DeltaFosB Mengatur Roda Lari (2002)

KOMENTAR: DeltaFosb adalah suis molekul yang terkumpul di otak dengan pentadbiran kronik ubat ketagihan, lemak tinggi, gula tinggi dan roda yang berlari. Ia mengubah otak untuk menyebabkan pemekaan kepada mana-mana yang terlalu banyak. Ini adalah faktor transkripsi yang menghidupkan dan mematikan gen yang mengubah struktur dan komunikasi dalam litar ganjaran otak. Kesimpulan: Data mendedahkan kesamaan yang ketara antara ubat-ubatan dan penggila yang menggalakkan dan mencadangkan peranan penting untuk ΔFosB dalam mengawal selia kedua-dua ganjaran semulajadi dan dadah.

Jurnal Neuroscience, 15 September 2002, 22 (18): 8133-8138;

Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S.

+ Pengikut Pengarang

1. 1 Jabatan Neurosains dan

2. 2 Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, Stockholm, S-171 77 Sweden, dan

3. 3 Jabatan Psikiatri dan Pusat Sains Neurosains, Pusat Perubatan Southwestern Universiti Texas, Dallas, Texas 75390-9070

Abstrak

ΔFosB adalah faktor transkripsi yang terkumpul dalam cara yang khusus di rantau di otak selepas gangguan kronik. Contohnya, pentadbiran ubat penderaan berulang meningkatkan tahap ΔFosB di striatum. Dalam kajian ini, kita menganalisis kesan roda spontan yang berjalan, sebagai model untuk tingkah laku ganjaran semulajadi, pada tahap ΔFosB di kawasan-kawasan yang sepi. Lebih-lebih lagi, tikus yang menggambarkan lebih jelas ΔFosBdalam subpopulations tertentu neuron striatal digunakan untuk mengkaji peranan mungkin ΔFosB pada tingkah laku. Tikus Lewis diberikan iklan libitum akses ke roda larian untuk 30 d meliputi apa yang sepadan dengan ~ 10 km / d dan menunjukkan peningkatan tahap ΔFosB dalam nukleus accumbens berbanding dengan tikus yang terdedah kepada roda berlari terkunci. Tikus yang overexpress ΔFosB secara selektif dalam neuron yang mengandung dynorphin striatal meningkat berjalan sehari-hari berbanding dengan littermates kawalan, sedangkan tikus yang overexpress ΔFosB terutamanya dalam neuron yang mengandungi enkephalin yang striatal berlari jauh lebih rendah daripada kawalan. Data dari kajian ini menunjukkan bahawa seperti dadah penyalahgunaan, berjalan secara sukarela meningkatkan tahap ΔFosB dalam laluan ganjaran otak. Tambahan pula, overexpression daripada ΔFosB dalam kepelbagaian output neuronal pengeluaran striatal meningkatkan kelakuan berjalan. Kerana kerja terdahulu telah menunjukkan bahawa ΔFosB overexpression dalam populasi neuron yang sama ini meningkatkan sifat ganjaran ubat penyalahgunaan, hasil kajian sekarang menunjukkan bahawa ΔFosB boleh memainkan peranan penting dalam mengawal kedua-dua hadiah semula jadi dan dadah.

sebelum seksyen Seterusnya seksyen

Pengenalan

ΔFosB tergolong dalam keluarga Fos dari faktor transkripsi dan berasal dari gen fosb melalui splicing alternatif. Tidak seperti protein Fos yang lain, yang mempunyai separuh hayat pendek, 35 dan 37 kDa isoforms ΔFosB berkumpul di kawasan yang spesifik di otak selepas pelbagai gangguan kronik, mungkin kerana kestabilan yang sangat tinggi ini isoform (Hope et al., 1994a; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Peraturan ΔFosB di kawasan-kawasan yang teruk selepas pentadbiran ubat penyalahgunaan berulang telah dikaji dengan baik (Hope et al., 1994b; Moratalla et al., 1996; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Laluan dopamine mesolimbi mempunyai peranan utama dalam ganjaran dadah (Koob et al., 1998). Ia berasal dari kawasan tegar ventral tengah orang tengah dan berakhir di bahagian ventral striatum, dipanggil nukleus accumbens. Pentadbiran akut mana-mana beberapa ubat penyalahgunaan secara sementara menginduksi beberapa protein keluarga Fos dalam akusatif nukleus dan di striatum dorsal. Protein ini membentuk heterodimer dengan protein keluarga Jun untuk membentuk kompleks kompleks protein 1 (AP-1) dengan separuh hayat pendek. Sebaliknya, selepas rawatan ubat berulang, induksi produk gen awal segera menurun dan, sebaliknya, terdapat pengumpulan secara beransur-ansur yang stabil ΔFosB isoforms. ΔFosB heterodimerizes terutamanya dengan JunD dan kepada yang lebih rendah dengan JunB (Hiroi et al., 1998; Perez-Otano et al., 1998) untuk membentuk kompleks AP-1 yang tahan lama di kawasan otak tertentu. Adalah dicadangkan bahawa kompleks AP-1 yang berpanjangan ini menengahi beberapa kesan jangka panjang ubat penyalahgunaan pada jalur ganjaran otak yang mendasari ketagihan (Nestler et al., 2001).

