DeltaFosB diferencijuoti modulinį branduolių akumbenų tiesioginį ir netiesioginį kelią (2013)

Proc Natl Acad Sci JAV A. 2013 Jan 29, 110 (5): 1923-8. doi: 10.1073 / pnas.1221742110.

Grueter BA, Robison AJ, Neve RL, Nestler EJ, Malenka RC.

Šaltinis

Nancy Pritzker laboratorija, Stanfordo universiteto Medicinos mokyklos psichiatrijos ir elgesio mokslų katedra, Palo Alto, CA 94305, JAV.

Abstraktus

Synaptic modifikacijos branduolių accumbens (NAc) vidutinio spiny neuronų (MSNs) vaidina pagrindinį vaidmenį adaptyvus ir patologinis atlygis priklausomas mokymasis, įskaitant maladaptive atsako, susijusių su narkomanija.. NAc MSN dalyvauja dviejose lygiagrečiose grandinėse, tiesioginiuose ir netiesioginiuose keliuose, kurie naudoja atskiras elgesio funkcijas. NAc modifikavimas MSN sinapsės iš dalies gali atsirasti dėl tam tikrų genų transkripcijos potencialo pokyčių specifiniu būdu. Transkripcijos faktorius [prieaugis] FosB yra vienas iš pagrindinių baltymų, susijusių su genų ekspresijos pokyčiais NAc, kurį sukelia piktnaudžiavimo vaistai, tačiau jo poveikis sinccinei funkcijai NAc MSN yra nežinomas. Čia mes parodome, kad DeltaFosB pernelyg didėjanti eksitacinė sinaptinė jėga ir tikėtina, kad padidėjo tyliosios sinapsijos į D1 dopamino receptorių išreikštą tiesioginį kelią MSN tiek NAc korpuse, tiek šerdyje.

Priešingai, deltaFosB greičiausiai sumažino tylias sinapses ant NAc apvalkalo, bet ne branduolio, D2 dopamino receptorių ekspresuojančias netiesioginio kelio MSN. NAc MSN dendritinės stuburo morfologijos analizė parodė, kad [prieaugis] FosB padidino nesubrendusių spyglių tankį D1 tiesiogiai, bet ne D2 netiesioginio kelio MSN. Norint nustatyti ląstelių tipo specifinių veiksnių (prieaugio) FosB elgsenos pasekmes, mes selektyviai pernelyg išreiškėme [prieaugį] FosB tiesiogiai D1 arba D2 netiesioginiuose MSN NAc in vivo ir nustatėme, kad tiesioginis (bet netiesioginis) kelio MSN išraiška padidina elgesio atsakymus kokainui. Šie rezultatai atskleidžia, kad [prieaugis] FosB NAc diferencijuoja sinaptines savybes ir su elgesiu susijusius elgesį ląstelių tipu ir subregionu.

Nustatyti ∆ ląstelių tipui būdingų veiksmų elgesio pasekmesFosB, mes selektyviai pernelyg išreiškėme ∆FosB D1 tiesioginis arba D2 netiesioginis MSN in NAc in vivo ir nustatė, kad tiesioginis (bet ne netiesioginis) kelias MSN išraiška padidina elgesio atsaką į kokainą. Šie rezultatai rodo, kad ∆FosB NAc skirtingai moduliuoja sinaptinės savybės ir su elgesiu susijęs elgesys ląstelių tipu ir subregionu.

Branduolys accumbens (NAc) yra pagrindinis substratas, skirtas integruoti motyvacinę informaciją, siekiant reguliuoti tikslinį elgesį. Daugiau nei 90% NAc ląstelių yra vidutiniai nugaros neuronai (MSN), kuriuos galima suskirstyti į dvi pagrindines pogrupius. Tiesioginio kelio MSN, kurie daugiausia išreiškia D1 dopamino receptorius (D1 MSNs), projektuoja daugiausia vidurinio smegenų dopamino (DA) branduolius, tuo tarpu netiesioginiai MSN, kurie daugiausia išreiškia D2 receptorius (D2 MSNs), projektuoja daugiausia į ventralinį paladumą, taip netiesiogiai įtakodami DA neuronai (1, 2). NAc MSN aktyvumą daugiausia skatina pirmtakų žievės, hippokampo ir amygdalos sužadinimo įvestys. Buvo teigiama, kad patologinis NAc eksitacinių sinapsų aktyvumas, kurį sukelia elgsenos patirtis, pvz., Piktnaudžiavimas narkotikais, sukelia transkripcijos mašinų ir sinapšų reorganizavimą NAc MSN, kurie savo ruožtu tarpininkauja ilgalaikiams elgesio pritaikymams, susijusiems su priklausomybe (1-3).

