Reacties: twee moleculaire switches spelen een prominente rol in alle verslavingen, inclusief gedragsverslavingen. Eén die ik benadruk, genaamd DeltaFosB, de andere is CREB, het onderwerp van dit artikel.
20 jaar geleden raakten wetenschappers verslaafd aan een enkele transcriptiefactor die reageert op een aantal drugsverslaafden. Zal hun werk leiden tot behandelingen?
Van Kerry Grens
Stephen Mague, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Pennsylvania, rijdt een kar vol muizenkooien een kamer in die ongeveer zo groot is als een grote inloopkast. De kamer lijkt op een fotolab, alleen verlicht door rood licht en vol met kleine werkbanken en hangende zwarte gordijnen. In de gang toont een televisiescherm het beeld van een videocamera vanuit de kamer, neerkijkend op een rij plexiglas dozen.
Een voor een komt een hand met latexhandschoenen in beeld op het scherm en ploft een bruine muis in elke doos. De dieren rennen rond en verkennen de hoeken; een paar pauzes in het midden van de kamer en verzorgen zichzelf energiek. Mague conditioneert de dieren om een medicijn te associëren met de ene kant van de kamer boven de andere, bijvoorbeeld die met gestreepte wanden in plaats van stevige wanden. Het toevoegen van een medicijn zoals cocaïne aan de kamers maakt het werk ongelooflijk gemakkelijk. Slechts één blootstelling aan het medicijn is voldoende, zegt afgestudeerde student Jess Cleck: "Een keer liet ik een muis 13 minuten en 30 seconden zitten aan de kant waar hij eerder cocaïne had gekregen."
Na verloop van tijd leidt blootstelling aan het medicijn bij zowel dieren als mensen tot afhankelijkheid, verlangen en terugtrekking wanneer het medicijn wordt weggenomen. Angst en depressie komen vaker voor, en alle andere bronnen van beloning verliezen hun aantrekkingskracht omdat het medicijn een primaire bron van motivatie wordt. De fysiologische veranderingen bij mensen met verslaving zijn opvallend. "Het is niet dat ze meer of minder gevoelig zijn voor een medicijn, het zijn verschillende mensen", zegt Eric Nestler van het University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas. "Je verandert de aard van zenuwcellen grondig."
De neerwaartse spiraal van de eerste rush naar langdurige verslaving brengt tal van neurobiologische aanpassingen met zich mee: langdurige depressie bij synapsen, neurodegeneratie en permanente modificaties in genexpressie. Geen twee medicijnen lijken echter op elkaar, omdat elk zijn eigen idiosyncrasieën heeft. Stimulerende middelen zoals amfetamine en cocaïne verhogen bijvoorbeeld de neuronale vertakking in de nucleus accumbens, terwijl morfine het tegenovergestelde effect heeft.
De klassieke beschrijving van het effect van een medicijn op de hersenen is gecentreerd op het beloningssysteem, in het bijzonder neuronen die ventraal projecteren van het ventrale tegmentale gebied (VTA) naar de nucleus accumbens. Die neuronen geven dopamine af, en alcohol en misbruikende drugs wekken ze direct of indirect op. Wanneer dopamine wordt afgegeven aan de nucleus accumbens, stimuleert het plezier.
Het probleem begint wanneer dit systeem na verloop van tijd begint te eroderen en tolerantie ontwikkelt. Dezelfde hoeveelheid geneesmiddel wekt kleinere dopamine-reacties op, VTA-neuronen kunnen krimpen, synaptische verbindingen vervallen, receptordichtheden veranderen en de expressie van bepaalde genen neemt toe, vooral die gerelateerd aan angst en depressie. Volgens George Koob van het Salk Institute in La Jolla, Californië, is dit de "donkere kant van verslaving", wanneer een verslaafde een medicijn blijft gebruiken alleen maar om de slechte gevoelens van verslaving te verzachten.
Julie Blendy, Mague's hoofdonderzoeker aan de Universiteit van Pennsylvania, Nestler, en anderen doorzoeken de talloze moleculaire veranderingen die gepaard gaan met blootstelling aan geneesmiddelen en verslaving om precies vast te stellen wat er transcriptioneel in de hersenen gebeurt. Al bijna twee decennia hebben verslavingsonderzoekers de activiteit van één transcriptiefactor in de gaten: cAMP-respons-element-bindend eiwit (CREB). Dit eiwit reageert op verschillende soorten misbruik, waaronder cocaïne, morfine, alcohol, amfetamine en nicotine. Ondanks al die tijd zegt Nestler echter: "We bevinden ons nu pas op het topje van de ijsberg bij het identificeren van CREB-doelwitgenen". Toch hopen ze aanknopingspunten te vinden om die veranderingen te voorkomen of te herstellen.