Kajian-kajian kelakuan menunjukkan bahawa roda yang berjalan di tikus adalah bermanfaat. Anggapan ini didasarkan pada eksperimen yang menunjukkan bahawa tikus tuas-tekan untuk akses kepada roda berjalan dan juga membangun pilihan tempat yang dikondisikan kepada persekitaran yang berkaitan dengan kesan selepas roda yang sedang berjalan (Iversen, 1993; Belke, 1997; Lett et al., 2000). Selain itu, tikus yang berlari jarak jauh menunjukkan tanda-tanda penarikan diri setiap hari, seperti peningkatan pencerobohan, apabila akses ke roda berjalan ditolak (Hoffmann et al., 1987). Survei di kalangan pelari manusia yang sangat komited mencadangkan bahawa berjalan adalah tingkah laku ketagihan bagi banyak individu (Rudy dan Estok, 1989; Chapman dan De Castro, 1990; Furst dan Germone, 1993). Malah, berjalan memaparkan banyak kriteria yang termasuk dalam Manual Statistik Diagnostik (Persatuan Psikiatri Amerika, 1994) untuk diagnosis penagihan.

Matlamat kajian ini adalah untuk mengkaji sama ada tahap ΔFosB diubah oleh tingkah laku yang bermanfaat seperti berjalan dan sama ada overexpression daripada ΔFosBdi kawasan-kawasan yang striatal mungkin mengawal kelakuan berjalan. Kami menunjukkan di sini bahawa, seperti dadah penyalahgunaan, kronik berjalan mendorong ΔFosB dalam nukleus accumbens; Di samping itu, overexpression daripada ΔFosB dalam dua subset yang berbeza neuron unjuran striatal mempunyai kesan bertentangan pada roda berjalan. Data mendedahkan persamaan yang ketara antara ubat-ubatan dan penggantian roda yang menggalakkan dan mencadangkan peranan penting untuk ΔFosB dalam mengawal selia kedua-dua ganjaran semulajadi dan dadah.

Seksyen Sebelum Seksyen seterusnya

BAHAN DAN KAEDAH

Haiwan. Tikus Lewis lelaki (Pusat Pembiakan Møllegaard, Skansved, Denmark) dengan berat 250 gm pada permulaan eksperimen telah digunakan. Tikus mempunyai akses iklan libitum untuk air, makanan dan roda larian. Mereka berada di siklus cahaya / gelap 12, dengan lampu di 10 AM dan lampu di Sangkar PM 10 (43 × 22 × 20 cm) mengandungi roda berjalan dengan diameter 34 cm; Oleh itu, satu revolusi sepadan dengan 1.07 m. Selepas 4 minggu yang beroperasi secara sukarela, tikus-tikus telah dibunuh oleh pemusnahan, dan tisu diambil untuk pembengkakan Barat atau diperap dengan fiksatif dan diproses untuk imunohistokimia dan di tapakhibridisasi.

Dua baris bitransgenic tikus yang boleh secara mendadak menggambarkan ΔFosB secara terpilih di kawasan-kawasan yang striatal di bawah kawalan sistem pengawalan gen tetracycline juga digunakan (Chen et al., 1998). Dalam satu baris, dipanggil 11A, ΔFosB secara induktif dideskripsikan semata-mata dalam neuron unjuran striatal yang menyatakan dororphin neuropeptida selepas penyingkiran doxycycline (Kelz et al., 1999). Dalam baris lain, dipanggil 11B, ΔFosB secara induktif dideskripsikan terutamanya dalam neuron-unjuran unjuran striatal yang mengekspresikan neuropeptide enkephalin selepas penyingkiran doxycycline, walaupun beberapa ekspresi dilihat dalam neuron dynorphin juga. Kawalan dan ΔFosB- tikus-tikus yang mencontohkan adalah tikam dalam setiap baris (11A dan 11B) dan mempunyai bittransik yang sama, yang boleh diaktifkan dengan penyingkiran doxycycline. Semua tikus dikandung dan dibangkitkan pada doxycycline derivatif tetracycline pada dos 100 μg / ml dalam air minuman. Sebagai orang dewasa, separuh daripada litters yang dihasilkan dikekalkan pada doxycycline (kawalan); separuh lagi dikeluarkan dari doxycycline (ΔFosB overexpressers) untuk seluruh eksperimen. Enam minggu selepas penyingkiran doxycycline, pada masa itu ΔFosB ungkapan dikenali sebagai maksimal (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999), roda berjalan dibuka untuk kedua-dua tikus pada tetracycline (kawalan) dan tikus pada air paip (ΔFosB penekanan berlebihan), dan memulakan sukarela. Untuk mengetepikan kemungkinan bahawa doxycycline itu sendiri memengaruhi tingkah laku roda, kami menganalisis roda yang berjalan di tikus C57BL / 6 (Charles River, Uppsala, Sweden) yang dirawat dengan 100 μg / ml doxycycline untuk minggu 6 sebelum dibenarkan akses kepada roda berjalan. Tikus kemudian diletakkan di dalam sangkar dengan iklan libitum akses kepada roda berjalan dan kekal pada tetracycline semasa keseluruhan eksperimen. Kumpulan kawalan menerima air minuman biasa semasa keseluruhan eksperimen. Sangkar tetikus (22 × 16 × 14 cm) mengandungi roda berjalan dengan diameter 12.4 cm; Oleh itu, satu revolusi sepadan dengan 0.39 m. Data yang dijalankan dari kedua-dua tikus dan tikus telah dicontoh setiap minit 30 menggunakan perisian komputer yang disesuaikan.

