는 Naspm이 수크로오스로부터의 뉴런으로부터의 기록에서 EPSC 진폭을 현저하게 감소 시키지만 수중 동물에서는 그렇지 않음을 발견했다 (피규어 3A-C). 또한, Naspm 치료 후 수크로오스 동물로부터의 뉴런에서의 I / V 관계는 Sucrose 동물 시냅스에서의 CPARs의 억제를 반영하여 선형이되고, 수중 동물로부터의 뉴런에서의 Naspm 처리 후에 I / V 관계에 유의 한 영향은 관찰되지 않았다3D 피규어). 이러한 결과는 반복 된 자당 섭취가 자궁 경관 코어의 시냅스에서 CPARs의 결합을 유도한다는 것을 입증한다.

그림 3  

자당 섭취는 Ca2 + 투과성 AMPA 수용체의 결합을 일으 킵니다.

자당 섭취로 GluA1 트래 피킹 유도

CPAR은 GluA2 AMPA 수용체 아 단위가없는 AMPA 수용체이다. 따라서 CPARs의 시냅스 통합은 GluA1 subunit의 시냅스 활동 의존적 트래 피킹을 수반한다 (그 외 여러분, 2009; Isaac 등, 2007; 리우와 주킨, 2007; Plant et al., 2006). 자당 훈련 후 CPAR 시냅스 결합을 확인하기 위해, 우리는 자당 섭취가 GluA1의 시냅스 표현을 증가 여부를 조사했습니다. 랫트는 7 연속 날에 대해 전술 한 바와 같이 수 크로스에 접근 하였다. 1, 3, 5 및 7 일에 우리는 3 개의 뇌 영역 즉, (세포핵), (세포 내) 껍질 (shell) 및 체세포 감각 피질 (피질)에서 전체 세포, synaptosome 및 postsynaptic density (PSD) 우리는 GluA1 및 GluA2 발현을 위해 Western blot으로 전체 세포 및 PSD 분획을 분석 하였다.

우리는 검사 당일에 측쇄 분해물의 전체 세포 분획에서 GluA1 또는 GluA2에 변화가 없음을 발견했는데, 이는 반복 된 sucrose 소비가 이들 단백질의 전체 수준을 조절하지 않는다는 것을 시사한다.피규어 4A-C). 그러나 측선 PSD 분획물에서 GluA1는 코어에서 7 일에 유의하게 증가하였으나 껍질에서는 그렇지 않은 반면, GluA2는 두 분획에서 유의하게 변화하지 않았다피규어 4D-4F 및 데이터는 표시되지 않음). 우리는 이전 시험 기간에 측벽 코어 PSD 분획에서 GluA1의 유의 한 증가가 관찰되지 않았다 (피규어 4D-F) 및 GluA1 또는 GluA2는 시험 일 중 어느 시점에서도 피질 PSD 분획에서 변하지 않았다 (데이터는 나타내지 않음). 반복적 인 자당 섭취 후 측쇄 코어 PSD에서 특히 GluA1에 비해 GluA2의 증가는 위에 기술 된 바와 같이 측부 코어 뉴런에서 관찰되는 증가 된 정류와 일치한다.

그림 4  

시냅스 후 밀도 GluA1,하지만 GluA2, 자당 섭취 후 측벽 핵에서 증가합니다.

활동 의존성 GluA1 트래 피킹은 시냅스 가소성을 기여하는 것으로 나타났습니다. 체외에서 그리고 또한 생체내에서 (루와 로슈, 2011). GluA1 트래 피킹을위한 신속하고 다단계 메커니즘이 입증되었습니다. 체외에서 (Serulle 등, 2007; Sun 등, 2008; Sun 등, 2005). 그러나 지금까지 GluA1 시냅스 축적에 대한이 다단계 메커니즘의 기여 생체내에서 테스트되지 않았습니다. 자당 훈련이 다단계 메커니즘에 의해 GluA1 트래 피킹을 급히 유도 하는지를 결정하기 위해, 우리는 정량적 전자 현미경으로 수크로오스 및 수 중에서 훈련 된 동물의 시냅스 핵에 GluA1를 국한시켰다. 3 시험 군의 자궁 경부 배양 7 일째에 가골 조직을 수확 하였다. 이들은 1 일 (수분), 7) 2 일 (자당)에 대한 수분을 소비 7) 및 3 일 6 (자당 / 물)에 물을 수족관을 소비 7). 7에서 쥐를 희생시켰다.th 일, 자당 또는 물 소비 후 5 분. 따라서 두 그룹의 Sucrose / Water와 Sucrose 동물을 서로와 Water 동물과 비교하여 수크로오스로 훈련 된 쥐에서 자당 소비에 의해 유발 된 postsynaptic 변화의 시간 계를 나타냈다. 우리는 1 5 postsynaptic 구획에 postembed immunogold (PEG) - 라벨 GluAXNUMX 측정 : 돌기 척추 세포질 (intraspinous), extrasynaptic 플라즈마 막 (멤브레인), PSD 근처의 PSD, 그리고 시냅스 cleft, 마지막 세 구획은 함께 그룹화되는 PSD '(5A). 실험자 편향을 없애기 위해 전자 현미경 검사 그룹의 정체성은 3 중 블라인드였다.

그림 5  

전자 현미경으로 자당 섭취에 의한 다단계 글루 엑스 넥스 (GluA1) 인신 매매의 유도가 밝혀졌습니다.