Blendy herinnert zich precies wanneer haar eerste CREB-deficiënte muizen werden geboren. "Ze zijn 15 jaar oud", zegt ze lachend, "ik beviel van mijn dochter [in juni] en twee weken later werd de eerste mutant geboren." Blendy was destijds postdoc in het laboratorium van Gunther Schutz in het Duitse kankeronderzoekscentrum in Heidelberg en er was veel enthousiasme over knock-outtechnologie. Andere groepen schreeuwden om de muizen te gebruiken.
Dat viel echter allemaal stil toen de groep van Schutz de muizen begon te karakteriseren. "We realiseerden ons dat we geen volledige knock-out hadden gemaakt", zegt Blendy. De mutante dieren hadden alternatieve splitsingsvormen van het CREB-gen, maar het bleek een toevallig ongeluk te zijn. CREB knock-out dieren overleven de perinatale periode niet. Met slechts een kleine hoeveelheid CREB konden deze mutanten overleven tot op volwassen leeftijd, met functionele veranderingen waardoor onderzoekers de rol van CREB in een aantal neurologische aspecten konden onderzoeken, waaronder leren, geheugen, stemmingsstoornissen en verslaving.
Tegen die tijd, halverwege de jaren 90, was de transcriptiefactor al een doelwit van verslavingsonderzoek. Het begon in de jaren zeventig met het enzym adenylylcyclase in de locus ceruleus, een blauwachtig uitziend gebied van de hersenstam dat norepinefrine aan talrijke delen van de hersenen levert. Adenylylcyclase synthetiseert cAMP, dat op zijn beurt CREB activeert. Nobelprijswinnaar Marshall Nirenberg en zijn collega's leverden in locus ceruleus-neuronen bewijs van een "cellulaire tolerantie" voor morfine. Ze toonden aan dat, terwijl de activiteit van adenylylcyclase afneemt na blootstelling aan morfine, wanneer het medicijn langer dan een dag met de cellen wordt geïncubeerd, de adenylylcyclase-activiteit terugkaatst.1970 Toen het medicijn werd verwijderd, nam de activiteit van het enzym toe, wat interpreteren de auteurs als een cellulaire terugtrekking uit afhankelijkheid: "Dit fenomeen kan worden vergeleken met het onthoudingssyndroom bij dieren."
"Je verandert de aard van zenuwcellen grondig." -Eric Nestler
Pas meer dan tien jaar later, in het begin van de jaren negentig, repliceerden Nestler, toen aan de Yale University, en zijn groep de resultaten in vivo en gingen twee stappen stroomafwaarts van adenylylcyclase naar de activering van CREB. Ze toonden aan dat een dosis morfine de fosforylering van CREB (een marker van CREB-activering) belemmert, maar dat die activiteit weer normaal wordt na een langere blootstelling aan het medicijn.1990 “Rond dezelfde tijd”, herinnert Nestler zich, “vroegen we: De locus ceruleus is slechts een modelsysteem voor het opiaatersysteem, maar reageren andere neuronen? " Hij wendde zich tot de nucleus accumbens, een groep neuronen die dopaminerge input ontvangen van het ventrale tegmentale gebied en die betrokken zijn bij het beloningssysteem van de hersenen. Daar vond Nestler vergelijkbare resultaten: chronisch gebruik van morfine verhoogt de activiteit van CREB.
De CREB-deficiënte muizen in het laboratorium van Schtz boden de mogelijkheid om te meten of CREB nodig was in het verslavingsproces. Met Rafael Maldonado, die toen aan de Universiteit van Parijs zat, toonde Blendy in 1996 aan dat haar gemuteerde muizen de symptomen van ontwenningsverschijnselen van morfine ontbraken die normale dieren vertonen.3 “Afhankelijkheid betekent per definitie de aanwezigheid van een ontwenningssyndroom wanneer het medicijn wordt verwijderd. , ”Zegt Blendy. "De vraag is: waren de dieren in de eerste plaats nooit afhankelijk van het medicijn?" Blendy concludeerde dat CREB belangrijk was bij het op gang brengen van verslaving. Maar zo'n simpele verklaring was te mooi om waar te zijn.
