Synapse. 2008 May;62(5):358-69.
Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.
bron
Department of Psychiatry, The University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390-9070, Verenigde Staten.
Abstract
De transcriptiefactor DeltaFosB accumuleert en blijft bestaan in de hersenen als reactie op chronische stimulatie. Deze accumulatie na chronische blootstelling aan drugs van misbruik is eerder aangetoond door Western blot het meest dramatisch in striatale gebieden, waaronder dorsale striatum (caudate / putamen) en nucleus accumbens. In de onderhavige studie gebruikten we immunohistochemie om met een grotere anatomische precisie de inductie van DeltaFosB in de hersenen van knaagdieren na chronische medicamenteuze behandeling te definiëren. We hebben ook eerder onderzoek uitgebreid met cocaïne, morfine en nicotine naar twee aanvullende drugs, ethanol en Delta (9) -tetrahydrocannabinol (Delta (9) -THC, het actieve ingrediënt in marihuana). We laten hier zien dat chronische, maar niet acute, toediening van elk van de vier drugs van misbruik, cocaïne, morfine, ethanol en Delta (9) -THC robuust DeltaFosB induceert in nucleus accumbens, hoewel verschillende patronen in de kern- versus shell-subregio's van deze kern waren duidelijk voor de verschillende geneesmiddelen. De geneesmiddelen verschilden ook in hun mate van DeltaFosB-inductie in dorsale striatum. Bovendien induceerden alle vier de geneesmiddelen DeltaFosB in de prefrontale cortex, met de grootste effecten waargenomen met cocaïne en ethanol, en alle geneesmiddelen veroorzaakten in een geringe mate deltaFosB in amygdala. Bovendien induceerden alle geneesmiddelen DeltaFosB in de hippocampus en, met uitzondering van ethanol, werd het grootste deel van deze inductie waargenomen in het dentaat. Lagere niveaus van DeltaFosB-inductie werden gezien in andere hersengebieden als reactie op een bepaalde medicamenteuze behandeling. Deze bevindingen leveren verder bewijs dat inductie van DeltaFosB in nucleus accumbens een veel voorkomende actie is van vrijwel alle drugs en dat, behalve nucleus accumbens, elk medicijn DeltaFosB induceert op een regiospecifieke manier in de hersenen..
INLEIDING
Acute blootstelling aan cocaïne veroorzaakt de transiënte inductie van de transcriptiefactoren c-Fos en FosB in striatale regio's (Graybiel et al., 1990; Hope et al., 1992; Young et al., 1991), terwijl chronische blootstelling aan de medicijnresultaten in de accumulatie van gestabiliseerde isovormen van AFosB, een ingekorte splicevariant van het fosB-gen (Hiroi et al., 1997; Hope et al., 1994; Moratalla et al., 1996; Nye et al., 1995). Eenmaal geïnduceerd, blijft ΔFosB in deze regio's gedurende meerdere weken aanwezig vanwege de ongewone stabiliteit van het eiwit. Meer recent onderzoek heeft aangetoond dat de stabiliteit van ΔFosB wordt gemedieerd door de afwezigheid van degron-domeinen die worden aangetroffen in de C-uiteinden van FosB van volledige lengte en alle andere Fos-familie-eiwitten (Carle et al., 2007) en door de fosforylering van ΔFosB bij zijn N -terminus (Ulery et al., 2006). Daarentegen verandert de toediening van chronisch medicijn de splitsing van fosB-premRNA in ΔfosB-mRNA noch de stabiliteit van het mRNA (Alibhai et al., 2007), wat verder aangeeft dat de accumulatie van ΔFosB-eiwit het overheersende betrokken mechanisme is.
Toenemende evidentie duidt erop dat ΔFosB-inductie in striatale regio's, in het bijzonder het ventrale striatum of nucleus accumbens, belangrijk is bij het bemiddelen van verslavingsaspecten. Overexpressie van ΔFosB in deze regio's van induceerbare bitransgene muizen, of via virale gemedieerde genoverdracht, verhoogt de gevoeligheid van een dier voor de locomotor-activerende en belonende effecten van cocaïne en van morfine, terwijl expressie van een dominante negatieve antagonist van ΔFosB (aangeduid als Δc- Jun) heeft de tegenovergestelde effecten (Kelz et al., 1999; McClung en Nestler, 2003; Peakman et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Van ΔFosB-overexpressie is ook aangetoond dat het de motivatie voor incentive voor cocaïne verhoogt (Colby et al., 2003). Bovendien wordt ΔFosB bij voorkeur geïnduceerd door cocaïne bij adolescente dieren, wat kan bijdragen aan hun verhoogde kwetsbaarheid voor verslaving (Ehrlich et al., 2002).