Naujausi tyrimai parodė, kad D1 MSNs ir D2 MSN pagrindiniame NAc subregione pasižymi skirtingomis elektrofiziologinėmis ir sinaptinėmis savybėmis (4) ir kad du MSN potipiai atlieka skirtingus vaidmenis priklausomybės požiūriu (5). Tačiau šių skirtumų molekuliniai mechanizmai lieka nepakankamai suprantami. Per pastaruosius du dešimtmečius vis daugiau įrodymų yra susiję su FosB, Fos šeimos transkripcijos faktoriaus, indukcija į NAc į smegenų atlyginimų grandinės pokyčius, susijusius su priklausomybe ir depresija. (3). ΔFosB, ypač stabilus produkto produktas FosB genas (6), heterodimerizuojasi su Jun šeimos proteinais, kad suformuotų aktyvatoriaus-1 (AP-1) kompleksus, kurie prisijungia prie AP-1 vietų genų promotoriuose, kad reguliuotų transkripciją. Nors daugelis Fos šeimos baltymų yra laikinai sukeltas ūmaus vaisto poveikio, lėtinis praktiškai bet kokio piktnaudžiavimo vaisto vartojimas sukelia ilgalaikį ΔFosB kaupimąsi NAc (6). Suderinus su šios kaupimosi funkcine svarba, ilgai trunkanti AFosB ekspresija selektyviai NAc D1 MSNs ir indukuojamųjų bitransgeninių pelių dorsalinės striatos sukelia padidėjusį lokomotorinį atsaką į kokainą (7), padidėjusi sąlyginė vietovės pirmenybė tiek kokainui, tiek morfinui (7, 8), ir sustiprintas kokaino savęs administravimas (9).

Nepageidaujamos nervų sistemos dislokacijos, susijusios su priklausomybės fenotipais, gali būti pradėtos nedelsiant, kai pradžioje atsiranda piktnaudžiavimo narkotikais ar kitų stimulų, pvz., Streso, poveikis. Pagrįsdama šią hipotezę, netgi trumpas streso poveikis sukelia padidėjusį polinkį vartoti narkotikus (kryžminį jautrumą).10-12) ir atvirkščiai (13). Be to, nors buvo tiriamas streso ir kokaino poveikis šių neuronų sinaptinėms savybėms (1-3, 14-16), trūksta tiesioginių ΔFosB poveikio MSN sinaptinių savybių įrodymų. [prieaugis]FosB reguliavimas sinaptinei funkcijai yra ypač įdomus, nes ΔFosB overeekspresija keičia NAc dendritinių stuburo morfologiją (17, 18) ir neseniai atliktas darbas rodo, kad kiti transkripcijos reguliatoriai gali turėti įtakos NAc MSN fiziologijai (19) ir sinaptinė struktūra (20).

Norėdami ištirti trumpesnius AFosB ekspresijos sinchroninius efektus tiesioginiuose ir netiesioginiuose NAc MSN, mes naudojome bakterines dirbtines chromosomų (BAC) transgenines peles, kurios selektyviai žymėjo D1 MSNs ir virusinius vektorius, kurie selektyviai nukreipia į šiuos MSN pogrupius. Tiksliniai MSN įrašai atskleidė įspūdingus ląstelių tipo ir regiono specifinius efektus [prieaugis]FosB pernelyg didelio ekspresijos sinapso savybių ant NAc MSN savybių. . \ T [prieaugis]FosB NAc taip pat modifikavo dendritinių stuburo morfologiją ir priklausomybę nuo elgesio ląstelių tipu. Šie rezultatai suteikia papildomų įrodymų, kad [prieaugis]Piktnaudžiavimo narkotikais FosB lygiai sukelia specifinius ląstelių tipo pokyčius NAc, kurie labai prisideda prie sudėtingų grandinės adaptacijų, susijusių su priklausomybe.

rezultatai

[prieaugis]FosB nedaro įtakos presinaptinei funkcijai NAc MSN.

Ištirti. \ T [prieaugis]FosB overexpression NAc MSNs, mes stereotaksiškai įšvirkščiame Herpes simplex virusą (HSV), išreiškiantį [prieaugis]FosB, sulietos su EGFP į 8-10-wk senų vyrų BAC transgenines peles, kuriose tdTomato ekspresiją skatino D1 dopamino receptorių promotorius (21). Trys - nuo 4 d vėliau, iš NAc apvalkalo ir pagrindinių MSN, atlikome viso ląstelių pataisų-spaustuvų įrašus, turėdami arba nenaudodami tdTomato, apibrėžiančio D1 MSNs ir D2 MSNs4) ir EGFP išraiška, apibrėžianti ląsteles, kuriose [prieaugis]FosB buvo išreikštas. Nors nėra įmanoma selektyviai nukreipti NAc šerdį ir apvalkalą su virusais pelėse, buvo svarbu atskirti šiuos smegenų regionus dėl žinomų skirtumų, susijusių su elgesiu, susijusiu su atlygiu ir priklausomybe (2, 3). Du standartiniai elektrofiziologiniai tyrimai parodė, kad [prieaugis]FosB viršsekspresija nepastebėjo jokios išnagrinėtos NAc MSN pogrupių presinaptinės funkcijos. Konkrečiai, pora-pulsiniai santykiai (PPR), skirti eksitacinėms postinaptinėms srovėms (EPSC) penkiuose skirtinguose tarpstimulio intervaluose, standartinis siųstuvo išleidimo tikimybės matas nebuvo paveiktas [prieaugis]„FosB“ pernelyg didelė išraiška NAc korpuse arba šerdyje (S1). Be to, vidutinis miniatiūrinių EPSC (mEPSC), kuris taip pat koreliuoja su presinaptine funkcija, dažnis nebuvo paveiktas [prieaugis]FosB overexpression D1 ir D2 MSN tiek NAc korpuse, tiek šerdyje (S1).

Poveikis [prieaugis]„FosB“ dėl „Excosatory Postsynaptic Properties“ NAc D1 MSN.