Blotting Barat. Otak telah dikeluarkan dengan cepat dari tikus yang dipenggal dan dipanaskan di buffer fisiologi ais sejuk. Punches dengan diameter 2 mm digunakan untuk menguji tisu dari accumbens nukleus dan putamen medial dan lateral di 1-mm-tebal coronal kepingan otak pada tahap bregma 0.7-1.7 mm (Paxinos dan Watson, 1997). Sampel otak telah homogenisasi dalam 1% SDS, dan penentuan protein dibuat dengan menggunakan metode Lowry. Homogenat yang mengandungi antara 5 dan 50 μg protein telah dimuatkan ke gel SDS-polyacrylamide dan tertakluk kepada elektroforesis seperti yang dijelaskan. Antibodi antibodi antibodi (1: 4000; MJ Iadarola, Institut Kesihatan Nasional, Bethesda, MD) atau antibodi anti-FosB (N-terminal) (1: 4000; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA) digunakan untuk pengesanan ΔFosB. Protein dikesan menggunakan antibodi IgG konjugasi peroxidase kuda (1: 2000; Laboratorium Vektor, Burlingame, CA) diikuti oleh chemiluminescence (DuPont NEN, Boston, MA). Tahap imunoreaktiviti (IR) dikira berdasarkan sistem analisis imej berasaskan Macintosh, dan tahap protein dalam sampel eksperimen berbanding dengan kawalan. Blot dipadamkan oleh hitam amido untuk mengesahkan pemuatan dan pemindahan gel yang sama. Blot juga immunolabeled untuk protein neurofilament 68 kDa, yang tidak menunjukkan perbezaan di antara kumpulan percubaan dan kawalan (data tidak ditunjukkan).

Imunohistokimia. Tikus Lewis yang telah berlari untuk minggu 4 dan mengawal dengan roda terkunci telah sangat dibius dengan pentobarbital dan perfacardial dengan 50 ml Ca²⁺-Penyelesaian Tyrode percuma (suhu bilik) termasuk 0.1 ml heparin. Ini diikuti oleh 250 ml fixative (4% paraformaldehyde dan 0.4% asid picik dalam 0.16m PBS, pH 7.4, pada suhu bilik). Otak dibahagi dan disimpan dalam fiksatif selama 1 jam dan kemudian dibilas dalam 0.1m PBS dengan sukrosa 10% dan natrium azida 0.1% beberapa kali selama 24 jam pada suhu 4 ° C untuk krioproteksi. Otak dibekukan, dan bahagian koronal 14 μm dikumpulkan pada tahap antara bregma 0.70 dan 1.70 mm. Bahagian dibilas tiga kali selama 10 minit dalam PBS sebelum inkubasi semalaman (4 ° C di ruang kelembapan) dengan antibodi anti-FosB (N-terminal) poliklonal utama (1: 500; Bioteknologi Santa Cruz) dalam 0.3% Triton-PBS (150 μl setiap bahagian). Ini diikuti dengan tiga bilasan dengan PBS selama 10 minit sebelum inkubasi selama 1 jam pada suhu bilik dengan antibodi IgG anti-arnab biotinilasi sekunder (1: 200; Makmal Vektor) dalam 0.3% Triton-PBS (150 μl setiap bahagian). Tiga lagi bilasan dalam PBS selama 10 minit dilakukan sebelum kompleks avidin-biotin ditambahkan (masing-masing 1: 100 dan 1: 100, dalam 0.1 m PBS; 150 μl setiap bahagian). Setelah tiga kali dibilas 10 minit, kompleks ini dapat dilihat setelah inkubasi 7 minit dengan substrat mengikut protokol pengeluar (Vector Laboratories). Bahagian kemudian dibilas tiga kali selama 5 minit.