Ondanks dit bewijs blijven er belangrijke vragen over. Hoewel er is gemeld dat chronische toediening van verschillende andere drugs, waaronder amfetamine, methamfetamine, morfine, nicotine en fencyclidine, ΔFosB in striatale regio's induceert (Atkins et al., 1999; Ehrlich et al., 2002; McDaid et al. 2006b; Muller en Unterwald, 2005; Nye et al., 1995; Nye en Nestler, 1996; Pich et al. 1997; Zachariou et al., 2006), is er weinig of geen informatie beschikbaar over de werkingen van ethanol en AX9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC, het actieve ingrediënt in marihuana). Twee eerdere studies hebben aangetoond dat FosB-achtige immunoreactiviteit wordt geïnduceerd in hippocampus en bepaalde andere hersengebieden tijdens ethanolontwenning, maar het blijft onzeker of deze immunoreactiviteit AFFB of FosB van volledige lengte vertegenwoordigt (Bachtell et al., 1999; Beckmann et al., 1997 ). Studie van ethanol en (Δ9-THC zijn bijzonder belangrijk, omdat dit momenteel de twee meest gebruikte drugs zijn van misbruik in de VS (SAMHSA, 2005). Ofschoon is aangetoond dat stimulerende of opiaat drugs van misbruik ΔFosB induceren in bepaalde andere geïsoleerde hersengebieden, die naast nucleus accumbens en dorsale striatum, prefrontale cortex, amygdala, ventrale pallidum, ventrale tegmentale gebied en hippocampus omvatten (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1995; Perrotti et al., 2005), is er geen systematische mapping geweest van ΔFosB-inductie in de hersenen als reactie op chronische blootstelling aan geneesmiddelen.
Het doel van de huidige studie was om immunohistochemische procedures te gebruiken om de inductie van ΔFosB in de hersenen in kaart te brengen na chronische toediening van vier prototypen van misbruik: cocaïne, morfine, ethanol en Δ9-THC.
MATERIALEN EN METHODES
Dieren
Alle experimenten werden uitgevoerd met mannelijke Sprague Dawley-ratten (Charles River, Kingston, 250-275 g). Dieren werden twee per kooi gehuisvest en gewend aan de omstandigheden van de dierenkamer gedurende een week voordat de experimenten begonnen. Ze hadden vrije toegang tot voedsel en water. Experimenten werden uitgevoerd volgens protocollen beoordeeld door de Institutional Animal Care and Use Committee van de University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas.
Medicijnen
Chronische cocaïne
Ratten (n = 6 per groep) kregen tweemaal daags injecties met cocaïnehydrochloride (15 mg / kg ip; Nationaal Instituut voor drugsmisbruik, Bethesda, MD) opgelost in 0.9% zoutoplossing gedurende 14-dagen. Controleratten (n = 6 per groep) ontvingen ip-injecties met 0.9% zoutoplossing onder dezelfde chronische procedure. Alle injecties werden gegeven in de kooien van de dieren thuis. Van dit behandelingsregime is aangetoond dat het robuuste gedrags- en biochemische aanpassingen produceert (zie Hope et al., 1994).
Cocaïne zelftoediening
Dieren (n = 6 per groep) werden getraind om een hendel in te drukken voor een 45 mg sucrosekorrel. Na deze training werden de dieren ad libitum gevoed en chirurgisch geïmplanteerd onder pentobarbital anesthesie met een chronische jugularis katheter (Silastic tubing, Green Rubber, Woburn, MA) zoals eerder beschreven (Sutton et al., 2000). De katheter passeerde subcutaan om de rug te verlaten door een 22-gauge canule (Plastics One, Roanoke, VA), ingebed in cranioplastisch cement en vastgezet met Marlex chirurgisch gaas (Bard, Cranston, RI). Zelf-toediening werd uitgevoerd in operante testkamers (Med Associates, St. Alban, VT) die contextueel verschillend waren van de kooi van het dier thuis en zich in een andere kamer bevonden. Elke kamer was ingesloten in een geluiddempende cel uitgerust met een infusiepomp samenstel bestaande uit een Razel Model A pomp (Stamford, CT) en een 10 ml glazen spuit verbonden met een vloeistofwartel (Instech, Plymouth Meeting, PA) door Teflon slang . De Tygon-slang verbond de wartel met het kathetersamenstel van het dier en werd ingesloten door een metalen veer. Elke operante kamer bevatte twee hendels (4 × 2 cm2, 2 cm op de grond). Tijdens de zelftoedieningstraining leverde een enkele 20 g-hendelbediening op de actieve hendel een iv-infusie van cocaïne (0.5 mg / kg per 0.1 ml-infusie) over een 5-s infusie-interval. De infusie werd gevolgd door een 10-s time-outperiode, gedurende welke het huislicht was gedoofd en het reageren geen geprogrammeerde gevolgen had. De verlichting van het huislicht signaleerde het einde van de time-outperiode. Hendel indrukken op de inactieve hendel heeft geen gevolgen. Dieren die zichzelf cocaïne toedienen tijdens 14 dagelijkse 4-h-testsessies (6 dagen / week) tijdens hun donkere cyclus; gemiddelde dagelijkse inname was ~ 50 mg / kg. Een groep jukdieren werd op identieke wijze behandeld, alleen zij ontvingen cocaïne-infusies wanneer hun zelf-toedienende tegenhangers geneesmiddel ontvingen. Een groep zoute controledieren liet men persen voor zoutoplossinginfusies. Van dit behandelingsregime is aangetoond dat het robuuste gedrags- en biochemische aanpassingen produceert (zie Sutton et al., 2000).
Chronische morfine
Morfine pellets (elk bevattende 75 mg morfine base; National Institute on Drug Abuse) werden eenmaal per dag sc geïmplanteerd voor 5 dagen (n = 6). Controleratten ondergingen schijnoperaties gedurende opeenvolgende dagen van 5 (n = 6). Van dit behandelingsregime is aangetoond dat het robuuste gedrags- en biochemische aanpassingen produceert (zie Nye en Nestler, 1996).