수크로오스 및 수크로오스 / 수중 동물 모두 물 동물에 비해서 상당히 증가 된 귓바퀴 내 GluA1를 나타냈다 (그림 5B 및 5C). 이것은 만성 자당 소비가 시냅스 부위에 인접한 GluA1- 함유 AMPA 수용체, 시냅스 밀 거래에 용이하게 이용 될 수있는 수용체의 세포 내 풀을 증가시키고,이 세포 내 풀이 자당의 최종 소비 후 24 시간 동안 지속될 수 있음을 시사한다 . 우리는 급성 자당 자극이 급속 GluA1 인신 매매를 유도 할 수 있는지에 대한 중요한 질문을 탐구했다. 우리는 extrasynaptic plasma membrane GluA1이 Sucrose / Water와 Water 동물에 비해 Sucrose 동물에서 유의하게 증가 함을 관찰했다.피규어 5B 및 5D). 이 관찰은 단일 자당 자극에 의해 제공되는 자연적인 감각적 보상이 신속하게 (<5 분) 그러나 일시적으로 (감쇠 시간 <24 시간) GluA1 함유 AMPA 수용체의 시냅스 외 집단을 증가시켜 수용체가 불안정한 풀을 생성 할 수 있음을 나타냅니다. 시냅스로 이동할 수 있습니다.

중요한 것은, 체외에서 연구들은 AMPA 수용체의 시냅스 결합이 2 단계에서 일어난다는 것을 제안했다. 첫 번째로, 글루타메이트 - 또는 도파민 - 의존성 Ser 845 인산화는 원형질막의 시냅스 밖의 부위에서 수용체의 수준을 상승시킨다 (에스테반 (Esteban) 등, 2003; Serulle 등, 2007; Sun 등, 2008; Sun 등, 2005), 두 번째로, Ser 818 인산화는 시냅스 결합을 촉진한다 (Boehm 등, 2006). Sucrose 동물과 Sucrose / Water and Water 동물을 전자 현미경으로 비교 한 결과, GluA1 인신 매매의 첫 번째 단계는 체외에서 (마키노와 말리노, 2009), extrasynaptic 막으로의 빠른 인신 매매도 일어난다. 생체내에서 orosensory 보상의 규정에 따라.

상기 한 전기 생리학 및 생화학 적 결과에 따라, PEG EM은 수크로오스 섭취가 또한 물 랫트에 비해 수 크로스에 대한 PSD에서의 GluA1- 면역 반응성 수준이 유의하게 높았 기 때문에 글루코 노움 (GluA1) 트래 딩 GluA1 수용체가 시냅스로 들어가는 두 번째 단계를 유도 함을 입증 하였다. 물 쥐에 비해 수 크로스 / 물에서 GluA1의 증가 경향이있었습니다 (5B 및 5E 수치). Sucrose / Water 동물의 증가는 ~ 1 hr의 시냅스 반감기로 붕괴하는 GluA24의 신속한 결합 또는 비슷한 기간 동안 GluA1의 빠른 결합과 시냅스 GluA1 / 2에 의한 대체와 일치합니다. PSD에서 GluA1를 발현하는 시냅스의 비율 또한 수크로오스 래트에서 물 래트와 비교하여 유의하게 더 컸다 (그림 5F), 이는 GluA1이 이전에 GluA1이 부족했던 시냅스로 밀매되었음을 시사합니다. 이것은 또한 수 크로스 랫트에서 관찰 된 mEPSC 진폭의 증가가 시냅스 GluA1의 증가로 인한 것이며 mEPSC 빈도의 증가는 글루타메이트 방출의 강화를 기각 할 수는 없지만 GluA1을 이전에 침묵하는 accumbens 시냅스로 모집 한 결과 일 수 있음을 시사합니다. 우리는 또한 수 크로스 섭취가 시냅스 생성을 유도하는지 여부를 결정하기 위해 세 가지 테스트 그룹 각각에서 시냅스의 수를 측정했습니다. 세 테스트 그룹간에 차이가 없었습니다 (데이터는 표시되지 않음). 우리는 반복 된 자당 섭취가 GluA24의 안정된 (> 1 시간) 척추 내 풀을 상승시키고, 자당 훈련 된 (6 일) 쥐에 대한 단일 자당 자극은 시냅스 외 원형질막에서 GluA5을 빠르게 (1 분) 상승시키는 데 충분하다는 결론을 내립니다. 척추 내 풀에서 수용체를 끌어 당깁니다. 우리는 이러한 시냅스 외 수용체의 일부가 PSD에 안정적으로 통합되어 관찰 된 정류 지수 및 PSD GluA1 변화를 유도하고, 시냅스 외 풀이 자극 후 24 시간에 기준선으로 복귀하기 전에 제안합니다. 이러한 결과는 자연적인 보상이 훈련 된 동물에서 급속한 GluA1 밀매를 유발할 수 있음을 보여줍니다.

CPAR 활동은 자당 섭취 후 상승 된 이동에 필요합니다.

