DeltaFosB bemiddelt epigenetische desensitisatie van het c-fos-gen na chronische blootstelling aan amfetamine (2008)

Abstract

De moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de overgang van recreatief drugsgebruik naar chronische verslaving blijven slecht begrepen. Eén molecuul dat bij dit proces betrokken is, is ΔFosB, een transcriptiefactor die zich accumuleert in striatum na herhaalde blootstelling aan het geneesmiddel en bemiddelt gesensibiliseerde gedragsreacties op psychostimulantia en andere drugs van misbruik. De stroomafwaartse transcriptionele mechanismen waardoor AFosB het door drugs geïnduceerde gedrag reguleert, zijn onvolledig begrepen. We hebben eerder de chromatine remodeleringmechanismen gemeld waarmee ΔFosB de expressie van bepaalde genen activeert, maar de mechanismen die ten grondslag liggen aan ΔFosB-gemedieerde genrepressie blijven onbekend. Hier identificeren we ons c-fos, een onmiddellijk vroeg gen dat snel wordt geïnduceerd in striatum na blootstelling aan psychostimulant, als een nieuw stroomafwaarts doelwit dat wordt onderdrukt door ΔFosB. We laten zien dat accumulatie van ΔFosB in striatum na chronische behandeling met amfetamine desensibiliserend werkt c-fos mRNA-inductie tot een volgende geneesmiddeldosis. ΔFosB desensibiliseert c-fos expressie door histone deacetylase 1 (HDAC1) aan te werven bij de c-fos genpromotor, die op zijn beurt de histonen omgeeft en de genactiviteit verzwakt. Dienovereenkomstig heft lokale knock-out van HDAC1 in striatum amfetamine-geïnduceerde desensibilisatie van de c-fos gen. In overleg verhoogt chronische amfetamine histone H3 methylatie op de c-fos promotor, een chromatinemodificatie waarvan ook bekend is dat deze de genactiviteit onderdrukt, evenals expressieniveaus van het H3 histon methyltransferase, KMT1A / SUV39H1. Deze studie onthult een nieuwe epigenetische route waardoor ΔFosB verschillende transcriptionele programma's en uiteindelijk gedragsplasticiteit tot chronische amfetamineblootstelling medieert.

sleutelwoorden: verslaving, amfetamine, striatum, chromatine, histon-modificatie, genregulatie

Introductie

Herhaaldelijk gebruik van psychostimulantia zoals amfetamine en cocaïne leidt vaak tot een overgang van recreatief drugsgebruik naar een chronisch verslaafde staat (). Eén mechanisme dat bij dit proces betrokken is, heeft betrekking op de transcriptiefactor ΔFosB, een zeer stabiel lasproduct van het onmiddellijke vroege gen FosB, dat dimeriseert met Jun-familie-eiwitten om functionele AP-1-transcriptionele complexen te vormen (). ΔFosB stapelt zich meerdere malen op in striatum na herhaalde blootstelling aan drugs van misbruik, en deze accumulatie is gekoppeld aan verhoogde cocaïnebeloning, locomotorisibilisatie en zelftoediening (; ; ), die samen een rol suggereren in de neurale mechanismen die betrokken zijn bij de overgang tussen recreatief en verslaafd drugsgebruik. Volgens deze hypothese functioneert ΔFosB in een positieve feedbacklus door het verhogen van het gedrag van het opzoeken van drugs, die op hun beurt weer meer ΔFosB induceren. Een belangrijke openstaande vraag is hoe ΔFosB de effecten op drugsgerelateerd gedrag bemiddelt. Genoom-brede microarraystudies bij muizen die ΔFosB in striatum tot overexpressie brengen, leverden het eerste inzicht in mogelijke stroomafwaartse doelen (). Deze studie suggereerde dat ΔFosB kan dienen als een transcriptionele activator of repressor, afhankelijk van het doelwitgen. In de studie werden echter transcripten onderzocht die werden gereguleerd in een overexpressiesetting, dus het is niet duidelijk welke van deze genen directe, fysiologische ΔFosB-targets zijn.