In situ hibridisasi. Untuk gabungan imunohistokimia dandi tapak eksperimen hibridisasi, bahagian otak yang telah diproses untuk imunohistokimia segera ditaklukdi tapak hibridisasi, yang dilakukan secara asasnya seperti yang diterangkan sebelumnya (Seroogy et al., 1989; Dagerlind et al., 1992). Empat puluh lapan buah pemeriksaan DNA oligonukleotide khusus untuk dynorphin (296-345) (Douglass et al., 1989) dan enkephalin (235-282) (Zurawski et al., 1986) mRNA secara radioaktik dilabel dengan [α-³⁵S] dATP (DuPont NEN) dalam hujung 3 mereka menggunakan terminal deoxynucleotidyl transferase (Invitrogen, San Diego, CA) untuk aktiviti tertentu ~ 1 × 10⁹ cpm / mg. Koktel hibridisasi mengandungi 50% formamide, 4 × SSC (1 × SSC adalah 0.15m NaCl dan 0.015 sodium sitrat, pH 7.0), 1 × larutan Denhardt, 1% sarkosil, 0.02 mNa₃PO₄, pH 7.0, 10% dextran sulfate, 0.06 m dithiothreitol, dan 0.1 mg / ml sheared sperma DNA sperma. Hibridisasi dilakukan untuk 18 jam di ruang humidified pada 42 ° C. Setelah hibridisasi, bahagian dibilas sebanyak empat kali untuk 20 min masing-masing dalam 1 × SSC pada 60 ° C. Selepas itu, bahagian dibilas dalam air autoklaf untuk 10 sec, dehidrasi dalam alkohol, dan kering. Akhirnya, emulsi trek nuklear NTB2 (dicairkan 1: 1 dengan air; Kodak, Rochester, NY) telah digunakan dengan mencelupkan. Selepas pendedahan minggu 2-4, slaid dibangunkan dengan D19 (Kodak) dan tetap dengan Unifix (Kodak).

Jumlah sel positif FosB-IR dan sel kolokalisasi FosB-IR dan dynorphin mRNA atau enkephalin mRNA dalam tikus selepas minggu berjalan 4 (n = 8) dan dalam kawalan (n = 8) dilakukan pada satu slaid setiap haiwan oleh pemerhati bebas yang buta terhadap reka bentuk eksperimen. Analisis dilakukan pada tahap brekma 1.2 mm (Paxinos dan Watson, 1997).

Prosedur statistik. Untuk menganalisis perbezaan dalam ΔFosB tahap antara kawalan dan pelari dalam percubaan Barat dan imunohistokimia eksperimen, t ujian telah dilakukan. Kesan overexpression daripada ΔFosB pada tingkah laku yang berjalan dalam tikus transgenik dianalisis menggunakan ANOVA dua hala dengan pengukuran yang berulang, menganalisis kesan dalam kumpulan dan antara kumpulan (Statistica versi 99; StatSoft, Tulsa, OK).

Seksyen Sebelum Seksyen seterusnya

KEPUTUSAN

Peraturan ΔFosB dalam nukleus akrab dengan roda berjalan

Tikus-tikus Lewis yang diletakkan dalam sangkar dengan roda berlari menaikkan jumlah harian berjalan secara linear hingga hari 13, apabila mereka stabil pada 10.210 ± 590 m / d (min ± SEM). Tahap ini dikekalkan sepanjang hari 32, apabila haiwan digunakan untuk analisis biokimia. Semasa 4 terakhir d, tikus berlari 8.910 ± 900 m / d. Tingkah laku yang berjalan di tikus Lewis adalah serupa dengan yang diperhatikan sebelum ini (Werme et al., 1999). Selanjutnya, tahap ΔFosB telah dianalisis oleh pembengkakan Barat dalam accumbens nukleus dan dalam putamen medial dan lateral caudate dalam berjalan (n = 7) dan kawalan (n = 7) tikus. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, roda berjalan meningkat ΔFosB tahap isoform 37 dan 35 kDa dalam nukleus accumbens (p <0.05). Sebaliknya, tidak ada perbezaan dalam ΔFosB tahap antara pelari dan kawalan di putamen medial atau lateral (data tidak ditunjukkan).

Lihat versi yang lebih besar:

Muat turun sebagai PowerPoint Slide

Rajah. 1.

Peraturan ΔFosB dengan roda berjalan. Tahap 35-37 kDa isoforms ΔFosB diukur dalam accumbens nukleus menggunakan pemusnah Barat dalam tikus kawalan (C) dan tikus-tikus yang menjalani 4 minggu menjalankan roda sukarela (R). Top, Wakil lorong dari blots. Data dinyatakan sebagai min ± SEM (kedua-dua kumpulan, n = 7). *p <0.05.

