Pengalaman dadah epigenetically primes Fosb gen inducibility in rat nucleus accumbens (2012)

KOMENTAR: Keterangan bahawa deltafosb meninggalkan jejak lama setelah pemulihan dari ketagihan. Ketagihan secara khusus menyebabkan perubahan epigenetik, yang mengakibatkan induksi deltafosb lebih cepat apabila kambuh berlaku. Ini menerangkan bagaimana pengambilan semula, walaupun selepas bertahun-tahun dapat dengan cepat melonjak ke keadaan ketagihan yang penuh ketagihan.


J Neurosci. Manuskrip penulis; boleh didapati di PMC 2013 Januari 25.

 
Diane Damez-Werno,1,§ Quincey LaPlant,1,§ HaoSheng Sun,1 Kimberly N. Scobie,1 David M. Dietz,1 Ian M. Walker,2 Ja Wook Koo,1 Vincent F. Vialou,1 Ezekiell Mouzon,1 Scott J. Russo,1 and Eric J. Nestler1,*
maklumat pengarang ► Maklumat hak cipta dan Lesen ►
Versi terakhir artikel yang diedit penerbit ini tersedia secara percuma di J Neurosci
Lihat artikel lain di PMC itu memetik artikel yang diterbitkan.
Pergi ke:

Abstrak

ΔFosB, a Fosb produk gen, ditimbulkan dalam nukleus accumbens (NAc) dan caudate putamen (CPu) dengan pendedahan berulang kepada ubat penyalahgunaan seperti kokain. Induksi ini menyumbang kepada corak ekspresi gen yang menyimpang dan keabnormalan tingkah laku yang dilihat dengan pendedahan dadah berulang.

Di sini, kami menilai sama ada riwayat pendedahan dadah jauh di dalam tikus mungkin mengubah kebolehannya Fosb gen yang ditimbulkan oleh pendedahan kokain seterusnya. Kami menunjukkan bahawa pentadbiran kokain kronik sebelum ini, diikuti dengan pengeluaran yang dilanjutkan, meningkatkan kebolehjagaan Fosb di NAc seperti yang dibuktikan oleh induksi akut yang lebih besar daripada ΔFosB mRNA dan pengumpulan lebih cepat protein ΔFosB selepas reaksi pendedahan kokain berulang. Tidak sedar sedemikian Fosb induksi diperhatikan di CPu, sebenarnya, induksi akut berikutnya ΔFosB mRNA ditindas di CPu.

Corak yang tidak normal ini Fosb ungkapan yang dikaitkan dengan pengubahsuaian chromatin pada Fosb promoter gen. Pemeriksaan kokain kronik sebelum ini mendorong peningkatan jangka panjang dalam RNA polimerase II (Pol II) yang mengikat pada Fosb promoter di NAc sahaja, mencadangkan bahawa Pol II "berhenti" prima Fosb untuk induksi di rantau ini apabila terdedah kepada kokain. Cabaran kokain kemudian mencetuskan pelepasan Pol II dari promoter gen, membolehkan lebih cepat Fosb transkripsi. Cabaran kokain juga mengurangkan pengubahsuaian histon yang menindas di Fosb promoter di NAc, tetapi meningkatkan tanda penindasan dan mengurangkan tanda aktif dalam CPu.

Hasil ini memberikan wawasan baru ke dinamik kromatin di Fosb promoter dan mendedahkan mekanisme novel untuk dipimpin Fosb induksi dalam NAc apabila pendedahan semula terhadap kokain.

Pergi ke:

Pengenalan

Ketagihan dadah dicirikan oleh pengambilan dan pengambilan dadah kompulsif walaupun akibat buruk yang teruk (Kalivas et al., 2005; Hyman et al., 2006). Pendedahan dadah kronik menyebabkan perubahan berterusan dalam ekspresi gen dalam striatum ventral (atau nukleus accumbens NAc) dan striatum dorsal (atau caudate putamen; CPu), struktur striatal yang terlibat dalam ganjaran dadah dan ketagihan (Freeman et al., 2001; Robinson dan Kolb, 2004; Shaham dan Hope, 2005; Maze dan Nestler, 2011). ΔFosB, protein dipotong dan stabil yang dikodkan oleh gen awal-awal, Fosb, adalah faktor transkripsi yang dicirikan dengan baik dalam NAc dan CPu oleh pendedahan kronik kepada hampir semua ubat penyalahgunaan, di mana ia mengantara tindak balas tindak balas yang sensitif terhadap ubat ubat berulang (Nestler, 2008). Walau bagaimanapun, sama ada pendedahan kronik terdahulu terhadap ubat penyalahgunaan mengubah induksi berikutnya ΔFosB masih tidak diketahui.

