Jonathan P. Fadok, 1,2 Tavis MK Dickerson, 2 en Richard D. Palmiter2 *
J Neurosci. Auteur manuscript; beschikbaar in PMC 2010 maart 9.
Gepubliceerd in definitief bewerkte vorm als:
J Neurosci. 2009 september 9; 29 (36): 11089-11097.
doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1616-09.2009.
1 Graduate Program in Neurobiology and Behavior, University of Washington, Seattle, WA 98195
2 Department of Biochemistry and Howard Hughes Medical Institute, University of Washington, Seattle, WA, 98195
* Correspondentie moet worden gericht aan: Richard D. Palmiter, HHMI en Department of Biochemistry, Box 357370, University of Washington, Seattle, WA 98195. E-mail: [e-mail beveiligd]
De laatste bewerkte versie van dit artikel van de uitgever is gratis beschikbaar op J Neurosci
Zie andere artikelen in PMC die het gepubliceerde artikel citeren.
Abstract
Dopamine (DA) is betrokken bij veel gedrag, waaronder motorische functie, cognitie en verwerking van beloningen; de rol van DA bij de verwerking van angst blijft echter onduidelijk. Om de rol van DA in angstgerelateerd leren te onderzoeken, werden dopamine-deficiënte (DD) muizen getest in een angstoppotentieel schrikkenparadigma. DA-synthese kan worden hersteld in DD-muizen door toediening van 3, 4-dihydroxy-L-fenylalanine (L-Dopa), waardoor de beoordeling van angstverwerking mogelijk wordt in ofwel een DA-verarmde of -replete toestand. Angstverhogende schrik ontbrak in DD-muizen, maar kon onmiddellijk na angstconditionering worden hersteld door toediening van L-Dopa. Selectief viraal gemedieerd herstel van DA-synthese binnen het ventrale tegmentale gebied herstelde volledig het leren van angst bij DD-muizen en herstel van DA-synthese voor DA-neuronen die naar het basolaterale amygdala herstelden, herstelde kortetermijngeheugen, maar niet voor langetermijngeheugen of schoksensibilisatie. We tonen ook aan dat de DA D1-receptor (D1R) en D2-achtige receptoren noodzakelijk zijn voor cue-dependent fear-learning.
Deze bevindingen geven aan dat DA die werkt op meerdere receptorsubtypen binnen meerdere doelregio's de stabilisatie van angstgeheugen vergemakkelijkt.
Sleutelwoorden: Dopamine, angst, angst-potentiated schrik, amygdala, dopamine D1 receptor, dopamine D2 receptor
Introductie
De neuromodulator DA is belangrijk voor beloningsgerelateerd leren en drugszoekgedrag (Schultz, 2002; Wise, 2004) en er is bewijs dat DA ook belangrijk kan zijn voor angstgerelateerd leren (Lamont en Kokkinidis, 1998; Guarraci et al. ., 1999; Greba en Kokkinidis, 2000; Guarraci et al., 2000; Greba et al., 2001; Pezze en Feldon, 2004; de Oliveira et al., 2006). DA-neuronen van het ventrale middenhersenenproject naar limbische hersengebieden belangrijk voor angstleer, en DA-spiegels in deze hersengebieden nemen toe tijdens aversieve gebeurtenissen (Abercrombie et al., 1989; Kalivas en Duffy, 1995; Doherty en Gratton, 1997; Inglis en Moghaddam , 1999). Bovendien verhogen sommige DA-neuronen van de hersenen hun vurencijfers naar aversieve stimuli en voorspellende signalen (Guarraci en Kapp, 1999; Horvitz, 2000; Joshua et al., 2008). Verder is aangetoond dat DA langdurige versterking mogelijk maakt, een sleutel neuraal correlaat van geheugen, in gebieden die cruciaal zijn voor angstleer, zoals de hippocampus en amygdala (Bissiere et al., 2003; Lemon en Manahan-Vaughan, 2006; Swant en Wagner, 2006).
Ondanks de vooruitgang die is geboekt met betrekking tot DA-neuronfysiologie tot angst, blijft de precieze rol van DA en de bijbehorende receptoren in angstgerelateerd leren onopgelost. Injecties van D1R-achtige antagonisten systemisch, of in de amygdala, bleken de verwerving of uitdrukking van angstgerelateerd leren te blokkeren; Anderen hebben echter aangetoond dat deze geneesmiddelen geen effect hebben (Guarraci et al., 1999; Greba en Kokkinidis, 2000; de Oliveira et al., 2006). Bovendien is aangetoond dat D1R-achtige agonisten de angstconditionering versterken of geen effect hebben (Guarraci et al., 1999; Greba et al., 2000; Inoue et al., 2000; de Oliveira et al., 2006). Analoge verschillen zijn gevonden in onderzoeken waarbij agonisten of antagonisten werden gebruikt voor D2R-achtige receptoren (Guarraci et al., 2000; Greba et al., 2001; Ponnusamy et al., 2005; de Oliveira et al., 2006). Deze verschillen kunnen te wijten zijn aan gedragsmethoden, dosisafhankelijke effecten van geïnjecteerde geneesmiddelen of verschillen in de keuze van farmacologische middelen. DA-receptorantagonisten variëren bijvoorbeeld sterk in hun selectiviteit, terwijl sommige studies selectievere D2-receptoren kunnen antagoniseren, andere kunnen breder antagoneren tegen D2-, D3- en D4-receptoren (Missale et al., 1998).
