Paskelbta galutine redaguota forma:
PMCID: PMC2610249
NIHMSID: NIHMS66599
Abstraktus
Molekuliniai mechanizmai, kuriais grindžiamas perėjimas nuo laisvalaikio narkotikų vartojimo prie lėtinės priklausomybės, išlieka sunkiai suprantami. Viena iš šiame procese dalyvaujančių molekulių yra ΔFosB, transkripcijos faktorius, kuris kaupiasi striatumoje po pakartotinio vaisto poveikio ir tarpininkauja jautrioms reakcijoms į psichostimuliatorius ir kitus narkotikus. Paskesni transkripcijos mechanizmai, kuriais ΔFosB reguliuoja vaistų sukeltą elgesį, yra nevisiškai suprantami. Anksčiau pranešėme apie chromatino rekonstravimo mechanizmus, kuriais ΔFosB suaktyvina tam tikrų genų ekspresiją, tačiau mechanizmai, kuriais grindžiama ΔFosB tarpininkaujama genų represija, vis dar nežinomi. Čia mes nustatome c-fos, iškart po to, kai psichostimuliatoriai buvo sužadinti striatumoje, ankstyvasis ankstyvasis genas, kaip naujas paskesnis taikinys, kurį slopina ΔFosB. Parodome, kad ΔFosB kaupimasis striatumoje po lėtinio gydymo amfetaminu nejautrėja c-fos mRNR indukcija į sekančią vaisto dozę. ΔFosB nejautrina c-fos ekspresija įdarbinant histono dezacetilazę 1 (HDAC1) į c-fos genų promotorius, kuris savo ruožtu deacetiliuoja aplink esančius histonus ir silpnina genų aktyvumą. Todėl vietinis HDAC1 išmušimas striatumoje panaikina amfetamino sukeltą c-fos genas. Bendrai tariant, lėtinis amfetaminas padidina histono H3 metilinimą ant c-fos promotorius, chromatino modifikacija, taip pat žinoma, kad ji slopina genų aktyvumą, taip pat H3 histono metiltransferazės, KMT1A / SUV39H1, ekspresijos lygius. Šis tyrimas atskleidžia naują epigenetinį kelią, per kurį ΔFosB tarpininkauja skirtingoms transkripcijos programoms ir galiausiai elgesio plastiškumui, sąlygodamas lėtinį amfetamino poveikį.
Įvadas
Pakartotinis psichostimuliatorių, tokių kaip amfetaminas ir kokainas, vartojimas dažnai pereina nuo pramoginių narkotikų vartojimo prie chroniškai priklausomų būsenų (Hyman ir kt., 2006). Vienas iš šiame procese dalyvaujančių mechanizmų yra transkripcijos faktorius ΔFosB, labai stabilus tiesioginio ankstyvojo geno suskaidymo produktas. fosB, kuris dimerizuojasi su Jun šeimos baltymais, sudarydamas funkcinius AP-1 transkripcijos kompleksus (McClung ir kt., 2004). Pakartotinai vartojant piktnaudžiavimo vaistais, ΔFosB kaupiasi striatumoje kelis kartus, ir šis kaupimasis buvo susijęs su padidėjusiu kokaino atlygiu, jautriu lokomotoriu ir savaiminiu vartojimu (Kelz ir kt., 1999; Colby ir kt., 2003; McClung ir kt., 2004), kurie kartu rodo vaidmenį neuroniniuose mechanizmuose, susijusiuose su perėjimu nuo rekreacinio ir priklausomų nuo narkotikų vartojimo. Remiantis šia hipoteze, ΔFosB veikia teigiamo grįžtamojo ryšio kilpoje, didindamas narkotikų vartojimo elgesį, kuris savo ruožtu skatina daugiau ΔFosB. Vienas pagrindinių neišspręstų klausimų yra tas, kaip ΔFosB tarpina savo poveikį su narkotikais susijusiam elgesiui. Viso genomo mikro matricų tyrimai su pelėmis, kurios per daug ekspresuoja ΔFosB striatumoje, pateikė pirmą įžvalgą apie galimus pasroviui taikomus tikslus (McClung ir Nestler, 2003). Šis tyrimas parodė, kad ΔFosB gali tarnauti kaip transkripcijos aktyvatorius arba represorius, priklausomai nuo tikslinio geno. Tačiau tyrime išnagrinėti nuorašai, reguliuojami esant perdėtai ekspresijai, todėl neaišku, kurie iš šių genų yra tiesioginiai, fiziologiniai ΔFosB taikiniai.