Kami hipotesis baru-baru ini bahawa pengubahsuaian chromatin sebagai tindak balas kepada pendedahan dadah kronik mungkin mengubah kebolehjadian gen spesifik di kawasan otak sasaran (Robison dan Nestler, 2011). Peningkatan bukti menunjukkan bahawa ubat penyalahgunaan selepas pentadbiran kronik mengubah struktur dan akses transkrip chromatin melalui pelbagai jenis pengubahsuaian, termasuk fosforilasi, asetilasi, dan metilasi ekor histon. Kerja-kerja yang lebih baru dalam sistem kultur sel telah menumpukan kepada pengambilan RNA polimerase II (Pol II) kepada penganjur gen yang "terdedah" sebelum ekspresi mereka, dengan Pol II terikat terus ke kawasan promoter proksimal dan sekitar tapak permulaan transkripsi (TSS ) dalam keadaan "terhenti"Teras dan Lis, 2008; Nechaev dan Adelman, 2008). Pengaktifan Pol II yang terhenti kemudiannya dianggap bertanggungjawab untuk melarikan diri dari kawasan promoter dan TSS dan transkripsi gen ini "primed"Zeitlinger et al., 2007; Saha et al., 2011; Bataille et al., 2012).

Di sini, kami menunjukkan bahawa pendedahan kronik terdahulu terhadap kokain, diikuti dengan tempoh pengeluaran yang dilanjutkan, mengubah ketiadaan induk Fosb gen untuk pentadbiran kokain yang berikutnya, dengan NAc menjadi primed untuk induksi sementara CPu tidak. Kami kemudian mengenal pasti tanda tangan kromatin yang berbeza di Fosb promoter gen di NAc dan CPu yang dikaitkan dengan kebolehjerapan yang menyimpang dari Fosb gen, termasuk pengambilan Pol II yang terhenti di Fosb promotor proksimal di NAc dan juga perubahan dalam beberapa modifikasi histone yang mengaktifkan atau menindas di kedua-dua kawasan otak. Keputusan ini memberi gambaran baru tentang dinamik kromatin di Fosb gen penganjur dan menunjukkan untuk pertama kalinya mekanisme yang menghentakkan primes Pol II Fosb untuk pengaktifan yang lebih besar dalam NAc apabila pendedahan semula terhadap kokain.

Pergi ke:

Bahan dan Kaedah

haiwan

Tikus Sprague Dawley lelaki (250-275 g; Charles River Laboratories), yang digunakan dalam semua eksperimen, ditempatkan di tempat yang dikawal oleh iklim di bilik 12 jam cahaya / gelap (lampu pada 7 AM) dengan akses ke makanan dan air iklan libitum. Semua haiwan disuntik dua kali sehari selama sepuluh hari dengan kokain (15 mg / kg, ip) atau saline (ip) di kandang rumah mereka. Eksperimen haiwan telah diluluskan oleh Jawatankuasa Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Institusi (IACUC) di Gunung Sinai.

Pengukuran Locomotor

Haiwan dibiasakan di ruang locomotor hari pertama untuk 1 jam, dan kemudian dipantau untuk aktiviti locomotor selepas suntikan saline menggunakan Sistem Aktiviti Photobeam (San Diego Instruments). Selepas pembedahan 1 di ruang locomotor setiap hari, kokain (15 mg / kg, ip) dikendalikan setiap hari untuk hari 2 dan haiwan dipantau sekali lagi untuk aktiviti lokomotif untuk 1 jam.

Imunohistokimia

Haiwan terancam 24 jam selepas pendedahan dadah terakhir mereka. Kekurangan immunoreaktiviti FosB / FosB dikesan seperti yang diterangkan (Perrotti et al., 2004). Pembengkakan Barat mengesahkan bahawa semua immunoreaktiviti ΔFosB / FosB diperhatikan 24 atau lebih lama selepas suntikan kokain mencerminkan ΔFosB, dengan FosB tidak dapat dikesan (tidak ditunjukkan).