중간 가시 뉴런은 도파민 성 및 글루탐산 학적 입력을 받는다 (Calabresi, 등, 1992). 우리가 자당 훈련 된 쥐에서 자당 섭취 후 관찰 된 상승 된 자발적인 운동에서 글루타메이트 신호 전달의 관련성을 평가하기 위해, 우리는 쥐의 속이 빈 코어에 캐 뉼러를 이식하고 위에서 설명한대로 운동 측정 실에서 동물을 훈련시켰다. 자당 훈련 8 일에, 우리는 운동 모터 테스트 챔버에 배치하기 전에 핵심에 Naspm을 microinjected. 주사는 Sucrose 동물의 총 이동 거리를 줄이고 병 제거 직후에 보이는 Sucrose와 Water 동물의 차이를 제거했습니다 (그림 6A). 동물의 취급으로 인한 스트레스가 수크로오스 반응에 영향을 미치지 않았다는 것을 확인하기 위해, 우리는 다음 날 (수 크로스 트레이닝 9)에 코어에 생리 식염수를 주입했다. 다시 병 제거 직후 자당 동물에서 유의 한 과다 활성이 관찰되었다 (그림 6B). 이것은 Naspm이 수 크로스의 상승 된 locomotion의 상승을 특이 적으로 억제했다는 것을 증명한다. 다음 날에 NMDAR 길항제 인 APV를 코어에 주입하여 자당과 수중 동물의 차이점을 제거했습니다 (그림 6C), NMDARs가 자당 섭취 후 자발적인 운동의 상승에 또한 필요하다는 것을 입증한다. 테스트 챔버에 대한 조건부 반응이 과잉 활동 유도에 역할을하는지 여부를 결정하기 위해, 동물을 병 도입없이 35 분 동안 챔버에 넣었다. 수 크로즈와 수중 동물 사이의 이동 거리에는 차이가 없었다 (그림 6D). Naspm과 APV는 자당 소비에 영향을 미치지 않았다.그림 6E), 핵심 CPARs 및 NMDARs가 자당의 활발한 섭취에 필요하지 않음을 입증합니다. 캐 뉼러가 측 사심 (2 동물 중 15)에 놓여 있지 않은 동물, 희생 후 평가 됨 (그림 6F)는 연구에 포함되지 않았다. 결론적으로, 이러한 데이터는 수크로오스로 훈련 된 쥐에 의한 수크로오스의 섭취가 1 분 동안 GluA5의 시냅스 트래 피킹을 유도하고,이 트래 피킹을 제어하는 ​​신호 메커니즘의 봉쇄가 자당 후 자발적인 운동 활성의 상승을 방지 함을 보여줍니다.

그림 6  

자당 섭취 후 상승 된 자발적인 운동은 CPARs와 NMDARs를 요구한다.

자당 신호 전달을위한 두 가지 경로가 고려 될 수 있습니다. 엄격하게 화학 감각 또는 orosensory 경로 하나는 달콤한 맛 수용체에 대한 자당 결합에 의해 시작된다. 이것은 heteromeric G 단백질 결합 수용체 복합체 인 T1R2 / T2R3에 해당한다.Kitagawa 등, 2001; 맥스 외, 2001; 넬슨 (Nelson) 등, 2001; Sainz 등, 2001). 칼로리가 풍부한 영양소는 맛이 독립적 인 대사 경로를 통해 뇌 기능을 조절할 수 있지만 메커니즘은 잘 이해되지 않습니다 (de Araujo et al., 2008). 자당에 의해 유도 된 GluA1- 트래 피킹의 경로에 대한 이들 두 가지 대안을 구별하기 위해, 우리는 4 분 동안 물, 5 % 슈 크로스 용액을 함유하는 병에 대한 액세스를 부여받은 3 그룹의 래트 (25 래트 / 그룹) , 또는 3 %의 사카린 (Sweet and Low). 병을 제거하고 쥐는 훈련 케이지에서 15 분 동안 더 오래 머물렀다. 교육은 7 일 동안 반복되었습니다. 수크로오스 및 사카린 시험 군에 의해 소비 된 액체의 부피는 서로 유의 한 차이가 없었으며, 둘 다 달콤한 물질에 의한 보상과 일치하여 물 그룹에 의한 소비보다 더 컸다 (그림 7A). 술을 마신 지 7th 일 후에, 병을 제거한 직후에 래트를 희생시키고, 측벽 코어 조직을 수확하고, 각 시험 군, PSD 분획 단리 및 GluA1 수준을 웨스턴 블롯 (그림 7B). 이전과 마찬가지로, 자당을 섭취 한 동물은 물 그룹에 비해 PSD 분획에서 증가 된 GluA1를 보였다 (그림 7C). 의미심장하게도 GluA1은 사카린을 섭취 한 동물의 PSD 분획에서도 증가했다. 갑각류 수분, 자당 및 사카린 동물의 전체 세포 분획에서 GluA1의 수준에는 유의 한 차이가 없었으며, 이는 GluA1 증가가 시냅스 분획에 특이적임을 시사한다그림 7D). 사카린은 동일한 헤테로 메릭 G 단백질 결합 수용체 복합체를 수크로오스로 자극하기 때문에 (Masuda 외, 2012; 넬슨 (Nelson) 등, 2001), 그러나 열량 가치가 결여된다, 우리는 감미로운 맛 수용체의 자극이 핵 내측 시냅스에서 GluA1 수준을 상승시키는 시그널링을 개시하기에 충분하다고 결론 내린다.

그림 7  

Saccharin Training은 Sucrose Training과 비슷한 Synaptic GluA1의 증가를 유도합니다.