We hebben recent de cycline-afhankelijke kinase 5 geïdentificeerd (cdk5) gen als een direct doelwit voor endogeen AFosB, dat bevordert Cdk5 transcriptie in striatum (). De mechanismen die betrokken zijn bij de onderdrukking van doelwitgen door AFosB zijn echter ongrijpbaar gebleven. Een aantrekkelijke kandidaat is c-fos, een gen dat dramatisch wordt opgewekt door acute psychostimulantia maar slechts zwak na herhaalde blootstelling (; ; ), wanneer de niveaus van ΔFosB en ΔFosB-bevattende AP-1-complexen hoog zijn (, ). Sinds de c-fos gen bevat een AP-1-achtige site in zijn proximale promoter (), het is een plausibele kandidaat voor ΔFosB-gemedieerde repressie. Inductie van c-fos wordt traditioneel gezien als een vroege marker van neurale activatie, omdat het snel en tijdelijk wordt geïnduceerd als reactie op een verscheidenheid aan stimuli (). De c-fos gen is ook belangrijk voor gedragsreacties op cocaïne, als muizen ontbreken c-fos in dopamine D1-receptor bevattende neuronen, het neuronale celtype waarbij ΔFosB wordt geïnduceerd door psychostimulantia (), verminderde gedragssensibilisatie voor cocaïne (). Deze bevindingen leidden ons ertoe om te onderzoeken of ΔFosB controles uitvoert c-fos genactiviteit na chronische blootstelling aan amfetamine. We beschrijven hier een nieuw epigenetisch mechanisme waardoor ΔFosB-accumulatie in reactie op chronische amfetamine weer voedt om te desensibiliseren c-fos inductie tot volgende geneesmiddeldoses. Dit nieuwe samenspel tussen ΔFosB en chromatine remodeling evenementen op de c-fos promotor kan een belangrijk homeostatisch mechanisme zijn om de gevoeligheid van een dier voor herhaalde blootstelling aan geneesmiddelen te reguleren.

Materialen en methoden

RNA-isolatie en kwantificatie

Bevroren hersenweefsel werd ontdooid in TriZol (Invitrogen, Carlsbad, CA) en verwerkt volgens het protocol van de fabrikant. RNA werd gezuiverd met RNAesy Micro-kolommen (Qiagen, Valencia, CA). Totaal RNA werd omgekeerd getranscribeerd met behulp van Superscript III (Invitrogen). Realtime PCR werd vervolgens uitgevoerd met SYBR Green (ABI, Foster City, CA) en gekwantificeerd met behulp van de ΔΔCt-methode. Zien Aanvullende tabel voor een volledige lijst van primers.

Chromatin immunoprecipitatie (ChIP)

Chromatine werd gesonificeerd en vervolgens geïmmunoprecipiteerd (zie Aanvullende methoden) met behulp van geacetyleerde histone antilichamen (Millipore, Billerica, MA), anti-HDAC1 of anti-H3K9me2 van Abcam (Cambridge, VK), anti-FosB (C-terminus) (), anti-FosB (N-terminus) (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, State) of een konijnen-IgG-controle (Millipore). Het IP werd verzameld met Proteïne A-kralen van Millipore. Na wassen werd chromatine van de kralen geëlueerd en omgekeerd verknoopt in aanwezigheid van proteïnase K. DNA werd vervolgens gezuiverd en gekwantificeerd met behulp van real-time PCR.

immunoprecipitatie

PC12-cellen werden getransfecteerd met met V5 getagde HDAC1 (), FosB of ΔFosB zoals eerder beschreven (). Cellysaten werden gesplitst en geïncubeerd met ofwel niet-immune IgG (Sigma) of anti-FosB antilichamen (sc-48, Santa Cruz) overnacht bij 4 ° C. Immunoprecipitatie werd uitgevoerd met Protein G-parels (Sigma). De geïmmunoprecipiteerde eiwitten werden met SDS-PAGE gelopen en geanalyseerd door middel van Western blotting met behulp van een aangepast polyklonaal anti-FosB (N-terminus) antilichaam () en anti-V5-antilichaam (Abcam). Bepalen of HDAC1 en ΔFosB bindende partners zijn in vivo, we gebruikten herhaalde elektroconvulsieve aanvallen om hoge niveaus van ΔFosB-eiwit te induceren (). Corticaal weefsel werd ontleed uit chronische (7 dagelijks) aanval of schijn-behandelde ratten, gelyseerd en immuungeprecipiteerd zoals hierboven beschreven met anti-HDAC1-antilichamen (Abcam).