Pengasingan RNA, transkripsi belakang, dan PCR

Pukulan 12 dua hala NAc dan dorsolateral / dorsomedial CPu diperoleh seperti diterangkan (Perrotti et al., 2004), beku pada ais kering dan diproses mengikut protokol yang diterbitkan (Covington et al., 2011). ΔFosB dan FosB mRNA diukur menggunakan kuantitatif PCR (qPCR) dengan spesifik isoforms ΔFosB dan FosB primer (Alibhai et al., 2007). Tahap mRNA FosB dan FosB telah dinormalisasi ke tahap mRNA GAPDH, yang tidak terjejas oleh pendedahan kokain (tidak ditunjukkan).

Blotting Barat

Pukulan NAc dan CPu dikumpulkan seperti di atas dan diproses untuk pemadaman Barat seperti yang diterangkan (Covington et al., 2011), menggunakan antibodi terhadap ERK44 / 42 [isyarat extrasellular kinase-44 / 42] dan phosphoERK44 / 42 (pERK), AKT [proto-oncogene virus thymoma] dan p-AKT, SRF (faktor serum tindak balas) dan pSRF, [unsur tindak balas cAMP unsur mengikat protein], dan pCREB. Jumlah protein yang dibuang ke setiap lorong telah dinormalisasi ke tahap actin atau tubulin, yang tidak dipengaruhi oleh pendedahan kokain.

Immunoprecipitation Chromatin (Chip)

Puncak NAc dan CPu yang baru dibahagikan kepada ChIP seperti yang diterangkan (Maze et al., 2010). Setiap keadaan eksperimen dianalisis dalam tiga kali ganda daripada kumpulan bebas haiwan. Untuk setiap sampel ChIP, pukulan NAc dan CPu dua hala dikumpulkan dari lima tikus (pukulan 10). Antibodi yang digunakan untuk pengubahsuaian histon tertentu adalah sama seperti yang diterbitkan (Maze et al., 2010); antibodi kepada Pol II yang di fosforilasi di Ser5 di wilayah ulangan karboksil (CTD) berulang (Pol II-pSer5) diperoleh daripada abcam 5131. Empat set primer ChIP direka untuk Fosb (Lazo et al., 1992; Mandelzys et al., 1997): 1F: GTACAGCGGAGGTCTGAAGG, 1R: GAGTGGGATGAGATGCGAGT; 2F: CATCCCACTCGGCCATAG, 2R: CCACCGAAGACAGGTACTGAG; 3F: GCTGCCTTTAGCCAATCAAC, 3R: CCAGGTCCAAAGAAAGTCCTC; 4F: GGGTGTTTGTGTGTGAGTGG, 4R: AGAGGAGGCTGGACAGAACC. Tahap pengubahsuaian kromatin dibandingkan dengan yang digunakan untuk memasukkan DNA seperti yang dinyatakan (Maze et al., 2010).

Analisis statistik

Semua nilai yang dilaporkan adalah min ± sem Data untuk aktiviti lokomotor dan pengiraan sel dianalisis oleh ANOVA dua hala dengan rawatan dan suntikan sebagai faktor. Eksperimen qPCR dianalisis setiap titik masa dengan ANOVA sehala dengan rawatan sebagai faktor. Apabila kesan utama yang ketara diperhatikan (p <0.05), ujian post-hoc Bonferroni dilakukan untuk perbandingan dengan haiwan yang dirawat dengan saline yang tidak diberi ubat (^ dalam gambar) dan haiwan yang diberi rawatan kokain yang tidak biasa (* dalam angka). Ujian t Pelajar dua-sisi yang tidak berpasangan digunakan untuk data Western blotting dan ChIP, dengan pembetulan untuk pelbagai perbandingan.

Pergi ke:

Hasil

Lebih Kelembutan Fosb dalam NAc, tetapi bukan CPu, tikus kokain yang berpengalaman

