Overexpressie van DeltaFosB in nucleus accumbens bootst het fenotype van beschermende verslaving na, maar niet het beschermende depressie-fenotype van omgevingsverrijking (2014)

Front Behav Neurosci. 2014; 8: 297.

Online gepubliceerd Aug 29, 2014. doi:  10.3389 / fnbeh.2014.00297

PMCID: PMC4148937

Abstract

Verrijking van de omgeving produceert beschermende verslaving en depressieve fenotypen bij ratten. ΔFosB is een transcriptiefactor die de beloning in de hersenen reguleert en wordt veroorzaakt door psychologische stress en door misbruik drugs. De rol die ΔFosB speelt in de beschermende fenotypen van omgevingsverrijking is echter nog niet goed bestudeerd. Hier tonen we aan dat AFosB differentieel wordt gereguleerd bij ratten die worden gefokt in een geïsoleerde toestand (IC) in vergelijking met die in een verrijkte toestand (EC) in reactie op beperkende stress of cocaïne.

Chronische stress of chronische cocaïnebehandeling verhoogt elk de ΔFosB-eiwitniveaus in de nucleus accumbens (NAc) van IC-ratten, maar niet van EC-ratten als gevolg van een reeds verhoogde basale accumulatie van ΔFosB, gezien onder EC-condities.

Virale gemedieerde overexpressie van ΔFosB in de NAc-schaal van ratten die in paren zijn gehuisvest (dwz onafhankelijk van omgevingsverrijking / isolatie) verhoogt operant die reageert op sucrose wanneer gemotiveerd door honger, maar vermindert het reageren in verzadigde dieren. Bovendien verlaagt ÓFosB-overexpressie de zelftoediening door cocaïne, verhoogt het het uitsterven van cocaïne zoeken en verlaagt door cocaïne geïnduceerde herstel van intraveneuze cocaïne zelftoediening; alle gedrags-bevindingen consistent met het verrijkingsfenotype.

Daarentegen veranderde ΔFosB-overexpressie de responsen van in paren ondergebrachte ratten niet in verschillende tests van aan angst en depressie gerelateerd gedrag.

Dus ΔFosB in de NAc schaal nabootsers het fenotype van beschermende verslaving, maar niet het beschermende depressie-fenotype van omgevingsverrijking.

sleutelwoorden: [Increment]FosB, omgevingsverrijking, depressie, cocaïne zelftoediening, adeno-geassocieerd virus (AAV), overexpressie

Introductie

Levenservaring, vooral in de vroege stadia van het leven, heeft een diepgaande invloed op het gedrag van dieren gedurende het hele leven. Omgeving speelt een essentiële rol in de kwetsbaarheid en weerstand tegen psychische stoornissen bij de mens (Elisei et al., 2013; Akdeniz et al., 2014; Kato en Iwamoto, 2014; van Winkel et al., 2014). In knaagdiermodellen werd gemeld dat het leven in een verrijkte omgeving vanaf het spenen tot aan de jongvolwassenheid beschermende verslaving en depressiefenotypen produceerde. (Green et al., 2002, 2003, 2010; Laviola et al., 2008; Solinas et al., 2008, 2009; El Rawas et al., 2009; Thiel et al., 2009, 2010). In dit paradigma worden dieren ingedeeld in ofwel een verrijkte aandoening (EC) waarin dieren in een groep worden gehuisvest en dagelijks toegang hebben tot nieuwe objecten of een geïsoleerde toestand (IC) waarin dieren enkelstaand zijn zonder nieuwheid of sociaal contact. Dieren die worden gefokt in de verrijkte toestand, waaronder sociaal contact, lichaamsbeweging en nieuwheid, vertonen minder versterking en zoeken naar cocaïne of amfetamine in het intraveneuze geneesmiddel-zelftoedieningsmodel (Green et al., 2002, 2010). Naast het verslavingsfenotype produceert een dergelijke blootstelling aan verrijking een antidepressivum-achtig effect in diermodellen van depressie (Green et al., 2010; Jha et al., 2011). In het bijzonder vertonen verrijkte dieren een afgenomen anhedonie-achtig gedrag in de sucrose-voorkeurstest, minder sociale terugtrekking in een sociale interactietest en minder immobiliteit bij de geforceerde zwemtest (FST). Ondanks de anti-verslaving en antidepressivum-achtige effecten van verrijking, blijven de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze beschermende fenotypen van omgevingsverrijking onvolledig begrepen, hoewel ons eerdere onderzoek een rol heeft geïmpliceerd voor verminderde activiteit van de transcriptiefactor, CREB, in de nucleus accumbens (NAc) ) bij het bemiddelen van enkele van de effecten van omgevingsverrijking (Green et al., 2010; Larson et al., 2011). Het doel van deze differentiële opfokstudies is dus om een ​​basale wetenschappelijke benadering te gebruiken om moleculaire mechanismen van veerkracht te identificeren die later naar de kliniek kunnen worden vertaald. Deze benadering is het ecologische equivalent van algemeen aanvaarde genetische strategieën, zoals selectief fokken (McBride et al., 2014).

Hier richten we ons op een andere transcriptiefactor, ΔFosB, die op prominente wijze wordt geïnduceerd in het NAc door bepaalde vormen van stress of door vrijwel alle drugs van misbruik, waaronder cocaïne, morfine, alcohol, nicotine en amfetamine (Hope et al., 1992; Kelz en Nestler, 2000; Perrotti et al., 2004, 2008). Als een transcriptiefactor dimeert ΔFosB met Jun-familie-eiwitten, bij voorkeur JunD, om een ​​actief AP-1-complex te vormen dat zich bindt aan het AP-1-responselement om de transcriptie van zijn doelgenen te versterken of te onderdrukken (Nestler, 2001), hoewel nieuw onderzoek suggereert dat ΔFosB ook kan werken als een homodimer (Wang et al., 2012). Het ΔFosB-eiwit is een ingekorte splitsingsvariantie van de FosB gen, waardoor het ΔFosB-eiwit twee C-terminale degron-domeinen mist, waardoor het ΔFosB-eiwit wordt belemmerd door de snelle afbraak die wordt waargenomen met FosB en alle andere eiwitten van de Fos-familie. Omdat ΔFosB buitengewoon stabiel is in het NAc, werkt ΔFosB heel anders in reactie op acute versus chronische stimuli in vergelijking met andere Fos-eiwitten. Bij herhaalde blootstelling aan drugs van misbruik of stress accumuleert ΔFosB-eiwit geleidelijk en blijft het dagen tot weken bestaan, terwijl FosB en andere Fos-eiwitten slechts gedurende een korte tijd (uren) worden geïnduceerd en een verzwakte inductie ontwikkelen bij een daaropvolgende blootstelling (Nestler et al., 2001; Nestler, 2008).

Het belang van ΔFosB is niet alleen dat het sterk wordt geïnduceerd door drugs van misbruik en stress, maar dat manipulatie van ΔFosB in de hersenen heeft aangetoond het gedrag van dieren te beïnvloeden. Selectief induceren van ΔFosB in de dynorfine medium stekelige neuronen in volwassen muizen verhoogt de motorische gevoeligheid in reactie op acute en herhaalde cocaïne, evenals de lonende reacties op cocaïne in het geconditioneerde plaatsvoorkeurparadigma en versterking in het zelf-toedieningsparadigma (Kelz et al., 1999; Kelz en Nestler, 2000; Colby et al., 2003).

Hoewel de beschermende verslaving en depressiefenotypen in detail zijn beschreven voor met milieu verrijkte ratten, is een mogelijke rol voor ΔFosB bij het mediëren van deze beschermende fenotypen niet volledig geëvalueerd. Eerdere studies van omgevingsverrijking hebben aangetoond dat, vergeleken met de standaardomgeving (SE), een verrijkte omgeving de basale ΔFosB-niveaus verhoogt in zowel D1 als D2 middelgrote stekelige neuronen van striatale gebieden in muizen (Solinas et al., 2009; Lobo et al., 2013). Bovendien vertoonden verrijkte Wistar-ratten verhoogde ΔFosB-positieve cellen in de NAc en prefrontale cortex in vergelijking met SE-ratten, wat wijst op een mogelijke rol van ΔFosB in het fenotype van de beschermende verslaving aan nicotine (Venebra-Muñoz et al., 2014). Bovendien verhoogt de overexpressie van ΔFosB in het striatum van de muizen het dagelijkse wielrennen, wat analoog kan zijn aan de verhoogde activiteit van ratten in een verrijkte omgeving (Werme et al., 2002).