Laser capture microdissectie

Met behulp van stereotactische chirurgie werd de ventrale striata van muizen geïnfecteerd met een adeno-geassocieerd virus (AAV) dat het aangegeven gen of GFP aan weerszijden van de hersenen tot expressie bracht. Na behandeling met amfetamine werden bevroren hersenen verwerkt tot 8 μm dikke coronale secties en op membraanschuiven gemonteerd (Lieca, Wetzlar, Duitsland). Door AAV geïnfecteerde gebieden werden met een laser gedissecteerd (Leica) om niet-geïnfecteerde cellen uit te sluiten en verwerkt met PicoPure RNA-extractiekit (MDS, Sunnyvale, CA). RNA werd geamplificeerd met de RiboAmp HS-kit (MDS) en omgekeerd getranscribeerd zoals hierboven beschreven. Zien Aanvullende methoden voor alle details.

Resultaten

ΔFosB desensibiliseert c-fos mRNA-inductie in striatum na chronische blootstelling aan amfetamine

Om te onderzoeken of de desensibilisatie van c-fos mRNA-expressie is een cellulaire aanpassing die beheerd wordt door ΔFosB, we behandelden ratten met zoutoplossing of acuut of chronisch amfetamine en lieten ze zich terugtrekken in hun thuishaven voor 1 tot 10-dagen. De ratten werden vervolgens 1 uur na een zoutoplossing of amfetamine-uitdagingsdosis geanalyseerd. Zoals eerder aangetoond (zie Introductie), c-fos mRNA werd 4-vouw geïnduceerd in striatum door acute toediening van amfetamine. Bij ratten die eerder aan chronische amfetamine waren blootgesteld, was de expressie echter van c-fos als reactie op de druguitdaging was significant verzwakt gedurende maximaal 5 dagen na het stoppen van het geneesmiddel (Figuur 1A), een punt waarop ΔFosB in dit hersengebied nog steeds verhoogd is (). Bovendien vonden we dat bij basale ratten die voor 5-dagen uit chronisch amfetamine werden teruggetrokken c-fos mRNA-expressie was verlaagd tot onder niveaus gevonden in met zoutoplossing behandelde controles (Figuur 1A). Belangrijk is de omvang van c-fos inductie tot een amfetamine-uitdaging was significant verzwakt op dag 1 van onthouding in vergelijking met met zoutoplossing behandelde dieren. Samen demonstreren deze bevindingen een effect van chronische amfetamine op zowel basale als geïnduceerde c-fos mRNA-niveaus, hoewel de twee effecten zich voordoen met een complexe tijdsverloop.

Figuur 1  

ΔFosB desensibiliseert c-fos mRNA-inductie in striatum na chronische blootstelling aan amfetamine

Bepalen of AFosB-accumulatie na chronische amfetamine direct bijdraagt ​​tot de desensibilisatie van c-fos expressie, hebben we eerst ChIP uitgevoerd voor ΔFosB op de c-fos genpromoter in striatum. Zoals getoond in Figuur 1B c-fos promotor heeft significant meer ΔFosB gebonden na chronische blootstelling aan amfetamine, een effect dat minstens voor 5 dagen van ontwenning van het geneesmiddel werd waargenomen. Deze gegevens correleren ΔFosB-bezettingsgraad op de c-fos promotor met de kinetiek van gereduceerd c-fos gen activiteit. Vervolgens direct testen of ΔFosB vermindert c-fos inductie als reactie op de uitdaging van amfetamine, we gebruikten een AAV-vector om ofwel ΔFosB, ofwel GFP als controle, in striatum tot overexpressie te brengen. Vervolgens isoleerden we het geïnfecteerde striatum door middel van laser-microdissectie (Figuur 1C) en voerde qRT-PCR uit voor c-fos mRNA. We hebben aanzienlijk minder waargenomen c-fos mRNA geïnduceerd na een acute dosis amfetamine in het striatumweefsel geïnfecteerd met AAV-ΔFosB in vergelijking met de contralaterale zijde geïnfecteerd met AAV-GFP, terwijl de niveaus van β-tubuline mRNA bleef ongewijzigd (Figuur 1D). Deze gegevens suggereren dat c-fos desensibilisatie wordt gemedieerd door accumulatie van ΔFosB op de promotor na chronische blootstelling aan amfetamine.