Išnagrinėti trumpesnio laikotarpio poveikį [prieaugis]„FosB“ pernelyg išreiškia sintetinių sinapšų postinaptines savybes NAc apvalkale ir pagrindiniuose MSN, mes matavome AMPA receptoriaus (AMPAR) ir NMDA receptorių (NMDAR) perduotų EPSC santykį (22). Tiek apvalkalo, tiek pagrindiniame subregione, AMPAR / NMDAR santykiai buvo žymiai mažesni D1 MSNs, pernelyg išreiškiantys [prieaugis]FosB, palyginti su kaimyninėmis neužkrėstomis D1 MSNsPav 1 A ir B). Šis AMPAR / NMDAR santykių sumažėjimas, bent iš dalies, buvo susijęs su AMPAR-tarpininkaujančio sinaptinio perdavimo sumažėjimu, nes vidutinės AMPAR tarpininkaujančių mEPSC amplitudės taip pat buvo žymiai sumažintos. [prieaugis]„FosB“ viršijimas (Pav 1 C ir D). Kadangi GluA2 trūksta, į vidų nukreipiantys AMPAR yra įtraukti į NAc, MSN sinapsės pasibaigus piktnaudžiavimo narkotikų ir lėtinio streso protokolų vartojimui (14, 15, 23), mes toliau išnagrinėjome srovės įtampą (IV) farmakologiškai izoliuotų AMPAR EPSC ryšys, siekiant nustatyti, ar [prieaugis]„FosB“ pernelyg didelė ekspresija paveikė sinapsinių AMPAR stechiometriją. AMPAR EPSC IV kreivės, užregistruotos tiek iš valdymo, tiek iš [prieaugis]FosB-ekspresuojančios D1 MSN, esančios NAc korpuse ir šerdyje, buvo linijinės ir parodė minimalų į vidų nukreiptą koregavimą (Pav 1 E ir F). Taigi, [prieaugis]FosB per didelė ekspresija nesuteikia GluA2 trūkstamų AMPAR į NAc D1 MSN sinapsių. Galiausiai, siekiant nustatyti, ar NMDAR stechiometrija buvo paveikta [prieaugis]FosB overexpression, mes matavome NMDAR EPSC skilimo laiko kursus, kuriuos pratęsia GluN2B subvienetų buvimas. [prieaugis]„FosB“ išraiška sukėlė žymiai didesnį laiko tarpą „D1 MSN“ pusmečiui NAc korpuse (Pav 1 G1 ir G2), ir panaši tendencija pastebėta NAc branduolyje (Pav 1 H1 ir H2). Šie rezultatai rodo, kad panaši į konstituciškai aktyvaus CREB išraišką NAc (24), [prieaugis]FosB viršsekspresija skatina GluN2B turinčių NMDAR proporcijų padidėjimą NAc D1 MSN sinapse.

Pav. 1.    

Viršijimas [prieaugis]„FosB“ NAc modifikuoja „D1 MSN“ sinaptinį stiprumą apvalkale ir šerdyje. (A) Atstovaujančios EPSC (A1), įrašytas –70 ir + 40 mV iš NAc korpuso D1 valdiklio (juoda) ir [prieaugis]FosB (+) (raudona) MSN ir suvestinė diagrama (A2) iš ...

Poveikis [prieaugis]„FosB“ dėl „Excosatory Postsynaptic Properties“ NAc D2 MSN.

Priešingai nei D1 NAc MSN, [prieaugis]FosB overexpression in D2 MSNs padidino AMPAR / NMDAR santykius NAc korpuse (Pav 2A), bet nenuostabu, kad NAc branduolyje nėra pastebimo poveikio (Pav 2B). Be to, nė vienas iš kitų sinaptinių tyrimų neatitiko [prieaugis]FosB overexpresson NAC D2 MSNs. AMPAR tarpininkauja mEPSC amplitudės (Pav 2 C ir D), AMPAR EPSC IV kreivės ir ištaisymo indeksai (Pav 2 E ir F), o taip pat ir NMDAR EPSC skilimo laiko kursai [prieaugis]FosB overexpression in NAc D2 MSNs. Šie rezultatai rodo, kad [prieaugis]FosB overexpression modifikuoja NAc D2 MSN eksitacinių sinapsių savybes daug mažesniu mastu nei NAc D1 MSNs sužadinimo sinapsės.

Pav. 2.    

Viršijimas [prieaugis]„FosB“ NAc modifikuoja „D2 MSN“ sinaptinį stiprumą korpuse, bet ne branduolį. (A) Atstovaujančios EPSC (A1), įrašytas –70 ir + 40 mV iš NAc korpuso D2 valdiklio (juoda) ir [prieaugis]FosB (+) (žalias) MSN ir suvestinės grafikas ...

Poveikis [prieaugis]„FosB“ dėl „Silent Synapses“ NAc D1 ir D2 MSNs.

Postsynaptiniai tylūs sinapsijos yra sinapso su neaptinkamais AMPAR lygiais, bet lengvai aptinkami NMDAR (25-27). Jie suteikia idealų pagrindą ilgalaikiam potencialui (LTP) (28) ir gali būti generuojamas konstitutyviai aktyvaus CREB išraiška hipokampo CA1 piramidinėse ląstelėse (28) ir NAc MSN (24). Kadangi keletas pastebėtų sinaptinių efektų [prieaugis]FosB overexpression gali būti paaiškinta tylių sinapso proporcijų pokyčiais NAc MSNs, atlikome AMPAR EPSC analizę, palyginti su NMDAR EPSC. Įrašuose iš atskirų ląstelių 1 / CV santykis2 NMDAR EPSC į 1 / CV2 iš AMPAR EPSC tiesiogiai siejasi su tylaus sinapso proporcija (28, 29). [prieaugis]„FosB“ per didelė ekspresija sukėlė reikšmingą šio santykio padidėjimą „D1“ MSN, esančiose NAc korpuse ir šerdyje (Pav 3 A ir B). Priešingai, šio santykio pokytis nebuvo pastebėtas 2005 m [prieaugis]FosB išreiškiantys NAc branduoliai D2 MSN, tuo tarpu sumažėjo NAc apvalkalas D2 MSNs, pernelyg išreiškiantis [prieaugis]FosB (Pav 3C). Šie rezultatai atitinka hipotezę, kad [prieaugis]FosB overexpression padidina tylių sinapcijų proporciją NAc apvalkale ir pagrindiniame D1 MSN ir sinchronizavimo nesėkmę NAc korpuso D2 MSN.