Untuk mengkaji pengaruh kronik kokain yang sebelumnya, diikuti dengan tempoh penarikan yang berpanjangan, pada inducibility of the Fosb gen sebagai tindak balas kepada cabaran kokain yang seterusnya, tikus yang sebelum ini menyuntikkan ip dua kali sehari dengan saline atau kokain (15 mg / kg) untuk hari 10 diberi tantangan dos ubat selepas hari pengeluaran 28 (Rajah 1A). Kami mula-mula mengukur tindak balas locomotor dalam satu kumpulan haiwan untuk mengesahkan induksi kepekaan lokomotor dengan pendedahan kokain terdahulu, akibat yang diharapkan dari pentadbiran dadah. Tikus-tikus yang berpengalaman dan berpengalaman menunjukkan aktiviti locomotor yang bersamaan, dengan cabaran kokain untuk haiwan-naif najis yang meningkatkan pergerakan mereka (Gambarajah 1B. Langkah berulang kali ANOVA, rawatan: F1,66 = 30.42, p <0.0001; cabaran kokain: F2,66= 58.39, p <0.0001; rawatan x cabaran kokain: F2,66= 8.56, p = 0.0005, Bonferroni selepas ujian ^p <0.001). Cabaran kokain ini mendorong aktiviti lokomotor yang jauh lebih besar, iaitu pemekaan pada tikus yang berpengalaman kokain (ujian pasca Bonferroni * p <0.001).

Rajah 1  

Kesan pendedahan kokain kronik terdahulu terhadap aktiviti lokomotif dan Fosb induksi dalam NAc dan CPu apabila pendedahan semula terhadap dadah

Untuk menilai kesan-kesan rejimen penjenayah kokain ini pada ekspresi ΔFosB dalam NAc dan CPu, kita mengukur protein ΔFosB dengan kaedah imunohistokimia 24 hr selepas haiwan kokain-naif dan kokain yang telah diubati dengan ujian kokain harian 0, 1, 3 atau 6 suntikan (15 mg / kg; lihat Rajah 1A). Seperti yang telah ditubuhkan (Nye et al., 1995), Suntikan cocaine 3 cukup mencukupi untuk menggalakkan protein ΔFosB dalam NAc dan CPu haiwan-naif najis dan pengumpulannya kekal ketara selepas hari-hari suntikan cocaine (6)Gambarajah 1C. Langkah berulang ANOVA, inti NA, rawatan: F1,28= 23.5, p <0.0001; cabaran kokain: F3,28= 49.16, p <0.0001; rawatan x cabaran kokain: F3,28= 6.83, p = 0.0014; Cengkerang NAc, rawatan: F1,28= 18.69, p <0.0001; cabaran kokain: F3,28= 31.52, p <0.0001; rawatan x cabaran kokain: F3,28= 3.21, p <0.05; CPu, rawatan: F1,28= 9.47, p <0.001; cabaran kokain: F3,28= 19.74, p <0.0001; rawatan x cabaran kokain: F3,28= 0.94, p> 0.05. Dalam ujian teras NAC, shell, dan CPu, Bonferroni ^p <0.05). Pada haiwan yang berpengalaman kokain, tidak ada bukti adanya induksi ΔFosB yang berterusan di NAc atau CPu setelah penarikan selama 28 hari, sesuai dengan laporan sebelumnya bahawa isyarat ΔFosB hilang sepenuhnya pada waktu ini (Nye et al., 1995), sebab sebab ini titik masa digunakan dalam kajian ini. Bagaimanapun, tikus kokain yang berpengalaman yang menerima suntikan cabaran kokain 3 atau 6 menunjukkan induksi protein ΔFosB yang jauh lebih besar di NAc, kesan yang ketara di kedua-dua teras dan subkeluar shell (Gambarajah 1C. Ujian pasca Bonferroni * p <0.05). Sebaliknya, tidak ada induksi protein ΔFosB yang lebih besar pada CPu; sebaliknya, induksi ΔFosB yang setara dilihat di rantau ini setelah 3 atau 6 hari suntikan cabaran kokain pada tikus yang tidak berpengalaman dan tidak berpengalaman kokain (Gambarajah 1C).

Untuk mendapatkan pengertian tentang perubahan transkrip yang berlaku di NAc dan CPu sebagai tindak balas kepada cabaran kokain, kami mempelajari kursus masa (45, 90, dan 180 min) dari induk-transkrip ΔFosB dan FosB mRNA apabila satu kokain atau suntikan salin diberikan kepada tikus cocaine-naïve dan -experienced selepas hari pengeluaran 28 (lihat Rajah 1A). Berkenaan dengan cabaran salin, cabaran kokain menyebabkan peningkatan pesat dalam tahap mRNA ΔFosB dan FosB pada ketiga-tiga titik masa dalam kedua-dua NAc dan CPu haiwan kokain-naif (Rajah 1D. Langkah berulang satu cara ANOVA setiap masa; Bonferroni selepas ujian ^p <0.05). Di NAc, kami memerhatikan induksi mFNA ΔFosB dan FosB yang lebih besar pada haiwan yang berpengalaman kokain berbanding dengan haiwan yang belum pernah menggunakan kokain setelah cabaran kokain, kesannya ketara pada 90 minit sementara, sebaliknya, induktivitas mRNA ΔFosB dan FosB dalam CPu secara signifikan penurunan pada haiwan yang berpengalaman kokain (Rajah 1D. Bonferroni selepas ujian %p = 0.08, * p <0.05).