In de huidige studie veronderstelden we dat: (1) omgevingsverrijking de accumulatie van basale ΔFosB-niveaus in het NAc zou verhogen; en (2) deze accumulatie van ΔFosB zou bijdragen aan de beschermende effecten van omgevingsverrijking.

materialen en methodes

Dieren

Voor milieuverrijking werden mannelijke Sprague-Dawley-ratten (Harlan, Houston, TX, VS) willekeurig toegewezen aan EC- of IC-behuizing vanaf de dag na de geboorte 21 tot dag 51. EC-ratten werden in een groep gehuisvest (20 per kooi) in een grote metalen kooi (70 × 70 × 70 cm) met verschillende hard plastic voorwerpen (kinderspeelgoed, plastic containers, PVC-buizen, enz.). Deze objecten werden vervangen door nieuwe objecten en dagelijks herschikt in een nieuwe configuratie. IC-ratten werden afzonderlijk gehuisvest in standaard polycarbonaat kooien. Ratten bleven in deze omstandigheden gedurende de experimenten en alle gedragstesten en biochemische testen begonnen na 51-dagen (dwz, ten minste 30 dagen van verrijking / isolatie). Voor de overexpressie van ΔFosB werden mannelijke Sprague-Dawley-ratten (Harlan, Houston, TX, VS) verkregen met 225-250 g-afmetingen en met paar gehuisvest in standaard polycarbonaatkooien voordat ze stereotactisch werden geïnjecteerd met een adeno-geassocieerde virale vector (AAV2) tot overexpressie van ΔFosB met groen fluorescerend eiwit (GFP) of alleen GFP als controle (zie hieronder). Standaard rattenvoer en -water waren vrij beschikbaar voor alle ratten behalve tijdens gedragstests en voedselregulering. Alle ratten werden in een gecontroleerde omgeving gehouden (temperatuur, 22 ° C; relatieve vochtigheid, 50%; en 12 h licht / donker cyclus, licht op 600 h) in een door de Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care (AAALAC) goedgekeurde kolonie . Alle experimenten conformeerden zich aan de NIH-gids voor de verzorging en het gebruik van laboratoriumdieren en de commissie voor dierverzorging en gebruik in de universiteit van Texas.

Milieuverrijking is een samengestelde manipulatie bestaande uit nieuwheid, sociaal contact en beweging. Paarhuizen bieden sociaal contact en vertegenwoordigen dus een EC (zie NIH-gids). De juiste controlegroep voor een aandoening met nieuwheid, sociaal contact en lichaamsbeweging zou dus een groep zijn zonder nieuwigheid, sociaal contact of oefening, de IC-conditie. IC-ratten vertonen minder tekenen van chronische stress dan EC-ratten. Specifiek hebben EC-ratten vergrote bijnieren (Mlynarik et al., 2004), botte CORT-responsen (Stairs et al., 2011), verzwakte direct-vroege geninductie (Zhang et al., manuscript in voorbereiding) en ΔFosB accumulatie (Solinas et al., 2009; Lobo et al., 2013), alle tekenen van chronische stress (Crofton et al., ter beoordeling).

Psychologische stress

Verrijkte en geïsoleerde ratten werden voor 60 min voor 1 dag (acuut) of 9 dagen (herhaald) in wegwerpbare zachte knaagdierbeperkende knaagdieren (DecapiCone®, Braintree Scientific Inc., MA, VS) geplaatst. Voor mRNA-tests met korte blootstelling werden 30-ratten (5-ratten per groep) 30 min onthoofd na het begin van de laatste periode van beperkende spanning, rattenhersenen werden geëxtraheerd en het NAc werd ontleed voor mRNA-analyse. Voor immunohistochemie werden 12-ratten geperfuseerd met zoutoplossing en 4% paraformaldehyde, hersenen geëxtraheerd, post-gefixeerd in 4% paraformaldehyde en opgeslagen in 20% glycerol in 1xPBS bij 4 ° C. Ratten van de hersenen werden gesneden bij 40 μm met een bevriezend microtoom. Hersenen werden 24 h geoogst na de laatste stress om het FosB-eiwit met de volledige lengte te laten afbreken (Perrotti et al., 2008).

Intraveneuze cocaïne zelftoediening met omgevingsverrijking

Intraveneuze katheterimplantatie

Ratten werden geanesthetiseerd met behulp van ketamine (100 mg / kg IP) en xylazine (10 mg / kg IP) en een Silastic-katheter werd ingebracht en vastgezet in de halsader, waardoor de huid op de rug van het dier werd verlaten. Elke dag werden de katheters geïnfuseerd met 0.1 ml van een steriele zoutoplossing die heparine (30.0 U / ml), penicilline G kalium (250,000 U / ml) en streptokinase (8000 IU / ml) bevat om infectie te voorkomen en de katheter doorgankelijkheid te behouden gedurende de gehele duur van experimenten.

Cocaïne zelftoediening met omgevingsverrijking

Twintig verrijkte en 20 geïsoleerde ratten werden in operante kamers 30 x 24 x 21 cm (Med-Associates, St. Albans, VT) geplaatst en toegestaan ​​om een ​​hendel in te drukken voor infusie van cocaïne (0.5 mg / kg / infusie, NIDA-medicijnvoorraad, Research Triangle Institute, NC, VS) of zoutoplossing onder een 1 (FR1) -schema van een vaste verhouding voor 2 h per dag voor een totaal van 14-dagen. Om een ​​gelijkwaardige inname van cocaïne tussen de EC- en IC-groepen te behouden, was er per sessie maximaal 30-infusie. Weefselverwerkingscapaciteit was beperkt tot 30-monsters, dus de ratten met de laagste respons van elke groep werden niet verwerkt, waarbij Ns van 8 voor cocaïne en 7 voor zoutgroepen achterbleven. Er waren dus geen verschillen in EC / IC in de totale cocaïne-inname of het tijdsverloop van infusies tussen EC- en IC-ratten. Rattenhersenen werden 3 h geëxtraheerd na het begin van de laatste zelf-toedieningssessie en het NAc werd ontleed voor mRNA en eiwitanalyse. Eén zijde van het NAc werd gebruikt voor Western blot, de andere kant werd gebruikt voor qPCR.

Niet-contingente cocaïneadministratie met omgevingsverrijking

Voor directe vergelijking met eerder gepubliceerde literatuur (Hope et al., 1994; Chen et al., 1995), EG (N = 12) en IC-ratten (N = 12) geïnjecteerd met zoutoplossing of 20 mg / kg cocaïne intraperitoneaal (IP) voor 1 dag (acuut) of 9 dagen (herhaald). Eén EC-monster ging verloren tijdens de verwerking. De acute groep ontving injecties van zoutoplossing gedurende 8-dagen en één injectie van cocaïne op dag 9, zodat alle ratten hetzelfde aantal injecties ontvingen. Hersenen werden na de laatste injectie 30 min geëxtraheerd en het NAc ontleed voor mRNA-analyse.

Kwantificering van mRNA met behulp van qPCR

Het RNA werd geëxtraheerd door homogeniseren in RNA STAT-60 (Teltest, Friendswood, TX), scheidde RNA van DNA en eiwit met behulp van chloroform en precipiteerde het totale RNA met isopropanol. Verontreinigend DNA werd verwijderd (TURBO DNA-Free, Life Technologies, CA, VS) en 5 ug van het gezuiverde RNA werd reverse getranscribeerd in cDNA (SuperScript III First Strand Synthesis: Invitrogen catalogus # 18080051). ΔFosB-mRNA werd gekwantificeerd met behulp van kwantitatieve real-time PCR (SYBR Green: Applied Biosystems, Foster City, CA) op een Applied Biosystems 7500 snelle thermocycler met primers die zijn ontworpen om alleen ΔFosB te detecteren (vooruit: AGGCAGAGCTGGAGTCGGAGAT; omgekeerd: GCCGAGGACTTGAACTTCACTCG) en genormaliseerd naar primers ontworpen om GAPDH van de rat te detecteren (forward: AACGACCCCTTCATTGAC; reverse: TCCACGACATACTCAGCAC). Alle primers werden gevalideerd en geanalyseerd op specificiteit en lineariteit voorafgaand aan experimenten (Alibhai et al., 2007).