토론

우리는 orosensory 보상, 반복 된 자당 소비가 이전에 설명한 다단계 트래 피킹 메커니즘을 통해 GluA1 시냅스 결합을 급히 유도 할 수 있음을 보여주었습니다 체외에서. 6-7 일 동안 반복 된 자당 소비는 CPAR 삽입을 통해 전기 생리 학적으로 핵심 시냅스를 강화시켰다. 이 효과는 코어의 PSD에 GluA1의 축적을 수반하지만 GluA2의 축적은 동반되지 않았고 코어 7의 훈련 이전에 변화가 관찰되지 않았기 때문에 지역적 및 시간적으로 특이 적이 었으며, 체 감각 피질. 전자 현미경 분석 결과, 자당 섭취를 반복하면 상대적으로 안정한 것으로 나타났다 (t1/2 > 24 시간) 척수 내 GluA1 함유 수용체 집단. 자당도 빠르게 (5 분) 일시적으로 (t1/2 <24 시간) 수 크로스 훈련 동물의 시냅스 외 부위에서 GluA1 함유 수용체의 수준이 증가하여 측면으로 시냅스로 확산 할 수있는 AMPAR의 집단이 증가합니다. PSD 분획으로 표시되고 PEG-EM에 의해 검출 된 Synaptic GluA1은 물 동물에 비해 Sucrose에서 유의하게 증가했습니다. 이 결과로부터 우리는 시냅스 외 세포 외 세포증의 XNUMX 단계 메커니즘에 이어 이전에 설명한 AMPAR 시냅스 삽입을위한 시냅스 인신 매매를 제안합니다. 체외에서 (Boehm 등, 2006; 마키노와 말리노, 2009; 오 외., 2006; Serulle 등, 2007; Sun 등, 2005) 신속하게 시작할 수 있습니다 생체내에서 자연스러운 orosensory 보상.

시냅스 GluA1 수준의 변화는 7 교육 세션 후에 만 ​​관찰되었으며, 이는 강화를 위해 수 일간의 과정이 필요하다는 것을 암시합니다. 생화학 실험에서 생체내에서우리는 sucrose 훈련 1, 1 및 3 일에 근 수축 PSD GluA5 수준이 유의하게 증가하지 않음을 관찰했습니다. 수크 로스 트레이닝의 7 일 후에 만 ​​PSD에서 GluA1이 유의하게 상승했다. 전자 현미경 실험에서 우리는 6 일 동안 수 크로스 훈련을 받았지만 24 시간에 자당 자극을받지 않은 Sucrose / Water 동물이 PSD GluA1 증가 경향을 보임을 관찰했다. 이 동물들은 Water 동물과 비교하여 증가 된 intraspinous GluA1를 나타내지 만, extraynynaptic membrane GluA1의 변화는 관찰되지 않았다. 이 결과들로부터 우리는 세 가지 결론을 이끌어 낸다. 첫째, GluA1 함유 AMPA 수용체는 연속적인 자당 자극으로 정수 내에서 축적된다. 이전의 연구에서 자당 섭취가 측쇄에서 도파민 방출을 유도한다는 것을 보여 주었다.Cacciapaglia 등, 2012; McCutcheon et al., 2012; 라다 (Rada) 등, 2005), 그리고 D1Rs는 수상 돌기에서 로컬 GluA1 번역을 수행 할 수 있습니다 (스미스 (Smith) 등, 2005), 자당 섭취 후 도파민 방출은 국소적인 GluA1 축적을 유도하는 국소적인 GluA1 합성을 유발할 수있다. 또는 잇몸 내 증가는 말초 부위에서의 GluA1의 인신 매매를 반영 할 수 있습니다. 이 상승 된 덩어리 인 풀로부터의 세포 외 (exocytotic) 인신 매매는 원형질막의 외 사외 웅덩이에 기여할 가능성이있다. 둘째, Sucrose / Water 또는 Water 동물에서의 extrasynaptic membrane GluA1 증가의 관찰은 extrasynaptic 수용체가 시냅스로 두 번째 단계를 통해 이동하거나 sucrose 소비 후 24 시간 이내에 endocytosed다는 것을 제안, 시냅스 밖 수영장 과도. 셋째, Sucrose / Water 동물과 비교하여 Sucrose 동물 PSD GluA1의 상승은 Sucrose / Water 동물이 아닌 각각의 sucrose 자극 후 수용체가 시냅스 안으로 빠르게 이동하여 수용체 풀에서 급속히 시외 엽 막으로 급히 이동한다는 것을 암시한다. 우리는 GluA1가 연골 내 풀에서 시냅스로 직접 이동한다는 것을 배제 할 수 없습니다. 그러나 그러한 경로는 GluA1이 시냅스 밖에서 삽입 된 것을 보여주는 연구를 고려할 때 (Boehm 등, 2006; 마키노와 말리노, 2009; 오 외., 2006; Serulle 등, 2007; Sun 등, 2005). 이러한 발견은 GluA1 인신 매매 (<5 분) 및 경로에 대한 시간 경과가 관찰되었다는 첫 번째 증명을 나타냅니다. 체외에서 또한 관찰된다 생체내에서. 또한, 우리의 결과는 반복적 인 보람을주는 자극이 인신 매매 될 수있는 잇몸 수용체 (intraspinous receptors)의 풀 (pool)을 높임으로써 시냅스의 증대 능력을 변형 시킨다는 것을 시사한다.