Om de rol van DA in angstgerelateerd leren op te helderen, gebruikten we muizen zonder DA (DD-muizen) en muizen zonder de D1R- of DA D2-receptoren (D2R), en testten ze deze in een angst-gepotentieerd schrikkenparadigma. Angst-potentiated schrikreactie is een pavlovian-angst conditionering paradigma waarin een neutrale stimulus verhoogt in de akoestische schrikreactie na paringen met een footshock (Koch, 1999). Angstversterkte schrikreactie is een ideaal paradigma voor deze onderzoeken omdat het niet afhankelijk is van een beoordeling van bevriezingsgedrag, wat moeilijk te meten is bij hypoactieve DD-muizen (Zhou en Palmiter, 1995). Omdat DD-muizen kunnen worden onderzocht in een DA-lege of DA-verzadigde toestand bieden ze een ideale gelegenheid om de rol van DA bij het leren en geheugenvorming te bestuderen. Verder kan met gebruikmaking van door virus gemedieerde aflevering van Cre-recombinase DA-signalering selectief worden hersteld naar specifieke doelgebieden door reactivering van een Th-allel van DD-muizen (Hnasko et al., 2006). Selectief herstel van DA naar specifieke doelgebieden maakt de beoordeling van hersengebieden mogelijk die worden gereguleerd door DA-signalering tijdens angstconditionering.
Materialen en methoden
Dieren en behandelingen
DD-muizen werden gegenereerd zoals beschreven (Hnasko et al., 2006). In het kort, DD (Thfs / fs; DbhTh / +) muizen dragen twee niet-functionele tyrosine hydroxylase (Th) allelen, die zijn geïnactiveerd via insertie van een neomycineresistent (NeoR) gen geflankeerd door lox P-plaatsen in het eerste intron van het Th-gen . Deze muizen dragen ook een intact dopamine (3-hydroxylase (Dbh) allel en een Dbh allel met een gerichte insertie van het Th-gen. Controledieren dragen ten minste één intact Th-allel en één intact Dbh-allel. Niveaus van niet-dopaminerge catecholamines zijn normaal bij DD-dieren en niveaus van alle catecholamines zijn normaal bij controledieren (Zhou en Palmiter, 1995; Szczypka et al., 1999). Muizen werden op een gemengde C57BL / 6 X 129 / Sv genetische achtergrond gehouden. Vanwege ernstige hypofagie werden DD-muizen dagelijks (ip) met L-Dopa geïnjecteerd met 50 mg / kg met een volume van 33 μl / g (Zhou en Palmiter, 1995), beginnend op ongeveer postnatale dag 10. Deze injecties herstellen de DA-functie voor 8 naar 10 hr (Szczypka et al., 1999). D1R knock-out (KO) en D2R KO-muizen zijn beschreven (Drago et al., 1994; Kelly et al., 1997). Beide stammen werden op een C57BL / 6-achtergrond gehouden. Vanwege de groeiachterstand bij D1R KO-muizen, werden ze na vier weken gespeend en voerden ze bevochtigd voer om de groei te bevorderen. Alle dieren werden gegenotypeerd met behulp van PCR-analyse. Mannelijke en vrouwelijke muizen werden onderworpen aan gedragstesten in de leeftijd van 2-5 maanden. Alle muizen werden gehuisvest onder een 12: 12 (licht: donker) cyclus in een temperatuurgecontroleerde omgeving met voedsel (5LJ5; PMI Feeds, St. Louis, MO) en water ad libitum beschikbaar. Alle gedragsexperimenten werden uitgevoerd tijdens de lichtcyclus. Alle muizen werden behandeld volgens richtlijnen opgesteld door de National Institutes of Health en de University Institute of Animal Care and Use Committee van de University of Washington
Om te beoordelen of andere D2-achtige receptoren belangrijk zijn voor angstleer, kregen D2R KO-muizen de D2-achtige antagonist eticlopride (Sigma, St. Louis, MO) met 0.5 mg / kg (ip). Eticlopride werd opgelost in 0.9% zoutoplossing en werd gegeven in een eindvolume van 10 μl / g. D2R-muizen van het wilde type (WT) werden met een voertuig geïnjecteerd.