Western blot

De rechterzijde van de NAc van cocaïne of zoutoplossing zelf-toedienende EC en IC ratten werd gehomogeniseerd in een buffer die sucrose, Hepes-buffer, natriumfluoride, 10% SDS en protease- en fosfatase-remmers bevatte (Sigma-Aldrich: P-8340, P -2850, P-5726). Eiwitconcentratie werd beoordeeld met behulp van de Pierce BCA Protein Assay Kit (Thermo Scientific, IL, VS). Omdat uit een rat geëxtraheerd eiwit niet voldoende was voor analyse, werden 2-monsters uit dezelfde groep samengevoegd, waarbij voor elke groep 4-monsters werden geproduceerd. Eiwitmonsters werden gedenatureerd bij 95 ° gedurende 5 min en uitgevoerd op een 10-20% polyacrylamidegradiëntgel (Criterion TGX, Bio-Rad Laboratories, CA, VS) en vervolgens overgebracht naar een polyvinylideenfluoride (PVDF) -membraan (Millipore, MA, VSA) ). Het membraan werd geblokkeerd met blotting-grade blocker (niet-vette droge melk), geïncubeerd met AFFosB primair antilichaam (konijn, 1: 1000, #2251, Cell Signaling Technology, MA, VS) en ß-actine primair antilichaam (muis, 1: 1000 Cell Signaling Technology, MA, USA), gewassen met TBST en vervolgens geïncubeerd met fluorescerende secundaire antilichamen (ezel-anti-konijn (780 nm), ezel-anti-muis (680 nm), 1: 15000, Li-Cor Biosciences, NE, VERENIGDE STATEN VAN AMERIKA). Western blots werden vervolgens afgebeeld (Odyssey, Li-Cor Biosciences, NE, VS) en eiwitniveaus gekwantificeerd met de Odyssey-software.

immunohistochemie

Voor figuur Figure11 (N = 3), cellen die AFosB bevatten werden gevisualiseerd en geteld door immunohistochemische labeling van AFosB in NAc-plakjes gekleurd met DAB (DAB peroxidasesubstraatkit, Vector Laboratories, CA, VS). De hersenen werden geëxtraheerd, post gefixeerd, cryobeschermd en in coupes gesneden in 40 μm plakjes die het NAc op een glijdend bevriezend microtoom bevatten (Leica Biosystems, IL, VS). De plakken bleven drijvend en werden gespoeld met 1xPBS voordat endogene peroxidasen werden geblust, voorafgaand aan het blokkeren met 3% normaal geitenserum (Jackson ImmunoResearch, PA, VS) met 0.3% triton en avidine D (Vector Laboratories, CA, VS). NAc-plakken werden overnacht geïncubeerd met FosB-primaire antilichaam (1: 1000, Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, VS) met 3% geitenserum, 0.3% triton, 1xPBS en biotine-oplossing (Vector Laboratories, CA, VS). Hoewel dit antilichaam zowel FosB als AFosB herkent, toonden eerdere Western-blotstudies aan dat bij 24 h-poststimulatie het overgrote deel van het immunohistochemische signaal bestaat uit ΔFosB omdat FosB ruim vóór 24 h degradeert (Perrotti et al., 2008). Na het wassen werden de plakjes geïncubeerd met een gebiotinyleerd geiten-anti-konijn secundair antilichaam IgG (Vector Laboratories, CA, USA), geitenserum en 1xPBS. Vervolgens werden plakjes geïncubeerd met een avidine-biotine-complex (ABC) peroxidase-kleuring voor 15 min (Thermo Scientific, IL, VS). Tenslotte werden plakjes gemonteerd, gedehydrateerd met behulp van ethanol en CitriSolv (Fischer Scientific, MA, VS) en bedekt met DPX (Fisher Scientific). Voor celtelling werden secties van Bregma + 1.80 tot + 1.44 van elk dier bemonsterd. Het totale aantal ΔFosB-immunopositieve cellen werd geteld uit vier NAc-secties van kern en schil van elke rat.

Figuur 1  

Stress en [Increment]FosB in EC- en IC-ratten. (ADVERTENTIE) Representatieve immunohistochemie DAB-kleuring van ΔFosB in NAc-schaal en kern van IC (A en B) en EG (C en D) ratten met (B en D) en zonder (A en C) herhaalde stress (N = 3). (E) kwantificatie ...

Adeno-geassocieerd virus dat tot overexpressie brengt [Increment]FosB

Een op AAV2 gebaseerde vector die ΔFosB en gehumaniseerde GFP van renilla tot expressie brengt (hrGFP; Winstanley et al., 2007, 2009,b) of hrGFP-besturingsvector (N = 10 elk) werd bilateraal in de NAc van de rat geïnjecteerd. Omdat er geen IC-mensen zijn, werden in plaats van IC-ratten ratten met een paar hokken gebruikt om de relevantie voor de wetenschappelijke gemeenschap te vergroten door de effecten van ΔFosB te demonstreren. onafhankelijk van het EC / IC-paradigma. Een AAV die hrGFP tot expressie brengt maar die geen ΔFosB tot overexpressie brengt, werd als controle gebruikt. De uitdrukking van ΔFosB in vivo werd gevalideerd door immunofluorescentiekleuring met FosB primair antilichaam (1: 200, Rabbit, Cell Signaling Technology, MA, VS). AAV-vectoren werden bilateraal in de NAc-schaal geïnjecteerd (1 μl / kant boven 10 min) met behulp van coördinaten (AP = 1.7, L = 2.0, D = -6.5). De gedragstesten begonnen 3 weken na de stereotaxische operatie. Nauwkeurige plaatsing werd immunohistochemisch bepaald na het afsluiten van gedragstesten.

Sucrose Neofobie

ΔFosB tot overexpressie brengende ratten (N = 10) en controleratten (N = 8) werden behandeld voor de 1-week voorafgaand aan het begin van gedragstests. Om te testen op angstachtig gedrag, werden ratten op neopobie beoordeeld op een nieuwe smaak (sucrose). Ratten werden gescheiden in individuele kooien en water werd verwijderd bij 1600 h. Standaard rattenwaterflessen werden gevuld met een 1% w / v sucroseoplossing in het normale "kraan" water van de rat en gewogen voordat ze op elke kooi bij 1800 h werden geplaatst. Na 30 min werden de flessen verwijderd en opnieuw gewogen en het verschil in gewicht van sucroseflessen voor en na de test werd berekend. Vervolgens werd sucrose op de kooien vervangen gedurende nog eens 2-dagen om de ratten vertrouwd te maken met de smaak van sucrose voorafgaand aan de saccharosevoorkeurtest.

Verhoogd plus doolhof

Een andere test van angstachtig gedrag, het verhoogde plus-doolhof (EPM), werd 2 dagen na sucrose-neopobie getest. De EPM meet vector-gemodificeerd verkennend gedrag in een nieuwe en angst producerende omgeving (Green et al., 2008). Twee gesloten armen en twee open armen (Med Associates Inc., VT, VS) met 12 × 50 cm waren 75 cm boven de vloer en hadden fotostralen bij de ingang van elke arm. De tijd besteed aan de open armen werd gemonitord op 5 min door fotobundelpauzes met Med-PC-software.

Door koude stress veroorzaakte ontlasting

Op de dag na EPM werd een derde angsttest gebruikt: ontlasting als reactie op een mild stressvolle omgeving (koud). Kooibokken van polycarbonaat (33 × 17 × 13 cm) werden voor ijs voor 10 min. Voorgekoeld. De ratten werden gedurende 30 min in ijs geplaatst in de kooien op ijs en het aantal fecale boli werd elke 5 min geregistreerd.

Sociaal contact

De volgende dag werd depressie-achtig gedrag gemeten met behulp van een sociale interactietest. Ratten werden voorafgaand aan testen gescheiden voor de 24 h. Op testdag werden de ratten geplaatst in een nieuwe omgeving (plastic container, 45 40 x 45 cm) met hun kooi-matrijs en gedrag werd video opgenomen voor 30 min. De hoeveelheid tijd die het paar ratten besteedde aan het verzorgen van elkaar werd gemeten door een onderzoeker die blind was voor de conditie van de rat.

Sucrose voorkeur

Na sociaal contact werd de sucrose-voorkeurstest gebruikt als een model voor anhedonie. Ratten die in paren waren gehuisvest werden gescheiden bij 1600 h met voedsel, maar kregen geen toegang tot water voor 2 h. Bij 1800 h werden twee voorgewogen waterflessen op elke kooi geplaatst, één met water, de andere met een 1% sucrose-oplossing in water. De waterflessen werden in de normale positie geplaatst terwijl de sucrose ongeveer 10 cm verwijderd werd geplaatst. De flessen werden verwijderd en opnieuw gewogen na 15 min.

Locomotorische activiteit

Drie dagen na de voorkeur voor sucrose werd de locomotorische activiteit beoordeeld onder normale lichtomstandigheden door de ratten in heldere plexiglaskamers (40 × 40 × 40 cm) te plaatsen met een dunne laag beddengoed, omringd door twee 4 × 4 fotobeammatrices, één 4 cm erboven de grond en één 16 cm boven de grond om horizontale ambulantie en verticale (opfok) activiteit te registreren. Fotobundelbreuken werden gevolgd voor 2 h door een gemodificeerd open veld activiteitensysteem (San Diego Instruments, CA, VS).

Gedwongen zwemtest

De laatste spontane gedragstest was de FST, een model dat gevoelig is voor antidepressiva. Ratten werden geplaatst in een Plexiglas-cilinder gevuld met bij benadering 14 L van kamertemperatuur (24 ± 0.5 °) water voor 15 min op Sessie 1, en 5 min op Sessie 2 de volgende dag. De ratten werden gedroogd en terug in hun huiskooien geplaatst. Zwemactiviteit werd vastgelegd op video en de latentie tot de eerste periode van immobiliteit (1 s) en de totale tijd immobiel werden bepaald voor sessie 2 door een onderzoeker die blind was voor de omstandigheden.