ΔFosB werft HDAC1 aan voor de c-fos promotor om te bemiddelen c-fos genrepressie

De mechanismen verkennen waarmee ΔFosB bemiddelt c-fos desensitisatie, we concentreerden ons op het tijdstip waarop c-fos werd het meest onderdrukt: 5 dagen van terugtrekking uit chronische amfetamine. Een belangrijk mechanisme betrokken bij c-fos activering in reactie op een verscheidenheid aan stimuli, waaronder cocaïne (), is histonacetylering. We waren daarom geïnteresseerd om te bepalen of histon acetylatie op de c-fos genpromoter werd ook geïnduceerd door acuut amfetamine en of herhaalde blootstelling aan geneesmiddelen deze respons verzwakte. Inderdaad verhoogde acute amfetamine histon H4 acetylatie op de c-fos promotor en na chronische behandeling met amfetamine werd deze inductie niet langer waargenomen (Figuur 2A). Acetylering van H4 was specifiek omdat er geen effect werd waargenomen voor H3 (niet getoond). Deze gegevens suggereren dat verminderde histonacetylering, geassocieerd met een meer compacte en inactieve chromatinestructuur (), draagt ​​bij tot de desensitisatie van de c-fos gen na chronische blootstelling aan amfetamine. Om deze hypothese direct te testen, behandelden we ratten met chronische amfetamine en, na 5 dagen van ontwenning, de HDAC-remmer, natriumbutyraat of het vehiculum ervan toegediend. We ontdekten dat natriumbutyraat de door amfetamine geïnduceerde onderdrukking van c-fos uitdrukking (Figuur 2B), die direct het idee ondersteunen dat hypoacetylatie op de c-fos promotor is een sleutelmechanisme dat ten grondslag ligt aan desensitisatie van het gen.

Figuur 2  

Rekrutering van HDAC1 bemiddelt ΔFosB-actie aan c-fos

Begrijpen hoe ΔFosB histonacetylatie remt op de c-fos promotor, hebben we onderzocht of ΔFosB interageert met enzymen die histonacetylering verminderen, namelijk HDAC's. We hebben eerst HDAC1 en HDAC2 onderzocht omdat deze enzymen complexen vormen met een verscheidenheid aan transcriptiefactoren om genexpressie te onderdrukken (). Aangezien voorlopige ChIP-onderzoeken significante HDAC1-binding aantoonden aan de c-fos promoter (zie hieronder), maar geen detecteerbare HDAC2 (niet getoond), we hebben co-immunoprecipitatie-experimenten uitgevoerd om te bepalen of ΔFosB fysiek interactie heeft met HDAC1. We ontdekten inderdaad dat immunoprecipitatie van ΔFosB ook HDAC1 in PC12-cellen deed verdwijnen (Figuur 2D). Belangrijk is dat deze interactie specifiek is voor ΔFosB, als FosB met de volledige lengte, die niet accumuleert na chronische psychostimulant toediening (), had geen interactie met HDAC1. We hebben het omgekeerde experiment uitgevoerd in vivo door grote hoeveelheden ABosB te induceren met elektroconvulsieve aanvallen. Consistent met onze celkweekgegevens, immunoprecipitatie met een antilichaam tegen HDAC1 dat ΔFosB uit hersenweefsel is getrokken (Figuur 2E).

Op basis van deze bevindingen hebben ΔFosB en HDAC1 fysieke interactie in vitro en in vivo, veronderstelden we dat, na chronische amfetamine, ΔFosB HDAC1 rekruteert bij de c-fos genpromotor. Inderdaad, ChIP van striatale lysaten vond significant hogere niveaus van HDAC1 op de c-fos promotor na chronische blootstelling aan amfetamine (Figuur 2C), terwijl amfetamine de binding van HDAC1 aan de β-actine genpromotor. Om direct te bepalen of HDAC1 voldoende was om te verzwakken c-fos inductie, transfecteerden we HEK293T-cellen met HDAC1 of GFP en stimuleerden ze met 5% serum (zie Aanvullende methoden). We vonden dat serum-geïnduceerd c-fos expressie was significant afgestompt in cellen die HDAC1 tot overexpressie brengen (Figuur 2F). Deze onderzoeken zijn uitgebreid in vivo door gebruik te maken van floxed HDAC1-muizen die zijn geïnfecteerd met AAV-GFP aan één kant van hun striatum en AAV-CreGFP om lokale knock-out van de hdac1 gen in het contralaterale striatum. AAV-CreGFP gereduceerd Hdac1 mRNA-expressie in het geïnfecteerde weefsel (geïsoleerd door lasermicrodissectie) met> 75% vergeleken met AAV-GFP geïnjecteerde controles terwijl Hdac2 expressie bleef ongewijzigd (Figuur 2G). Muizen werden vervolgens behandeld met chronische amfetamine gevolgd door terugtrekking van geneesmiddelen gedurende 5-dagen. De muizen werden 30 minuten na het uitdagen van amfetamine geanalyseerd en de geïnfecteerde striatale gebieden werden gemicrodissecteerd. We vonden dat amfetamine significant meer induceerde c-fos mRNA in striataal weefsel geïnfecteerd met AAV-CreGFP in vergelijking met AAV-GFP (Figuur 2G), wat aantoont dat HDAC1 noodzakelijk is voor chronische amfetamine-geïnduceerde repressie van c-fos uitdrukking. Deze gegevens suggereren dat ΔFosB-accumulatie bij ratten na chronische behandeling met amfetamine resulteert in meer binding van ΔFosB aan de c-fos promotor, rekrutering van HDAC1, minder histonacetylering en uiteindelijk minder activiteit van het gen.