Pencirian jalur isyarat hulu di NAc dan CPu tikus kokain yang berpengalaman

Satu penjelasan yang mungkin untuk inducibility yang diubah oleh Fosb gen di NAc dan CPu selepas kursus kronik kokain yang terdahulu ialah sejarah terpencil pendedahan kokain mungkin mendorong perubahan yang berpanjangan dalam laluan isyarat yang hulu Fosb induksi gen sedemikian rupa sehingga satu cabaran kokain kemudian menginduksi gen itu ke tahap yang menyimpang. Untuk mengkaji hipotesis ini, kami menganalisis dua faktor transkripsi, SRF dan CREB, yang telah ditunjukkan baru-baru ini diperlukan untuk induksi kokain ΔFosB di kawasan otak (Vialou et al., 2012) bersama dengan kinase protein hulu, ERK dan AKT, juga terlibat dalam tindakan kokain (Valjent et al., 2000; Lu et al., 2006; Boudreau et al., 2009). Kami gagal mengesan sebarang perubahan dalam jumlah atau tahap fosforilasi pelbagai protein ini yang dapat menjelaskan indukibliliti yang diubah Fosb diperhatikan, tidak termasuk perubahan dalam SRF, CREB, atau AKT (Gambar 2B, C). Kekurangan perubahan pSRF dan pCREB di NAc sebagai tindak balas terhadap cabaran kokain adalah konsisten dengan laporan baru-baru ini, yang mendapati kedua-duanya didorong dengan ketara oleh kokain kronik sahaja (Vialou et al., 2012).

Rajah 2  

Kesan pendedahan kokain kronik terdahulu pada cascades isyarat molekul hulu di NAc dan CPu

Dalam NAc dan CPu haiwan najis najis, 20 min selepas pendedahan dadah awal (Rajah 2A), cabaran kokain tunggal menurunkan tahap pERK42 / 44 (Gambar 2B, C. Ujian t Pelajar dua ekor: * p <0.05). Terdapat laporan sebelumnya mengenai peningkatan kadar pERK di wilayah-wilayah ini setelah pentadbiran kokain akut (Valjent et al., 2000). Ini adalah sukar untuk dibandingkan dengan kertas lain yang memeriksa fosforilasi ERK dalam NAc semasa pengeluaran daripada suntikan kokain berulang (Boudreau et al., 2007; Shen et al., 2009), seperti dalam pERK kajian kami, dikira selepas hari pengeluaran 28 dan selepas cabaran kokain atau saline. Berkaitan dengan haiwan dadah yang mengalami kokain buat kali pertama, pendedahan semula terhadap kokain pada tikus kokain yang berpengalaman, selepas hari pengeluaran 28, menyebabkan peningkatan yang ketara dalam tahap pERK42 / 44 di CPu (Gambar 2B, C. Ujian t pelajar dua ekor: * p <0.05).

Landskap Chromatin di Penjual gen Fosb di NAc dan CPu tikus kokain yang berpengalaman

Kami akan menyiasat sama ada perubahan dalam Fosb inducibility gen dikaitkan dengan perubahan dalam struktur kromatinnya. ChIP dilakukan pada NAc dan CPu menggunakan antibodi yang diarahkan kepada tiga bentuk pengubahsuaian histone yang baik: trimethylation Lys4 histone H3 (H3K4me3) yang berkaitan dengan pengaktifan gen, dan H3K27me3 dan H3K9me2 yang berkaitan dengan penindasan gen. Kami menganalisis tikus kokain-naif dan berpengalaman selepas hari-hari pengeluaran 28 sama ada tanpa atau dengan cabaran suntikan kokain, dengan haiwan memeriksa 1 hr kemudian (Rajah 3A). Di NAc, kami tidak menjumpai sebarang perubahan ketara dalam pengikatan mana-mana tiga pengubahsuaian histon tersebut kepada Fosb promoter gen jika tiada cabaran kokain, walaupun ada trend untuk menurunkan tahap H3K9me2 (Gambar 3B-D. Ujian t-Student ekor. #p = 0.2 berbanding kawalan naif Dadah masing-masing). Kesan ini menjadi signifikan selepas cabaran kokain dan khusus untuk kawasan promoter proksimal gen (Gambarajah 3C. * p <0.05). Walaupun tahap H3K9me2 sangat rendah pada beberapa gen, yang Fosb promoter gen menunjukkan paras yang ketara tanda ini dalam NAc di bawah keadaan kawalan (Maze et al., 2010, data tidak ditunjukkan). Sebaliknya, dalam CPu, kami mendapati penurunan kecil tetapi ketara dalam mengikat H3K4me3, dan peningkatan H3K27me3 mengikat, di Fosb promoter dengan tidak adanya cabaran kokain, kesan hilang selepas cabaran (Rajah 3D. * p <0.05).