Immunohistochemistry mendedahkan kehadiran ΔFosB- sel-sel positip dalam nukleus akua kawalan (n = 8) dan berjalan (n = 8) tikus. Penghitungan ΔFosB- sel-sel positif di dalam teras dan kulit menunjukkan peningkatan jumlah sel yang menyatakan ΔFosB-IR di teras (p <0.05) tetapi tidak di cengkerang inti setelah berjalan (Gbr.2). Imunohistokimia gabungan untuk ΔFosB-IR dan di tapak hibridisasi untuk enkephalin atau dynorphin mRNA dalam nukleus accumbens kemudiannya digunakan untuk mengenal pasti jenis sel dalam rantau otak ini di mana ΔFosB diinduksi dengan berjalan (Gamb.3). Walaupun bilangan sel yang menyatakan kedua-dua mRNA dynorphin dan FosB-IR lebih tinggi dalam pelari (n = 8) berbanding dengan kawalan (n = 8) (Jadual1), bilangan sel yang menyatakan kedua-dua enkephalin mRNA dan FosB-IR dalam pelari adalah lebih rendah daripada kawalan (Jadual 1). Kesan-kesan ini jelas dalam bahagian teras bahagian otak ini (Jadual 1). Keputusan ini menunjukkan bahawa induksi ΔFosB dengan berlari berlaku terutamanya dalam subset nukleus yang mengandungi dororphin nukleus accumbens neurons.

Lihat versi yang lebih besar:

Muat turun sebagai PowerPoint Slide

Rajah. 2.

Roda berjalan menjejaskan bilangan ΔFosB- sel-sel positif di dalam nukleus accumbens.Top, Fotomikrograf perwakilan bahagian otak tikus menunjukkan peningkatan jumlah ΔFosBSel-sel positif dalam nukleus menimbulkan teras apabila pelari (Main) dibandingkan dengan kawalan (Ctr). aca, Anterior commissure.Bawah, Graf Bar kiraan sel positif untuk ΔFosB-IR dalam aspek medial teras dan cangkang nukleus akut dalam tikus kawalan dan tikus yang menjalani 4 minggu roda sukarela berjalan. Data dinyatakan sebagai min ± SEM (kedua-dua kumpulan, n = 8). *p <0.05.

Lihat versi yang lebih besar:

Muat turun sebagai PowerPoint Slide

Rajah. 3.

Kekhususan selular ΔFosBinduksi oleh roda berjalan. Fotomikrograph perwakilan bahagian otak tikus dari lapan individu menunjukkan kolokalisasi ΔFosB-IR (nukleus berwarna coklat) dan mRNA dynorphin (bijirin hitam) (a) atau ΔFosB-IR dan enkephalin mRNA dalam nucleus accumbens core (b).

Lihat jadual ini:

Jadual 1.

ΔFosB dalam dynorphin dan sel enkephalin dalam nukleus accumbens

Kesan ΔFosB pada roda berjalan

Untuk mengkaji kemungkinan peranan ΔFosB dalam mengendalikan roda berjalan, kami menggunakan dua baris bitransgenic tikus yang secara induktif menggambarkan ΔFosB dalam kawasan-kawasan dewasa haiwan dewasa (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Garis 11A bitransgenik boleh secara mendadak mengungkapkan ΔFosB semata-mata dalam neuron yang mengandungi dynorphin di striatum (Kelz et al., 1999), sedangkan garis 11B bitransgenik boleh menggambarkan secara mendalam ΔFosB terutamanya dalam neuron yang mengandungi enkephalin di rantau ini, dengan beberapa ungkapan yang dilihat dalam neuron dynorphin juga (Gamb. 4). Kedua-dua garis tikus dikandung dan dibangkitkan pada doxycycline untuk memastikan ΔFosBungkapan dimatikan (Gamb. 4) (Kelz et al., 1999), dan separuh daripada sampingan dikeluarkan dari doxycycline sebagai orang dewasa untuk menghidupkan ΔFosB ungkapan.

Lihat versi yang lebih besar:

Muat turun sebagai PowerPoint Slide

Rajah. 4.

Ungkapan ΔFosB dalam tikus 11B. Bahagian otak dianalisis untuk ΔFosB-IR (nukleus berwarna coklat) diikuti oleh di tapak hibridisasi untuk mRNA dynorphin (A) atau enkephalin mRNA (B) (bijirin hitam). Perhatikan ungkapan istimewa ΔFosB-IR dalam enkephalin-positif tetapi bukan sel positif-dynorphin. Daripada 214 ΔFosBSel -posisi yang dikira dalam tiga tikus 11B, 73 ± 11% juga enkephalin positif, dan 22 ± 6% juga positif dynorphin. Tiada pelabelan dua kali dilihat antara ΔFosB dan penanda interneuron.