Δ9-THC
AX9-THC werd opgelost in een 1: 1: 18-oplossing van ethanol, emulphor en zoutoplossing. Muizen werden tweemaal daags subcutaan ingespoten met AX9-THC, of vehikel voor 15-dagen. De aanvangsdosis van AX9-THC was 10 mg / kg en de dosis werd elke drie dagen verdubbeld tot de laatste dosis 160 mg / kg. We gebruikten muizen voor AX9-THC, omdat dit behandelingsregime robuuste gedrags- en biochemische aanpassingen bij deze soort heeft laten zien (Sim-Selley en Martin, 2002).
ethanol
Ethanol (uit 95% voorraad; Aaper, Shelbyville, KY) werd toegediend door middel van een qua voedingswaarde volledig vloeibaar dieet. Deze standaard dieetethanolprocedure omvat de toediening van 7% [gewicht / volume (wt / vol)] ethanol in een lactalbumine / dextrose-gebaseerd dieet voor 17-dagen, gedurende welke tijd ratten in het algemeen ethanol gebruiken bij 8-12 g / kg / dag en ethanolgehaltes in het bloed bereiken tot 200 mg / dl (Criswell en Breese, 1993; Frye et al., 1981; Knapp et al., 1998). Het voedingspatroon was qua voedingswaarde compleet (met concentraties van vitaminen, mineralen en andere voedingsstoffen die afkomstig zijn van ICN Research Diets en calorisch gebalanceerd (met dextrose) over met ethanol behandelde ratten en controleratten.Inhoudsaanpassing werd bereikt door de controledieet-behandelde ratten een volume dieet dat overeenkomt met de gemiddelde inname van de met etensrank behandelde ratten de dag ervoor Beide groepen bereikten gemakkelijk gewicht tijdens de ethanolblootstellingsperiode (niet getoond) Dit behandelingsregime heeft aangetoond robuuste gedrags- en biochemische aanpassingen te produceren (zie Knapp) et al., 1998).
immunohistochemie
Achttien tot 24 h na hun laatste behandeling werden de dieren diep geanesthetiseerd met chloraalhydraat (Sigma, St. Louis, MO) en intracardiaal geperfuseerd met 200 ml 10 mM fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS) gevolgd door 400 ml 4% paraformaldehyde in PBS. Hersenen werden verwijderd en overnacht bewaard in 4% paraformaldehyde bij 4 ° C. De volgende ochtend werden de hersenen overgebracht naar een 20% glycerol in 0.1 M PBS-oplossing voor cryobescherming. Coronale secties (40 μm) werden gesneden op een bevriezende microtoom (Leica, Bannockburn, IL) en vervolgens verwerkt voor immunohistochemie. AFosB en FosB immunoreactiviteiten werden gedetecteerd met behulp van twee verschillende konijnen polyklonale antisera. Eén antiserum, opgewekt tegen de FosB C-terminus dat afwezig is in ΔFosB (aa 317-334) herkent FOSB van volledige lengte, maar niet van ΔFosB (Perrotti et al., 2004). Het andere antiserum, een "pan-FosB" antilichaam, werd opgewekt tegen een inwendig gebied van FosB en herkent zowel FosB als AFosB (sc-48; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
FosB-achtige kleuring werd onthuld met behulp van de avidine-biotine peroxidase-complexmethode. Voor deze procedure werden hersencoupes eerst behandeld met 0.3% H2O2 om endogene peroxidasen te vernietigen en vervolgens geïncubeerd voor 1 h in 0.3% Triton X-100 en 3% normaal geitenserum om niet-specifieke labeling te minimaliseren. Weefselcoupes werden vervolgens een nacht bij kamertemperatuur geïncubeerd in 1% normaal geitenserum, 0.3% Triton X-100 en pan-FosB-antilichaam (1: 5000). Secties werden gewassen, geplaatst voor 1.5 h in 1: 200 verdunning van gebiotinyleerd geit-antirabbit immunoglobuline (DakoCytomation, Carpinteria, CA), gewassen en geplaatst voor 1.5 h in 1: 200 verdunning van avidine-biotine complex uit de Elite-kit (Vector Laboratories, Burlingame, CA). Peroxidase-activiteit werd gevisualiseerd door reactie met diaminobenzidine (Vector Laboratories). Gecodeerde glaasjes werden gebruikt om het aantal FosB-immunoreactieve cellen te tellen. De code werd niet verbroken totdat de analyse van een afzonderlijk experiment was voltooid.
Zodra FosB-achtige immunoreactiviteit werd gedetecteerd, werd dubbel fluorescerend labelen met het FosB-specifieke (C-uiteinde; 1: 500) antilichaam en pan-FosB antilichaam (sc-48; 1: 200) uitgevoerd om te bepalen of het geïnduceerde eiwit inderdaad aanwezig was. ΔFosB. Een gepubliceerd protocol werd gebruikt (Perrotti et al., 2005). De eiwitten werden gevisualiseerd met behulp van CY2 en CY3 fluorofoor-gelabelde secundaire antilichamen (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Lokalisatie van eiwitexpressie werd uitgevoerd op een confocale microscoop (Axiovert 100; LSM 510 met META-emissiegolflengten van 488, 543 en 633; Zeiss, Thornwood, NY). De hier gepresenteerde afbeeldingen zijn vastgelegd op dit systeem en vertegenwoordigen een 1 μm-dikke doorsnede door een Z-vlak.
statistische analyse
Significante inductie van ΔFosB + -cellen werd beoordeeld met behulp van t-tests of eenrichtings-ANOVA's gevolgd door de Newman-Keuls-test als post-hocanalyse. Alle analyses zijn gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen. Gegevens worden uitgedrukt als gemiddelde ± SEM. Statistische significantie werd gedefinieerd als P <0.05.