Neseniai nustatėme nuo ciklino priklausomą kinazę 5 (cdk5) genas, kaip tiesioginis endogeninio ΔFosB taikinys, kuris skatina Cdk5 transkripcija striatumoje (Kumar ir kt., 2005). Tačiau ΔFosB tikslinių genų represijų mechanizmai išliko sunkūs. Vienas patrauklių kandidatų yra c-fos, geną, kurį dramatiškai sukelia ūmūs psichostimuliatoriai, bet tik silpnai po pakartotinio veikimo (Hope ir kt., 1992; Persico ir kt., 1993; Steineris ir Gerfenas, „1993“), kai ΔFosB ir ΔFosB turinčių AP-1 kompleksų lygis yra aukštas (Hope ir kt., 1992, 1994). Nuo c-fos geno proksimaliniame promotoriuje yra į AP-1 panaši svetainė (Morganas ir Curranas, 1989), tai yra patikimas kandidatas į ΔFosB tarpininkaujamas represijas. Indukcija c-fos tradiciškai traktuojamas kaip ankstyvasis nervų aktyvacijos žymeklis, nes jis greitai ir laikinai indukuojamas reaguojant į įvairius dirgiklius (Morganas ir Curranas, 1989). c-fos genas taip pat svarbus reaguojant į kokainą, nes trūksta pelių c-fos dopamino D1 receptorių turinčiuose neuronuose - neuroninių ląstelių, kur ΔFosB sukelia psichostimuliatoriai (McClung ir kt., 2004), sumažino jautrumą kokainui (Zhang ir kt., 2006). Šios išvados paskatino mus ištirti, ar ΔFosB valdoma c-fos genų aktyvumas po lėtinio amfetamino poveikio. Čia aprašome naują epigenetinį mechanizmą, pagal kurį ΔFosB kaupimasis reaguojant į lėtinį amfetaminą grįžta į jutimą c-fos indukcija į kitas vaisto dozes. Ši nauja ΔFosB ir chromatino rekonstravimo įvykių sąveika c-fos promotorius gali būti svarbus homeostatinis mechanizmas, reguliuojantis gyvūno jautrumą pakartotiniam vaisto poveikiui.
Medžiagos ir metodai
RNR išskyrimas ir kiekybinis įvertinimas
Užšaldytas smegenų audinys buvo atšildytas „TriZol“ (Invitrogen, Carlsbad, CA) ir perdirbtas pagal gamintojo protokolą. RNR buvo išgryninta naudojant RNAesy Micro kolonėles (Qiagen, Valencia, CA). Bendra RNR buvo transkribuota atvirkščiai, naudojant „Superscript III“ („Invitrogen“). Tada realiojo laiko PGR buvo paleista naudojant SYBR Green (ABI, Foster City, CA) ir kiekybiškai įvertinta, naudojant ΔΔCt metodą. Pamatyti Papildoma lentelė už visą pradmenų sąrašą.
Chromatino imunoprecipitacija (ChIP)
Chromatinas buvo ultragarsu apdorotas, o po to imuninis nusėdimas (žr Papildomi metodai), naudojant acetilintus histonų antikūnus (Millipore, Billerica, MA), anti-HDAC1 arba anti-H3K9me2 iš Abcam (Kembridžas, JK), anti-FosB (C-galą) (Kumar ir kt., 2005), anti-FosB (N-galo) (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, State) arba triušio IgG kontrolę (Millipore). IP buvo surinktas naudojant „Millipore“ baltymo A granules. Po plovimo chromatinas buvo išplautas iš granulių ir atvirkščiai susietas, esant proteinazei K. Tada DNR buvo išgryninta ir išmatuota, naudojant realaus laiko PGR.