Pav. 3.    

ΔFosB išraiška turi priešingą poveikį tyliai sinapso analizei D1 ir D2 NAc MSN. (A) AMPAR EPSC (–70 mV) ir NMDAR EPSC (+ 40 mV) amplitudės grafikai, skaičiuojami nuo valdymo (A1) ir [prieaugis]FosB (+) (A2) D1 MSN NAc korpuse. (B) Santrauka ...

Poveikis [prieaugis]FosB dėl NAc MSN dendritinių spyglių.

Gerai nustatyta kokaino vartojimo pasekmė NAc MSN yra dendritinių stuburo indukcija (30, 31), struktūrinis pakeitimas, kuris gali būti selektyvus D1 MSNs (32) ir priklauso nuo ΔFosB (17, 18). Šie stebėjimai rodo, kad stuburo formavimosi reguliavimas ΔFosB gali būti būdingas D1 MSN. Kadangi turimos pelės linijos, išreiškiančios fluorescuojančius baltymus, turinčius ląstelių tipo specifiškumą, nėra tinkamos dendritinių spyglių identifikavimui specifinėse ląstelėse, norint spręsti šią temą, mes naudojome unikalų HSV vektorių, kuris išreiškia mCherry pagal Cre rekombinazę.S2; SI metodai) kartu su transgeninėmis pelių linijomis, kurios išreiškia Cre specialiai D1 arba D2 MSNs (5). Šių pelių NAc apvalkalo perkėlimas į Cre priklausomą HSV-mCherry ir HSV-GFP-AFosB (arba HSV-GFP kaip kontrolę) parodė, kad ΔFosB padidina dendritinį stuburo tankį D1 MSNs, bet ne D2 MSNsPav 4). Šį padidėjimą pirmiausia lemia stubrių ir galbūt plonų spyglių, kurie laikomi nesubrendusiais, indukcija (33). Priešingai, ΔFosB overexpression neturėjo įtakos brandesnių grybų formos dendritinių stuburo tankiui. Šie ΔFosB sukeliami nesubrendusių dendritinių spyglių padidėjimai NAc D1 MSNs gerai koreliuoja su pasiūlymu, kad ΔFosB išraiška padidina tylias sinapses (27).

Pav. 4.    

ΔFosB išraiška padidina nesubrendusius spyglius D1, bet ne D2 NAc MSN. (A) Mėginių nuotraukos iš kontroliuojamų stuburo (GFP) ir [prieaugis]FosB (+) D1 ir D2 NAc MSN. (B-E) Kiekvieno dendrito ΔFosB ekspresijos poveikio kiekybinis įvertinimas ...

Atrankinio poveikio [prieaugis]FosB išraiška NAc MSN priklausomybės nuo elgesio srityje.

Nustatyti, ar ląstelių tipui būdingas trumpesnio laikotarpio poveikis [prieaugis]FosB overexpression dėl sinaptinių savybių koreliuoja su specifiniu priklausomybės nuo elgesio ląstelių tipu poveikiu, mes naudojome D1-Cre ir D2-Cre peles kartu su unikalia HSV vektoriumi, kuriame yra stop kodonas, apsuptas loxP svetainių (LS1), kad būtų išvengta tikslinės genų ekspresijos bet kurioje ląstelėje, kurioje nėra \ tS3). Suaugusieji vyrai D1 ir D2-Cre pelės buvo suleidžiami dvišaliai NAc su HSV-GFP-LS1-[prieaugis]FosB arba HSV-GFP (kontrolė) ir elgesys buvo vertinami per 5 d po operacijos, kai transgeno ekspresija yra maksimali. Viršijimas [prieaugis]FosB, specialiai vartojant D1 NAc, MSN sukėlė padidėjusį judesio jautrumą kokainui tiek mažomis (3.75 mg / kg), tiek didelėmis (7.5 mg / kg) dozėmis, taip pat padidėjo pradinis lokomotorinis atsakas į mažesnę kokaino dozę (Pav 5 A ir C). Priešingai, [prieaugis]FosB overexpression in D2 NAc MSN neturėjo poveikio gyvūnų lokomotoriniam atsakui į kokainą (Pav 5 B ir D). Panašūs rezultatai buvo gauti, kai buvo ištirta kokaino sąlygota vieta (CPP). D1 arba D2-Cre pelėms, švirkščiamoms HSV-GFP, buvo būdinga tipinė kokaino PKP dozės priklausomybė, nesant mažesnės dozės reikšmingos pirmenybės (Pav 5 E ir F). Viršijimas [prieaugis]„FosB“ D1 MSN žymiai pagerino kokaino PKP, o didžiausias atsakas pastebėtas esant žemesnei kokaino dozei (Pav 5E), kadangi [prieaugis]FosB ekspresija D2 NAc MSN neturėjo įtakos kokaino atlyginimui (Pav 5F). Šie rezultatai rodo, kad [prieaugis]FosB overexpression in D1 MSNs, bet ne D2 MSNs, NAc pagerina elgesio atsaką į kokainą.