Sucrose-operant reageert

Controle AAV-ratten en AFosB tot overexpressie brengende ratten werden gereguleerd tot 85% vrij-voergewicht gedurende 7 dagen. Alle ratten werden getraind om pers te persen voor sucrosepellets (Bio-Serv, NJ, VS) op een FR1-schema voor versterking voor 15 min-sessies op 5 opeenvolgende dagen. Vervolgens kregen ratten gedurende 3-dagen gratis toegang tot voedsel en mochten ze opnieuw barpers persen voor sucrose-pellets volgens een FR1-schema voor 15 min, ditmaal met 100% vrij-voergewicht.

Cocaïne zelftoediening

Acquisitie

Een week na de katheteroperatie (zoals hierboven beschreven) werden alle ratten (7-controleratten en 10 ΔFosB die ratten tot overexpressie brachten, één controlerat verloren door katheterchirurgie) in operante kamers geplaatst 30 24 x 21 cm (Med-Associates, St. Albans, VT) en toestemming gegeven om zelf 0.2 mg / kg / infuuseenheid dosis cocaïne voor 2 h per sessie gedurende 4 dagen toe te dienen; vervolgens 0.5 mg / kg / infusie voor 3-dagen in een FR1-schema. Elke infusie werd intraveneus toegediend in een volume 0.01 ml via 5.8 s. De infusie werd gesignaleerd door het verlichten van twee cue-lichten voor 20 s, wat een time-outperiode signaleerde gedurende welke geen verdere infusies konden worden bereikt.

Uitdoving

Omdat chronische blootstelling aan cocaïne vermoedelijk accumulatie van ΔFosB in controleratten zou induceren, waardoor de ratten in beide vectorvoorwaarden hoge niveaus van ΔFosB in de hersenen zouden hebben, waren de ratten gedurende 4-dagen zonder zelftoediening beperkt tot hun thuishavens ΔFosB-eiwitniveaus verlagen bij controle-vectorratten. Na 4 dagen onthouding werden ratten in de operante kamer geplaatst en toegestaan ​​om zoutoplossing in plaats van cocaïne toe te dienen onder een FR1-schema voor 1 h-sessies gedurende 3 opeenvolgende dagen.

Vaste ratio dosisrespons

Elke rat (controle en ΔFosB tot overexpressie) liet 0.00325, 0.0075, 0.015, 0.03, 0.06, 0.125, 0.25, 0.5 mg / kg / infusie-cocaïne elke dag gedurende 1 opeenvolgende dagen in stijgende volgorde zelf toe te dienen op een FR5-schema. Ratten zelf toegediend elke dosis cocaïne voor 30 min.

Door cocaïne veroorzaakt herstel

Ratten ondergingen een re-integratieprocedure binnen de sessie. Ratten ontvingen 0.5 mg / kg / infusie op een FR1-schema voor 60 min gevolgd door 3 h van extinctie (met contingente cocaïne-aanwijzingen). Vervolgens ontvingen ze een IP-injectie (Green et al., 2010) van cocaïne van een van de vijf doses (0, 2.5, 5, 10 of 20 mg / kg) in een willekeurige volgorde voor elke rat in de 5-sessies van herstel. De laatste 3 h-fase van de sessie was het opnieuw reageren, opnieuw met cocaïne-aanwijzingen maar nog steeds zonder cocaïne-infusies. Na elke door cocaïne geïnduceerde herstart sessie ontvingen de ratten 2 tussenliggende dagen van hoge dosis (0.5 mg / kg / infusie) cocaïne op een FR1-schema voor 2 h om hoge reactiesnelheden tijdens sessies te behouden. Tijdens het zelf-toedienen van cocaïne verloren de katheters van sommige ratten geleidelijk aan hun openheid; daarom werden de gegevens van 6-controleratten en 7 ΔFosB-tot overexpressie komende ratten in deze analyse gebruikt.

statistische analyse

Tweewegs variantieanalyses (ANOVA's) en tweeweg herhaalde metingen ANOVA's werden uitgevoerd om de vier behandelingsgroepen te vergelijken en geplande vergelijkingen werden gebruikt om de verschillen tussen de condities te vergelijken. De significantie tussen slechts twee condities werd geanalyseerd met behulp van een Student's t-test. Allemaal t-testgegevens doorstaan ​​de Shapiro-Wilk-normtest. Alle gegevens worden uitgedrukt als gemiddelde ± SEM. Statistische significantie werd vastgesteld op p <0.05. Alle verrijkte ratten voor een enkel experiment werden in één kooi gehuisvest, maar als afzonderlijke proefpersonen behandeld, wat implicaties opleverde met betrekking tot de kwestie van mogelijke pseudoreplicatie.

Resultaten

EC-ratten vertonen hogere basale niveaus van [Increment]FosB in NAc dan IC-ratten

In vergelijking met IC-ratten hebben EC-ratten een significant hoger aantal ΔFosB-positieve cellen in beide NAc-kernen (t(4) = -3.31, p <0.05) en schaal (t(4) = -6.84, p <0.05) (cijfers 1A, C, E, F), suggererend dat de basale toon van ΔFosB hoger is in EC-ratten vergeleken met IC-ratten. Bovendien vertoonden Western blot-resultaten een sterke trend voor EC-zoutoplossingratten met een hoger basaal niveau van ΔFosB-eiwit in de NAc vergeleken met IC-zoutoplossingratten (t(6) = -2.03, p = 0.089; Figuur Figure2A) 2A) met behulp van een tweezijdige toets. Echter, gezien de verhoogde expressie in cijfers 1A-F en de stijgingen in andere artikelen (Solinas et al., 2009), we hebben vertrouwen in dit effect. De Western blot-bevindingen bevestigen ook dat vrijwel alle FosB-achtige immunoreactiviteit die werd gedetecteerd door immunohistochemie, AFosB was en niet FosB, dat niet detecteerbaar was bij 24 h.

Figuur 2  

Cocaïne en [Increment]FosB in EC- en IC-ratten. (A-B) Gemiddeld ΔFosB-eiwit (A) en mRNA (B) niveau (± SEM) in NAc na 14 dagen van zoutoplossing of cocaïne zelftoediening in IC- en EC-ratten (N = 7-8). Rode banden in Paneel een aanduiding ...

[Increment]FosB wordt differentieel geïnduceerd in EC- en IC-ratten door stress

Er was een significant hoofdeffect van herhaalde beperkende spanning in beide schillen (F(1, 8) = 16.6, P <0.005) en kern (F(1, 8) = 7.9, P <0.05) van het NAc en een hoofdeffect van omgevingsverrijking in schaal (F(1, 8) = 22.3, P <0.005; Figuren 1A-F). Belangrijker was dat de interactie tussen stress en omgevingsverrijking ook significant was in beide gevallen (F(1, 8) = 25.6, P <0.01) en kern (F(1, 8) = 6.7, P <0.05). De interactie was zodanig dat, na herhaalde terughoudendheid, het aantal ΔFosB-positieve cellen significant toenam bij IC-ratten, terwijl dit aantal niet veranderde bij EC-ratten na herhaalde stress.

Om verder te onderzoeken hoe ΔFosB dynamisch wordt gereguleerd door acute versus herhaalde stress en om vergelijking met eerder onderzoek mogelijk te maken (Alibhai et al., 2007), inductie van ΔFosB mRNA werd bestudeerd met acute en herhaalde beperkende spanning (fig (Figure1G) .1G). Er was een significant hoofdeffect van stress (F(2, 24) = 31.9, P <0.001) en omgevingsverrijking (F(1, 24) = 5.1, P <0.05). Bij de IC-ratten werd ΔFosB-mRNA sterk geïnduceerd na acute terughoudendheid. Bij herhaalde stress was de inductie van ΔFosB-mRNA echter aanzienlijk verzwakt in vergelijking met de acute inductie. Er was ook een significante interactie (F(2, 24) = 4.6, P <0.05), wat aantoont dat de acute inductie van ΔFosB-mRNA minder was bij EC-ratten in vergelijking met IC-ratten. Aldus hebben EC-ratten hogere basale niveaus van AFosB eiwit in het NAc, maar minder ΔFosB mRNA inductie als reactie op een acute stressor.

[Increment]FosB wordt differentieel geïnduceerd door cocaïne in NAc van EC- en IC-ratten

Om te bepalen of EC- en IC-ratten anders reageren op cocaïne, hebben we de regulatie van ΔFosB-eiwit en mRNA in rat-NAc bestudeerd na zelftoediening door cocaïne (figuren 2A, B respectievelijk). Een Western blot onthulde een significant hoofdeffect van cocaïne (F(1, 12) = 24.9, P <0.001) en een significante interactie (F(1,12) = 5.5, P <0.05). De interactie was zodanig dat ΔFosB meer toenam bij IC-ratten dan bij EC-ratten (Figuur (Figure2A) .2A). In feite waren de fosfaat zelftoediening ΔFosB-eiwitniveaus significant verhoogd Slechts in IC-ratten. Met betrekking tot mRNA-niveaus brachten qPCR-resultaten ook een significant hoofdeffect van cocaïne aan het licht (F(1, 26) = 47.1, P <0.001) en hoofdeffect van omgevingsverrijking (F(1, 26) = 13.8, P <0.005). Hoewel de algehele niveaus lager waren bij EC-ratten, verhoogden beide groepen ΔFosB-mRNA (Figuur (Figure2B2B).