RESULTATEN
Inductie van ΔFosB in de hersenen
Om de patronen van ΔFosB-inductie in hersenen direct te vergelijken als reactie op verschillende typen drugsgebruik, hebben we vier prototypische geneesmiddelen, cocaïne, morfine, ethanol en Δ9-THC toegediend en ΔFosB-expressie 18-24 h onderzocht na de laatste blootstelling aan geneesmiddelen . We gebruikten standaard behandelschema's voor geneesmiddelen, waarvan in de literatuur is aangetoond dat ze gedrags- en biochemische gevolgen van chronische blootstelling aan drugs veroorzaken (zie de paragraaf Materialen en methoden). Niveaus van ΔFosB werden gekwantificeerd door immunohistochemie, met een focus op gebieden van de middenhersenen en de voorhersenen die betrokken zijn bij drugsbeloning en -verslaving. Deze fijne afbeelding van ΔFosB-inductie werd uitgevoerd met een pan-FosB-antilichaam, dat zowel ΔFosB als FosB van volledige lengte herkent. We weten echter dat alle waargenomen immunoreactiviteit voor elk van de geneesmiddelen uitsluitend te wijten is aan ΔFosB, omdat een antilichaam dat selectief is voor FOSB van volledige lengte (zie de sectie Materiaal en methoden) geen positieve cellen detecteerde. Bovendien ging alle immunoreactiviteit gedetecteerd door het pan-FosB-antilichaam verloren in fosB-knock-outmuizen, hetgeen de specificiteit van dit antilichaam voor fosB-genproducten bevestigt in tegenstelling tot andere Fos-familie-eiwitten. Deze controles worden getoond voor cocaïne in figuur 1, maar werden ook voor alle andere geneesmiddelen waargenomen (niet getoond). Deze bevindingen zijn niet verrassend, omdat bij het 18-24 h-tijdpunt dat in deze studie wordt gebruikt, verwacht wordt dat alle FOSB van volledige lengte, geïnduceerd door de laatste geneesmiddeltoediening, degradeert, waardoor de meer stabiele ΔFosB als het enige fosB-gen overblijft resterende product (zie Chen et al., 1995; Hope et al., 1994).
Fig 1
Dubbel-labeling fluorescentie-immunohistochemie met behulp van het anti-FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) of anti-FosB (C-terminus) antilichaam door de nucleus accumbens van dieren die zijn behandeld met acute of chronische cocaïne en een controlerat. Het pan-FosB-antilichaam kleurt (meer ...)
Een samenvatting van de algehele bevindingen van deze studie wordt gegeven in Tabel I. Elk van de vier geneesmiddelen bleek significant FMFB in de hersenen te induceren, hoewel met gedeeltelijk verschillende patronen van inductie voor elk medicijn werd waargenomen.
Tabel I
Inductie van ΔFosB in de hersenen door drugsgebruik
Inductie van ΔFosB in striatale regio's
De meest dramatische inductie van ΔFosB werd gezien in de nucleus accumbens en het dorsale striatum (caudaat / putamen), waar alle vier de geneesmiddelen het eiwit induceerden (Fig. 2-Fig. 4). Dit wordt kwantitatief getoond in figuur 5. ΔFosB-inductie werd gezien in zowel de kern- als de shell-subregio's van de nucleus accumbens, met marginaal meer inductie in de kern voor de meeste geneesmiddelen. Robuuste inductie van AFosB werd ook waargenomen in het dorsale striatum voor de meeste geneesmiddelen. Een uitzondering was Δ9-THC, die ΔFosB in de nucleus accumbens omhulling of dorsale striatum niet significant induceerde ondanks sterke trends (zie figuur 4, tabel I). Interessant genoeg produceerde ethanol de grootste inductie van AFosB in de nucleus accumbens-kern in vergelijking met de andere behandelingen.
Fig 2
Inductie van ΔFosB in de nucleus accumbens van de rat bij een controlerat (A) of na chronische behandeling met ethanol (B), morfine (C) of cocaïne (D). Niveaus van FosB-achtige immunoreactiviteit werden geanalyseerd door immunohistochemie met behulp van een pan-FosB-antilichaam. (meer …)
Fig 4
Inductie van ΔFosB in muizenhersenen na chronische Δ9-THC-behandeling. Niveaus van FosB-achtige immunoreactiviteit werden geanalyseerd door immunohistochemie met behulp van een pan-FosB-antilichaam in controledieren (A, C, E) en chronische Δ9-THC (B, D, F) dieren. Opmerking (meer ...)