Histon methylatie is verhoogd op de c-fos promotor na chronische blootstelling aan amfetamine

Repressie van genactiviteit omvat vaak verschillende epigenetische modificaties die parallel optreden (; ). Een van de best gekarakteriseerde histon-modificaties geassocieerd met verminderde genactiviteit is methylatie van histon H3 op lysine 9 (H3K9). Deze histon-modificatie, wanneer gevonden op promoterregio's, is geassocieerd met transcriptionele repressie door het aantrekken van co-repressoren zoals HP1 (heterochromatin eiwit 1) (). We hebben daarom geanalyseerd of hypoacetylatie van de c-fos gen, waargenomen na chronische toediening van amfetamine, is ook geassocieerd met veranderingen in H3K9 methylatie. In overeenstemming met deze hypothese, onthulde ChIP uitgevoerd op striataal weefsel van ratten behandeld met chronisch amfetamine dat gedemethyleerd H3K9 (H3K9me2) significant was toegenomen op de c-fos promotor (Figuur 3A), een effect dat niet wordt waargenomen op de β-actine genpromotor. Een van de belangrijkste enzymen die H3K9-methylatie medieert, is KMT1A / SUV39H1, waardoor de vraag raakte of de expressie van dit enzym werd gereguleerd door chronische blootstelling aan amfetamine. We voerden qRT-PCR uit op het striatum van ratten die behandeld werden met chronische amfetamine en observeerden een significante opregulatie van Kmt1a / Suv39h1 mRNA, terwijl het specifieke chromatin modificerende enzym, Hdac5, bleef onaangetast (Figuur 3B). In tegenstelling tot HDAC1 vertoonden co-immunoprecipitatie-experimenten echter geen enkele detecteerbare interactie tussen ΔFosB en KMT1A / SUV39H1 en we konden ook geen significante verrijking van de methyltransferase op de c-fos promotor door ChIP (niet getoond). Desalniettemin suggereren deze bevindingen dat upregulering van KMT1A / SUV39H1 H3 kan hypermethyleren bij c-fos en bijdragen aan de reductie van mechanismen c-fos genactiviteit na chronische blootstelling aan amfetamine.

Figuur 3  

Histon methylatie na chronische blootstelling aan amfetamine

Discussie

Deze studie identificeerde c-fos als een nieuw stroomafwaarts doelwitgen van AFosB in het striatum na chronische toediening van amfetamine. We bieden direct bewijs dat endogene ABosB bindt aan de c-fos promotor in vivo, waar ΔFosB HDAC1 recruteert om omliggende histonen te deacetyleren en de transcriptionele activiteit van de c-fos gen. Zowel farmacologische remming van HDAC's als de induceerbare knock-out van HDAC1 waren voldoende om te verlichten c-fos desensibilisatie en elevate c-fos expressie in het striatum van met chronische amfetamine behandelde dieren. We vonden ook gelijktijdige toenamen in repressieve histon-methylatie bij H3K9 op de c-fos promotor, een aanpassing geassocieerd met door amfetamine geïnduceerde opregulatie van het histon-methyltransferase, KMT1A / SUV39H1. Samen bieden deze bevindingen fundamenteel nieuw inzicht in de mechanismen waardoor ΔFosB de activiteit van bepaalde genen onderdrukt en een nieuw samenspel illustreert tussen twee sleutelpaden die gedragsreacties op psychostimulantia beheersen: ΔFosB-inductie () en chromatine hermodellering (). Onze bevindingen laten zien hoe deze twee routes samenkomen op de c-fos promoter na chronische blootstelling aan amfetamine om de activiteit van het gen te veranderen.