Hoewel de eiwitgegevens de oorspronkelijke hypothese ondersteunden, werd de hypothese uit de figuur overgenomen Figure1G1G dat EC-ratten minder zouden laten zien mRNA inductie dan geïsoleerde ratten in het bovenstaande cocaïne-experiment, wat niet gebeurde, waarschijnlijk omdat Figuur Figure1G1G gebruikte een 30 min timepoint en het cocaïne-experiment maakte gebruik van een 3 h timepoint. Om de mRNA-hypothese verder te onderzoeken, werd een 30 min-tijdspunt gebruikt om zowel acute als herhaalde cocaïnebehandeling te onderzoeken als een betere vergelijking met figuur Figure1G.1G. Omdat acute zelftoediening door cocaïne van nature problematisch is (dat wil zeggen acquisitie leren), kregen EG- en IC-ratten acute of 9 dagen van herhaalde niet-contingente cocaïne IP-injecties (20 mg / kg). Zoals de hypothese luidde, was er een significant hoofdeffect van milieuverrijking (F(1, 17) = 14.3, P <0.005), maar het hoofdeffect van de cocaïnebehandeling (F(2, 17) = 3.4, P = 0.057) en de interactie (F(2, 17) = 3.4, P = 0.055) toonden alleen sterke trends met een tweezijdige toets. Omdat we echter directionele hypotheses hadden uit figuur Figure1G, 1G, we zijn uiterst comfortabel in onze mening dat EC-ratten minder inductie vertonen dan IC-ratten (Figuur (Figure2C2C).

Overexpressie van [Increment]FosB in NAc-schaal bootst het beschermende verrijkingsgeïnduceerde verslavingsfenotype na

Om het effect van ΔFosB op het gedrag van rat onafhankelijk van omgevingsverrijking / isolatie te onderzoeken (dwz om deze resultaten relevanter te maken voor niet-EC / IC-onderzoeken), werd adeno-geassocieerd virus (AAV) gebruikt om ΔFosB bilateraal tot overexpressie te brengen in het NAc in niet-verrijkte, in paren gehuisveste ratten. Volgens onze eerdere studies was de NAc-schaal het meest gevoelig voor controle-depressiegerelateerd en drugsgebruik / zoekgedrag, zodat AAV-vectoren werden geïnjecteerd in de NAc-schaal in deze studie (Green et al., 2006, 2008, 2010). Figuren 3A, B toon de representatieve immunohistofluorescentie van ΔFosB met de controlevector (paneel A; dat wil zeggen, endogene ΔFosB-expressie) en de ΔFosB-totexpressie-vector (paneel B) in de NAc-schaal.

Figuur 3  

Overexpressie van [Increment]FosB in NAc-schaal bootst het beschermende verslavingsfenotype van milieuverrijking na. (A-B) Representatieve immunohistochemie van ΔFosB voor hrGFP-controle (A) en ΔFosB tot overexpressie brengen (B) AAV-vectoren. ...

Na validatie van de titer, in vivo expressie en algemene plaatsing van de virale vector, hebben we eerst het effect bestudeerd van overexpressie van ΔFosB in angstmodellen. Overexpressie van ΔFosB in de NAc-schaal was niet voldoende om het anxiogene effect van omgevingsverrijking in de sucrose-neofobie en door koude-stress geïnduceerde defecatieparadigma's te reproduceren (data niet weergegeven). Bovendien was er geen effect op de EPM (gegevens niet getoond). Omdat omgevingsverrijking een antidepressivumachtig effect bij ratten produceert, voerden we vervolgens depressiegerelateerde tests uit op ABosB tot overexpressie brengende ratten. Vergelijkbaar met angstmodellen, toonden de resultaten aan dat overexpressie van ΔFosB in NAc-schaal niet voldoende was om depressie-achtig gedrag in de sucrose-voorkeurstest, de sociale interactietest of de FST te verminderen (data niet weergegeven).

In het milieuverrijkingsparadigma vertonen EC-ratten lagere basale locomotorische activiteit dan IC-ratten (Bowling et al., 1993; Bowling en Bardo, 1994; Smith et al., 1997; Green et al., 2003, 2010). Om het effect van overexpressie van ΔFosB in de NAc-schaal te onderzoeken, werd de spontane locomotorische activiteit getest op 120 min. Met behulp van een tweezijdige toets lieten de resultaten zien dat overexpressie van ΔFosB in de NAc-schaal een sterke trend veroorzaakte voor verminderde basale locomotorische activiteit bij ratten (Figuur (Figure3C; 3C; t(16) = 1.84, p = 0.084). Ondanks dat het niet statistisch significant is met een tweezijdige toets, zijn deze gegevens nog steeds intrigerend omdat ze voldoen aan onze expliciete directionele hypothese op basis van Green et al. (2010), wat consistent is met het effect van omgevingsverrijking.

IIn tegenstelling tot depressie en angstmodellen, was overexpressie van ΔFosB in NAc-schaal in staat om een ​​EC-achtig fenotype te produceren in meerdere verslavings- / versterkingsparadigma's. ikBij de zelftoedieningstest voor sucrosekorrel-pellets was er een significante interactie tussen overfuctionatie van FMosB en de motivatie van ratten bij ratten (F(1, 16) = 7.4, P <0.01). Ratten die ΔFosB in de NAc-schaal tot overexpressie brachten, namen aanzienlijk in beslag meer sucrosekorrels onder door honger gemotiveerde omstandigheden (dwz bij 85% vrij lichaamsgewicht), maar minder pellets onder de laag gemotiveerde toestand (dwz 100% vrij voedingsgewicht; Figure3D), 3D), dat het EC fenotype perfect nabootst (Green et al., 2010).

In het milieu-verrijkingsparadigma vertoonden EC-ratten gereduceerd cocaïne-zoekgedrag in extinctie en door cocaïne geïnduceerde herstel (Green et al., 2010). Aldus werd cocaïne-opnemend en zoekgedrag gemeten in AmaosB tot expressie brengende ratten met behulp van het intraveneuze cocaïne zelf-toedieningsparadigma. Als een model voor hunkering, onthulde het cocaïne-extinctieparadigma dat ΔFosB-overexpressie in de NAc-schaal het gedrag van drugsverslaafden verminderder (F(1, 15) = 6.7, P <0.05; Figuur Figure3E) .3E). Er was ook een significant hoofdeffect van sessie (F(2, 30) = 74.0, P <0.001). Voor onderhoudsrespons volgens een FR1-schema was er een significant hoofdeffect van dosis (F(7, 105) = 222.6, P <0.001) en een significante interactie (F(7, 105) = 2.3, P <0.05) bij cumulatieve cocaïne-inname. De aard van de interactie was zodanig dat verschillen alleen zichtbaar waren bij hogere doses cocaïne (Figuur (Figure3F) .3F). Ten slotte was er bij cocaïne-geïnduceerde herplaatsing een significant hoofdeffect van de dosis (F(4, 44) = 15.5, P <0.001) en een trend voor een hoofdeffect van ΔFosB-overexpressie met behulp van een tweezijdige test (F(1, 11) = 4.1, P = 0.067). Echter, gegeven de directionele hypothese van Green et al. (2010) en de statistisch significante en consistente resultaten in Figuren 3D, E, F, het is waarschijnlijk dat ΔFosB het herstel herstelt (Figuur (Figure3G) .3G). Het reageren op de dosis 10 mg / kg was significant lager voor ratten die ΔFosB tot expressie brachten. De resultaten als geheel geven aan dat een overexpressie van ΔFosB in de NAc-schaal van de rat het aantal cocaïne-opneem- en zoekgedrag vermindert, wat consistent is met de gedragseffecten van omgevingsverrijking.

Discussie

De kwetsbaarheid van individuen voor verslaving en depressie wordt sterk beïnvloed door omgevingsfactoren. Verrijking van het milieu is een paradigma dat de leefomgeving van dieren manipuleert en beschermende effecten tegen veel psychiatrische aandoeningen produceert. ΔFosB speelt een sleutelrol bij het reguleren van de beloningsfunctie in meerdere hersenregio's, waaronder het NAc en dorsale striatum (Koob et al., 1998; Wise, 1998; Wallace et al., 2008; Grueter et al., 2013; Pitchers et al., 2013). In dit project hebben we de dynamische regulatie van ΔFosB bestudeerd door terughoudendheidstherapie en cocaïne in verrijkte en geïsoleerde ratten. De belangrijkste bevindingen van dit project zijn:

(1) EC-ratten hebben verhoogde ΔFosB-niveaus in het NAc bij baseline in vergelijking met IC-ratten;

(2) alleen IC-ratten accumuleren extra ΔFosB-eiwit met herhaalde stress;

(3) EC-ratten vertonen verzwakte inductie van ΔFosB-mRNA volgend op stress of cocaïne; en

(4) tot overexpressie van ΔFosB in de NAc van ratten met een paar behuizingen bootst het beschermende verslavingsfenotype na, maar niet het beschermende depressie-fenotype.