Imunoprecipitacija
PC12 ląstelės buvo transfekuotos naudojant V5 pažymėtą HDAC1 (Montgomery ir kt., 2007), FosB arba ΔFosB, kaip aprašyta anksčiau (Carle ir kt., 2007). Ląstelių lizatai buvo padalyti ir inkubuojami su arba neimuniniu IgG (Sigma) arba anti-FosB antikūnais (sc-48, Santa Cruz) per naktį 4 ° C. Imuninis nusėdimas buvo atliktas naudojant baltymo G granules (Sigma). Imuniniai nusėdę baltymai buvo paleisti su SDS-PAGE ir analizuojami atliekant Western blot analizę, naudojant pasirinktinį polikloninį anti-FosB (N-galo) antikūną (Carle ir kt., 2007) ir anti-V5 antikūnus (Abcam). Norėdami nustatyti, ar HDAC1 ir ΔFosB yra jungiamieji partneriai in vivo, norėdami sukelti aukštą ΔFosB baltymo kiekį (Hope ir kt., 1994). Žievės audinys buvo išpjaustytas nuo lėtinio (7 per parą) priepuolio ar negydyto žiurkės, lizuotas ir imuninis nusėdimas, kaip aprašyta aukščiau, naudojant anti-HDAC1 antikūnus (Abcam).
Lazeriu užfiksuotas mikrodiskrecija
Atlikus stereotaksinę chirurgiją, pelių veninė striata buvo užkrėsta adeno-virusu (AAV), ekspresuojančiu nurodytą geną arba GFP priešingose smegenų pusėse. Po gydymo amfetaminu, užšaldytos smegenys buvo perdirbtos į 8 µm storio vainikines dalis ir pritvirtintos prie membranos plokštelių (Lieca, Wetzlar, Vokietija). AAV užkrėsti regionai buvo išpjaustyti lazeriu (Leica), kad būtų pašalintos neužkrėstos ląstelės, ir apdorotos naudojant „PicoPure RNR ekstrahavimo rinkinį“ (MDS, Sunnyvale, CA). RNR buvo amplifikuota naudojant „RiboAmp HS“ rinkinį (MDS) ir atvirkščiai transkribuota, kaip aprašyta aukščiau. Pamatyti Papildomi metodai už išsamios informacijos.
rezultatai
ΔFosB nejautrina c-fos mRNR indukcija striatumoje po lėtinio amfetamino poveikio
Ištirti, ar c-fos mRNR ekspresija yra ląstelių adaptacija, kontroliuojama ΔFosB, mes žiurkėmis gydėme fiziologiniu tirpalu arba ūminiu ar lėtiniu amfetaminu ir leidome joms atsitraukti savo namų narve nuo 1 iki 10 dienų. Po to žiurkėms buvo tiriama 1 hr po druskos tirpalo ar amfetamino dozės. Kaip įrodyta anksčiau (žr Įvadas), c-fos mRNR buvo sužadinta 4 kartus striatumoje sušvirkštus ūminį amfetaminą. Tačiau žiurkėms, anksčiau paveiktoms lėtiniu amfetaminu, c-fos reakcija į narkotikų problemą buvo žymiai susilpninta iki 5 narkotikų nutraukimo dienų (Pav. 1A), taškas, kuriame ΔFosB išlieka padidėjęs šiame smegenų regione (Hope ir kt., 1994). Be to, žiurkėms, kurioms 5 dienomis buvo pašalintas lėtinis amfetaminas, mes nustatėme, kad tai yra pagrindinis c-fos mRNR ekspresija buvo mažesnė, nei nustatyta fiziologiniu tirpalu apdorotose kontrolinėse medžiagose (Pav. 1A). Svarbu tai, kad c-fos Amfetamino vartojimo indukcija buvo žymiai susilpninta nutraukimo 1 dieną, palyginti su fiziologiniu tirpalu gydomiems gyvūnams. Šie duomenys kartu parodo lėtinio amfetamino poveikį tiek baziniam, tiek sukeltam poveikiui c-fos mRNR lygis, nors abu efektai pasireiškia sudėtingu laiko periodu.