Fig 5
Kwantificering van ΔFosB-inductie in striatale regio's na chronische morfine-, Δ9-THC-, ethanol- en cocaïnebehandelingen. De staafdiagrammen tonen het gemiddelde aantal ΔFosB + -cellen bij controledieren en bij dieren die aan chronische morfine zijn onderworpen, (meer…)
Inductie van ΔFosB door vrijwillige versus gedwongen blootstelling aan drugs
Gezien de dramatische inductie van ΔFosB in striatale regio's, waren we geïnteresseerd in het bepalen of het vermogen van een medicijn om het eiwit in deze regio's te induceren varieerde als een functie van volitional versus gedwongen blootstelling aan drugs. Om deze vraag aan te pakken, hebben we een groep ratten bestudeerd die zelf XAUMX-dagen cocaïne toedienden en IFosB-inductie bij deze dieren vergeleken met degenen die jukte infusies van cocaïne kregen en die die alleen saline kregen. Zoals te zien is in figuur 14, induceerde zelf toegediend cocaïne robuust AFosB in de nucleus accumbens (zowel de kern- als de shell-subregio's) en dorsale striatum, waarbij equivalente niveaus van inductie werden waargenomen voor zelf toegediend versus gecoördineerd juk-medicijn. De mate van ΔFosB-inductie die werd waargenomen in deze twee groepen dieren was groter dan die werd gezien met ip-injecties van cocaïne (zie figuur 6), waarschijnlijk als gevolg van de veel grotere hoeveelheden cocaïne in het zelftoedieningsexperiment (dagelijkse doses: 5 mg / kg iv versus 50 mg / kg ip).
Fig 6
Kwantificering van ΔFosB-inductie in striatale regio's na chronische zelftoediening door cocaïne. De staafdiagrammen tonen het gemiddelde aantal ΔFosB + -cellen bij controledieren en bij dieren die de cocaïnebehandeling hebben ondergaan, in de kern en (meer ...)
Inductie van ΔFosB in andere hersengebieden
Afgezien van het striatale complex, veroorzaakte chronische toediening van drugs van misbruik ΔFosB in verschillende andere hersengebieden (zie tabel I). We moeten benadrukken dat de gegevens in tabel I semikwantitatief zijn en geen nauwkeurige kwantificering van ΔFosB-inductie vertegenwoordigen, zoals uitgevoerd voor striatale regio's (figuur 5 en figuur 6). Desalniettemin zijn we zeker van ΔFosB-inductie in deze niet-striatale regio's: ΔFosB is vrijwel niet detecteerbaar in deze regio's onder basale omstandigheden, zodat de consistente detectie van ΔFosB na chronische blootstelling aan geneesmiddelen statistisch significant is (P <0.05, 2 bij χXNUMX).
Robuuste inductie door alle geneesmiddelen werd gezien in de prefrontale cortex, waarbij morfine en ethanol de sterkste effecten in de meeste lagen lijken te produceren (Fig. 4 en Fig. 7). Alle vier de geneesmiddelen veroorzaakten ook lage niveaus van AFosB-inductie in de bedkern van de stria-terminale (BNST), de interstitiële kern van de achterste ledemaat van de voorste commissuur (IPAC) en door het gehele amygdala-complex (Fig. 8). Bijkomende effecten, specifiek voor bepaalde geneesmiddelen, werden ook waargenomen. Cocaïne en ethanol, maar geen morfine of Δ9-THC, leken lage niveaus van ΔFosB te induceren in het laterale septum, zonder inductie te zien in het mediale septum. Alle geneesmiddelen induceerden ΔFosB in de hippocampus en, met uitzondering van ethanol, werd het grootste deel van deze inductie waargenomen in de dentate gyrus (tabel I en afbeelding 9). Daarentegen induceerde ethanol zeer weinig AFosB in dentate gyrus en in plaats daarvan induceerde het hoge niveaus van het eiwit in de CA3-CA1 subvelden. Cocaïne, morfine en ethanol, maar geen Δ9-THC, veroorzaakten lage niveaus van inductie van ΔFosB in het periaqueductale grijs, terwijl alleen door cocaïne geïnduceerde ΔFosB in het ventrale tegmentale gebied, zonder inductie werd waargenomen in de sub-stantia nigra (zie tabel I) ).
Fig 7
Inductie van ΔFosB in de prefrontale cortex bij een controlerat (A) of na chronische behandeling met ethanol (B), morfine (C) of cocaïne (D). Niveaus van FosB-achtige immunoreactiviteit werden geanalyseerd door immunohistochemie met behulp van een pan-FosB-antilichaam. Etikettering (meer…)
Fig 8
Inductie van ΔFosB in de basale laterale en centrale mediale kernen van de amygdala van een controlerat (A) of bij ratten die chronische behandelingen met ethanol (B), morfine (C) of cocaïne (D) kregen. Niveaus van FosB-achtige immunoreactiviteit werden geanalyseerd door immunohistochemie (meer ...)
Fig 9
Inductie van ΔFosB in de hippocampus van een controlerat (A) of bij ratten die chronische behandelingen met ethanol (B), morfine (C) of cocaïne (D) kregen. Niveaus van FosB-achtige immunoreactiviteit werden geanalyseerd door immunohistochemie met behulp van een pan-FosB-antilichaam. Etikettering (meer…)
DISCUSSIE
Talrijke studies hebben aangetoond dat chronische toediening van verschillende soorten drugs, waaronder cocaïne, amfetamine, methamfetamine, morfine, nicotine en fencyclidine, de transcriptiefactor, ΔFosB, in nucleus accumbens en dorsale striatum induceert. (zie Introductie voor referenties, besproken in McClung et al., 2004; Nestler et al., 2001). Inductie van ΔFosB in striatale regio's is ook waargenomen na chronisch gebruik van natuurlijke beloningen, zoals wielrennen (Werme et al., 2002). Bovendien zijn er verschillende meldingen geweest van lagere niveaus van ΔFosB-inductie in bepaalde andere hersenregio's, waaronder prefrontale cortex, amygdala, ventrale pallidum, ventrale tegmentale gebied en hippocampus (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1996; Perrotti et al., 2005), in reactie op enkele van deze drugs van misbruik, is er echter nooit een systematische afbeelding van geneesmiddelinductie van AFosB in de hersenen geweest. Bovendien zijn, ondanks het onderzoek naar de meeste drugsmisbruik, twee van de meest misbruikte stoffen, ethanol en Δ9-THC, tot op heden niet onderzocht op hun vermogen om ΔFosB te induceren. Het doel van de huidige studie was om een initiële afbeelding van ΔFosB in de hersenen uit te voeren als reactie op chronische toediening van vier prototypen van misbruik: cocaïne, morfine, ethanol en Δ9-THC.