Apparaat
Geluidverzwakkende schrikkamers (SR-Lab, San Diego Instruments, San Diego, CA) werden gebruikt voor het meten van prepulse-inhibitie, schrikreacties en angst-gepotentieerde schrikreacties. Voor schrikreacties werden 65 1-msec-waarden afgenomen, te beginnen bij het begin van de puls. Om de respons op footshock te meten, werden 500 1-msec-waarden afgenomen, te beginnen bij het begin van de shock. De piekamplitude van de respons werd gebruikt voor het berekenen van prepulse-inhibitie, schrikreacties, angst-gepotentieerde schrikreactie en schokreactiviteit. Het witte ruisgeluid werd geproduceerd door een hoogfrequente luidspreker in het plafond van de kamer. Achtergrondgeluid bleef behouden op een constant 65 dB-niveau. Geluidsniveaus werden gemeten in decibel (A-schaal) met behulp van een geluidsniveaumeter (RadioShack, Fort Worth, TX). Een kalibratie-eenheid werd gebruikt om de integriteit van de schrikreactiewaarden te verzekeren (San Diego Instruments, San Diego, CA). Een 8-watt-lampje werd op de achterwand van de schroevendraaier gemonteerd voor gebruik als keu.
Schrik responscurves
Na een gewenningsperiode van 5-min kregen de dieren een reeks van zeven proeven met stijgende geluidsniveaus: van 80 tot 120 dB, met een ITI van 30 sec. Deze serie werd 10 keer gepresenteerd voor een totaal van 70-proeven. In alle proeven, met uitzondering van nulpogingen waarbij er geen geluid was, was de geluidspuls 40 msec.
Pre-puls inhibitie
Aan dieren werd een gewenningsperiode van 10-min gegeven, waarna de proefpersonen 5 40-msec, 120-dB, alleen-pulsonderzoeken kregen. Muizen werden vervolgens gepresenteerd met 50-trials van ofwel een schrikkende puls-alone-trial, één van de drie prepulse-trials (5, 10 en 15-dB boven de achtergrond), of een nulproef waarbij er geen akoestische stimulus was. Het intertriële interval (ITI) gemiddeld 15 sec (bereik 5-25 sec). Een schrikkende proef bestond uit een 40-msec, 120-dB puls van witte ruis. Prepulsproeven bestonden uit een 20-msec-duur-prepulse van de 70-, 75- of 80-dB-intensiteit, die voorafging aan de 40-msec 120-dB-puls door 100 msec. Prepulse-inhibitie werd berekend voor elk prepulsniveau met behulp van de volgende formule:% inhibitie = [(gemiddelde schrikreactie op prepulse-trial / gemiddelde schrikrespons op puls-alone-proef) × 100]. DD-muizen werden getest in een DA-verarmde toestand, 18-24 uur na L-Dopa-injectie.
Fear-potentiated startle (7-day paradigma)
Op dag 1 (basislijn), na een 5-min gewenningsperiode, kregen de muizen een pseudo-willekeurig geordende serie 20-onderzoeken, gelijkmatig verdeeld tussen cue en geen-cue-omstandigheden. Voor no-cue-proeven werden dieren gepresenteerd met een 40-msec, 105-dB akoestische puls. Voor cue-proeven werden de dieren gepresenteerd met een 10-sec lichtcue, die gelijktijdig eindigde met een 40-msec, 105-dB-puls. De ITI gemiddeld 120 sec (bereik 60 tot 180 sec).
Training vond plaats op dagen 2, 4 en 6. Na een 10-min gewenningsperiode kregen muizen 10-presentaties van het cue-licht, die gelijktijdig eindigden met een 0.2-mA, 0.5-sec footshock. De ITI gemiddeld 120 sec (bereik 60 tot 180 sec). De testsessies vonden plaats op dagen 3, 5 en 7 en waren identiek aan de hierboven beschreven baselinesessie. DD-muizen waren in DA-verarmde staat, 18 tot 24 uur na hun laatste L-Dopa-injectie, tijdens basislijn-, training- en testsessies. L-Dopa werd geïnjecteerd na trainingssessies zoals aangegeven in figuurlegends. De volgende formule werd gebruikt voor het berekenen van door vrees gepotentieerde schrikreacties:% potentiation = [(gemiddelde van responses op cue-trials / gemiddelde van responsen op no cue trials-1) × 100].
Fear-potentiated startle (3-day paradigma)
Dagen 1 en 3 (basislijn en test) van dit paradigma waren identiek aan die beschreven voor het 7-dag angstopwekkende schrikkende paradigma. Op dag 2 (training) ontvingen muizen 30-paren van het 10-sec-cue-licht met een 0.2-mA, 0.5-sec-voetschok. Het ITI-gemiddelde was 120 sec (bereik 60 tot 180 sec). DD-muizen waren DA-verarmd tijdens baseline, training en testen.
Korte-termijn geheugen
Baseline- en testsessies waren identiek aan die beschreven voor het 7-dagparadigma. Op dag 2 kregen muizen na 5-min gewenningsperiode 30-paren van een 10-sec-cue-licht, dat gelijktijdig werd beëindigd met een 0.5-sec, 0.2-mA-voetschok. De ITI gemiddeld 120 sec (bereik 60 tot 180). Na de training werden de muizen voor het testen in 10 minuten in hun huiskooien geplaatst. Korte-termijn geheugen werd beoordeeld door gebruik te maken van dezelfde formule die wordt gebruikt voor angst-gepotentieerde schrikreacties.