Pav. 5.    

ΔFosB ekspresija D1, bet ne D2 NAc MSN skatina elgesio atsaką į kokainą. (REKLAMA) Lokomotorinis atsakas į fiziologinį tirpalą (trikampiai) arba kokainas (kvadratai) buvo nustatytas kasdien gyvūnams, išreiškiantiems vien GFP (atviras) arba GFP ir [prieaugis]FosB ...

Diskusija

Ankstesnis darbas parodė stiprią sąsają tarp pokyčių smegenų atlyginimų sistemoje dėl vaistų sukeltos ΔFosB indukcijos ir su priklausomybe susijusio elgesio (6). Kadangi ΔFosB yra neįprastai stabilus ir stipriai sukeltas lėtiniu vaistų poveikiu, tai taip pat pasireiškia ir žmonių, priklausančių nuo narkomanų (18), daugumoje tyrimų daugiausia dėmesio skirta neuroniniams ir elgesio pritaikymams, atsiradusiems dėl ilgesnės trukmės ΔFosB ekspresijos, paprastai 2 – 8 wk (3, 6, 7).

Nepaisant to, pradinis piktnaudžiavimo narkotikais poveikis sukelia ΔFosB mRNR ir baltymus (3, 6, 34), tačiau šio indukcijos poveikis NAc MSN sinaptinėms savybėms ir vėlesni atsakymai į vaisto vartojimą nebuvo tiriami. Har mes pateikiame įrodymų, kad trumpalaikė [prieaugis]„FosB“ sukuria labai skirtingus sinaptinius ir elgesio efektus, išreikštus NAc D1 ir D2 MSN. Ašn D1 MSNs tiek NAc šerdyje, tiek apvalkale, ΔFosB pernelyg didelio ryškumo sukeltas AMPAR-medijuojamo sinaptinio perdavimo sumažėjimas be aptinkamų sinapsinių AMPAR stechiometrijos pokyčių. NMDAR tarpininkaujantys EPSC taip pat buvo pratęsti NAc ląstelių neuronuose (su panašiomis tendencijomis pagrindiniuose neuronuose), o tai rodo, kad GluN2B turinčių sinaptinių NMDAR santykis padidėjo. Šiuos eksitacinių sinapso savybių pokyčius galima paaiškinti iš dalies [prieaugis]„FosB“ pernelyg didelė išraiška, dėl kurios padidėja vadinamųjų postinaptinių tylių sinapšų dalis. Atsižvelgiant į šią hipotezę, 1 / CV santykis2 NMDAR EPSC į 1 / CV2 padidėjo. \ t [prieaugis]FosB taip pat buvo nesubrendusių spygliais. Priešingai, [prieaugis]FosB overexpression in D2 NAc MSN sąlygojo santykinį AMPAR tarpininkaujančio sinaptinio perdavimo padidėjimą NAc korpuse, bet ne branduolį. 1 / CV2 analizė rodo, kad tai gali būti iš dalies dėl to, kad sumažėjo tylių sinapsijų dalis, nors negalime atmesti galimybės, kad įvyko santykinis NMDAR sukeltos sinaptinės transmisijos sumažėjimas.

Norėdami nustatyti, ar šios ląstelės tipo specifinės sinchroninės adaptacijos NAc dėl trumpalaikio ΔFosB viršijimo, koreliuoja su bet kokiais elgesio pokyčiais, sukūrėme unikalų būdą apriboti ΔFosB išraišką D1 arba D2 NAc MSN, naudojant atitinkamą Cre vairuotojo linijos. Ankstesni darbai parodė, kad ilgalaikis (> 6 sav.) ΔFosB per didelis ekspresija D1 tiesioginiame kelyje, bet ne D2 netiesioginio kelio MSN tiek NAc, tiek nugaros striatume sukelia padidėjusį lokomotorinį jautrumą kokainui, taip pat padidina kokaino CPP esant žemai, tačiau ne didesnė, vaisto dozė (7). Čia parodyta, kad tik 2 – 4 d ΔFosB overexpression D1, bet ne D2 MSN NAc selektyviai sukelia padidėjusį lokomotorinį atsaką į mažą kokaino dozę ir padidino judrumo reakcijos į didesnę dozę jautrumą. Staip pat šis trumpalaikis ΔFosB overexpression D1 NAc MSN sukėlė kokaino CPP padidėjimą iki mažesnės kokaino dozės. Šie rezultatai rodo, kad DFNUMX NAc MSNs ΔFosB kiekio padidėjimas per se padidina gyvūno jautrumą kokaino lokomotoriškai aktyvuojančiam ir naudingam poveikiui daug greičiau, nei buvo numatyta anksčiau. Šie rezultatai taip pat rodo, kad ΔFosB indukcija, atsiradusi dėl pradinio poveikio vaistams, gali prisidėti prie vėlesnių pokyčių, atsirandančių atsakant į pakartotinį vartojimą.