Rajah 3  

Kesan pendedahan kokain kronik terdahulu pada penyebaran epigenetik Fosb gen di NAc dan CPu

Kami seterusnya menyiasat Pol II mengikat kepada Fosb gen, berdasarkan penemuan terbaru dalam budaya sel yang menghalang Pol II di TSSs, yang dicirikan oleh fosforilasinya di Ser 5 di rantau CTD yang berulang, dikaitkan dengan penyebuan gen (lihat Pengenalan). Oleh itu, kami menganalisis Pol II-pSer5 mengikat kepada Fosb di empat kawasan berbeza gen (Gambarajah 3B). Analisis ini mendedahkan pengayaan ketara Pol II-pSer5 di Fosb gen di rantau promoter proksimalnya dan sekitar TSSnya dalam NAc kokain yang dialami haiwan, selepas pengeluaran yang berpanjangan, jika tiada cabaran kokain berbanding dengan kawalan (Rajah 3E. * p <0.05). Pengayaan ini tidak jelas pada dua wilayah tubuh gen di Fosb, selaras dengan Pol II yang digambarkan dalam sistem eksperimen yang lebih mudah. Menariknya, selepas cabaran kokain, mengikat Pol II-pSer5 masih menunjukkan tanda-tanda pengayaan, walaupun tidak lagi ketara, di Fosb rantau promoter proksimal (Rajah 3E. %p = 0.1), tetapi dikembalikan ke tahap kawalan di TSS. Penemuan dalam CPu lebih berubah-ubah, tanpa corak Pol II-pSer5 terikat.

Pergi ke:

Perbincangan

Kajian ini memberikan pandangan baru mengenai peraturan yang mampan Fosb minggu selepas pemberhentian berulang kepada kokain. Kami menunjukkan bahawa pentadbiran kokain kronik sebelum ini menghasilkan Fosb gen lebih digalakkan dalam NAc, mengakibatkan pengumpulan lebih cepat ΔFosB apabila pendedahan semula kepada ubat. Memandangkan keterlibatan bukti bahawa ΔFuB induksi dalam NAc mengantara tindak balas tingkah laku yang sensitif terhadap kokain (Nestler, 2008), penemuan kami mendedahkan mekanisme baru untuk pengembalian semula yang lebih cepat terhadap respons yang sensitif seperti selepas pengeluaran yang berpanjangan.

Kami menunjukkan bahawa induksi peningkatan ΔFosB dalam NAc dikaitkan dengan perubahan kromatin di Fosb gen yang dijangka akan menjadi lebih baik untuk induksi yang lebih besar. Oleh itu, kami menunjukkan peningkatan Pol II yang mengikat kepada promoter proksimal dan kawasan TSS gen yang hadir selepas minggu-minggu 4 pengeluaran daripada pentadbiran kokain kronik sebelumnya. Pengayaan Pol II di TSS hilang dengan pesat apabila cabaran kokain dan Fosb induksi, selaras dengan model dalam budaya sel yang terhenti Pol II dilepaskan dari TSSs setelah pengaktifan gen (lihat Pengenalan). Cabaran kokain juga mendorong penurunan pesat dalam mengikat H3K9me2-tanda penindasan gen-ke Fosb promoter. Sebaliknya, kami mengesan tiada induksi yang berpanjangan dari beberapa faktor transkripsi, atau kinase hulu mereka, yang diketahui memeterai Fosb induksi oleh kokain. Keputusan ini menyokong hipotesis kami bahawa induksi ditingkatkan ΔFosB dalam NAc diantara melalui penyebaran epigenetik Fosb gen dan tidak melalui upregulation acara huluan.