Schok Sensibilisatie
Antwoorden op de geen-cuevoorwaarde tijdens de korte-termijn geheugenbasis en testsessies werden gemiddeld voor elk dier en de volgende formule werd gebruikt om de schoksensibilisatie te berekenen:% sensitisatie = [(gemiddelde schrikreactie tijdens testen / gemiddelde schrikrespons op basislijn- 1) 100 ×].
Cre recombinase-gemedieerde restauratie van de Th-genfunctie
Isofluraan (1.5-5%) onder narcose gebrachte muizen werden in een stereotaxisch instrument geplaatst (David Kopf Instruments, Tujunga, CA). Voor het herstel van de Th-genfunctie in het ventrale tegmentale gebied, werd recombinant AAV1-Cre-GFP-virus (getitreerd bij 1.2 × 1012 deeltjes / ml) bilateraal in de ventrale middenhersenen geïnjecteerd (coördinaten in mm: 3.5 posterior naar Bregma, 0.5 lateraal naar middellijn , 4.5 ventraal naar Bregma; 0.5 μl / halfrond). Voor specifiek herstel van BLA DA werd recombinant CAV2-Cre-virus (getitreerd bij 2.1 x XUMUM deeltjes / ml) bilateraal geïnjecteerd (coördinaten in mm: 1012 posterior naar Bregma, 1.5 lateraal naar middellijn, 3.25 ventraal naar Bregma; 5 μl / halve bol) . Gedetailleerde beschrijvingen van beide virale vectoren zijn gepubliceerd (Hnasko et al., 0.5; Zweifel et al., 2006). Virussen werden geïnjecteerd over een 2008-min periode met behulp van een 10-gauge spuitnaald (Hamilton, Reno, NV) bevestigd aan een micro-infusiepomp (WPI, Sarasota, FL).
immunohistochemie
Na anesthesie met 50 mg / ml natriumpentobarbital (0.2-0.3 ml / dier) werden muizen transcardiaal geperfundeerd met fosfaat-gebufferde zoutoplossing, gevolgd door 4% paraformaldehyde in fosfaat-gebufferde zoutoplossing. Ontlede hersenen werden 's nachts gefixeerd in 4% paraformaldehyde, cryobeschermd in 30% sucrose in fosfaat-gebufferde zoutoplossing en daarna snel ingevroren in isopentaan. Vrij zwevende coronale secties (30 μm) werden immunologisch gekleurd met hetzij anti-TH anti-TH (1: 1000, Chemicon) antilichamen van konijnen anti-TH (1: 2000, Chemicon). Immunoflourescentie werd bereikt door gebruik te maken van Cy2- of Cy3-geconjugeerde IgG-secundaire antilichamen (1: 200, Jackson ImmunoResearch). Bevlekte secties werden op dia's gemonteerd, afgedekt en gefotografeerd met een rechtopstaande helderveldmicroscoop (Nikon).
Statistische analyse
Analyses die werden uitgevoerd, omvatten herhaalde metingen en one-way ANOVA, Fisher post-hoc en Student's t-tests zoals vermeld in de resultaten. Statistische analyse werd uitgevoerd met behulp van Statistica-software (Statsoft, Tulsa, Oklahoma).
Resultaten
DD-muizen hebben een intacte akoestische schrikreactie en normale prepulseremming
Angst-potentiated schrik vereist intacte akoestische schrikreacties en sensorimotorische gating. Om te bepalen of de akoestische schrikreactie is veranderd in afwezigheid van DA, werden de responsen van DA-verarmde DD-muizen (18 tot 24 uur na L-Dopa) tot meerdere decibelgeluidniveaus gemeten en vergeleken met controles (Figuur 1A). Herhaalde metingen ANOVA toonde geen hoofdeffect van genotype en geen significante interactie tussen genotype en geluidsniveau.