Ankstesnis darbas su žiurkėmis parodė, kad trumpalaikis (1 – 2 d) pašalinimas iš lėtinio nekontroliuojamo kokaino vartojimo (5 d) sukelia tylių sinapšų generavimą NAc MSN (35). Šis kokaino sukeltas sinaptinis modifikavimas blokuojamas dominuojančios neigiamos formos CREB išraiška ir yra imituojamas konstituciškai aktyvaus CREB išraiška (24), kuris taip pat sukelia tylias sinapcijas hipokampe (28). Be to, tylos sinapsės NAc sudėtyje turi didesnę GluN2B turinčių NMDAR dalį, kurios blokada neleidžia kokaino sukelti tylų sinapsių, taip pat kokaino sukeltą judrumo jautrinimą (24, 35). Čia parodyta trumpalaikio ΔFosB viršsekspresijos sinaptinė įtaka kartu su tuo, kad kokaino vartojimas stipriai sukelia ΔFosB pelėms (7) rodo, kad kokaino vartojimas taip pat sukelia tylias sinchronizacijas NAc MSN pelėse, nors ir specifiniu būdu. Ar abiejų transkripcijos faktorių indukcija yra būtina šiems vaistų sukeltiems sinaptiniams pokyčiams, reikia toliau tirti. Tjis pastebėjo, kad CREB ir [prieaugis]FosB abu gali paskatinti tylias sinapses NAc MSN yra įdomus, atsižvelgiant į esminius įrodymus, kad jie tarpininkauja priešingiems elgesio fenotipams: kadangi ilgalaikis [prieaugis]„FosB“ skatina atlygį už kokainą, CREB daro priešingą poveikį (3, 6). Tačiau trumpalaikis [prieaugis]FosB per didelė ekspresija indukuojamose bitransgeninėse pelėse slopino kokaino elgesio poveikį (36), rezultatas gali atspindėti žemesnį lygį [prieaugis]FosB sukėlė šį laiko momentą arba tiesiogines trumpesnių išraiškos laikotarpių pasekmes. Čia pateikti rezultatai rodo ankstesnę galimybę, nes trumpi aukšto lygio HSV pernelyg dideli ekspresijos periodai [prieaugis]„FosB“ D1 NAc MSN, kaip ir ilgalaikė išraiška, padidino kokaino elgesio poveikį. Akivaizdu, kad reikia toliau dirbti siekiant suprasti paradoksinį CREB indukcijos poveikį [prieaugis]FosB NAc. Vienas paaiškinimas gali būti jų veiksmų ląstelių tipo specifiškumas, nes kokaino indukcija [prieaugis]FosB yra selektyvus D1 MSN, o CREB indukcija vyksta vienodai D1 ir D2 MSN, taip pat kai kuriuose GABAerginiuose interneuronuose (3). Taip pat bus labai svarbu nustatyti daugelį tikslinių genų, per kuriuos šie transkripcijos faktoriai sukelia jų elektrofiziologinius ir elgesio efektus.

NAc yra sudėtingas smegenų regionas, susidedantis iš nevienalytės kelių ląstelių tipų, turinčių skirtingus vaidmenis keliose tarpusavyje susijusiose grandinėse ir elgesio išėjimuose. (1, 3). Čia mes daugiausia dėmesio skiriame MSN, nes jie yra NAc projekciniai neuronai, jų funkcinė išraiška buvo tiesiogiai susijusi su priklausomybe susijusiu elgesiu (5, 37, 38), o ekscentracinės pavaros pokyčiai į NAc MSN sukelia priklausomybės nuo elgesio sutrikimų (39). Daugybė piktnaudžiavimo narkotikais reguliuojamų baltymų buvo susiję su NAc MSN fiziologijos pokyčiais (4, 19, 40, 41). Kadangi kai kuriuose ankstesniuose tyrimuose buvo nagrinėjami tiesioginiai ir netiesioginiai MSN tinklų skirtumai (2, 4) ir kiti daugiausia dėmesio skyrė skirtumams tarp NAc korpuso ir pagrindinių subregionų (16), anksčiau nebuvo pateikta išsami informacija apie tai, kaip tam tikras baltymas paveikia abiejų MSN potipių fiziologiją abiejuose NAc subregionuose. Dabar parodome, kad trumpalaikė išraiška [prieaugis]„FosB“ turi specifinį specifinį ir specifinį poveikį NAc MSN sergamosioms sinaptinėms savybėms ir kad ši molekulinė manipuliacija specialiai D1 NAc MSN didina elgesio atsaką į kokainą. Kadangi abiejuose subregionuose esančios dvi ląstelių rūšys turi bendrus baltymus ir signalizacijos kelius, tačiau jų poveikis elgesiui yra skirtingas, šie rezultatai yra pirmas žingsnis, suteikiantis išsamų supratimą apie piktnaudžiavimo narkotikais sukeltus molekulinius ir grandinės pritaikymus. Būsimame darbe reikės apibrėžti, ar šie sinapsiniai pokyčiai pirmiausia vyksta į konkrečius įnašus į nacionalinę tarnybą, ar tarp jų yra tiesioginis priežastinis ryšys. [prieaugis]FosB sukeltas sinapsinis ir elgesio pasikeitimas, taip pat ar piktnaudžiavimo ar streso vartojimas sukelia abu [prieaugis]FosB, sukelia panašius sinaptinius ir elgesio pritaikymus.

Metodai

Išsamiau aprašykite metodus SI metodai.