Men zou kunnen verwachten van de gepubliceerde literatuur, die aantoont dat transgene ΔFosB tot overexpressie brengende muizen een verhoogde gevoeligheid voor cocaïnebeloning en zelftoediening bij lage medicijndoses vertonen (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Vialou et al., 2010; Robison et al., 2013), dat de ΔFosB tot overexpressie brengende ratten in het huidige experiment een verhoogde neiging tot cocaïne zelftoediening en zoeken zouden vertonen. IIn de huidige experimenten daalde echter de overexpressie van ΔFosB in de NAc-schaal de cocaïne-inname en het zoeken naar cocaïne tijdens uitsterven en herstel, wat wijst op een verminderde motivatie voor cocaïne. Het verschil kon te wijten zijn aan het feit dat de transgene muizen ΔFosB in het gehele striatum tot expressie brachten, maar alleen in dynorfine + cellen. (Colby et al., 2003). In het huidige experiment werd ΔFosB tot overexpressie gebracht door een AAV-vector die dynorphin + en enkefaline + neuronen infecteert. Ten tweede richtte de huidige studie zich meer op de NAc-schaal dan op de hele striatale regio.

Naast het verslavingsfenotype produceert milieuverrijking antidepressieve en anxiogeenachtige profielen bij ratten (Green et al., 2010; Vialou et al., 2010). In de huidige studie slaagde overexpressie van ΔFosB in het NAc niet om effecten te produceren in een van de drie depressie- of drie angsttests. Hoewel er veel mogelijke factoren zijn die ertoe kunnen bijdragen dat ΔFosB de verrijkingsverslaving nabootst, maar niet het depressiefenotype, is het mogelijk dat de NAc-schaal dominanter is voor verslavingsgerelateerd gedrag, terwijl depressiegerelateerd gedrag sterker kan worden gemedieerd door andere regio's. De huidige bevindingen staan ​​op gespannen voet met studies in muizen waar ΔFosB-overexpressie in de NAc (waar men niet betrouwbaar onderscheid kan maken tussen schaal en kern) robuuste antidepressivum-achtige effecten produceerde in verschillende gedragstesten (Vialou et al., 2010). Een mogelijke reden is dat het gemakkelijker kan zijn om het effect van ΔFosB op ernstige stressgedragsmodellen zoals sociale nederlaagstress te zien. De huidige studie over overexpressie onderzocht depressie-achtig gedrag in de afwezigheid van een ernstige stressor.

Consequent gedurende deze studie correleerden hoge basale niveaus van AFosB (bijv. Door verrijking, herhaalde stress of cocaïne) met zwakkere daaropvolgende inductie van AFosB. Dit kan een plafondeffect zijn, waarbij geen verdere inductie mogelijk is bovenop verhoogde basale niveaus van het eiwit. Het is ook mogelijk dat geaccumuleerde niveaus van ΔFosB kunnen worden teruggekoppeld om verdere inductie van ΔFosB-mRNA na stress of cocaïne als een negatieve feedbacklus te remmen. Bijvoorbeeld EC-ratten hadden hoge niveaus van AFosB en vertoonden een verzwakte inductie van AFosB na stress of cocaïne. Dit onderstreept de negatieve correlatie tussen ΔFosB-eiwitniveaus en de mRNA-inductie ervan. De negatieve feedback van geaccumuleerde ΔFosB is ook verantwoordelijk voor de verzwakte inductie van ΔFosB met herhaalde stress bij IC-ratten.

Voor de duidelijkheid, we beweren niet dat het milieuverrijkingsparadigma een directe translationele relevantie heeft, aangezien er maar weinig kinderen zijn die zijn opgevoed met echte deprivatie (er moet worden opgemerkt dat sociaaleconomische deprivatie niet gelijkstaat aan milieuschade). Het nut van dit paradigma is dat het een niet-medicamenteuze, niet-chirurgische, niet-genetische manipulatie is die beschermende gedragsfenotypes produceert voor verslaving en depressie die kunnen worden uitgebuit in een laboratoriumgestuurde omgeving als een elementaire wetenschappelijke tool voor het identificeren van moleculaire mechanismen onderliggende veerkracht voor psychiatrische aandoeningen. Voorafgaand onderzoek heeft de gedragsfenotypes in detail beschreven (Bowling et al., 1993; Bowling en Bardo, 1994; Bardo et al., 1995; Green et al., 2002, 2003; El Rawas et al., 2009) en meer recente studies (Solinas et al., 2009; Green et al., 2010; Lobo et al., 2013), samen met de huidige studie, geven aanwijzingen over de transcriptionele mechanismen die ten grondslag liggen aan deze gedragsfenotypes. De stroomafwaartse transcriptionele targetgenen / eiwitten die de beschermende fenotypen produceren, worden momenteel onderzocht (Fan et al., 2013,b; Lichti et al., 2014).

Onze conceptualisering van omgevingsverrijking is dat verrijking een continuüm is met isolatie aan de onderkant en volledige verrijking aan de bovenkant. “Volledige verrijking wordt in dit geval gedefinieerd als een omgeving waarin de onderwerpen worden blootgesteld aan nieuwheid, niet-bedreigend sociaal contact met soortgenoten, en ruimte en objecten voor oefening worden toegestaan. Tdeze drie factoren vertegenwoordigen allemaal de samengestelde toestand van "verrijking" omdat ze elk belonen en elk dopamine in het NAc afgeven en als zodanig een gemeenschappelijk neurobiologisch circuit activeren (Louilot et al., 1986; Calcagnetti en Schechter, 1992; Crowder en Hutto, 1992; Rebec et al., 1997; Bevins et al., 2002). In deze conceptualisatie wordt isolatie beschouwd als de controlegroep omdat het de afwezigheid van de manipulatie (dwz verrijking, Crofton et al., In recensie) weergeeft. Andere conceptualisaties zijn echter mogelijk. In één alternatieve conceptualisatie is het continuüm hetzelfde, maar de isolatiegroep is de experimentele groep en de verrijkte groep is de controle. ikn dit model, waardoor de proefpersoon normale verrijking wordt ontnomen is de feitelijke manipulatie. IIn dit geval, in plaats van te zeggen dat verrijking beschermend is, zou men zeggen dat isolatie gevoeligheid geeft. Nog een derde conceptualisatie poneert dat er geen continuüm is en dat verrijking en isolatie twee fundamenteel verschillende manipulaties zijn. In deze weergave moeten verrijking en isolatie worden gescheiden en beide worden vergeleken met een controle in paren. Het ontbreken van een universele consensus over de aard van verrijking vertegenwoordigt een beperking van het paradigma, maar biedt toch richting voor toekomstige studies. Hoe dan ook, de resultaten van deze experimenten blijven onveranderd, ongeacht de latere interpretatie.

Milieu en levenservaringen hebben een sterke invloed op de ontwikkeling en expressie van veel psychiatrische aandoeningen. Het begrijpen van het mechanisme van de beschermende verslaving en depressieve fenotypen van omgevingsverrijking gaat in op een fundamentele vraag in onderzoek naar psychische stoornissen, namelijk de bijdrage van het milieu aan de vatbaarheid voor of de weerstand tegen psychiatrische aandoeningen. Deze studie onderstreept het belang van ΔFosB bij het reguleren van aan verslaving gerelateerd gedrag. In toekomstige studies moet de werking van ΔFosB en zijn activerende en remmende effecten op specifieke doelgenen verder worden onderzocht binnen het milieuverrijkingsmodel.

Financiering en openbaarmaking

Yafang Zhang, geen; Elizabeth J. Crofton, geen; Dingge Li, geen; Mary Kay Lobo, geen; Xiuzhen Fan, geen; Eric J. Nestler, R37DA007359; Thomas A. Green, DA029091.

Belangenconflict verklaring

De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van commerciële of financiële relaties die kunnen worden beschouwd als een potentieel belangenconflict.

Dankwoord

Deze experimenten werden gefinancierd met subsidie ​​van het National Institute on Drug Abuse, DA029091 en R37DA007359. Cocaïne verstrekt door het National Institute on Drug Abuse.