Figuur 1
DA is van cruciaal belang voor het leren van door angst versterkte schrik. A, akoestische schrikreactie van controle (n=10, zwarte vierkantjes) en DD-muizen (n=10, open vierkantjes) op verschillende geluidsintensiteiten. Reacties worden gerapporteerd in willekeurige eenheden. B, Prepulse-remming werd getest bij 3 verschillende prepulsintensiteiten in controle (n = 10, zwarte balken) en DD-muizen (n = 10, open balken). Sterretjes geven p<0.05 aan, herhaalde metingen ANOVA. C, Schematische weergave van het 7-daagse door angst versterkte schrikparadigma. Op basislijn- en testdagen ontvingen muizen 10 presentaties van no-cue (40 msec duurpresentatie van een 105-dB schrikpuls) en 10 presentaties van cue-trials (10-sec lichtsignaal gelijktijdig eindigend met de schrikpuls) in pseudo-willekeurige volgorde. Op trainingsdagen ontvingen muizen 10 paren van de 10-sec light cue die samen eindigde met een 0.5-sec duur, 0.2-mA footshock. Leren werd beoordeeld op testdagen als een percentage van potentiëring op cue-trials in vergelijking met no-cue-trials. D, DD-muizen (n=10, open staven) die L-Dopa 3 uur na de training kregen (dag 2 en 4) leerden niet (test 1 en 2). Toen DD-muizen echter onmiddellijk na de training (dag 6) werden geïnjecteerd, vertoonden ze een significante door angst versterkte schrik (test 3). Sterretjes geven p<0.05 aan, herhaalde metingen ANOVA. E, metingen van schokreactiviteit tijdens trainingssessies (controle n = 10, zwarte balken; DD n = 10, open balken). Reacties worden gerapporteerd in willekeurige eenheden. F, Schematische weergave van het 3-daagse door angst versterkte schrikparadigma dat wordt gebruikt om de kritieke tijdsperiode te bepalen waarin DA belangrijk is. Alle 30 cue-shock-paren werden op één trainingsdag gegeven en DD-muizen werden onmiddellijk, 1 uur of 3 uur na de training behandeld met L-Dopa. G. Alleen controle (n=8, effen zwarte balken, C) en DD-muizen die onmiddellijk na de training werden geïnjecteerd (n=7, verticale strepen, 0 uur) vertoonden op de testdag een door angst versterkte schrik. Dit niveau van door angst versterkte schrik was significant hoger dan dat waargenomen bij de DD-muizen die L-Dopa 1 uur (n = 6, diagonale strepen) of 3 uur (n = 6, open balken) na de training kregen. Sterretjes geven p<0.05 aan in vergelijking met baseline, Fisher post-hoc. Alle gerapporteerde waarden zijn gemiddelden ± SEMDA-verarmde DD en controlemuizen werden ook getest in een prepuls-remmingsparadigma, dat vaak wordt gebruikt om tekorten in sensomotorische poorten te detecteren. Prepulse-remming was verbeterd in DD-muizen (Figuur 1B; herhaalde metingen ANOVA, genotype: F1, 18 = 5.37; p<0.05; er werd geen significant genotype door interactie op prepulsniveau gedetecteerd). Deze gegevens geven aan dat DD-muizen geen tekorten hebben in schrikreacties of afnamen in sensomotorische poortmechanismen terwijl ze zich in een DA-uitgeputte toestand bevinden en valideren hun gebruik in door angst versterkte schrikexperimenten.
Dopamine is noodzakelijk op een kritiek moment voor het leren van angst-potentiated opschrikken
Om te bepalen of DA nodig is voor het leren van een cued-angst conditioneringstaak, werden DD- en controlemuizen onderworpen aan een 7-daags door angst versterkt schrikparadigma (Figuur 1C). DD-muizen werden getraind en getest in een DA-arme toestand. Bij testen 24 uur na de training vertoonden controlemuizen een door angst versterkte schrik na een enkele trainingssessie die niet werd waargenomen in DD-muizen (Figuur 1D; herhaalde metingen ANOVA, genotype, F1, 18 = 7.4590, p <0.05). Zelfs na een extra trainingssessie konden DD-muizen geen door angst versterkte schrik uitdrukken, terwijl controlemuizen robuust leervermogen bleven uiten. Interessant is dat wanneer L-Dopa onmiddellijk na de training op dag 6 werd gegeven, DD-muizen een door angst versterkte schrik vertoonden die significant hoger was dan de uitgangswaarde (eenrichtings-ANOVA F1, 18=9.1999, p<0.01) en niet verschilden van de controleniveaus ( Figuur 1D). Schokreactiviteit over trainingsdagen voor DD- en controlemuizen was niet significant verschillend tussen genotypen op een trainingsdag, wat aangeeft dat het leertekort bij DD-muizen niet te wijten was aan een onvermogen om de voetschok te voelen (Figuur 1E). Om het kritieke tijdvenster te karakteriseren voor DA-actie varieerde een aanvullend onderzoek de tijd van toediening van levodopa. DD- en controlemuizen kregen een trainingssessie bestaande uit 30 licht-shockparen (Figuur 1F) en vervolgens geïnjecteerd met L-Dopa, ofwel onmiddellijk, 1 uur of 3 uur na de training en ze werden 24 uur later getest. DD-muizen die onmiddellijk na de training werden geïnjecteerd, vertoonden op de testdag een robuuste, door angst versterkte schrik, vergelijkbaar met die van controles, terwijl de DD-muizen die 1 uur of 3 uur na de training waren geïnjecteerd met L-Dopa niet leerden (Figuur 1G; herhaalde metingen ANOVA; behandeling × sessie F3, 23=5.1032, p<0.01). Deze gegevens geven aan dat DA nodig is binnen een eindige tijdsperiode om te leren in een door angst versterkt schrikparadigma. DA is echter niet nodig voor de expressie van cued-angst-geheugen, aangezien DD-dieren altijd werden getest in afwezigheid van DA. Bovendien heeft de afwezigheid van DA geen invloed op de schokreactiviteit.