De belangrijkste bevindingen van onze studie zijn dat ethanol en Δ9-THC, net als alle andere drugsmisbruiken, hoge niveaus van ΔFosB veroorzaken in het striatale complex. Deze resultaten vestigen verder ΔFosB-inductie in deze regio's als een algemene, chronische aanpassing aan vrijwel alle drugs van misbruik (McClung et al., 2004). Het patroon van inductie binnen het striatale complex verschilde enigszins voor de verschillende geneesmiddelen. Alle robuust geïnduceerde ΔFosB in de nucleus accumbens-kern, terwijl alle geneesmiddelen -met uitzondering van Δ9-THC-ΔFosB in de nucleus accumbens-schaal en het dorsale striatum significant induceerden, en er waren sterke trends voor Δ9-THC om vergelijkbare effecten te produceren in deze laatste regio's. De nucleus accumbens-kern en schaal zijn belangrijke hersenbeloningsregio's, waarvan is aangetoond dat ze cruciale bemiddelaars zijn van de lonende acties van drugsmisbruik. Evenzo is het dorsale striatum gerelateerd aan de dwangmatige of gewoonte-achtige aard van drugsgebruik (Vanderschuren et al., 2005). Inderdaad is aangetoond dat inductie van ΔFosB in deze regio's de lonende reacties op cocaïne en morfine verhoogt, en ook de reacties op natuurlijke beloningen, zoals wielloopgedrag en voedselinname, verhoogt (Colby et al., 2003; Kelz et al., 1999; Olausson et al., 2006; Peakman et al., 2003; Werme et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Verder onderzoek is nodig om te bepalen of ΔFosB-inductie in deze regio's vergelijkbare functionele aanpassingen met zich meebrengt in de gevoeligheid van een individu voor de belonende effecten van andere drugsmisbruik.
Inductie van ΔFosB in striatale regio's is geen functie van de instroom van het geneesmiddel. We toonden dus aan dat zelftoediening van cocaïne dezelfde graad van ΔFosB induceerde in nucleus accumbens en dorsale striatum zoals waargenomen bij dieren die equivalente, jukte injecties van het medicijn ontvingen. Deze resultaten tonen aan dat AFosB-inductie in striatum een farmacologische werking van drugs van misbruik vertegenwoordigt, onafhankelijk van de controle van een dier over de blootstelling van het geneesmiddel. In opvallend contrast hebben we onlangs aangetoond dat zelftoediening van cocaïne een aantal malen hogere niveaus van ΔFosB induceert in de orbitofrontale cortex vergeleken met de gecoate cocaïnetoediening (Winstanley et al., 2007). Dit effect was specifiek voor de orbitofrontale cortex, omdat equivalente niveaus van ΔFosB-inductie werden gezien in de prefrontale cortex onder deze twee behandelingsomstandigheden. Alhoewel ΔFosB-inductie niet gerelateerd is aan volitional-controle over medicijninname in striatale regio's, lijkt het te worden beïnvloed door dergelijke motivationele factoren in bepaalde hogere corticale centra.
We presenteren ook semikwantitatieve gegevens dat alle vier drugsmisbruik ΔFosB in verschillende hersenregio's buiten het striatale complex induceren, hoewel in het algemeen in mindere mate. Deze andere hersengebieden omvatten de prefrontale cortex, amygdala, IPAC, BNST en hippocampus. Geneesmiddelinductie van ΔFosB in de prefrontale cortex en de hippocampus kan gerelateerd zijn aan enkele van de effecten van drugsmisbruik op cognitieve prestaties, hoewel dit nog niet direct onderzocht moet worden. De amygdala, IPAC en BNST zijn allemaal betrokken bij het reguleren van de reacties van een individu op aversieve stimuli. Dit verhoogt de mogelijkheid dat ΔFosB-inductie in deze regio's na chronische toediening van een medicijn van misbruik medicijnregulatie van emotioneel gedrag tot ver boven de beloning medieert. Het zal interessant zijn om deze mogelijkheden in toekomstige onderzoeken te onderzoeken.
De vier geneesmiddelen voor misbruik die hier werden bestudeerd, produceerden ook enkele medicijnspecifieke effecten. Cocaïne heeft op unieke wijze ΔFosB in het ventrale tegmentale gebied geïnduceerd, zoals eerder gemeld (Perrotti et al., 2005). Op dezelfde manier induceerden cocaïne en ethanol lage niveaus van ΔFosB in het laterale septum. Δ9-THC was uniek voor minder dramatische effecten op ΔFosB-inductie, vergeleken met andere drugsmisbruik, in de nucleus accumbens-schaal en dorsale striatum, zoals eerder vermeld. Δ9-THC was ook uniek omdat chronische blootstelling aan dit medicijn, in tegenstelling tot alle andere, geen lage niveaus van ΔFosB induceerde in het periaqueductale grijs. Gezien de rol van de hippocampus en het septum in de cognitieve functie en de rol van deze regio's, evenals het periaqueductale grijs bij het reguleren van de reacties van een dier op stressvolle situaties, zou regionale en medicijnspecifieke inductie van ΔFosB in deze regio's belangrijke aspecten van drugsactie op de hersenen.