Norėdami nustatyti, ar ΔFosB kaupimasis po lėtinio amfetamino tiesiogiai prisideda prie c-fos išraiška, mes pirmą kartą atlikome ChIP ΔFosB ant c-fos geno promotorius striatumoje. Kaip parodyta Pav. 1B, c-fos Po chroniško amfetamino poveikio promotorius turi žymiai daugiau surištų FosB - toks poveikis pastebimas mažiausiai 5 narkotikų vartojimo dienas. Šie duomenys koreliuoja ΔFosB užimtumą c-fos promotorius, kurio kinetika yra sumažinta c-fos genų aktyvumas. Kitas, norint tiesiogiai patikrinti, ar ΔFosB sukelia sumažėjusį poveikį c-fos indukcija, reaguojant į amfetamino iššūkį, mes panaudojome AAV vektorių, kad striatumoje per daug ekspresuotų ΔFosB arba GFP. Tada mes išskyrėme užkrėstą striatumą mikrodiskriminacija lazeriu (Pav. 1C) ir atliko qRT-PGR c-fos mRNR. Stebėjome žymiai mažiau c-fos mRNR, sukeltas po ūmios amfetamino dozės striauriniame audinyje, užkrėstame AAV-ΔFosB, palyginti su priešinga puse, užkrėstu AAV-GFP, tuo tarpu β-tubulinas mRNR liko nepakitusi (1D pav). Šie duomenys rodo, kad c-fos desensibilizaciją skatina ΔFosB kaupimasis jo promotoriuje po lėtinio amfetamino ekspozicijos.
ΔFosB įdarbina HDAC1 į c-fos skatintojas tarpininkauti c-fos genų represijos
Ištirti mechanizmus, kuriais ΔFosB tarpininkauja c-fos desensibilizaciją, mes sutelkėme dėmesį į laiką, kuriame c-fos buvo žymiai represuotas: 5 dienų pasitraukimas iš lėtinio amfetamino. Pagrindinis mechanizmas, susijęs su c-fos aktyvinimas reaguojant į įvairius dirgiklius, įskaitant kokainą (Kumar ir kt., 2005), yra histono acetilinimas. Todėl mums buvo įdomu išsiaiškinti, ar histono acetilinimas ant c-fos genų promotorių taip pat sukėlė ūmus amfetaminas ir ar pakartotinis vaisto poveikis silpnino šį atsaką. Iš tiesų, ūmus amfetaminas padidino histono H4 acetiliaciją c-fos promotoriaus ir po lėtinio gydymo amfetaminu šio indukcija nebebuvo stebima (Pav. 2A). H4 acetilinimas buvo specifinis, nes H3 poveikio nepastebėta (neparodyta). Šie duomenys rodo, kad sumažėjęs histono acetilinimas, susijęs su kompaktiškesne ir neaktyvia chromatino struktūra (Kouzarides, 2007), prisideda prie c-fos genas po lėtinio amfetamino poveikio. Norėdami tiesiogiai patikrinti šią hipotezę, mes gydėme žiurkes lėtiniu amfetaminu ir po 5 vartojimo nutraukimo dienos skyrėme HDAC inhibitorių, natrio butiratą ar jo nešiklį. Mes nustatėme, kad natrio butiratas panaikino amfetamino sukeltą represiją c-fos išraiška (Pav. 2B), tiesiogiai palaikanti mintį, kad hipoacetilinimas c-fos promotorius yra pagrindinis geno desensibilizacijos mechanizmas.
Norėdami suprasti, kaip ΔFosB slopina histono acetiliaciją ant c-fos promotoriaus, mes ištyrėme, ar ΔFosB sąveikauja su fermentais, mažinančiais histono acetiliaciją, būtent su HDAC. Pirmiausia ištyrėme HDAC1 ir HDAC2, nes šie fermentai sudaro kompleksus su įvairiais transkripcijos veiksniais, kurie slopina genų ekspresiją (Grozingeris ir Schreiberis, 2002). Nuo preliminarių ChIP tyrimų nustatyta, kad HDAC1 jungiasi su c-fos promotoriaus (žr. žemiau), bet HDAC2 neaptinkamas (nerodomas), mes atlikome bendrus imunoprecipitacijos eksperimentus, kad nustatytume, ar ΔFosB fiziškai sąveikauja su HDAC1. Iš tiesų, mes nustatėme, kad imunofrefacinis FFosB nusodinimas taip pat atitraukė HDAC1 PC12 ląstelėse (2D pav). Svarbu tai, kad ši sąveika būdinga ΔFosB, kaip viso ilgio FosB, kuris nesikaupia po lėtinio psichostimuliatoriaus vartojimo (Hope ir kt., 1994), nebendravo su HDAC1. Mes atlikome atvirkštinį eksperimentą in vivo indukuodamas didelius ΔFosB kiekius kartu su elektrokonvulsiniais traukuliais. Remiantis mūsų ląstelių kultūros duomenimis, imunoprecipitacija su HDAC1 antikūnu ištraukė ΔFosB iš smegenų audinio (2E pav).