Tikus 11A yang overexpress ΔFosB (tidak ada doxycycline) (n = 7) dijumpai untuk meningkatkan jarak berjalan kaki mereka sepanjang minggu 3 pertama berbanding dengan kawalan sampah (diberikan doxycycline) (n = 8), yang menunjukkan dataran tinggi dalam kadar mereka berjalan selepas minggu 2 (Gamb.5 A). Sebaliknya, tikus 11B yang terlalu tertekan ΔFosB (n = 7) menunjukkan aktiviti kurang berjalan selama minggu 2 dan 3 daripada kawalan sampah mereka (n = 6) (Gamb. 5 B). Untuk menyiasat kemungkinan bahawa doxycycline itu sendiri mungkin mengubah tingkah laku, kita membandingkan roda berjalan tikus C57BL / 6 dengan dan tanpa doxycycline dalam air minuman mereka. Tiada perbezaan di antara kumpulan yang ditemui (data tidak dipaparkan).

Lihat versi yang lebih besar:

Muat turun sebagai PowerPoint Slide

Rajah. 5.

Kesan ΔFosB overexpression pada tingkah laku berlari roda dalam bitransgenic tikus. A, Tikus Bitransgenic minum air paip mempunyai overexpression yang terdorong daripada ΔFosB dalam neuron dynorphin striatal (air) dan menunjukkan peningkatan berlari (jarak per hari) untuk minggu pertama akses 3 untuk menjalankan roda. Sebaliknya, kawalan sampah yang serupa secara genetik dengan doxycycline dalam air minuman mereka yang tidak overexpress ΔFosB (dox) menunjukkan peningkatan berjalan untuk minggu pertama 2 sahaja. B, Satu lagi garis ketegangan bitransgenik tikus, dipanggil 11B, dengan overexpression yang terdorong daripada ΔFosB terutamanya dalam neuron enkephalin striatal (air) menunjukkan secara dramatik kurang berjalan selama minggu-minggu 2 dan 3 berbanding dengan sampah yang sama secara genetik yang tidak terlalu mendalam ΔFosB (dox). # menunjukkan peningkatan berjalan (jarak seminggu) dalam kumpulan. * menunjukkan perbezaan dalam menjalankan antara ΔFosBpenekanan berlebihan (air) dan kawalan (dox). Barisan menegak menunjukkan sempadan antara minggu 1 dan 2, serta minggu 2 dan 3. Garisan mendatar dengan simbol # menerangkan perbezaan statistik antara operasi mingguan dalam kumpulan. Data dinyatakan sebagai min (11A dox,n = 8; Air 11A, n = 7; 11B dox, n = 6; Air 11B, n = 7).^# p <0.05;^## p <0.01;^{# # #} p <0.001; *p<0.05.

Seksyen Sebelum Seksyen seterusnya

PERBINCANGAN

Dalam kajian ini, kami menunjukkan bahawa seperti pendedahan berulang kepada ubat-ubatan penyalahgunaan, roda kronik yang berjalan, tingkah laku yang bermanfaat, mendorong ΔFosB dalam nukleus accumbens, bahagian penting dari jalur ganjaran otak. Kami juga menunjukkan bahawa overexpression daripada ΔFosB dalam neuron dynorphin striatal haiwan dewasa meningkatkan tingkah laku berjalan, sedangkan ΔFosB Ekspresi terutamanya dalam neuron enkephalin striatal mempunyai kesan sebaliknya. Data ini menyokong pandangan bahawa ΔFosB secara kritis terlibat dalam kesan jangka panjang ganjaran alami dan narkoba dan menekankan peranan penting ΔFosB dalam peraturan fungsi striatal.

Respons molekul serupa terhadap ubat penyalahgunaan dan berlari

Dadah penyalahgunaan yang pelbagai seperti psikostimulan, opiates, alkohol, nikotin, dan kadar phencyclidine meningkat ΔFosB dalam nukleus accumbens (Hope et al., 1994b; Nye et al., 1995; Nye dan Nestler, 1996; Nestler et al., 1999), dan di sini kami menunjukkan bahawa kelakuan berjalan kronik menghasilkan tindak balas yang sama. Kokain kronik dan menjalankan mendorong penyesuaian umum tambahan, sebagai contoh, induksi mRNA dynorphin di kawasan tertentu di striatum (Werme et al., 2000). Seperti yang dinyatakan sebelum ini untuk kokain (Hiroi et al., 1997), induksi ΔFosB dengan berlari lebih kuat di teras daripada bahagian pembahagian nukleus accumbens. Walau bagaimanapun, ΔFosBinduksi dengan menjalankan adalah terhad kepada nukleus accumbens, sedangkan ubat penyalahgunaan mendorong protein dalam putamen caudate juga. Kajian terdahulu menunjukkan bahawa ΔFosB dinyatakan hanya dalam unjuran neuron striatum, dan kokain kronik meningkat ΔFosB lebih disukai dalam subpopulasi neuron unjuran yang menyatakan dynorphin (Moratalla et al., 1996). Dalam kajian ini, dengan menggunakan gabungan imunohistokimia dandi tapak hibridisasi pada bahagian tisu yang sama, kami menunjukkan bahawa roda yang berjalan juga mendorong ΔFosB disukai dalam neuron dynorphin.