D1R is noodzakelijk voor angst-potentiated opschrikken
Om te onderzoeken welke DA-receptoren nodig zijn voor door angst versterkte schrik, hebben we eerst D1R KO-muizen geanalyseerd. D1R KO en controle, wildtype (WT) muizen werden getest op meerdere niveaus van schrikpulsintensiteit, zoals beschreven voor DD-muizen (Figuur 2A). Er was geen significant verschil tussen D1R KO- en WT-muizen op elk getest geluidsniveau, wat aangeeft dat D1R KO-muizen een intacte akoestische schrikreactie hebben. In overeenstemming met eerdere studies hebben we intacte prepuls-remming waargenomen bij D1R KO-muizen (Ralph-Williams et al., 2002). Wanneer getest in het 7-daagse angst-gepotentieerde schrikparadigma, slaagden D1R KO-muizen er niet in om leren uit te drukken op een van de testdagen (Figuur 2B; herhaalde metingen ANOVA-genotype × testdag F3, 48 = 6.28; p<0.01), terwijl WT muizen hadden significante door angst versterkte schrik op testdagen 2 en 3 (p<0.05 en p<0.01, controlebasislijn versus test 2 en 3, respectievelijk Fisher post-hoc). D1R KO-muizen hadden een grotere schokreactiviteit dan WT op alle drie de trainingsdagen (Figuur 2C; herhaalde metingen ANOVA, genotype F1, 16 = 10.18; p <0.01; er werd geen significant genotype × trainingsdag waargenomen). Dus, hoewel D1R KO-muizen verhoogde reacties op voetschokken hebben in vergelijking met WT-muizen, hebben ze de door angst versterkte schrik aanzienlijk verminderd, zelfs na 3 dagen training. Deze gegevens duiden op een leerstoornis bij D1R KO-dieren en impliceren de D1R bij het mediëren van de effecten van DA bij cue-afhankelijke angstconditionering. Figuur 2 D1R KO-muizen hebben een aanzienlijk verminderd leervermogen. A, akoestische schrikreactie van D1R WT (n=9, zwarte vierkantjes) en KO (n=9, open vierkantjes) muizen. B, Resultaten van een door angst versterkt schrikparadigma van 7 dagen met D1R-muizen. D1R WT-muizen (n=9, ononderbroken zwarte balken) maar niet D1R KO-muizen (n=9, open balken), vertoonden een door angst versterkte schrik op testdag 3. Sterretjes geven p<0.01 aan, waarbij KO wordt vergeleken met WT, Fisher post- hoezo. C, Metingen van schokreactiviteit. D1R KO-muizen (n=9, open staven) reageren hoger op voetschokken dan WT (n=9, volle staven). Sterretjes geven p<0.05 aan, herhaalde metingen ANOVA. Alle gerapporteerde waarden zijn gemiddelden ± SEM. Voor schrikreacties en schokreactiviteit, getallen gerapporteerd in willekeurige eenheden.
Angst-potentiated schrik is intact in D2R KO-muizen, maar vereist andere D2-achtige receptoren
Om te onderzoeken of D2-achtige receptoren noodzakelijk zijn voor angst-gepotentieerde schrik, werden D2R KO- en WT-muizen onderworpen aan de schrikreactie en angstoppotige schrikreacties. WT- en D2R KO-muizen hebben equivalente schrikreacties op alle geteste dB-niveaus, wat aangeeft dat D2R KO-muizen een intacte akoestische schrikreactie hebben (Figuur 3A). Vergelijkbaar met D1R KO-muizen hebben we waargenomen dat D2R KO-muizen intacte prepulse-inhibitie hebben (Ralph-Williams et al., 2002). Bij testen in het 7-dag met angst gepotentieerde schrikkenparadigma, toonden zowel WT- als D2R KO-muizen op alle 3-testdagen angstig geprikte schrik op equivalente niveaus (figuur 3B) en de schokreactiviteit was niet verschillend tussen groepen (figuur 3C). Deze gegevens geven aan dat D2R niet nodig is voor het leren van angst-potentiated schrikken.
Figuur 3
D2R KO-muizen hebben een intacte, door angst versterkte schrikreactie. A, akoestische schrikreactie van D2R WT (n = 8, zwarte vierkanten) en KO-muizen (n = 8, open vierkanten). B, Resultaten van een door angst versterkt schrikparadigma van 7 dagen met D2R-muizen. Zowel WT (n=8, volle staven) als KO (n=8, open staven) muizen vertoonden significante niveaus van door angst versterkte schrik. C, Metingen van schokreactiviteit tijdens training (WT, n=8, massieve staven; KO, n=8, open staven). D-, WT- en D2R KO-muizen (elk n = 11) werden onderworpen aan het 3-daagse angst-gepotentieerde schrikparadigma. D2R KO-muizen kregen vóór de training eticlopride (0.5, 0.01 mg / kg) toegediend en vertoonden geen door angst versterkte schrik bij het testen. Sterretjes geven p<2 aan, KO versus WT, Fisher post-hoc. Alle gerapporteerde waarden zijn gemiddelden ± SEM. Voor schrikreacties en schokreactiviteit worden reacties gerapporteerd in willekeurige eenheden. Eerdere studies hebben aangetoond dat toediening van D2000-achtige antagonisten, hetzij systemisch of direct in de amygdala, geconditioneerde angst schaadt (Guarraci et al., 2001; Greba et al., 2005; Ponnusamy et al., 2). Om de discrepantie tussen hun resultaten en de onze te onderzoeken, kregen D2R KO-muizen de D0.5R-achtige antagonist eticlopride (3, 24 mg / kg; afgeleverd ip) toegediend voordat ze werden getraind in het 2-daagse angst-gepotentieerde schrikparadigma. Wanneer getest 3 uur na de training, vertoonden voertuig-geïnjecteerde WT-muizen een robuuste, door angst versterkte schrik, terwijl met eticlopride geïnjecteerde D1R KO-muizen niet leerden (Figuur 20D; herhaalde metingen ANOVA-genotype × dag F7.5698, 0.05 = 1, p <2) . Deze resultaten suggereren dat, naast de D2R, een lid van de DXNUMX-achtige familie van DA-receptoren, maar niet de DXNUMXR, essentieel is voor door angst versterkte schrik.