Remiantis šiais duomenimis, ΔFosB ir HDAC1 fiziškai sąveikauja in vitro ir in vivo, mes iškėlėme hipotezę, kad po lėtinio amfetamino ΔFosB verbauja HDAC1 į c-fos genų promotorius. Tiesą sakant, striatos lizatų ChIP rastas žymiai didesnis HDAC1 lygis c-fos promotorius po lėtinio amfetamino poveikio (Pav. 2C), o amfetaminas nepakeitė HDAC1 jungimosi prie β-aktinas genų promotorius. Norint tiesiogiai nustatyti, ar HDAC1 pakako susilpninti c-fos indukcija, mes HEK293T ląsteles transfekavome HDAC1 arba GFP ir stimuliavome jas 5% serumu (žr. Papildomi metodai). Mes nustatėme, kad serumas sukelia c-fos raiška buvo žymiai blanki ląstelėse, kurios per daug ekspresuoja HDAC1 (2F pav). Šie tyrimai buvo pratęsti in vivo naudojant lokalizuotas HDAC1 peles, užkrėstas AAV-GFP vienoje jų striatum pusėje, ir AAV-CreGFP, kad sukeltų vietinį „hdac1“ genas priešingoje striatumoje. AAV-CreGFP sumažintas „Hdac1“ iRNR ekspresija užkrėstame audinyje (išskirta lazerio mikrodisekcijos būdu)> 75%, palyginti su kontrolinėmis AAV-GFP injekcijomis „Hdac2“ išraiška išliko nepakitusi (2G pav). Po to pelės buvo gydomos lėtiniu amfetaminu, po to vaistas buvo nutraukiamas 5 dienomis. Pelės buvo tiriamos 30 minutes po amfetamino užkrėtimo, o užkrėstos striagos sritys buvo mikrotraumuotos. Mes nustatėme, kad amfetaminas sukelia žymiai daugiau c-fos mRNR striauminiame audinyje, užkrėstame AAV-CreGFP, palyginti su AAV-GFP (2G pav), parodydamas, kad HDAC1 yra būtinas lėtinėms amfetamino sukeltoms represijoms c-fos išraiška. Šie duomenys rodo, kad ΔFosB kaupimasis žiurkėms po lėtinio gydymo amfetaminu lemia, kad daugiau ΔFosB prisijungia prie c-fos promotorius, HDAC1 įdarbinimas, mažesnis histono acetilinimas ir galiausiai mažesnis geno aktyvumas.
Histono metilinimas yra padidėjęs c-fos promotorius po lėtinio amfetamino poveikio
Genų aktyvumo slopinimas dažnai apima keletą epigenetinių modifikacijų, vykstančių lygiagrečiai (Kouzarides, 2007; Tsankova ir kt., 2007). Viena geriausiai apibūdinamų histono modifikacijų, susijusių su sumažėjusiu genų aktyvumu, yra histono H3 metilinimas 9 lizine (H3K9). Ši histono modifikacija, aptinkama promotoriaus regionuose, siejama su transkripcijos represijomis, verbuojant bendrus represorius, tokius kaip HP1 (heterochromatino baltymas 1) (Kouzarides, 2007). Todėl mes išanalizavome, ar c-fos genas, pastebėtas po lėtinio amfetamino vartojimo, taip pat susijęs su H3K9 metilinimo pokyčiais. Remiantis šia hipoteze, chIP, atliktas su žiurkių, gautų lėtiniu amfetaminu, audinių striatiniuose audiniuose, atskleidė, kad di-metiletas H3K9 (H3K9me2) reikšmingai padidėjo. c-fos reklamuotojas (Pav. 3A), tokio poveikio nepastebėta β-aktinas genų promotorius. Vienas pagrindinių fermentų, tarpininkaujantis H3K9 metilinimui, yra KMT1A / SUV39H1, kuris iškėlė klausimą, ar šio fermento ekspresiją reguliuoja lėtinis amfetamino poveikis. Atlikome qRT-PGR ant žiurkių, gydomų lėtiniu amfetaminu, striatumoje ir pastebėjome reikšmingą „Kmt1a“ / „Suv39h1“ mRNR, o aiškus chromatiną modifikuojantis fermentas, „Hdac5“, liko nepakitęs (Pav. 3B). Tačiau, skirtingai nei HDAC1, atliekant bendro imuniteto nusėdimo eksperimentus neaptikta aptinkamos sąveikos tarp ΔFosB ir KMT1A / SUV39H1, taip pat nepavyko nustatyti reikšmingo metiltransferazės praturtėjimo c-fos promotorius pagal ChIP (nerodomas). Nepaisant to, šie duomenys rodo, kad padidinus KMT1A / SUV39H1 reguliavimą, H3 gali būti hipermetiletas c-fos ir prisidėti prie mechanizmų, mažinančių c-fos genų aktyvumas po lėtinio amfetamino poveikio.