Referenties

  1. Akdeniz C., Tost H., Meyer-Lindenberg A. (2014). De neurobiologie van sociaal milieurisico voor schizofrenie: een zich ontwikkelend onderzoeksgebied. Soc. Psychiatry Psychiatr. Epidemiol. 49, 507-517 10.1007 / s00127-014-0858-4 [PubMed] [Kruis Ref]
  2. Alibhai IN, groene TA, Potashkin JA, Nestler EJ (2007). Regulering van de mRNA-expressie van fosB en DeltafosB: in vivo en in vitro studies. Brain Res. 1143, 22-33 10.1016 / j.brainres.2007.01.069 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  3. Bardo MT, Bowling SL, Rowlett JK, Manderscheid P., Buxton ST, Dwoskin LP (1995). Verrijking van de omgeving verzwakt de locomotorische sensitisatie, maar niet de in vitro dopamine-afgifte, geïnduceerd door amfetamine. Pharmacol. Biochem. Behav. 51, 397-405 10.1016 / 0091-3057 (94) 00413-d [PubMed] [Kruis Ref]
  4. Bevins RA, Besheer J., Palmatier MI, Jensen HC, Pickett KS, Eurek S. (2002). Plaats-conditionering van nieuw object: gedrags- en dopaminergische processen als uitdrukking van een nieuwheidsbeloning. Behav. Brain Res. 129, 41-50 10.1016 / s0166-4328 (01) 00326-6 [PubMed] [Kruis Ref]
  5. Bowling SL, Bardo MT (1994). Locomotorische en belonende effecten van amfetamine bij verrijkte, sociale en isolaat gekweekte ratten. Pharmacol. Biochem. Behav. 48, 459-464 10.1016 / 0091-3057 (94) 90553-3 [PubMed] [Kruis Ref]
  6. Bowling SL, Rowlett JK, Bardo MT (1993). Het effect van omgevingsverrijking op door amfetamine gestimuleerde locomotorische activiteit, dopamine-synthese en dopamine-afgifte. Neurofarmacologie 32, 885-893 10.1016 / 0028-3908 (93) 90144-r [PubMed] [Kruis Ref]
  7. Calcagnetti DJ, Schechter MD (1992). Plaatsconditionering onthult het lonende aspect van sociale interactie bij jonge ratten. Physiol. Behav. 51, 667-672 10.1016 / 0031-9384 (92) 90101-7 [PubMed] [Kruis Ref]
  8. Chen J., Nye HE, Kelz MB, Hiroi N., Nakabeppu Y., Hope BT, et al. (1995). Regulatie van delta FosB en FosB-achtige eiwitten door elektroconvulsieve aanvallen en cocaïnebehandelingen. Mol. Pharmacol. 48, 880-889 [PubMed]
  9. Colby CR, Whisler K., Steffen C., Nestler EJ, Self DW (2003). Striatale celtypespecifieke overexpressie van DeltaFosB verhoogt de stimulans voor cocaïne. J. Neurosci. 23, 2488-2493 [PubMed]
  10. Crowder WF, Hutto CW (1992). Operante plaatsbepalingsmaatregelen onderzocht met behulp van twee niet-hechtende versterkers. Pharmacol. Biochem. Behav. 41, 817-824 10.1016 / 0091-3057 (92) 90233-6 [PubMed] [Kruis Ref]
  11. Elisei S., Sciarma T., Verdolini N., Anastasi S. (2013). Veerkracht en depressieve stoornissen. Psychiatr. Danub. 25 (suppl. 2), S263-S267 [PubMed]
  12. El Rawas R., Thiriet N., Lardeux V., Jaber M., Solinas M. (2009). Verrijking van het milieu vermindert de lonende maar niet de activerende effecten van heroïne. Psychopharmacology (Berl) 203, 561-570 10.1007 / s00213-008-1402-6 [PubMed] [Kruis Ref]
  13. Fan X., Li D., Lichti CF, Green TA (2013a). Dynamische proteomics van nucleus accumbens in reactie op acute psychologische stress bij ecologisch verrijkte en geïsoleerde ratten. PLoS One 8: e73689 10.1371 / journal.pone.0073689 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  14. Fan X., Li D., Zhang Y., Green TA (2013b). Differentiële fosfoproteome regulatie van nucleus accumbens in milieuvriendelijke, verrijkte en geïsoleerde ratten als reactie op acute stress. PLoS One 8: e79893 10.1371 / journal.pone.0079893 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  15. Groene TA, Alibhai IN, Hommel JD, Dileone RJ, Kumar A., ​​Theobald DE, et al. (2006). Inductie van induceerbare cAMP vroege repressor-expressie in nucleus accumbens door stress of amfetamine verhoogt gedragsreacties op emotionele stimuli. J. Neurosci. 26, 8235-8242 10.1523 / jneurosci.0880-06.2006 [PubMed] [Kruis Ref]
  16. Green TA, Alibhai IN, Roybal CN, Winstanley CA, Theobald DE, Birnbaum SG, et al. (2010). Omgevingsverrijking produceert een gedragsfenotype dat wordt gemedieerd door laag cyclische activiteit van adenosinemonofosfaatresponselement (CREB) in de nucleus accumbens. Biol. Psychiatry 67, 28-35 10.1016 / j.biopsych.2009.06.022 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  17. Groene TA, Alibhai IN, Unterberg S., Neve RL, Ghose S., Tamminga CA, et al. (2008). Inductie van activerende transcriptiefactoren (ATF's) ATF2, ATF3 en ATF4 in de nucleus accumbens en hun regulatie van emotioneel gedrag. J. Neurosci. 28, 2025-2032 10.1523 / jneurosci.5273-07.2008 [PubMed] [Kruis Ref]
  18. Groene TA, Cain ME, Thompson M., Bardo MT (2003). Verrijking van de omgeving vermindert door nicotine geïnduceerde hyperactiviteit bij ratten. Psychopharmacology (Berl) 170, 235-241 10.1007 / s00213-003-1538-3 [PubMed] [Kruis Ref]
  19. Groene TA, Gehrke BJ, Bardo MT (2002). Verrijking van de omgeving verlaagt de zelftoediening door intraveneuze amfetamine bij ratten: dosis-responsfuncties voor schema's met vaste en progressieve ratio's. Psychopharmacology (Berl) 162, 373-378 10.1007 / s00213-002-1134-y [PubMed] [Kruis Ref]
  20. Grueter BA, Robison AJ, Neve RL, Nestler EJ, Malenka RC (2013). ΔFosB moduleert differus nucleus accumbens directe en indirecte route functie. Proc. Natl. Acad. Sci. VS 110, 1923-1928 10.1073 / pnas.1221742110 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  21. Hope B., Kosofsky B., Hyman SE, Nestler EJ (1992). Regulatie van directe vroege genexpressie en AP-1-binding in de rattenucleus accumbens door chronische cocaïne. Proc. Natl. Acad. Sci. VS 89, 5764-5768 10.1073 / pnas.89.13.5764 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  22. Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y., et al. (1994). 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 13, 1235-1244 10.1016 / 0896-6273 (94) 90061-2 [PubMed] [Kruis Ref]
  23. Jha S., Dong B., Sakata K. (2011). Verrijkte omgevingsbehandeling keert depressie-achtig gedrag terug en herstelt verminderde hippocampale neurogenese en eiwitniveaus van van de hersenen afgeleide neurotrofe factor bij muizen die zijn expressie missen door promoter IV. Vert. Psychiatry 1: e40 10.1038 / tp.2011.33 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  24. Kato T., Iwamoto K. (2014). Uitgebreide DNA-methylatie en hydroxymethylatie-analyse in het menselijk brein en de implicaties daarvan voor psychische stoornissen. Neuropharmacology 80, 133-139 10.1016 / j.neuropharm.2013.12.019 [PubMed] [Kruis Ref]
  25. Kelz MB, Chen J., Carlezon WA, Whisler K., Gilden L., Beckmann AM, et al. (1999). Expressie van de transcriptiefactor deltaFosB in de hersenen regelt de gevoeligheid voor cocaïne. Nature 401, 272-276 10.1038 / 45790 [PubMed] [Kruis Ref]
  26. Kelz MB, Nestler EJ (2000). deltaFosB: een moleculaire schakelaar die ten grondslag ligt aan neurale plasticiteit op de lange termijn. Curr. Opin. Neurol. 13, 715-720 10.1097 / 00019052-200012000-00017 [PubMed] [Kruis Ref]
  27. Koob GF, Sanna PP, Bloom FE (1998). Neurowetenschap van verslaving. Neuron 21, 467-476 [PubMed]
  28. Larson EB, Graham DL, Arzaga RR, Buzin N., Webb J., Green TA, et al. (2011). Overexpressie van CREB in de nucleus accumbens schaal verhoogt de cocaïne versterking bij zelf-toedienende ratten. J. Neurosci. 31, 16447-16457 10.1523 / JNEUROSCI.3070-11.2011 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  29. Laviola G., Hannan AJ, Macrì S., Solinas M., Jaber M. (2008). Effecten van verrijkte omgeving op diermodellen van neurodegeneratieve ziekten en psychiatrische stoornissen. Neurobiol. Dis. 31, 159-168 10.1016 / j.nbd.2008.05.001 [PubMed] [Kruis Ref]