사카린은 수 크로스와 유사하게 글루 엑스 넥스 (GluA1) 인신 매매를 유발했기 때문에 자당의 칼로리 함량은 필요하지 않습니다. 사카린은 자당으로서 동일한 감미 수용체 인 T1R2 / T2R3를 자극한다 (Masuda 외, 2012; 넬슨 (Nelson) 등, 2001), s이 수용체의 활성화는 MSN 시냅스에 GluA1의 결합을 일으키는 것으로 보인다. 자당은 VTA 뉴런으로부터 측벽의 도파민 방출을 증가시킨다 (Cacciapaglia 등, 2012; McCutcheon et al., 2012; 라다 (Rada) 등, 2005) lGluA1 인신 매매에 직면했습니다. 따라서 달콤한 맛 수용체를 VTA에 연결시키는 경로는 여기에서 연구 된 가소성의 중심이 될 것 같다.

자당 섭취 후 급속 GluA1 인신 매매가 자발적인 운동을 조절하는 역할을 할 가능성이 있습니다. 실제로, 자당 - 훈련 동물에서, CPARs의 억제는 자당 섭취 직후 자발적인 운동 활성의 상승을 방지했다. 연속 일에 측정 된 자당 소비 후 쥐가 이동 한 총 거리는 훈련 일곱째 날에 자당을 섭취 한 직후 3 분 동안 유의하게 상승했다. 3 훈련에서 자당이 관찰 된 직후 활동이 증가했지만 7 일까지는 크게 달라지지 않았다. 이 활동의 ​​시간 경과는 측 방향 코어 Dendrites에서 GluA1 축적의 시간 경과와 관련이있다. 증가 된 운동은 Naspm이 코어 내로 주입 됨으로써 활동의 증가를 억제했기 때문에 측벽 코어에서 MSN 시냅스에 대한 CPAR 트래 피킹의 기능적 결과였다. NMDA 수용체 억제제에 의한 상승 된 운동의 예방은 운동 활성을 높이기 위해 NMDA 수용체 및 CPARs를 통한 글루타메이트 신호 전달이 필요함을 보여 주었다. 그러나 자당 섭취는 측쇄 핵이 구강 보상과 관련된 운동 반응의 조정에 관여하지만 소비 자체가 아니라는 것을 보여주는 이전 연구와 일치하여 글루타메이트 신호 전달의 봉쇄에 영향을받지 않았다 (스미스, 2004). 특유의 환경에서 매일 식사를 한 동물에서 과다 활동의 발달에 대한 유사한 시간 경과가보고되었다 (Matthews 외, 1996). 현재의 반응이 문맥과 자당의 쌍으로 인해 발생하는 조건화 된 과다 활동 이었다면, 관찰되지 않은 자당 전달보다 먼저 나타 났을 것이다. 피험자가 탐구적인 각성을 나타낼 수도 있습니다. 더 많은 실험은 자당 섭취 후 상승 된 운동이 모터 감작이나 다른 행동의 형태와는 대조적으로 탐구의 흥분인지 여부를 구별하는 데 필요할 것이다. 어쨌든, 자발적인 운동의 상승은 글루타메이트 신호를 필요로하고, 적어도 부분적으로는 내측 코어에 CPARs의 편입으로 귀결되었다.

자당 섭취 후 증가 된 운동 활성은 직접적인 기초 신경절 경로로부터의 증가 된 출력이 운동 시상 (motor thalamus)의 억제를 통해 이동을 촉진 시킴에 따라 관자 속의 시냅스의 관측 된 증대로부터 직접적으로 초래 될 수있다Sesack and Grace, 2010). 티그는 D1R을 발현하는 직접 뉴런의 핵심 경로 인 직접 경로 상에 존재할 가능성이 높은 시냅스를 강화시켰다. D1R 활성이 강력한 도파민 방출 후 이들 뉴런에서 시냅스로 GluA1- 함유 AMPAR를 트래 피킹 (trafficking GluAXNUMX-containing AMPARs)시키는 경우, 직접 경로 뉴런 시냅스의 증강이 초래 될 것이다. 결과적인 강화는 직접 경로 뉴런의 기초 신경절 출력 핵에 대한 억제 투영에서 활성을 증가시켜, 모터 시상을 억제하고 운동 피질 활성을 촉진시킬 것이다Gerfen과 Surmeier, 2011; Kravitz 등, 2010; Sesack and Grace, 2010). D1 수용체를 통해 작용하는 도파민이 GluA1 S845 인산화를 유도하여 표면 인신 매매를 유발할 수 있기 때문에 반복적 인 자당 섭취 후 관찰되는 시냅스 증강 작용은 직접 경로 뉴런에서 특히 일어날 수 있습니다.

많은 연구가 코카인에 대한 반복 자극과 철회, 즉 보상 시스템 기능에 중대한 영향을 미치고 결국에는 코카인에 대한 운동 반응의 상승, 마약 갈망 및 재발을 특징으로하는 코카인 과민성 증진으로 이끄는 치료법을 조사했다 (Kalivas 외, 1998). 5-10 일 동안 코카인을 반복 투여 한 후 철회 한 결과 표면의 GluA14 함유 AMPA 수용체에서 2 일이 점차적으로 증가했다 (Boudreau 등, 2007; Kourrich et al., 2007). 그러나, 자기 관리의 45 d 후 철회 10 일, 쥐 MSN에서 정류 지수의 큰 증가가 관찰되었다 (McCutcheon et al., 2011b) CPARs의 증가를 나타냅니다. 따라서 CPAR 거래는 매우 다른 치료 조건 하에서도 현재의 작업에서 자당 섭취와 코카인 자체 투여에 이어 관찰되었다. 코카인 자체 투여 또는 주사 (즉, 5 분 후)의 즉각적인 결과는 알려지지 않았기 때문에, 코카인 작용을 현재의 자당 투여와 직접 비교할 수는 없다. 마찬가지로, CPARs가 자당 훈련 된 동물의 MSN 시냅스에서 자당 훈련을 중단 한 후 또는 그러한 동물이 길게 철수 한 후 자당 과민성을 나타내는 지 여부는 알려지지 않았다.