Penemuan bahawa ganjaran dadah dan ganjaran semula jadi mendorong penyesuaian molekul yang sama (induksi ΔFosB) dalam jenis sel neuron yang sama menunjukkan bahawa kedua-duanya boleh bertindak melalui beberapa mekanisme yang sama. Satu mekanisme umum yang munasabah meningkatkan penghantaran dopaminergik ke accumbens nukleus. Menjalankan dan pentadbiran ubat-ubatan adiktif meningkatkan paras dopamin ekstraselular di rantau otak (Dibebaskan dan Yamamoto, 1985; Di Chiara dan Imperato, 1988; Wilson dan Marsden, 1995). Rawatan berulang dengan D₁ agonis reseptor dopamin (+/-) - hidrobromida 6-chloro-7,8-dihydroxy-1-phenyl-2,3,4,5-tetrahydro-1H-3-benzazepin sahaja atau bersamaan dengan D₂ resin agonist quinpirole akan meningkatkan tahap ΔFosB dalam nukleus accumbens dan striatum dorsal (Nye et al., 1995). Dadah kecanduan psychostimulant seperti kokain dan amphetamine, yang tidak langsung agonis dopamin, juga meningkatkan ΔFosB tahap di kawasan-kawasan striatal (Jaber et al., 1995; Nye et al., 1995). Di samping itu, pentadbiran kronik antagonis pengangkut dopamin tertentu 1- [2- (bis [4-fluorophenyl] metoksia) etil] -4- (3-hydroxy-3-phenylpropyl) piperazinyl decanoate, tetapi bukan serotonin atau norepinephrine- perencat pengangkut terpilih, menginduksi ΔFosB di kawasan otak ini (Nye et al., 1995). Penemuan ini menunjukkan induksi ΔFosB di striatum selepas pelbagai rawatan bergantung kepada dopamin.

Kesan yang bertentangan dengan ΔFosB overexpression dalam dynorphin striatal versus neuron enkephalin pada tingkah laku roda

Tikus bitransgenik dengan ΔFosB overexpression yang disebabkan oleh penyingkiran doxycycline dari haiwan dewasa menunjukkan tiada keabnormalan perkembangan yang terang-terangan. Dalam tikus di mana ΔFosBoverexpression adalah selektif untuk neuron dynorphin striatal, tingkah laku berjalan meningkat pada minggu pertama 3 berlari, bukan minggu pertama 2 seperti yang dilihat untuk kawalan littermates. Dalam kontras yang jelas, tikus menggambarkan ΔFosB terutamanya dalam neuron enkephalin striatal berlari kurang daripada littermates kawalan mereka selama minggu 2 dan 3 berjalan. Menariknya, dua baris tikus bitransgenic yang dikaji di sini juga menunjukkan tindak balas tingkah laku yang berbeza terhadap ubat penyalahgunaan. Sedangkan overexpression daripada ΔFosB dalam neuron dynorphin meningkatkan kesan ganjaran kokain dan morfin (Kelz et al., 1999; Nestler et al., 2001), overexpression daripada ΔFosB terutamanya dalam neuron enkephalin tidak mengubah kesan ubat-ubatan ini.

Kesan yang bertentangan dengan tingkah laku yang dilihat dalam dua baris tikus dapat dijelaskan oleh litar kebezaan dua subpopulations neuron striatal ini. Lebih daripada 90% neuron striatal adalah neuron unjuran sederhana yang menggunakan GABA sebagai neurotransmitter. Kira-kira separuh daripada neuron ini juga mengekspresikan tahap dynorphin dan bahan yang tinggi P (dan setakat tahap D₁ reseptor dopamin) (Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1991) dan projek terus kepada orang tengah. Separuh lagi mengekspresikan tahap tinggi enkephalin (dan D₂reseptor dopamin) (Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1990) dan projek secara tidak langsung kepada orang tengah melalui pallidus globus dan nukleus subtalam. Pengaktifan laluan terus meningkat lokomotif, manakala pengaktifan laluan tidak langsung mengurangkan lokomosi. Oleh itu, perubahan timbal balik dalam tingkah laku berjalan dipamerkan oleh dua baris ΔFosB-mengempatkan tikus yang digunakan dalam eksperimen ini boleh mencerminkan ΔFosB-mengurangi perubahan dalam kegembiraan langsung berbanding laluan tidak langsung. Di sepanjang garis ini, adalah menarik untuk membuat spekulasi bahawa pengurangan roda berjalan yang dilihat pada tikus yang terlalu tinggi menyatakan ΔFosB terutamanya dalam neuron enkephalin mungkin konsisten dengan fakta bahawa ubat antipsikotik generasi pertama, yang mengurangkan aktiviti locomotor, mendorong ΔFosB selektif dalam subpopulasi neuron ini (Hiroi dan Graybiel, 1996; Atkins et al., 1999).