  30. Lichti CF, Fan X., Engels RD, Zhang Y., Li D., Kong F., et al. (2014). Omgevingsverrijking verandert eiwitexpressie evenals de proteomische respons op cocaïne in rattenucleus accumbens. Voorkant. Behav. Neurosci. 8: 246 10.3389 / fnbeh.2014.00246 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  31. Lobo MK, Zaman S., Damez-Werno DM, Koo JW, Bagot RC, Dinieri JA, et al. (2013). ΔFosB-inductie in striatale middelgrote stekelige neuron-subtypes als reactie op chronische farmacologische, emotionele en optogenetische stimuli. J. Neurosci. 33, 18381-18395 10.1523 / JNEUROSCI.1875-13.2013 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  32. Louilot A., Le Moal M., Simon H. (1986). Differentiële reactiviteit van dopaminerge neuronen in de nucleus accumbens in reactie op verschillende gedragssituaties. Een in vivo voltametrische studie bij vrij bewegende ratten. Brain Res. 397, 395-400 10.1016 / 0006-8993 (86) 90646-3 [PubMed] [Kruis Ref]
  33. McBride WJ, Kimpel MW, Mcclintick JN, Ding ZM, Edenberg HJ, Liang T., et al. (2014). Veranderingen in genexpressie binnen de verlengde amygdala na binge-like alcohol drinken door adolescent alcohol-prefererende (P) ratten. Pharmacol. Biochem. Behav. 117, 52-60 10.1016 / j.pbb.2013.12.009 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  34. Mlynarik M., Johansson BB, Jezova D. (2004). Verrijkte omgeving beïnvloedt adrenocorticale respons op immunologische uitdaging en glutamaatreceptorgenxpressie in rattenhippampus. Ann. NY Acad. Sci. 1018, 273-280 10.1196 / annals.1296.032 [PubMed] [Kruis Ref]
  35. Nestler EJ (2001). Moleculaire neurobiologie van verslaving. Am. J. Addict. 10, 201-217 10.1080 / 105504901750532094 [PubMed] [Kruis Ref]
  36. Nestler EJ (2008). Beoordeling. Transcriptionele verslavingsmechanismen: rol van DeltaFosB. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 363, 3245-3255 10.1098 / rstb.2008.0067 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  37. Nestler EJ, Barrot M., Self DW (2001). DeltaFosB: een aanhoudende moleculaire switch voor verslaving. Proc. Natl. Acad. Sci. VS 98, 11042-11046 10.1073 / pnas.191352698 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  38. Perrotti LI, Hadeishi Y., Ulery PG, Barrot M., Monteggia L., Duman RS, et al. (2004). Inductie van deltaFosB in beloningsgerelateerde hersenstructuren na chronische stress. J. Neurosci. 24, 10594-10602 10.1523 / jneurosci.2542-04.2004 [PubMed] [Kruis Ref]
  39. Perrotti LI, Weaver RR, Robison B., Renthal W., Maze I., Yazdani S., et al. (2008). Verschillende patronen van DeltaFosB-inductie in de hersenen door misbruik van drugs. Synapse 62, 358-369 10.1002 / syn.20500 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  40. Pitchers KK, Vialou V., Nestler EJ, Laviolette SR, Lehman MN, Coolen LM (2013). Natuurlijke en medicijnbeloningen werken op gemeenschappelijke neurale plasticiteitsmechanismen met ΔFosB als een belangrijke bemiddelaar. J. Neurosci. 33, 3434-3442 10.1523 / jneurosci.4881-12.2013 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  41. Rebec GV, Christensen JR, Guerra C., Bardo MT (1997). Regionale en temporele verschillen in real-time dopamine-efflux in de nucleus accumbens tijdens vrije-keus-nieuwheid. Brain Res. 776, 61-67 10.1016 / s0006-8993 (97) 01004-4 [PubMed] [Kruis Ref]
  42. Robison AJ, Vialou V., Mazei-Robison M., Feng J., Kourrich S., Collins M., et al. (2013). Gedrags- en structurele reacties op chronische cocaïne vereisen een feedforward-lus waarbij ΔFosB en calcium / calmoduline-afhankelijke proteïne-kinase II in de nucleus accumbens-schaal zijn betrokken. J. Neurosci. 33, 4295-4307 10.1523 / jneurosci.5192-12.2013 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  43. Smith JK, Neill JC, Costall B. (1997). De omstandigheden na het spenen beïnvloeden de gedragseffecten van cocaïne en d-amfetamine. Psychopharmacology (Berl) 131, 23-33 10.1007 / s002130050261 [PubMed] [Kruis Ref]
  44. Solinas M., Chauvet C., Thiriet N., El Rawas R., Jaber M. (2008). Omkering van cocaïneverslaving door milieuverrijking. Proc. Natl. Acad. Sci. VS 105, 17145-17150 10.1073 / pnas.0806889105 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  45. Solinas M., Thiriet N., El Rawas R., Lardeux V., Jaber M. (2009). Verrijking van de omgeving tijdens vroege levensfasen vermindert de gedrags-, neurochemische en moleculaire effecten van cocaïne. Neuropsychopharmacology 34, 1102-1111 10.1038 / npp.2008.51 [PubMed] [Kruis Ref]
  46. Trappen DJ, Prendergast MA, Bardo MT (2011). Door milieu veroorzaakte verschillen in corticosteron- en glucocorticoïdreceptorblokkade van zelftoediening door amfetamine bij ratten. Psychopharmacology (Berl) 218, 293-301 10.1007 / s00213-011-2448-4 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  47. Thiel KJ, Pentkowski NS, Peartree NA, Painter MR, Neisewander JL (2010). Omgevingslevensomstandigheden geïntroduceerd tijdens gedwongen onthouding veranderen het cocaïne-zoekgedrag en de Fos-eiwitexpressie. Neuroscience 171, 1187-1196 10.1016 / j.neuroscience.2010.10.001 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  48. Thiel KJ, Sanabria F., Pentkowski NS, Neisewander JL (2009). Anti-hunkeringseffecten van omgevingsverrijking. Int. J. Neuropsychopharmacol. 12, 1151-1156 10.1017 / s1461145709990472 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  49. van Winkel M., Peeters F., Van Winkel R., Kenis G., Collip D., Geschwind N., et al. (2014). Impact van variatie in het BDNF-gen op sociale stressgevoeligheid en de bufferende invloed van positieve emoties: replicatie en uitbreiding van een gen-omgevingsinteractie. EUR. Neuropsychopharmacol. 24, 930-938 10.1016 / j.euroneuro.2014.02.005 [PubMed] [Kruis Ref]
  50. Venebra-Muñoz A., Corona-Morales A., Santiago-García J., Melgarejo-Gutiérrez M., Caba M., García-García F. (2014). Verrijkte omgeving verzwakt de zelftoediening van nicotine en induceert veranderingen in ΔFosB-expressie in de prefrontale cortex van de rat en nucleus accumbens. Neuroreport 25, 694-698 10.1097 / wnr.0000000000000157 [PubMed] [Kruis Ref]
  51. Vialou V., Robison AJ, Laplant QC, Covington HE, Dietz DM, Ohnishi YN, et al. (2010). DeltaFosB in hersenkredietcircuits medieert veerkracht tegen stress en antidepressieve reacties. Nat. Neurosci. 13, 745-752 10.1038 / nn.2551 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  52. Wallace DL, Vialou V., Rios L., Carle-Florence, TL, Chakravarty S., Kumar A., ​​et al. (2008). De invloed van DeltaFosB in de nucleus accumbens op natuurlijk beloningsgerelateerd gedrag. J. Neurosci. 28, 10272-10277 10.1523 / jneurosci.1531-08.2008 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  53. Wang Y., Cesena TI, Ohnishi Y., Burger-Caplan R., Lam V., Kirchhoff PD, et al. (2012). Screening op kleine moleculen identificeert regelaars van de transcriptiefactor ΔFosB. ACS Chem. Neurosci. 3, 546-556 10.1021 / cn3000235 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  54. Werme M., Messer C., Olson L., Gilden L., Thorén P., Nestler EJ, et al. (2002). Delta FosB regelt wielrennen. J. Neurosci. 22, 8133-8138 [PubMed]
  55. Winstanley CA, Bachtell RK, Theobald DE, Laali S., Green TA, Kumar A., ​​et al. (2009a). Verhoogde impulsiviteit tijdens terugtrekking uit zelftoediening door cocaïne: rol voor DeltaFosB in de orbitofrontale cortex. Cereb. Cortex 19, 435-444 10.1093 / cercor / bhn094 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  56. Winstanley CA, Green TA, Theobald DE, Renthal W., LaPlant Q., DiLeone RJ, et al. (2009b). DeltaFosB-inductie in orbitofrontale cortex versterkt locomotorische sensitisatie ondanks het verzachten van de cognitieve disfunctie veroorzaakt door cocaïne. Pharmacol. Biochem. Behav. 93, 278-284 10.1016 / j.pbb.2008.12.007 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruis Ref]
  57. Winstanley CA, LaPlant Q., Theobald DE, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, et al. (2007). DeltaFosB-inductie in orbitofrontale cortex medieert tolerantie voor door cocaïne geïnduceerde cognitieve dysfunctie. J. Neurosci. 27, 10497-10507 10.1523 / jneurosci.2566-07.2007 [PubMed] [Kruis Ref]
  • Wijs RA (1998). Medicamenteuze activering van hersenbeloningsroutes. Drug Alcohol Depend. 51, 13-22 10.1016 / s0376-8716 (98) 00063-5 [PubMed] [Kruis Ref]