We hebben voor het eerst waargenomen desensibilisatie van c-fos mRNA-expressie na chronische cocaïnebehandeling ten opzichte van 15 jaar geleden (), maar er is geen mechanistisch inzicht beschikbaar over hoe zulke diep verschillende transcriptiereacties kunnen optreden tussen acute versus chronische blootstelling aan geneesmiddelen. In onze poging om de acties van ΔFosB in het vervolg te begrijpen, hebben we de controle over c-fos expressie vanwege deze differentiële regulatie tussen blootstelling aan acute en chronische psychostimulantia. Omdat ΔFosB meerdere malen verhoogd is na chronische blootstelling aan geneesmiddelen, is deze differentiële inductie van c-fos mRNA, evenals een AP-1-achtige site in de c-fos proximale promotor, suggereerde een mogelijke regulerende rol voor ΔFosB. Dit maakte ook de c-fos gen een aantrekkelijke kandidaat om de repressieve effecten van ΔFosB op genexpressie te bestuderen ().

Chronische amfetamine verzwakt c-fos mRNA-inductie of de basislijnniveaus ervan in striatum gedurende ongeveer 5 dagen van geneesmiddelontwenning, een tijdsverloop dat consistent is met de stabiliteit van ΔFosB () en zijn bezetting op de c-fos promotor. Hoewel ΔFosB na zelfs langere perioden van terugtrekking kan worden gedetecteerd, neemt het geleidelijk af in de loop van de tijd (; ) en kan ontoereikend zijn om de repressie van de c-fos gen dat veel verder gaat dan het 5 dagtijdspunt. Niettemin de tijdsverloop van c-fos desensibilisatie is complex, met onderdrukking van de fold-inductie door een amfetamine-challenge maximaal op 1 dag van stoppen, maar onderdrukking van de basale niveaus maximaal op 5 dagen van ontwenning. Onze ChIP-gegevens laten zien dat ΔFosB is gebonden aan de c-fos promotor op beide tijdstippen, wat suggereert dat de differentiële activiteit van de c-fos Het gen dat wordt waargenomen tussen 1 en 5 dagen van ontwenning kan te wijten zijn aan extra transcriptionele regulatoren die zijn gerekruteerd voor het gen met een zeer gecompliceerd tijdsverloop. Verdere studies zijn nodig om de betrokken gedetailleerde mechanismen te begrijpen.

De gedragswaarde van ΔFosB-gemedieerd c-fos desensibilisatie kan homeostatisch zijn, als muizen zonder de c-fos gen in dopamine D1-receptor bevattende neuronen vertonen verminderde gedragsreacties op cocaïne (). Bovendien zijn er HDAC-remmers die ΔFosB-gemedieerde desensitisatie van blokkeren c-fos, de gevoeligheid van een dier voor de gedragseffecten van cocaïne verhogen (; ). Deze bevindingen suggereren dat het netto-effect van ΔFosB is om gesensitiseerde gedragsreacties op psychostimulantia te bevorderen (; ), initieert het ook een nieuw transcriptioneel programma door c-fos desensibilisatie om de omvang van deze zelfde gedragingen te beperken. ΔFosB zou, in feite, gedragsreacties op psychostimulantia titreren door een complexe reeks van stroomafwaartse transcriptionele gebeurtenissen, die de inductie of repressie van talrijke doelwitgenen omvatten (), die naast het gen dat codeert voor c-Fos zoals hier getoond ook de AMPA-glutamaatreceptorsubeenheid GluR2 (), de serine-threonine kinase Cdk5 () en de opioïde peptidedynorfine (), onder andere (). Sommige van deze genen worden geactiveerd door ΔFosB (waar ΔFosB transcriptionele co-activators werft) (), terwijl anderen worden onderdrukt door ΔFosB (waar ΔFosB, zoals hier getoond, transcriptionele co-repressoren rekruteert). Een belangrijke inspanning van toekomstig onderzoek is het identificeren van de factoren die bepalen of ΔFosB een doelwitgen activeert of onderdrukt wanneer het zich bindt aan de genpromotor.