보상 성 자극이 가골 소성과 행동을 조절하는 방법을 이해하는 것은 중독, 과다증, 병적 도박 및 기타 행동 장애를 다루는 데 중요합니다 (Basar 등, 2010; Berridge, 2009; 루서와 말 렌카, 2011). 설탕 과다 복용은 비만 전염병에 기여합니다 (후와 말릭, 2010), 잠재적으로 약물 남용과 유사하지만 (Avena 등, 2008), 그 메커니즘은 광범위하게 탐구되지 않았다. 현재의 연구 결과는 미래의 연구가 복잡한 행동의 조절에 대처할 수있는 보상 - 유도 소성의 기본 요소를 확립하고 잠재적으로 보상 관련 병리와 맞설 새로운 방법을 제시합니다.

감사의

H. Girma, L. Lee 및 Drs를 포함하여 기술 지원 및 유용한 토론에 대해 과거와 현재의 Ziff 실험실 구성원에게 감사드립니다. B. Fernholz, B. Jordan, W. Lu, G. Rameau, S. Restituito & Y. Serulle. 이 작업은 국립 정신 건강 연구소 F31MH76617-01 및 NIH 교육 보조금 5T32DC000063에서 Neurological Disorders and Stroke (EBZ), 01R061920MH1-의 New York University Training Program in the Neurosciences (DST), R21NS091445의 지원을 받았습니다. 01 국립 정신 건강 연구소 및 여성 건강 연구실, Klarman Family Foundation Grants Program in Eating Disorders Research, NYU의 Research Challenge Fund 및 P30EY13079 (CA), National Institute on Drug Abuse 보조금 DA003956 및 NARSAD의 독립 연구자 상 (KDC), National Institute on Deafness and Other Communications Disorders는 RCF에 DC009635를 수여하고 New York University Langone Medical Center의 Center of Excellence on Addiction에서 종자 보조금을받습니다.

각주

이해 상충 : 저자는 경쟁하는 금융 이익을 선언하지 않습니다.