Het kortetermijngeheugen is aangetast bij DD- en D1R KO-muizen
DA is vereist binnen een uur na de training om door angst versterkte schrik te leren. In deze experimenten werd het langetermijngeheugen voor door angst versterkte schrik 24 uur na de training getest. We wilden testen of DA ook nodig is voor kortetermijngeheugen. DD-dieren en controles werden onderworpen aan een 2-daags paradigma dat 10 minuten na de training kortetermijngeheugen testte (Figuur 4A). Op de testdag werden schoksensibilisatie en kortetermijngeheugen beoordeeld. Kortetermijngeheugen werd gedefinieerd als cue-afhankelijke toename van schrikreacties, terwijl schoksensibilisatie een contextafhankelijke versterking is van de akoestische schrikreactie na footshock die onafhankelijk is van cue (McNish et al., 1997; Richardson, 2000; Risbrough et al. al., 2008). DD-muizen hadden significant minder schoksensibilisatie dan controles (Figuur 4B, p <0.05; Student's t-test). Evenzo vertoonden controlemuizen robuust kortetermijngeheugen dat afwezig was in DD-muizen (Figuur 4B, p <0.05, DD versus controle, Student's t-test). Deze gegevens suggereren dat DA vereist is voor korte- en langetermijngeheugen van door angst versterkte schrikreacties. Bovendien is DA noodzakelijk voor contextafhankelijk leren van angst, zoals getest door schoksensibilisatie. Deze gegevens versterken ook de eerdere conclusie dat DA nodig is in een kritieke periode voor de stabilisatie van het angstconditionerende geheugenspoor. Figuur 4 Kortetermijngeheugen en schokgevoeligheid zijn afhankelijk van DA. A, Ontwerp van het gedragsparadigma. Op dag 1 werden baseline schrikreacties verkregen. Op dag 2 ontvingen muizen alle 30 cue-shock-paren en werden ze vervolgens gedurende 10 minuten terug in hun homecage geplaatst voordat ze werden getest. B, controlemuizen (n = 10, zwarte balken) hebben een significant grotere schoksensibilisatie en door angst versterkte schrik in vergelijking met DD (n = 10, open balken). Asterisken geven p <0.05 aan; T-toets van de student. C, WT (n = 7, zwarte balken) en D1R KO (n = 7, open balken) muizen hebben intacte schoksensibilisatie. Alleen WT hebben door angst versterkte schrikreacties tijdens de kortetermijngeheugentest. Asterisken geven p <0.05 aan, KO versus WT; T-toets van de student. D, WT (n = 8, zwarte balken) muizen hebben een significant grotere schoksensibilisatie dan D2R KO (n = 8, open balken). Niveaus van door angst versterkt zijn vergelijkbaar tussen WT- en D2R KO-muizen. Asterisken geven p <0.05 aan, KO versus WT; T-toets van de student. Alle gerapporteerde waarden zijn gemiddelden ± SEM Om te onderzoeken welke receptorsubtypen de rol van DA in kortetermijngeheugen en schoksensibilisatie bemiddelen, werden D1R- en D2R KO-muizen getest in hetzelfde paradigma als DD-muizen. D1R KO-muizen hadden significant lagere niveaus van kortetermijngeheugen dan WT-muizen (Figuur 4C, p <0.05; Student's t-test); er was echter geen significant verschil tussen de niveaus van schoksensibilisatie in D1R KO en controlemuizen, wat aangeeft dat contextafhankelijk leren intact was. D2R KO-muizen hadden significant lagere niveaus van schoksensibilisatie dan WT (Figuur 4D, p <0.05; Student's t-test), maar er was geen significant verschil tussen WT- en KO-muizenniveaus van kortetermijngeheugen.