Diskusija
Šis tyrimas nustatė c-fos kaip naujas paskesnis tikslinis ΔFosB genas striatumoje po lėtinio amfetamino vartojimo. Mes pateikiame tiesioginius įrodymus, kad endogeninis ΔFosB jungiasi su c-fos promotorius in vivo, kur ΔFosB verbauja HDAC1, kad deacetiliuotų aplinkinius histonus ir sumažintų transkripcinį c-fos genas. Tiek farmakologinis HDAC slopinimas, tiek sukeltas HDAC1 išmetimas buvo pakankami, kad palengvintų c-fos desensibilizacija ir padidėjimas c-fos išraiška lėtiniu amfetaminu gydytų gyvūnų striatumoje. Taip pat nustatėme, kad H3K9 metu padidėja represinis histono metilinimas c-fos promotorius, adaptacija, susijusi su amfetamino sukeltu histono metiltransferazės, KMT1A / SUV39H1, padidinimu. Kartu šie radiniai suteikia iš esmės naują įžvalgą apie mechanizmus, kuriais ΔFosB slopina tam tikrų genų aktyvumą, ir iliustruoja naują dviejų pagrindinių būdų, valdančių elgesio reakcijas į psichostimuliatorius, sąveiką: ΔFosB indukcija (McClung ir kt., 2004) ir chromatino rekonstravimas (Tsankova ir kt., 2007). Mūsų išvados rodo, kaip šie du keliai suartėja c-fos promotorius po lėtinio amfetamino poveikio pakitusiam geno aktyvumui.
Pirmiausia mes pastebėjome c-fos mRNR raiška po lėtinio gydymo kokainu prieš 15 (Hope ir kt., 1992), tačiau jokios mechanistinės įžvalgos apie tai, kaip gali atsirasti toks skirtingas transkripcijos atsakas tarp ūmaus ir lėtinio vaisto poveikio, nėra. Stengdamiesi suprasti paskesnius ΔFosB veiksmus, mes peržiūrėjome c-fos išraiška dėl šio skirtingo reguliavimo tarp ūmaus ir lėtinio psichostimuliatorių poveikio. Kadangi ΔFosB padidėja kelis kartus po lėtinio vaisto vartojimo, tai skirtinga indukcija c-fos mRNR, taip pat į AP-1 panašią vietą c-fos proksimalinis promotorius, pasiūlė galimą ΔFosB reguliavimo vaidmenį. Tai taip pat padarė c-fos genas yra patrauklus kandidatas, su kuriuo galima ištirti represinį ΔFosB poveikį genų ekspresijai (McClung ir Nestler, 2003).
Lėtinis amfetaminas susilpnėjo c-fos mRNR indukcija arba jos pradinis lygis striatumoje maždaug 5 dienų nuo vaisto vartojimo nutraukimo, laikui bėgant, atitinkančiam ΔFosB stabilumą (Hope ir kt., 1994) ir jo užimtumą c-fos vykdytojas. Nors ΔFosB galima aptikti po ilgesnių pašalinimo laikotarpių, jis palaipsniui mažėja (Hope ir kt., 1994; Nye ir kt., 1995) ir gali būti nepakankamas represijoms prieš c-fos genas žymiai viršija 5 dienos laiko tašką. Nepaisant to, c-fos desensibilizacija yra sudėtinga, o jos raukšlės indukcija gali būti slopinama maksimaliai per amfetamino vartojimo nutraukimo dieną 1, tačiau jos bazinis lygis bus maksimaliai slopinamas 5 nutraukimo dienomis. Mūsų ChIP duomenys rodo, kad ΔFosB yra prijungtas prie c-fos skatintojas abiem laiko momentais, teigdamas, kad c-fos Genas, stebimas nuo 1 iki 5 pasitraukimo dienų, gali būti susijęs su papildomais transkripcijos reguliatoriais, pasamdytais gene per labai sudėtingą laiko tarpą. Norint suprasti išsamius susijusius mechanizmus, reikalingi tolesni tyrimai.