Samengevat identificeren onze bevindingen een nieuw epigenetisch mechanisme waardoor AFosB een deel van zijn transcriptionele effecten in het striatum medieert na chronische blootstelling aan amfetamine. Deze studie biedt ook belangrijk nieuw inzicht in de basale transcriptionele en epigenetische mechanismen in vivo betrokken bij de desensibilisatie (dwz tolerantie) van een cruciaal gen voor psychostimulant-geïnduceerde gedragsreacties.

 

Aanvullend materiaal

Danksagung

Dit werk werd ondersteund door subsidies van NIDA

Referenties

  • Bibb JA, Chen J, Taylor JR, Svenningsson P, Nishi A, Snyder GL, Yan Z, Sagawa ZK, Ouimet CC, Nairn AC, Nestler EJ, Greengard P. Effecten van chronische blootstelling aan cocaïne worden gereguleerd door het neuronale eiwit Cdk5. Natuur. 2001, 410: 376-380. [PubMed]
  • Carle TL, Ohnishi YN, Ohnishi YH, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteasoom-afhankelijke en -onafhankelijke mechanismen voor destabilisatie van FosB: identificatie van FosB-degron-domeinen en implicaties voor DeltaFosB-stabiliteit. Eur J Neurosci. 2007, 25: 3009-3019. [PubMed]
  • Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Striatale celtypespecifieke overexpressie van DeltaFosB verhoogt de stimulans voor cocaïne. J Neurosci. 2003, 23: 2488-2493. [PubMed]
  • Grozinger CM, Schreiber SL. Deacetylase-enzymen: biologische functies en het gebruik van remmers met kleine moleculen. Chem Biol. 2002, 9: 3-16. [PubMed]
  • Hope B, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulatie van directe vroege genexpressie en AP-1-binding in de rattenucleus accumbens door chronische cocaïne. Proc Natl Acad Sci US A. 1992; 89: 5764-5768. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Inductie van een langdurig AP-1-complex dat bestaat uit veranderde Fos-achtige eiwitten in de hersenen door chronische cocaïne en andere chronische behandelingen. Neuron. 1994, 13: 1235-1244. [PubMed]
  • Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Neurale verslavingsmechanismen: de rol van beloningsgerelateerd leren en geheugen. 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, Nestler EJ. Expressie van de transcriptiefactor deltaFosB in de hersenen regelt de gevoeligheid voor cocaïne. Natuur. 1999, 401: 272-276. [PubMed]
  • Kouzarides T. Chromatin-modificaties en hun functie. Cel. 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. Chromatine-hermodellering is een sleutelmechanisme dat ten grondslag ligt aan door cocaïne geïnduceerde plasticiteit in striatum. Neuron. 2005, 48: 303-314. [PubMed]
  • McClung CA, Nestler EJ. Regulatie van genexpressie en cocaïnebeloning door CREB en DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003, 6: 1208-1215. [PubMed]
  • McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. DeltaFosB: een moleculaire switch voor langdurige aanpassing in de hersenen. 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. Histone deacetylases 1 en 2 reguleren redundant hartmorfogenese, groei en contractiliteit. Genes Dev. 2007, 21: 1790-1802. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Morgan JI, Curran T. Stimulus-transcriptiekoppeling in neuronen: rol van cellulaire direct-vroege genen. Trends Neurosci. 1989, 12: 459-462. [PubMed]
  • Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmacologische studies van de regulatie van chronische FOS-gerelateerde antigeeninductie door cocaïne in het striatum en nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995, 275: 1671-1680. [PubMed]
  • Persico AM, Schindler CW, O'Hara BF, Brannock MT, Uhl GR. Hersentranscriptiefactor-expressie: effecten van acute en chronische amfetamine en injectiestress. 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, Olson EN, Nestler EJ. Histone deacetylase 5 controleert epigenetisch gedragsaanpassingen op chronische emotionele stimuli. Neuron. 2007, 56: 517-529. [PubMed]
  • Steiner H, Gerfen CR. Door cocaïne geïnduceerd c-fos messenger-RNA is omgekeerd evenredig met de dynorfine-expressie in striatum. J Neurosci. 1993, 13: 5066-5081. [PubMed]
  • Tsankova N, Renthal W, Kumar A, Nestler EJ. Epigenetische regulatie bij psychiatrische stoornissen. 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. Een essentiële rol voor DeltaFosB in de nucleus accumbens in morfineactie. 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 faciliteren de verwerving en het uitsterven van door cocaïne geïnduceerde persistente veranderingen. J Neurosci. 2006, 26: 13287-13296. [PubMed]