Bill Carlezon, nu universitair hoofddocent psychiatrie aan het Harvard's McLean Hospital in Belmont, Massachusetts, was een postdoc in het laboratorium van Nestler in het midden van de jaren negentig en bestudeerde cocaïne in de nucleus accumbens. Op dat moment was er geen goede manier om CREB rechtstreeks te richten, dus de groep van Nestler ontwikkelde een virusvector met een gemuteerde vorm van CREB die concurreert met endogeen CREB en de activiteit ervan blokkeert. Wanneer gemuteerde dieren cocaïne kregen, vertoonden ze een verhoogde voorkeur voor het medicijn, terwijl wanneer CREB tot overexpressie werd gebracht bij dieren, ze er een afkeer van toonden.1990
Blendy vond vergelijkbare resultaten nadat ze in 1997 naar de University of Pennsylvania verhuisde met de CREB-deficiënte muizenlijn. Toen deze dieren lage doses cocaïne kregen (doses die klein genoeg waren om ze niet te onderscheiden van zoutoplossing tot wild-type dieren), vertoonden de dieren een sterke plaatsvoorkeur voor de zijkant van de doos waar ze cocaïne kregen.5 “CREB-deficiënte dieren laten zien dat de beloning voor cocaïne is verbeterd, ”zegt Blendy.
Hoewel Blendy's gegevens overeenkwamen met de resultaten van Nestler en Carlezon, waren het bevindingen die niet in overeenstemming leken met haar resultaten voor morfine. Hoewel CREB-deficiëntie dieren meer geïnteresseerd leek te maken in cocaïne, werkte het tegengesteld aan morfine. Blendy vermoedt dat de discrepantie verband houdt met de verschillende hersenregio's waaraan elk medicijn werkt. Hoewel alle drugs van misbruik uiteindelijk dopamine in de nucleus accumbens verhogen, werken ze via verschillende mechanismen: cocaïne blokkeert dopaminetransporters in de nucleus accumbens, terwijl morfine dopaminecellen in het ventrale tegmentale gebied remt.
De complexiteit van moleculaire veranderingen die betrokken zijn bij drugsverslaving houdt daar niet op. Alcohol en nicotine werken anders op CREB dan cocaïne en morfine. Bovendien wordt een andere transcriptiefactor, DFosB, op dezelfde manier opgereguleerd als CREB, maar met tegengestelde effecten op het gedrag.6
De DFosB-respons op drugs kan net zo belangrijk zijn voor verslaving als CREB, met name wat betreft langetermijnveranderingen. Volgens Nestler levert CREB in wezen negatieve feedback van medicijnen, en DFosB bevordert de lonende effecten van medicijnen.
"DFosB kan in veel opzichten worden gezien als het omgekeerde van CREB", zegt Nestler. Maar met een verbijsterende complexiteit kunnen beide transcriptiefactoren in dezelfde cel worden opgereguleerd. "Sommige cellen laten CREB-activering zien, andere veroorzaken DFosB en sommige overlappen elkaar", legt Nestler uit. "Het is een zeer complex proces dat moet worden uitgewerkt."
Ondanks deze lacunes in de kennis waren wetenschappers er in de jaren negentig zeker van dat CREB belangrijk was bij het reguleren van de effecten van drugsmisbruik. Ze hadden echter ook ingezien dat het blijkbaar geen eenduidige marker was voor alle medicijnen in alle hersengebieden, laat staan een behandeling. “CREB zal nooit een therapeutisch doelwit zijn. Het is te belangrijk, het is te alomtegenwoordig ”, zegt Blendy.
Ze besloot stroomafwaarts te gaan. Haar groep volgt de expressie van een aantal CREB-doelgenen tijdens het proces van drugsverslaving, van initiële blootstelling tot afhankelijkheid tot ontwenning. "De hoop is dat sommige van de doelwit [genen] waarvoor het verantwoordelijk is, ideaal zullen zijn."
Een stroomafwaarts doelwitgen dat de meest dramatische resultaten heeft laten zien in differentiële expressie door deze fasen is de corticotropine-releasing factor (CRF, ook wel corticotrofine-releasing hormone, CRH genoemd). CRF is belangrijk bij het bemiddelen van stressreacties, maar het is ook betrokken bij Koob's donkere kant van verslaving. "Wat we ontdekken", zegt Koob, "en dit geldt met name voor alcohol en opiaten en nicotine en misschien iets minder voor cocaïne - wanneer dieren veel drugs gebruiken, raakt het CRF-systeem betrokken en draagt het bij aan overmatig drugsgebruik. -nemen."