Samengevat, is ΔFosB-inductie in striatale hersenbeloningsregio's op grote schaal aangetoond als een gedeelde chronische aanpassing aan drugs van misbruik. We hebben dit idee uitgebreid door hier te laten zien dat twee extra en veel misbruikte geneesmiddelen, ethanol en Δ9-THC, ook ΔFosB in deze hersengebieden induceren. We identificeren ook verschillende andere hersengebieden, betrokken bij de cognitieve functie en stressreacties, die verschillende gradaties van ΔFosB-inductie vertonen als reactie op chronische blootstelling aan geneesmiddelen. Sommige van deze reacties, zoals de inductie van ΔFosB in striatale regio's, komen vaak voor bij alle hier onderzochte geneesmiddelen voor misbruik, terwijl reacties in andere hersengebieden meer specifiek voor geneesmiddelen zijn. Deze bevindingen zullen nu toekomstige onderzoeken aansturen om de rol van ΔFosB-inductie in deze andere hersengebieden te karakteriseren. Ze helpen ook het potentiële nut van antagonisten van AFosB te definiëren als een algemene behandeling voor drugsverslaafden.
Fig 3
Inductie van ΔFosB in het caudate putamen van de rat bij een controlerat (A) of na chronische behandeling met ethanol (B), morfine (C) of cocaïne (D). Niveaus van FosB-achtige immunoreactiviteit werden geanalyseerd door immunohistochemie met behulp van een pan-FosB-antilichaam. (meer …)
Dankwoord
Sponsor van contractsubsidie: Nationaal Instituut voor Drugsmisbruik.
REFERENTIES
1. Alibhai IN, Green TA, Nestler EJ. Regulering van de mRNA-expressie van fosB en ΔfosB: in vivo en in vitro studies. Brain Res. 2007, 11: 4322-4333.
2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Gebiedsspecifieke inductie van AFosB door herhaalde toediening van typische versus atypische antipsychotica. Synapse. 1999, 33:. 118-128 [PubMed]
3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. Alcoholgebruik produceert hersengebied-selectieve veranderingen in expressie van induceerbare transcriptiefactoren. Brain Res. 1999, 847:. 157-165 [PubMed]
4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. AP-1 en Egr DNA-bindende activiteiten zijn toegenomen in het brein van de rat tijdens het onttrekken van ethanol. J Neurochem. 1997, 69:. 306-314 [PubMed]
5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteasoomafhankelijke en onafhankelijke mechanismen voor destabilisatie van FosB: identificatie van FosB-degron-domeinen en implicaties voor ΔFosB-stabiliteit. Eur J Neurosci. 2007, 25:. 3009-3019 [PubMed]
6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hope BT, Nestler EJ. Regulatie van ΔFosB en FosB-achtige eiwitten door behandelingen met elektroconvulsieve aanvallen (ECS) en cocaïne. Mol Pharmacol. 1995, 48:. 880-889 [PubMed]
7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB verbetert de stimulans voor cocaïne. J Neurosci. 2003, 23:. 2488-2493 [PubMed]
8. Criswell HE, Breese GR. Vergelijkbare effecten van ethanol en flumazenil op de verwerving van een shuttle-boxvermijdingsrespons tijdens ontwenning van behandeling met chronische ethanol. Br J Pharmacol. 1993, 110: 753-760. [PMC gratis artikel] [PubMed]
9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Periadolescente muizen vertonen verhoogde ΔFosB-opregulatie als reactie op cocaïne en amfetamine. J Neurosci. 2002, 22:. 9155-9159 [PubMed]
10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Effecten van acute en chronische behandeling met 1,3-butaandiol op de werking van het centrale zenuwstelsel: een vergelijking met ethanol. J Pharmacol Exp Ther. 1981, 216:. 306-314 [PubMed]
11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. Amfetamine en cocaïne induceren drug-specifieke activering van het c-fos-gen in strio-sommige-matrixcompartimenten en limbische onderverdelingen van het striatum. Proc Natl Acad Sci USA. 1990, 87: 6912-6916. [PMC gratis artikel] [PubMed]
12. Hiroi N, Brown J, Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. FosB-mutante muizen: Verlies van chronische cocaïne-inductie van Fos-gerelateerde eiwitten en verhoogde gevoeligheid voor cocaïne's psychomotorische en belonende effecten. Proc Natl Acad Sci USA. 1997, 94: 10397-10402. [PMC gratis artikel] [PubMed]
13. Hope BT, 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]
14. 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]
15. Kelz MB, Chen JS, Carlezon WA, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch R, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ . Expressie van de transcriptiefactor ΔFosB in de hersenen regelt de gevoeligheid voor cocaïne. Natuur. 1999, 401:. 272-276 [PubMed]
16. Knapp DJ, Duncan GE, Crews FT, Breese GR. Inductie van Fos-achtige eiwitten en ultrasone vocalisaties tijdens intrekking van ethanol: verder bewijs voor door terugkomst veroorzaakte angst. Alcohol Clin Exp Res. 1998, 22:. 481-493 [PubMed]
17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. Micro-injectie van M (5) muscarinereceptor antisense oligonucleotide in VTA remt FosB-expressie in het NAc en de hippocampus van heroïne-gesensibiliseerde ratten. Neurosci Bull. 2007, 23:. 1-8 [PubMed]
18. McClung CA, Nestler EJ. Regulatie van genexpressie en cocaïnebeloning door CREB en ΔFosB. Nat Neurosci. 2003, 6:. 1208-1215 [PubMed]