참고자료

  1. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. 설탕 중독에 대한 증거 : 간헐적 인 과당 섭취의 행동 및 신경 화학적 영향. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32 : 20-39. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  2. Basar K, Sesia T, Groenewegen H, Steinbusch HW, Visser-Vandewalle V, Temel Y. Nucleus accumbens and impulsivity. Prog Neurobiol. 2010, 92 : 533-557. [PubMed]
  3. Berridge KC. '좋아요'및 '원하는'음식 보상 : 뇌 기질 및 섭식 장애에서의 역할. 생리학 및 행동. 2009; 97 : 537–550. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  4. LTP 동안 AMPA 수용체의 결합은 GluR1상의 PKC 인산화 부위에 의해 조절된다. 뉴런. 2006, 51 : 213-225. [PubMed]
  5. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf. 랫트 핵 내의 세포 표면 AMPA 수용체는 코카인 철수 동안 증가하지만 마이 토겐 - 활성화 된 단백질 키나아제의 변화 된 활성화와 관련하여 코카인 투여 후에 내재한다. J Neurosci. 2007, 27 : 10621-10635. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  6. Brebner K, Wong TP, Liu L, Liu Y, Campsall P, Gray S, Phelps L, 필립스 AG, 왕 YT. 핵은 장기간의 우울증과 행동 감작의 표현을 내린다. 과학. 2005, 310 : 1340-1343. [PubMed]
  7. Cacciapaglia F, Saddoris MP, Wightman RM, Carelli RM. 측벽 핵의 차동 도파민 방출 역학은 자당에 대한 목표 지향적 행동의 뚜렷한 양상을 추적합니다. 신경 약리학 2012 [PMC 무료 기사] [PubMed]
  8. Calabresi P, Maj R, Pisani A, Mercuri NB, Bernardi G. 선조체의 장기 시냅스 억제 : 생리 학적 및 약리학 적 특성. J Neurosci. 1992, 12 : 4224-4233. [PubMed]
  9. Carr KD, Chau LS, Cabeza de Vaca S, 구스타프손 K, Stouffer M, Tukey DS, Restituito S, Ziff EB. AMPA receptor subunit GluR1 D-1 도파민 수용체 자극은 중추 신경계에서 음식 제한 쥐에서 약물 보상의 증가를 매개한다. 신경 과학. 2010, 165 : 1074-1086. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  10. 콘래드 KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y, Marinelli M, Wolf. 족면 형성 GluR2- 결핍 된 AMPA 수용체는 코카인 갈망의 배양을 매개한다. 자연. 2008, 454 : 118-121. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  11. Day JJ, Carelli RM. 핵의 측위 및 파블로 (Pavlovian) 보상 학습. 신경 과학자. 2007, 13 : 148-159. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  12. de Araujo IE, Oliveira-Maia AJ, Sotnikova TD, Gainetdinov RR, Caron MG, Nicolelis MA, Simon SA. 미각 수용체 신호가없는 경우의 음식 보상. 뉴런. 2008, 57 : 930-941. [PubMed]
  13. Ehlers MD, Heine M, Groc L,이 MC, Choquet D. 입력 특정 시냅스 활동에 의한 GluR1 AMPA 수용체의 확산 트래핑. 뉴런. 2007, 54 : 447-460. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  14. Esteban JA, Shi SH, Wilson C, Nuriya M, Huganir RL, Malinow R. AMPA 수용체 서브 유닛의 PKA 인산화는 가소성의 기초가되는 시냅스 트래 피킹을 조절한다. Nat Neurosci. 2003, 6 : 136-143. [PubMed]
  15. Gerfen CR, Surmeier DJ. 도파민에 의한 선조체 투영 시스템의 변조. 신경 과학에 대한 연례 평가. 2011, 34 : 441-466. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  16. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. 시냅스 후 TRPV1은 세포 유형별로 장기적인 우울증을 유발합니다. 자연 신경 과학. 2010, 13 : 1519-1525. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  17. 그는 K, Song L, Cummings LW, Goldman J, Huganir RL, Lee HK. GluR2-S1 인산화에 의한 perisynaptic site에서 Ca845 + 투과성 AMPA 수용체의 안정화. Proc Natl Acad Sci US A. 2009; 106 : 20033-20038. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  18. 후 FB, 말릭 VS. 설탕이 첨가 된 음료와 비만 및 제 2 형 당뇨병 위험 : 역학적 증거. 생리학 및 행동. 2010; 100 : 47–54. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  19. Isaac JT, Ashby MC, McBain CJ. AMPA 수용체 기능과 시냅스 가소성에서 GluR2 소단위의 역할. 뉴런. 2007, 54 : 859-871. [PubMed]
  20. Jordan BA, Fernholz BD, Boussac M, Xu C, Grigorean G, Ziff EB, Neubert TA. 새로운 설치류 postsynaptic 밀도 단백질의 확인 및 검증. 몰 셀 프로테오믹스. 2004, 3 : 857-871. [PubMed]
  21. Kalivas PW, Pierce RC, Cornish J, Sorg BA. 코카인 중독에서 갈망과 재발에 민감 해지는 역할. J Pharmacol. 1998, 12 : 49-53. [PubMed]
  22. Kitagawa M, Kusakabe Y, Miura H, Ninomiya Y, Hino A. 단맛에 대한 후보 수용체 유전자의 분자 유전 학적 동정. 생화학 및 생물 물리학 연구 커뮤니케이션. 2001, 283 : 236-242. [PubMed]
  23. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ. 코카인 경험은 측벽 핵에서 양방향 시냅스 가소성을 제어합니다. J Neurosci. 2007, 27 : 7921-7928. [PubMed]
  24. Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC. 기저핵 회로의 광 생성 조절에 의한 파킨슨 병 운동 행동의 조절 자연. 2010, 466 : 622-626. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  25. LaPlant Q, Vialou V, Covington HE, 3rd, Dumitriu D, Feng J, Warren BL, Maze I, Dietz DM, Watts EL, Iniguez SD 등. Dnmt3a는 측방 핵의 정서적 행동과 척추 소성을 조절합니다. Nat Neurosci. 2010, 13 : 1137-1143. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  26. Liu SJ, Zukin RS. Ca2 + - 시냅스 가소성 및 연결 죽음에 AMPA 수용체를 통과. 신경 과학의 동향. 2007, 30 : 126-134. [PubMed]
  27. Lu W, Isozaki K, Roche KW, Nicoll RA. AMPA 수용체의 시냅스 타겟팅은 GluA1의 첫 번째 세포 내 루프의 CaMKII 사이트에 의해 규제됩니다. Proc Natl Acad Sci US A. 2010; 107 : 22266-22271. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  28. Lu W, Roche KW. AMPA 수용체 인신 매매와 기능의 번역 후 규제. 신경 생물학의 현재 견해 2011 [PMC 무료 기사] [PubMed]