Markus Heilig, de klinisch directeur van het National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism, zegt dat de opwaartse regulering van het CRF-systeem permanent lijkt te zijn. "In het afgelopen jaar is een reeks artikelen bij knaagdieren vastgelegd dat als je een lange geschiedenis van afhankelijkheid van alcohol hebt en cycli van intoxicatie en ontwenning, dit opmerkelijk langdurige veranderingen in het endogene [CRF] -systeem zal veroorzaken," Heilig zegt.
Koob heeft recentelijk aangetoond dat dieren die afhankelijk zijn van alcohol minder drinken tijdens ontwenning wanneer ze een antagonist voor de CRF1-receptor hebben gekregen.7 "Je zou kunnen voorspellen dat [een CRF1-receptorantagonist] een geweldig medicijn zou kunnen zijn voor ontwenning", zegt Nestler. Het was echter moeilijk om een antagonist te vinden die veilig is voor gebruik bij mensen. Klinische onderzoeken met één medicijn, NBI 30775, werden enkele jaren geleden stopgezet nadat twee patiënten verhoogde leverenzymspiegels ontwikkelden.8 Onder andere Koob en Heilig werken aan het vinden van een CRF1-receptorantagonist die veilig kan worden gebruikt om verslaving te behandelen.
In maart van dit jaar publiceerde Heilig veelbelovende resultaten bij alcoholafhankelijke ratten, waaruit bleek dat het medicijn afhankelijke dieren stopte om alcohol te zoeken wanneer ze werden blootgesteld aan een stressor. 9 Als een CRF1-receptorantagonist tot een medicijn zou kunnen worden ontwikkeld, zegt Koob, de meest waarschijnlijke toepassing is tijdens acute ontwenning.
“CREB zal nooit een therapeutisch doelwit zijn. Het is te belangrijk, het is te alomtegenwoordig. ”- Julie Blendy
Ongeveer 300 mijl ten noorden van Blendy's Penn-lab rijdt een wetenschapper met dezelfde kledij, handschoenen en laarzen in het McLean Hospital in Harvard een kar met dieren door een gang. Dit zijn de experimentele ratten van Carlezon, elk uitgerust met een antenne-achtige elektrode die chirurgisch op de bovenkant van zijn hoofd is gemonteerd. De elektrode voert plezierige stimulatie, in de vorm van blokgolfpulsen van elektrische stroom, naar het beloningscentrum van de hersenen. In Carlezons kantoor speelt hij een video af van een muis die onophoudelijk aan een wiel draait om de pleziergevende stroom op te vangen. “Het voelt waarschijnlijk als het beste ooit. Dieren zullen het verkiezen boven drugs, eten, seks - wat dan ook, ”zegt hij.
Op een bepaald moment stopt de muis met draaien aan het wiel wanneer de stroom daalt onder een frequentie waarbij de beloning afneemt, zegt Carlezon. Wanneer dieren zich terugtrekken uit cocaïne, gaat de minimale hoeveelheid stroom waarvoor ze bereid zijn te werken - hun 'beloningsdrempel' - omhoog.10 'Omdat de stimulatie niet zo lonend is tijdens het ontwennen, hebben de muizen hogere frequenties nodig om ze te krijgen om te werken [voor de stimulatie]. " Carlezons conclusie: "We denken dat ze meer dynorfine maken."
Dynorfine is een endogeen opioïde dat werkt op k-opioïde receptoren en een stroomafwaarts doelwitgen is van CREB. Carlezon toonde aan dat wanneer CREB of de dynorfine-functie hoog is in de nucleus accumbens, cocaïne minder lonend en soms zelfs aversief is. Maar wanneer k-receptoren geblokkeerd zijn, verdwijnt het effect.4 Carlezon experimenteert nu met het geven van k-opioïde receptorantagonisten aan ratten die cocaïneonttrekking ervaren en het meten of deze geneesmiddelen beloningsdrempels stabiel kunnen houden. Als de antagonisten werken, zegt Carlezon dat ze kandidaten kunnen zijn voor de behandeling van de symptomen van het stoppen van de behandeling.