Heterozigotinės bakterinės dirbtinės chromosomos (BAC) suaugusių (8 – 12 wk) pelės buvo naudojamos visuose eksperimentuose ir buvo laikomos kartu su dviem iki penkių narvų grupėmis pagal 12 / 12-h šviesos / tamsos ciklą. visą laiką. Elektrofiziologiniai tyrimai naudojo D1-tdTomato peles, nukreiptas į C57 / Bl6 (21). Elgesio eksperimentams ir dendritinėms stuburo analizėms buvo naudojamos D1 ir D2-Cre pelės, suskirstytos į amžiaus grupes.5, 42). Visi eksperimentai buvo atlikti pagal Stanfordo universiteto ir Sinajaus medicinos mokyklos medicinos institucinių gyvūnų priežiūros ir naudojimo komitetų (IACUC) politiką.

Papildoma medžiaga

Palaikoma informacija:   

Padėka

Dėkojame Malenka ir Nestler laboratorijų nariams už naudingus komentarus šio projekto metu. Šį darbą palaikė Nacionalinis piktnaudžiavimo narkotikais institutas 1K99DA031699 (BAG) ir P01 DA008227 (EJN ir RCM) ir Nacionalinis psichikos sveikatos institutas R01 MH51399 (EJN).

Išnašos

Autoriai pareiškia, kad nėra interesų konflikto.

Šiame straipsnyje pateikiama papildoma informacija internete www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1221742110/-/DCSupplemental.