Gen sasaran yang dikawal oleh ΔFosB

Kesan ΔFosB pada fungsi neuron yang mungkin diantarkan melalui peraturan gen lain. Memandangkan banyak gen mengandungi laman web konsensus untuk kompleks AP-1 di kawasan promoter mereka, kemungkinan bahawa tindakan ΔFosB pada neuron melibatkan kesan yang kompleks pada banyak gen. Hanya beberapa yang telah dikenal pasti setakat ini. Subunit reseptor glutamat AMPA 2 (GluR2) dikawal oleh ΔFosB dalam nukleus accumbens, kesan yang tidak dilihat pada striatum dorsal (Kelz et al., 1999). Kinase 5 yang bergantung kepada Cyclin (Cdk5) dikendalikan dalam kedua-dua nukleus accumbens dan striatum dorsal (Bibb et al., 2001). Kesan-kesan ini dapat ditengah melalui laman AP-1 yang terdapat di wilayah promoter gen ini (Brene et al., 2000; Chen et al., 2000). Peraturan GluR2 dijangka dapat mengubah keceriaan elektrik neuron striatal dengan mengubah kepekaan reseptor AMPA mereka. Peraturan Cdk5 juga dapat mengubah keceriaan neuron-neuron ini melalui jalur yang melibatkan fosfoprotein-32 dopamin dan cAMP yang dikawal selia, yang sangat diperkaya pada neuron-neuron sederhana sederhanaBrene et al., 1994; Bibb et al., 1999). Walau bagaimanapun, kerja lebih lanjut diperlukan untuk mengenal pasti laluan molekul yang tepat di mana ΔFosB, melalui perubahan dalam ungkapan gen lain, mengubah keadaan fungsional dynorphin striatal dan neuron enkephalin.

kesimpulan

Penemuan bahawa penyesuaian molekul yang serupa berlaku dalam nukleus akrab dalam situasi ganjaran yang disebabkan oleh alam dan dadah menunjukkan bahawa mekanisme neurobiologi biasa boleh mengawal kedua-dua jenis perilaku yang bermanfaat. Satu persamaan asas antara tingkah laku ini adalah sifat ketagihan mereka. ΔFosB didorong oleh kedua-dua tingkah laku dan meningkatkan kedua-dua tingkah laku apabila secara bebas overexpressed dalam neuron dynorphin striatal. Mungkin ΔFosB, apabila dinyatakan dalam neuron ini, menyentuh litar neural yang berkaitan dengan tingkah laku kompulsif. Walaupun spekulatif, peningkatan pengetahuan tentang ΔFosB mencadangkan bahawa ia, atau pelbagai jalur molekul yang mengawalnya, boleh menjadi sasaran yang sesuai untuk pembangunan rawatan farmakologi untuk pelbagai gangguan. Contoh-contoh ini boleh menjadi tingkah laku yang kompulsif, termasuk bukan sahaja ketagihan dadah tetapi juga gangguan makan, perjudian patologi, senaman yang berlebihan, dan mungkin juga gangguan obsesif-kompulsif.

Seksyen Sebelum Seksyen seterusnya

Nota kaki

Menerima Januari 29, 2002.
Semakan yang diterima Jun 11, 2002.
Diterima Jun 12, 2002.

Kerja ini disokong oleh Majlis Penyelidikan Sweden (03185, 11642, dan 04762), Centrum untuk idrottsforskning (CIF 86 / 01), Institut Kebangsaan Penyalahgunaan Dadah, dan Institut Kebangsaan pada Penuaan. Kami berterima kasih kepada Karin Pernold dan Karin Lundströmer untuk bantuan teknikal yang sangat baik.
Surat-menyurat harus ditujukan kepada Stefan Brené, Jabatan Ilmu Neurosains, Karolinska Institutet, Stockholm, S-171 77 Sweden. E-mel: [e-mel dilindungi].

Hak cipta © 2002 Society for Neuroscience

Seksyen Sebelum

RUJUKAN

↵
1. Persatuan Psikiatri Amerika

(1994) Manual diagnostik dan statistik gangguan mental, Ed 4. (Psikiatrik Amerika, Washington, DC).

↵
1. Atkins JB,
2. Chlan-Fourney J,
3. Nye HE,
4. Hiroi N,
5. Carlezon WA Jr.,
6. Nestler EJ

(1999) Induksi spesifik wilayah ΔFosB oleh pentadbiran berulang yang biasa berbanding ubat antipsikotik atipikal. Sinaps 33: 118-128.

Pautan Pantas