Koob en Brendan Walker, ook bij Scripps, hebben een k-opioïde receptorantagonist, nor-binaltorfimine, gebruikt bij ethanolafhankelijke ratten en ontdekten dat ze minder dronken. Bij dieren die niet afhankelijk waren, veranderde het drinkgedrag niet. Walker zegt dat het het idee ondersteunt dat het dynorphin-k-opioïde systeem betrokken is bij de "donkere kant" van verslaving11. "In het algemeen", zegt Walker, "is dat de hypothese: wanneer dieren afhankelijk zijn en je alcohol verwijdert, zorgt het verhoogde negatieve effect ervoor dat ze meer alcohol willen krijgen. Het lijkt erop dat als we dat systeem kunnen blokkeren, we in zekere zin de motivatie van de aninal om overmatig alcohol te consumeren kunnen blokkeren. "
Charles O'Brien, de vice-voorzitter van de psychiatrie aan de Universiteit van Pennsylvania en directeur van het Center for Studies in Addiction, zegt dat onderzoek naar dynorphin en CRF1-receptorantagonisten veelbelovend lijkt, maar om verslaving echt te behandelen moet het doelwit het geheugencentrum van de hersenen zijn. , al dan niet met CREB.
"Verslaving is dwangmatig drugs zoeken", zegt O'Brien. “Het zijn niet de veranderingen die worden veroorzaakt door alcohol, cocaïne of heroïne zelf. Het is het feit dat nadat de drug is verdwenen, er een leerproces, een geheugenspoor is, dat hunkering veroorzaakt, dat het zoeken naar drugs en terugval veroorzaakt. " Nestler zegt dat die herinneringen levenslang zijn. “Als kind raakten we een hete kachel aan en bedachten dat het nooit de moeite waard is om met een hete kachel te experimenteren…. Medicijnherinneringen kunnen net zo krachtig zijn als die herinneringen. "
Of het leren van verslaving betrekking heeft op CREB, is onzeker. Desalniettemin zegt Nestler dat het manipuleren van de doelwitgenen van CREB om ontwenningsverschijnselen te verlichten, andere verslavingsbehandelingen kan helpen, zoals cognitieve gedragstherapie, die herinneringen kunnen beïnvloeden. "Naar mijn mening, hoe eerder je deze [potentiële medicijnen] bij mensen krijgt, hoe beter", zegt O'Brien. "De diermodellen kunnen de weg wijzen, maar vroeg of laat moet je ze in de mens krijgen."
Referenties
1. SK Sharma et al., "Dubbele regulering van adenylaatcyclase verklaart narcotische afhankelijkheid en tolerantie", Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]
2. X. Guitart et al., "Regulatie van cyclische AMP-respons element-bindend eiwit (CREB) fosforylering door acute en chronische morfine in de locus ceruleus van de rat", J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]
3. R. Maldonado et al., "Reductie van onthouding van morfine bij muizen met een mutatie in het gen dat codeert voor CREB", Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
4. WA Carlezon, Jr. et al., "Regulation of cocaine reward by CREB," Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, "Verschillende vereisten voor cAMP-responselement bindend eiwit in positieve en negatieve versterkende eigenschappen van drugsmisbruik", J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
6. EJ Nestler, "Is er een gemeenschappelijke moleculaire route voor verslaving?" Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [PUBMED]
7. CK Funk et al., "Corticotropine-afgevende factor 1-antagonisten verminderen selectief de zelftoediening van ethanol bij ethanolafhankelijke ratten", Biol Psych, 61: 78-86, 2007. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, "NBI 30775 (R121919), een oraal actieve antagonist van de corticotropine-releasing factor (CRF) type-1-receptor voor de behandeling van angst en depressie," Drug Dev Res, 65: 216- 26, 2005. [PUBMED]
9. DR Gehlert et al., “3- (4-chloor-2-morfoline-4-yl-thiazol-5-yl) -8- (1-ethylpropyl) -2,6-dimethyl-imidazo [1,2 -b] pyridazine: een nieuwe hersen-penetrante, oraal beschikbare corticotropine-releasing factor receptor 1 antagonist met werkzaamheid in diermodellen van alcoholisme, ”J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
10. I. Goussakov et al., "LTP in de laterale amygdala tijdens terugtrekking van cocaïne", Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]
11. Walker BM en Koob GF, "Farmacologisch bewijs voor een motiverende rol van ?? - opioïde systemen bij ethanolafhankelijkheid", Neuropsychopharmacology, online publicatie 2 mei 2007. [PUBMED]
Lees meer: Addictive Research - The Scientist - Magazine of the Life Sciences http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
;