Nuorodos

1. Lüscher C, Malenka RC. Narkotikų sukeltas sinaptinis plastiškumas priklausomybėje: Nuo molekulinių pokyčių iki grandinės rekonstrukcijos. Neuronas. 2011; 69 (4): 650 – 663. [PubMed]
2. Grueter BA, Rothwell PE, Malenka RC. Integruoti sinaptinį plastiškumą ir striatrijos grandinę pagal priklausomybę. Curr Opin Neurobiol. 2012; 22 (3): 545 – 551. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
3. Robison AJ, Nestler EJ. Transkripcijos ir epigenetiniai priklausomybės mechanizmai. Nat Rev Neurosci. 2011; 12 (11): 623 – 637. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
4. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. Postsynaptic TRPV1 sukelia specifinę ląstelių tipo specifinę ilgalaikę depresiją. Nat Neurosci. 2010; 13 (12): 1519 – 1525. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
5. Lobo MK, et al. BDNF signalizacijos ląstelių tipo specifinis praradimas imituoja optogenetinę kokaino atlygio kontrolę. Mokslas. 2010; 330 (6002): 385 – 390. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
6. Nestler EJ. Peržiūra. Transkripcijos priklausomybės mechanizmai: DeltaFosB vaidmuo. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363 (1507): 3245 – 3255. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
7. Kelz MB ir kt. Transkripcijos faktoriaus deltaFosB ekspresija smegenyse kontroliuoja jautrumą kokainui. Gamta. 1999; 401 (6750): 272 – 276. [PubMed]
8. Zachariou V, et al. Esminis DeltaFosB vaidmuo branduolyje accumbens morfino veikloje. Nat Neurosci. 2006; 9 (2): 205 – 211. [PubMed]
9. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Striatyvinė ląstelių tipo specifinė „DeltaFosB“ ekspresija padidina kokaino skatinimą. J Neurosci. 2003; 23 (6): 2488 – 2493. [PubMed]
10. Nikulina EM, Marchand JE, Kream RM, Miczek KA. Elgesio jautrinimas kokainui po trumpo socialinio streso yra susijęs su fos ekspresijos pokyčiais pelių smegenų kamiene. Brain Res. 1998; 810 (1-2): 200 – 210. [PubMed]
11. Miczek KA, Nikulina E, Kream RM, Carter G, Espejo EF. Elgesio jautrinimas kokainui po trumpo socialinio pralaimėjimo streso: c-fos išraiška PAG. Psichofarmakologija (Berl) 1999, 141 (3): 225 – 234. [PubMed]
12. „Miczek KA“, „Nikulina EM“, „Shimamoto A“, „Covington HE.“, „3rd“ išstūmė arba slopino kokaino atlygį, tegmental BDNF ir akumbalinį dopaminą, kurį sukėlė epizodinis ir nuolatinis socialinis stresas žiurkėms. J Neurosci. 2011; 31 (27): 9848 – 9857. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
13. Covington HE, 3rd ir kt. Represinio histono metilinimo vaidmuo, susijęs su kokaino sukeliamu pažeidžiamumu stresui. Neuronas. 2011; 71 (4): 656 – 670. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
14. Lim BK, Huang KW, Grueter BA, Rothwell PE, Malenka RC. Anhedonijai reikia MC4R tarpininkaujančių sinaptinių adaptacijų branduoliuose. Gamta. 2012; 487 (7406): 183 – 189. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
15. Vialou V, et al. „DeltaFosB“ smegenų atlygio grandinėse tarpininkauja atsparumui stresui ir antidepresantams. Nat Neurosci. 2010; 13 (6): 745 – 752. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
16. Kourrich S, Thomas MJ. Panašūs neuronai, priešingi pritaikymai: Psichostimuliantų patirtis diferencijuotai keičia ugnies savybes „accumbens“ šerdyje, palyginti su lukštais. J Neurosci. 2009; 29 (39): 12275 – 12283. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
17. Maze I et al. Esminis histono metiltransferazės G9a vaidmuo kokaino sukeltame plastikume. Mokslas. 2010; 327 (5962): 213 – 216. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
18. Robison AJ, et al. Elgsenai ir struktūriniam atsakui į lėtinį kokainą reikalingas papildomas ciklas [prieaugis]FosB ir CaMKII branduolyje accumbens apvalkalas. J Neurosci. 2013 spaudoje.
19. Dong Y et al. CREB moduliuoja branduolių accumbens neuronų sužadinimą. Nat Neurosci. 2006; 9 (4): 475 – 477. [PubMed]
20. Pulipparacharuvil S et al. Kokainas reguliuoja MEF2, kad kontroliuotų sinaptinį ir elgesio plastiškumą. Neuronas. 2008; 59 (4): 621 – 633. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
21. Shuen JA, Chen M, Gloss B, Calakos N. Drd1a-tdTomato BAC transgeninės pelės, skirtos vienu metu vizualizuoti vidutinio dydžio smailius neuronus tiesioginiuose ir netiesioginiuose bazinių ganglių keliuose. J Neurosci. 2008; 28 (11): 2681 – 2685. [PubMed]
22. Kauer JA, Malenka RC. Synaptic plastiškumas ir priklausomybė. Nat Rev Neurosci. 2007; 8 (11): 844 – 858. [PubMed]
23. Conrad KL ir kt. „Accumbens“ formavimasis GluR2 trūksta AMPA receptorių medijuoja kokaino troškimą. Gamta. 2008; 454 (7200): 118 – 121. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
24. Brown TE, et al. Tylus sinapso mechanizmas, skirtas kokaino sukeltam lokomotoriniam jautrumui. J Neurosci. 2011; 31 (22): 8163 – 8174. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
25. Isaac JT, Nicoll RA, Malenka RC. Tylių sinapsių įrodymai: LTP išraiška. Neuronas. 1995; 15 (2): 427 – 434. [PubMed]
26. Liao D, Hessler NA, Malinow R. Postinaptiškai tylus sinapso aktyvavimas per porą sukeltą LTP hipokampo pjūvio CA1 regione. Gamta. 1995; 375 (6530): 400 – 404. [PubMed]
27. Kerchner GA, Nicoll RA. Tylios sinapcijos ir postynaptinio mechanizmo atsiradimas LTP. Nat Rev Neurosci. 2008; 9 (11): 813 – 825. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
28. Marie H, Morishita W, Yu X, Calakos N, Malenka RC. Tylios sinapso generavimas pagal ūminę in vivo CaMKIV ir CREB ekspresiją. Neuronas. 2005; 45 (5): 741 – 752. [PubMed]
29. Kullmann DM. Dviejų komponentų EPSC amplitudės svyravimai hipokampo piramidinėse ląstelėse: poveikis ilgalaikiam potencialui. Neuronas. 1994; 12 (5): 1111 – 1120. [PubMed]
30. Robinson TE, Kolb B. Struktūrinis plastiškumas, susijęs su piktnaudžiavimo narkotikais poveikiu. Neurofarmakologija. 2004; 47 (Suppl 1): 33 – 46. [PubMed]
31. Russo SJ, et al. Priklausomybė sinapse: sinaptinio ir struktūrinio plastiškumo mechanizmai branduoliuose. Tendencijos Neurosci. 2010; 33 (6): 267 – 276. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
32. Lee KW, et al. Kokaino sukeltas dendritinių stuburo formavimasis D1 ir D2 dopamino receptorių turinčiose vidutinio dydžio smailių neuronuose branduolyje accumbens. Proc Natl Acad Sci USA. 2006; 103 (9): 3399 – 3404. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
33. Bourne JN, Harris KM. Hipokampo dendritinių stuburų pusiausvyros struktūra ir funkcija. Annu Rev Neurosci. 2008: 31: 47 – 67. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
34. Chen J et al. Delta FosB ir FosB panašių baltymų reguliavimas elektrokonvulsinių priepuolių ir kokaino gydymu. Mol Pharmacol. 1995; 48 (5): 880 – 889. [PubMed]
35. Huang YH et al. Kokaino patirtis in vivo sukelia tylias sinapses. Neuronas. 2009; 63 (1): 40 – 47. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
36. McClung CA, Nestler EJ. CREB ir. \ Tgeno ekspresijos ir kokaino atlygio reguliavimas. \ T [prieaugis]FosB. Nat Neurosci. 2003: 11: 1208 – 1215. [PubMed]
37. Covington HE, 3rd ir kt. Antidepresinis medialinio prefrontalinio žievės optogenetinio stimuliavimo poveikis. J Neurosci. 2010; 30 (48): 16082 – 16090. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
38. Stefanik MT ir kt. Optogenetinis kokaino slopinimas žiurkėms. Addict Biol. 2013; 18 (1): 50 – 53. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
39. Lobo MK, Nestler EJ, Covington HE, III Galimas optogenetikos naudingumas tiriant depresiją. Biol psichiatrija. 2012; 71 (12): 1068 – 1074. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
40. McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. Kieto pralaidumo AMPA receptoriai yra branduolio accumbens sinapsėse po ilgai pasitraukus iš kokaino savarankiško vartojimo, bet ne eksperimento metu vartojamo kokaino. J Neurosci. 2011; 31 (15): 5737 – 5743. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
41. Kim J, Park BH, Lee JH, Park SK, Kim JH. Ląstelių tipo specifiniai pokyčiai branduolyje accumbens pasikartojant kokainui. Biol psichiatrija. 2011; 69 (11): 1026 – 1034. [PubMed]
42. Gong S et al. Cre rekombinazės taikymas specifinėms neuronų populiacijoms su bakterinėmis dirbtinėmis chromosomų konstrukcijomis. J Neurosci. 2007; 27 (37): 9817 – 9823. [PubMed]