Keputusan yang sangat berbeza diperolehi untuk CPu. Tidak ada bukti untuk Pol II terhenti Fosb dalam tikus kokain yang berpengalaman sebelum cabaran kokain, walaupun terdapat pengubahsuaian histone yang kecil tetapi signifikan selaras dengan penindasan gen: peningkatan H3K27me3 mengikat dan menurunkan H3K4me3 mengikat. Tidak ada perubahan dalam faktor transkripsi hulu atau kinase yang konsisten dengan pengurangan Fosb induksi. Penemuan ini mencadangkan bahawa selepas pentadbiran kokain kronik, pengubahsuaian epigenetik berkurang Fosb inducibility gen dalam CPu, berbeza dengan priming yang dilihat dalam NAc. Walau bagaimanapun, walaupun kesan ini menindas induksi mRNA ΔFosB apabila pendedahan semula kepada kokain, tidak ada kehilangan dalam pengumpulan protein ΔFosB. Mekanisme yang mendasari paradoks ini kini memerlukan siasatan lanjut.

Secara amnya, keputusan kami menyokong model di mana perubahan dalam landskap kromatin pada gen tertentu sebagai tindak balas terhadap pentadbiran kokain kronik berfungsi sebagai perdana atau tumpul gen untuk induksi berikutnya apabila pendedahan semula kepada ubat. Perubahan kromatin seperti itu, yang boleh dilihat sebagai "parut epigenetik," akan terlepas dalam analisis paras mRNA mantap keadaan gen. Dengan cara ini, pencirian epigenome ketagihan menjanjikan untuk mendedahkan maklumat baru tentang patogenesis molekul gangguan ini, yang boleh ditambang untuk pembangunan rawatan baru.

Pergi ke:

Penghargaan

Kerja ini disokong oleh geran dari Institut Kebangsaan Penyalahgunaan Dadah.

Pergi ke:

Rujukan

  • Alibhai IN, Hijau TA, Potashkin JA, Nestler EJ. Peraturan pernyataan mRNA fosB dan DeltafosB: dalam kajian vivo dan in vitro. Brain Res. 2007;1143: 22-33. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Bataille AR, Jeronimo C, Jacques PE, Laramee L, Fortin ME, Hutan A, Bergeron M, Hanes SD, Robert F. A Cycle Universal Cycle II CTD Polymerase II Dirancang oleh Interplay Kompleks antara Enzim Kinase, Phosphatase, dan Isomerase sepanjang Gen. Mol Cell. 2012;45: 158-170. [PubMed]
  • Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Surface reseptor AMPA di dalam nukleus kenaikan accumbens meningkat semasa pengambilan kokain tetapi menginternalisasi selepas cabaran kokain yang berkaitan dengan pengaktifan yang diubahsuai kinase protein diaktifkan mitogen. J Neurosci. 2007;27: 10621-10635. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Boudreau AC, Ferrario CR, Glucksman MJ, Wolf ME. Penyesuaian jalur isyarat dan kinase protein novel Satu substrat yang berkaitan dengan pemekaan tingkah laku terhadap kokain. J Neurochem. 2009;110: 363-377. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Core LJ, Lis JT. Peraturan transkripsi melalui penangguhan promoter-proksimal RNA polimerase II. Sains. 2008;319: 1791-1792. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Covington HE, 3rd, Maze I, Sun H, Bomze HM, DeMaio KD, Wu EY, Dietz DM, Lobo MK, Ghose S, Mouzon E, Neve RL, Tamminga CA, Nestler EJ. Peranan untuk metilasi histon menindas dalam kerentanan kokain yang disebabkan oleh tekanan. Neuron. 2011;71: 656-670. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Freeman WM, Nader MA, Nader SH, Robertson DJ, Gioia L, Mitchell SM, Daunais JB, Porrino LJ, Friedman DP, Vrana KE. Perubahan kokain kronik di dalam nukleus primata bukan manusia mengakui ungkapan gen. J Neurochem. 2001;77: 542-549. [PubMed]
  • Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Mekanisme kecemasan ketagihan: peranan pembelajaran dan memori berkaitan ganjaran. Annu Rev Neurosci. 2006;29: 565-598. [PubMed]
  • Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Motivasi yang tidak dapat dikendalikan dalam ketagihan: patologi dalam penghantaran prefrontal-accumbens glutamat. Neuron. 2005;45: 647-650. [PubMed]
  • Lazo PS, Dorfman K, Noguchi T, Mattei MG, Bravo R. Struktur dan pemetaan gen fosB. FosB mengecilkan aktiviti promoter fosB. Asid Nukleat Res. 1992;20: 343-350. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Lu L, Koya E, Zhai H, Hope BT, Shaham Y. Peranan ERK dalam ketagihan kokain. Trend Neurosci. 2006;29: 695-703. [PubMed]
  • Mandelzys A, Gruda MA, Bravo R, Morgan JI. Ketidakhadiran antigen yang berkaitan dengan 37 kDa yang berterusan dan aktiviti pengikatan DNA seperti AP-1 di otak tikus nadi fosB yang dirawat berasid kainic. J Neurosci. 1997;17: 5407-5415. [PubMed]
  • Maze I, Nestler EJ. Landskap epigenetik ketagihan. Ann NY ACAD Sci. 2011;1216: 99-113. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Maze I, Covington HE, 3rd, Dietz DM, LaPlant Q, Renthal W, Russo SJ, Mechanic M, Mouzon E, Neve RL, Haggarty SJ, Ren Y, Sampath SC, Hurd YL, Greengard P, Tarakhovsky A, Schaefer A, Nestler EJ. Peranan penting methyltransferase histone G9a dalam kepekaan cocaine-induced. Sains. 2010;327: 213-216. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Nechaev S, Adelman K. Promoter-proximal Pol II: apabila mempercepatkan hal-hal kelajuan. Kitaran Sel. 2008;7: 1539-1544. [PubMed]
  • Nestler EJ. Tinjauan. Mekanisme penagihan ketagihan: peranan DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008;363: 3245-3255. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Kajian farmakologi terhadap peraturan induksi antigen yang berkaitan dengan FOS kronik oleh kokain di striatum dan nukleus accumbens. J Pharmacol Exp Ada. 1995;275: 1671-1680. [PubMed]
  • Perrotti LI, Hadeishi Y, Ulery PG, Barrot M, Monteggia L, Duman RS, Nestler EJ. Induksi deltaFosB dalam struktur otak berkaitan ganjaran selepas tekanan kronik. J Neurosci. 2004;24: 10594-10602. [PubMed]
  • Robinson TE, Kolb B. Plastik struktural yang dikaitkan dengan pendedahan kepada dadah penyalahgunaan. Neuropharmacology 47 Suppl. 2004;1: 33-46. [PubMed]
  • Robison AJ, Nestler EJ. Mekanisme transkriptional dan epigenetik ketagihan. Nat Rev Neurosci. 2011;12: 623-637. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Saha RN, Wissink EM, Bailey ER, Zhao M, Fargo DC, Hwang JY, Daigle KR, Fenn JD, Adelman K, Dudek SM. Transkripsi yang disebabkan oleh cepat Arc dan IEG lain bergantung pada RNA polimerase II yang siap. Nat Neurosci. 2011;14: 848-856. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Shaham Y, Hope BT. Peranan neuroadaptations dalam berulang kembali kepada pencarian dadah. Nat Neurosci. 2005;8: 1437-1439. [PubMed]
  • Shen HW, Toda S, Moussawi K, Bouknight A, Zahm DS, Kalivas PW. Plastik spine dendritik yang diubah pada tikus kokain yang dikeluarkan. J Neurosci. 2009;29: 2876-2884. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Valjent E, Corvol JC, Halaman C, Besson MJ, Maldonado R, Caboche J. Penglibatan litar kinase terkawal isyarat ekstraselular untuk sifat-sifat ganjaran kokain. J Neurosci. 2000;20: 8701-8709. [PubMed]
  • Zeitlinger J, Stark A, Kellis M, Hong JW, Nechaev S, Adelman K, Levine M, Young RA. Polimerase RNA yang terhimpit pada gen kawalan perkembangan dalam embrio melanogaster Drosophila. Nat Genet. 2007;39: 1512-1516. [Artikel percuma PMC] [PubMed]
  • Vialou VF, Feng J, Robison AJ, Ferguson D, Scobie KN, Mazei-Robison M, Mouzon E, Nestler EJ. Faktor tindak balas serum dan elemen tindak balas CAMP protein mengikat kedua-duanya diperlukan untuk induksi kokain ΔFosB. J Neurosci. 2012 diterima. [Artikel percuma PMC] [PubMed]