19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: een moleculaire schakelaar voor langdurige aanpassing in de hersenen. Mol Brain Res. 2004, 132:. 146-154 [PubMed]
20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, Napier TC. Veranderingen in accumaal en pallidal pCREB en ΔFosB in morfine-gesensitiseerde ratten: correlaties met receptor-opgewekte elektrofysiologische metingen in het ventrale pallidum. Neuropsychopharmacology. 2006a; 31: 1212-1226. [PMC gratis artikel] [PubMed]
21. McDaid J, Graham MP, Napier TC. Methamphetamine-geïnduceerde sensitisatie verandert op een verschillende manier pCREB en Δ-FosB in het gehele limbische circuit van de hersenen van zoogdieren. Mol Pharmacol. 2006b; 70:. 2064-2074 [PubMed]
22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Veranderingen op netwerkniveau in de expressie van induceerbare Fos-Jun-eiwitten in het striatum tijdens chronische cocaïnebehandeling en -ontwenning. Neuron. 1996, 17:. 147-156 [PubMed]
23. Muller DL, Unterwald EM. D1-dopaminereceptoren moduleren ΔFosB-inductie in rattenstriatum na intermitterende toediening van morfine. J Pharmacol Exp Ther. 2005, 314:. 148-154 [PubMed]
24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: een aanhoudende moleculaire switch voor verslaving. Proc Natl Acad Sci USA. 2001, 98: 11042-11046. [PMC gratis artikel] [PubMed]
25. Nye HE, Nestler EJ. Inductie van chronische Fos-gerelateerde antigenen in de hersenen van ratten door toediening van chronische morfine. Mol Pharmacol. 1996, 49:. 636-645 [PubMed]
26. Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmacologische studies van de regulatie door cocaïne van chronische Fra (Fos-gerelateerd antigeen) inductie in het striatum en nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995, 275:. 1671-1680 [PubMed]
27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R, Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB in de nucleus accumbens reguleert voedselversterkt instrumentaal gedrag en motivatie. J Neurosci. 2006, 26:. 9196-9204 [PubMed]
28. Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, Stock JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Induceerbare, hersenregio-specifieke expressie van een dominante negatieve mutant van c-Jun in transgene muizen verlaagt de gevoeligheid voor cocaïne. Brain Res. 2003, 970:. 73-86 [PubMed]
29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Inductie van ΔFosB in beloningsgerelateerde hersenstructuren na chronische stress. J Neurosci. 2004, 24:. 10594-10602 [PubMed]
30. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S, Ulery PG, Wallace D, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. ΔFosB stapelt zich op in een GABAergische celpopulatie in de achterstaart van het ventrale tegmentale gebied na behandeling met psychostimulantia. Eur J Neurosci. 2005, 21:. 2817-2824 [PubMed]
31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Gemeenschappelijke neurale substraten voor de verslavende eigenschappen van nicotine en cocaïne. Wetenschap. 1997, 275:. 83-86 [PubMed]
32. SAMHSA. O. o. A. Studies, National Clearinghouse for Alcohol and Drug Information. Rockville, MD: NSDUH-serie H-28; 2005. Resultaten van de Nationale enquête van 2004 over drugsgebruik en gezondheid: nationale bevindingen.
33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Effect van chronische toediening van R - (+) - [2,3-dihydro-5-methyl-3 - [(morfolinyl) methyl] pyrrolo [1,2, 3-de] -1,4-b-enzoxazinyl] - (1-naftalenyl) methanon-mesylaat (WIN55,212-2) of delta (9) -tetrahydrocannabinol op aanpassing van de cannabinoïde receptor bij muizen. J Pharmacol Exp Ther. 2002, 303: 36-44. [PMC gratis artikel] [PubMed]
34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Factoren die een neiging tot cocaïnetransportgedrag bepalen tijdens onthouding bij ratten. Neuropsychopharmacology. 2000, 22:. 626-641 [PubMed]
35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Regulatie van ΔFosB-stabiliteit door fosforylering. J Neurosci. 2006, 26:. 5131-5142 [PubMed]
36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Betrokkenheid van het dorsale striatum bij cue-controlled cocaïne zoeken. J Neurosci. 2005, 25:. 8665-8670 [PubMed]
37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB regelt het wielrennen. J Neurosci. 2002, 22:. 8133-8138 [PubMed]
38. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DEH, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone FJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. ΔFosB-inductie in orbitofrontale cortex medieert tolerantie voor door cocaïne geïnduceerde cognitieve stoornissen. J Neurosci. 2007, 27:. 10497-10507 [PubMed]
39. Young ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. Cocaïne induceert striatale c-fos-immunoreactieve eiwitten via dopaminerge D1-receptoren. Proc Natl Acad Sci USA. 1991, 88: 1291-1295. [PMC gratis artikel] [PubMed]
40. 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. ΔFosB: een essentiële rol voor ΔFosB in de nucleus accumbens in morfineactie. Nat Neurosci. 2006, 9:. 205-211 [PubMed]
;