ΔFosB tarpininkaujama elgesio reikšmė c-fos desensibilizacija gali būti homeostatinė, kaip pelėms, kurioms trūksta c-fos dopamino D1 receptorių turinčiuose neuronuose esantis genas rodo sumažintą elgesio reakciją į kokainą (Zhang ir kt., 2006). Be to, HDAC inhibitoriai, kurie blokuoja ΔFosB sukeliamą desensibilizaciją c-fos, padidina gyvūno jautrumą elgesio su kokainu poveikiui (Kumar ir kt., 2005; Renthal ir kt., 2007). Šie duomenys rodo, kad nors ΔFosB grynasis poveikis skatina įjautrintą elgesio reakciją į psichostimuliatorius (Kelz ir kt., 1999; Colby ir kt., 2003), ji taip pat inicijuoja naują transkripcijos programą per c-fos desensibilizacija, siekiant apriboti to paties elgesio mastą. Iš tikrųjų ΔFosB titruotų elgesio reakcijas į psichostimuliatorius, naudodamas sudėtingas transkripcijos įvykių serijas, apimančias daugelio taikinių genų indukciją ar slopinimą (McClung ir Nestler, 2003), kuris, be čia pateikto geno, koduojančio „c-Fos“, taip pat apima AMPA glutamato receptoriaus subvienetą GluR2 (Kelz ir kt., 1999), serino-treonino kinazė Cdk5 (Bibb ir kt., 2001) ir opioidinio peptido dinorfino (Zachariou ir kt., 2006), tarp kitų (McClung ir Nestler, 2003). Kai kuriuos iš šių genų suaktyvina ΔFosB (kur ΔFosB įdarbina transkripcijos koaktyvatorius) (Kumar ir kt., 2005), o kiti yra represuojami FFosB (kur ΔFosB, kaip parodyta čia, verbuoja transkripcijos bendrus represorius). Svarbiausios būsimų tyrimų pastangos yra nustatyti veiksnius, lemiančius, ar ΔFosB aktyvina ar slopina tikslinį geną, kai jis jungiasi su geno promotoriumi.
Apibendrinant, mūsų išvados nustato naują epigenetinį mechanizmą, per kurį ΔFosB tarpininkauja daliai savo transkripcinio poveikio striatumoje po lėtinio amfetamino poveikio. Šis tyrimas taip pat suteikia svarbių naujų įžvalgų apie pagrindinius transkripcijos ir epigenetinius mechanizmus in vivo dalyvauja atliekant svarbiausio psichostimuliatorių sukeltos elgesio reakcijos geno desensibilizaciją (ty toleranciją).
Nuorodos
- Bibb JA, Chen J, Taylor JR, Svenningsson P, Nishi A, Snyder GL, Yan Z, Sagawa ZK, Ouimet CC, Nairn AC, Nestler EJ, Greengard P. Lėtinio kokaino poveikio reguliuoja neuroninis baltymas Cdk5. Gamta. 2001: 410: 376 – 380. [PubMed]
- Carle TL, Ohnishi YN, Ohnishi YH, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteasomų priklausomi ir nepriklausomi FosB destabilizavimo mechanizmai: FosB degronų domenų identifikavimas ir poveikis DeltaFosB stabilumui. Eur J Neurosci. 2007: 25: 3009 – 3019. [PubMed]
- Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Striatyvinė ląstelių tipo specifinė „DeltaFosB“ ekspresija padidina kokaino skatinimą. J Neurosci. 2003: 23: 2488 – 2493. [PubMed]
- Grozinger CM, Schreiber SL. Deacetilazės fermentai: biologinės funkcijos ir mažų molekulių inhibitorių naudojimas. Chem. Biol. 2002; 9: 3 – 16. [PubMed]
- Hope B, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Greitos ankstyvosios geno ekspresijos reguliavimas ir AP-1 surišimas žiurkių branduolyje akrobatinio lėtinio kokaino. Proc Natl Acad Sci US A. 1992, 89: 5764 – 5768. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
- Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Ilgalaikio AP-1 komplekso, kurį sudaro kintantys Fos tipo baltymai smegenyse, sukėlimas lėtiniu kokainu ir kitais lėtiniais gydymais. Neuronas. 1994: 13: 1235 – 1244. [PubMed]
- Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Neuriniai priklausomybės mechanizmai: su mokymu ir atmintimi susijęs atlygis. Annu Rev Neurosci. 2006: 29: 565 – 598. [PubMed]
- Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch T, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Duman RS Nestler EJ. Transkripcijos faktoriaus deltaFosB ekspresija smegenyse kontroliuoja jautrumą kokainui. Gamta. 1999: 401: 272 – 276. [PubMed]
- Kouzarides T. Chromatino modifikacijos ir jų funkcija. Ląstelė. 2007; 128: 693 – 705. [PubMed]
- Kumar A, Choi KH, Renthal W, Tsankova NM, Theobald DE, Truong HT, Russo SJ, Laplant Q, Sasaki TS, Whistler KN, Neve RL, Self DW, Nestler EJ. Chromatino rekonstrukcija yra pagrindinis mechanizmas, kuriuo grindžiamas striatumo kokaino sukeltas plastiškumas. Neuronas. 2005: 48: 303 – 314. [PubMed]
- McClung CA, Nestler EJ. CREB ir DeltaFosB reguliuoja geno ekspresiją ir kokaino atlygį. Nat Neurosci. 2003: 6: 1208 – 1215. [PubMed]
- McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. DeltaFosB: molekulinis jungiklis ilgalaikiam prisitaikymui smegenyse. Brain Res Mol Brain Res. 2004: 132: 146 – 154. [PubMed]
- Montgomery RL, Davis CA, Potthoff MJ, Haberland M, Fielitz J, Qi X, Hill JA, Richardson JA, Olson EN. Histonų deacetilazės 1 ir 2 nereikalingai reguliuoja širdies morfogenezę, augimą ir kontraktiškumą. „Genes Dev. 2007; 21: 1790 – 1802. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
- Morgan JI, Curran T. Stimulio-transkripcijos jungimas neuronuose: ląstelių tiesioginių ankstyvųjų genų vaidmuo. Tendencijos Neurosci. 1989: 12: 459 – 462. [PubMed]
- Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmakologiniai tyrimai, susiję su lėtinio FOS susijusio antigeno indukcijos, kurią sukelia kokainas, reguliavimu striatum ir nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995: 275: 1671 – 1680. [PubMed]
- „Persico AM“, „Schindler CW“, „O'Hara BF“, „Brannock MT“, Uhl GR. Smegenų transkripcijos faktoriaus išraiška: ūmaus ir lėtinio amfetamino poveikis ir stresas injekcijose. Brain Res Mol Brain Res. 1993; 20: 91–100. [PubMed]
- „Renthal W“, „Maze I“, „Krishnan V“, „Covington HE“, „3rd“, „Xiao G“, „Kumar A“, „Russo SJ“, „Graham A“, „Tsankova N“, „Kippin TE“, „Kerstetter KA“, „Neve RL“, „Haggarty SJ“, „McKinsey TA“, „Bassel-Duby R“, Olsonas. EN, „Nestler EJ“. Histono deacetilazė 5 epigenetiškai kontroliuoja elgesio adaptaciją prie lėtinių emocinių dirgiklių. Neuronas. 2007; 56: 517 – 529. [PubMed]
- Steiner H, Gerfen CR. Kokaino sukelta c-fos pasiuntinio RNR yra atvirkščiai susijusi su dinorfinų ekspresija striatumoje. J Neurosci. 1993; 13: 5066 – 5081. [PubMed]
- „Tsankova N“, „Renthal W“, „Kumar A“, „Nestler EJ“. Epigenetinis reguliavimas esant psichiniams sutrikimams. Nat Rev Neurosci. 2007; 8: 355 – 367. [PubMed]
- Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar A, Nestler EJ. Esminis DeltaFosB vaidmuo branduolio akumbensuose morfino veikloje. Nat Neurosci. 2006: 9: 205 – 211. [PubMed]
- Zhang J, Zhang L, Jiao H, Zhang Q, Zhang D, Lou D, Katz JL, Xu M. c-Fos palengvina kokaino sukeltų nuolatinių pokyčių įgijimą ir išnykimą. J Neurosci. 2006: 26: 13287 – 13296. [PubMed]
;