  29. Luscher C, Malenka RC. 중독에서 약물 유발 시냅스 가소성 : 회로 개조에 분자 변화에서. 뉴런. 2011, 69 : 650-663. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  30. Makino H, Malinow R. LTP 동안 시냅스로 AMPA 수용체의 통합 : 횡 운동과 엑소시지의 역할. 뉴런. 2009, 64 : 381-390. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  31. Mameli M, Halbout B, Creton C, Engblom D, Parkitna JR, Spanagel R, Luscher C. Cocaine에 의한 시냅스 가소성 : VTA의 지속성은 NAc에서의 적응을 촉발시킨다. Nat Neurosci. 2009, 12 : 1036-1041. [PubMed]
  32. Masuda K, Koizumi A, Nakajima K, Tanaka T, Abe K, Misaka T, Ishiguro M. 인간 감미 수용체와 저 분자량 감미료 간의 결합 방식의 특성 규명. PloS 하나. 2012, 7 : e35380. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  33. Matthews K, Wilkinson LS, Robbins TW. 임신 전 래트의 산모 분리를 반복하면 성년기의 1 차 및 조건부 인센티브에 대한 행동 반응이 약화됩니다. Physiol Behav. 1996, 59 : 99-107. [PubMed]
  34. Max M, Shanker YG, Huang L, Rong M, Liu Z, Campagne F, Weinstein H, Damak S, Margolskee RF. 새로운 후보 수용체 수용체를 코딩하는 Tas1r3는 달콤한 반응 궤적 Sac에 대한 대립 인자이다. 자연 유전학. 2001, 28 : 58-63. [PubMed]
  35. McCutcheon JE, Beeler JA, Roitman MF. Sucrose-predictive cues는 saccharin-predictive cues보다 더 큰 phasic dopamine 방출을 일으킨다. 시냅스. 2012, 66 : 346-351. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  36. McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. 칼슘 투과성 AMPA 수용체는 실험자가 투여 한 코카인이 아닌 코카인 자체 투여로부터의 장기간 철수 후에 측쇄 핵 시냅스에 존재한다. 신경 과학 저널 : The Society of Neuroscience의 공식 저널. 2011a; 31 : 5737-5743. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  37. McCutcheon JE, Loweth JA, Ford KA, Marinelli M, Wolf ME, Tseng KY. 그룹 I mGluR 활성화는 단백질 키나아제 C- 의존성 메카니즘을 통해 핵 연축에서 칼슘 투과성 AMPA 수용체의 코카인 유도 된 축적을 역전시킨다. J Neurosci. 2011b; 31 : 14536-14541. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  38. 두려움 기억 형성의 초기 단계에서 내 편편의 비대칭 시냅스로 내인성 GluR1- 함유 AMPA 수용체가 전좌된다 : 전자 현미경 면역 세포 화학 물질 연구. 비교 신경학 저널 2010, 518 : 4723-4739. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  39. Nelson G, Hoon MA, Chandrashekar J, Zhang Y, Ryba NJ, Zuker CS. 포유 동물 달콤한 맛 수용체. 세포. 2001, 106 : 381-390. [PubMed]
  40. 오 MC, Derkach VA, Guire ES, Soderling TR. GluR1 세린 845 인산화에 의해 조절되는 extraynynaptic membrane trafficking은 장기간의 증강을위한 AMPA 수용체이다. J Biol Chem. 2006, 281 : 752-758. [PubMed]
  41. Pascoli V, Turiault M, Luscher C. 코카인 유발 시냅스 증강 작용의 역전은 약물 유도 적응 행동을 재설정한다. 자연. 2012, 481 : 71-75. [PubMed]
  42. 식물 K, Pelkey ​​KA, Bortolotto ZA, Morita D, Terashima A, McBain CJ, Collingridge GL, Isaac JT. 해마 장기간 증강 동안 원주민 GluR2 부족 AMPA 수용체의 일시적인 결합. Nat Neurosci. 2006, 9 : 602-604. [PubMed]
  43. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. 설탕에 매일 비틀 거리는 것은 속임수 껍질에 도파민을 반복적으로 방출합니다. 신경 과학. 2005, 134 : 737-744. [PubMed]
  44. Roche KW, O'Brien RJ, Mammen AL, Bernhardt J, Huganir RL. AMPA 수용체 GluR1 아 단위에 다중 인산화 위치의 특성. 뉴런. 1996, 16 : 1179-1188. [PubMed]
  45. Rumpel S, LeDoux J, Zador A, Malinow R. 연관 학습의 한 형태 인 Postsynaptic receptor trafficking. 과학. 2005, 308 : 83-88. [PubMed]
  46. Sainz E, Korley JN, Battey JF, Sullivan SL. T1R 계열의 추정 수용체 ​​수용체의 새로운 구성원의 동정. 신경 화학 저널. 2001, 77 : 896-903. [PubMed]
  47. Serulle Y, 장 S, Ninan I, Puzzo D, McCarthy M, Khatri L, Arancio O, Ziff EB. GluR1-cGKII 상호 작용은 AMPA 수용체 트래 피킹을 조절합니다. 뉴런. 2007, 56 : 670-688. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  48. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia 보상 네트워크 : microcircuitry. Neuropsychopharmacology : Neuropsychopharmacology의 미국 대학의 공식 간행물. 2010, 35 : 27-47. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  49. Smith GP. 가려움증 도파민은 자당에 의한 감각 자극의 보람있는 효과를 중재한다. 식욕. 2004, 43 : 11-13. [PubMed]
  50. 스미스 WB, Starck SR, Roberts RW, Schuman EM. 지방 단백질 합성의 도파민 성 자극은 해마 뉴런에서 GluR1 및 시냅스 전달의 표면 발현을 향상시킨다. 뉴런. 2005, 45 : 765-779. [PubMed]
  51. Sun X, Milovanovic M, Zhao Y, Wolf. 급성 및 만성 도파민 수용체 자극은 전두엽 피질 뉴런과 함께 배양 된 교접 핵 뉴런에서 AMPA 수용체 트래 피킹을 조절한다. 신경 과학 저널 : The Society of Neuroscience의 공식 저널. 2008, 28 : 4216-4230. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  52. Sun X, Zhao Y, Wolf ME. 도파민 수용체 자극은 전두엽 피질 뉴런에서 AMPA 수용체 시냅스 삽입을 조절한다. J Neurosci. 2005, 25 : 7342-7351. [PubMed]
  53. Thomas MJ, Beurrier C, Bonci A, Malenka RC. 중추 우연의 장기 우울증 : 행동 민감성과 코카인의 신경 연관성. Nat Neurosci. 2001, 4 : 1217-1223. [PubMed]
  54. Ungless MA, Whistler JL, Malenka RC, Bonci A. 생체 내 단일 코카인 노출은 도파민 뉴런에서 장기적인 강화를 유도합니다. 자연. 2001, 411 : 583-587. [PubMed]
  55. Whitlock JR, Heynen AJ, Shuler MG, 베어 MF. 학습은 해마에서 장기적인 강화를 유도합니다. 과학. 2006, 313 : 1093-1097. [PubMed]