Restauratie van DA in de basolaterale amygdala is voldoende om kortetermijngeheugen mogelijk te maken
De basolaterale amygdala is van cruciaal belang voor de verwerving van cue-afhankelijke angstgeheugen (Maren, 2003; Maren en Quirk, 2004; Sigurdsson et al., 2007). Verder zijn er aanwijzingen dat DA een belangrijke rol speelt bij het faciliteren van de basolaterale amygdala-functie (Rosenkranz en Grace, 2002; Bissiere et al., 2003; Marowsky et al., 2005). Om te onderzoeken of DA in de basolaterale amygdala nodig is voor angst-gepotentieerde schrik, werden DD- en controlemuizen bilateraal geïnjecteerd met een CAV2-Cre-vector in de basolaterale amygdala (Figuur 5A). Deze vector wordt retrograd getransporteerd van de injectieplaats naar DA-neuronen, waar het de Th-genactiviteit herstelt (Hnasko et al., 2006). Immunohistochemie onthulde dat TH aanwezig was in de basolaterale amygdala van CAV2-Cre-geïnjecteerde DD-muizen (Figuur 5J), maar afwezig in het dorsale striatum en nucleus accumbens (Figuur 5G). TH werd voornamelijk hersteld tot een klein aantal neuronen in de caudale delen van het ventrale tegmentale gebied (Figuur 5D). Er waren kenmerkend minder dan 10 TH-positieve cellen per 30-μm-sectie in de geïnjecteerde DD-muizen, wat consistent is met de kleine aantallen in de literatuur gerapporteerde amygdala-projecterende DA-neuronen (Ford et al., 2006; Lammel et al. , 2008; Margolis et al., 2008).
Figuur 5
Regiospecifieke restauratie van endogene TH-expressie in DD-muizen. A, Schematische voorstelling van injectiecoördinaten voor basolaterale amygdala (BLA) reddings-experimenten. DD (n = 7) en controle (n = 7) muizen werden bilateraal geïnjecteerd in de BLA met CAV2-Cre-vectoren (0.5 uL / halfrond). B, Schematische voorstelling van injectiecoördinaten voor reddingsexperimenten van het ventrale tegmentale gebied (VTA). AAV1-Cre-GFP werd bilateraal geïnjecteerd (0.5 uL / halfrond) in de VTA van DD (n = 7) en controlemuizen (n = 10). Cijfers aangepast van Paxinos en Franklin, 2001. C-E, vergelijking van TH-kleuring in coronale plak (4 × vergroting) die ventrale middenhersenen toont van met virus geïnjecteerde WT-controle, BLA-geïnjecteerde DD en met VTA geïnjecteerde DD. C, TH immunohistochemie in controle-middenhersenen demonstreert de aanwezigheid van DA-neuronen in de VTA en substantia nigra pars compacta (SNpc; aangegeven met pijl). D, BLA-geredde DD-muizen hadden een klein aantal TH-positieve neuronen in de VTA. Inzet is een 40 × vergroting van het omkaderde gebied, dat TH-expressie in de soma en processen laat zien. E, VTA-geredde DD-muizen hadden voornamelijk TH-expressie in de VTA. Let op de afwezigheid van TH-kleuring in SNPC (aangegeven door pijl). F-H, Coronale sectie (4 × vergroting) van WT-virus-geïnjecteerde controle, BLA-geredde en VTA-geredde DD-muizen, toont TH-expressie in dorsaal striatum en nucleus accumbens. F, WT-virus-geïnjecteerde controles hebben TH-expressie door het geheel van de dorsale (aangegeven door pijl) en ventrale striatum. G, Er is geen TH-expressie gedetecteerd in het striatum van BLA-geredde DD-muizen. H, VTA-geredde DD-muizen hebben TH-expressie in de nucleus accumbens, met slechts een gebrek aan kleuring in het dorsale striatum (aangegeven door pijl). I-K, Coronale sectie (10 × vergroting) die TH-expressie in de BLA van met virus geïnjecteerde WT-controle, BLA-geredde en door VTA geredde DD-muizen toont.
Basolaterale amygdala-geïnjecteerde muizen werden onderworpen aan een driedaags door angst versterkt schrikparadigma. Kortetermijngeheugen en schokgevoeligheid werden 3 minuten na de training beoordeeld en het langetermijngeheugen voor door angst versterkte schrik werd 10 uur na de training beoordeeld (Figuur 24A). Interessant genoeg werd alleen het kortetermijngeheugen hersteld in basolaterale amygdala-geïnjecteerde DD-muizen. De niveaus van het kortetermijngeheugen waren hetzelfde als die van de controles, maar de niveaus van het langetermijngeheugen (p<6; Student's t-test) en schokgevoeligheid (p<0.05; Student's t-test) waren significant lager dan de controles. Tijdens de training waren de niveaus van schokreactiviteit hetzelfde tussen groepen (controle: 0.05 ± 1613 versus door BLA geredde DD: 333 ± 1758). Deze gegevens suggereren dat DA-projecties naar de basolaterale amygdala, voornamelijk afkomstig van het caudale aspect van het ventrale tegmentale gebied, voldoende zijn voor het op korte termijn verwerven van cued-angst-geheugen, maar DA-projecties naar andere corticale of limbische hersengebieden zijn waarschijnlijk essentieel voor contextueel leren en langdurige stabilisatie van het angstgeheugenspoor. Figuur 260 Basolaterale amygdala (BLA)-geredde DD-muizen hebben het kortetermijngeheugen hersteld, terwijl ventrale tegmentale gebied (VTA)-geredde DD-muizen het leren volledig hebben hersteld. A, virusgeïnjecteerde WT-controle (n = 6) en BLA-geredde DD-muizen (n = 7) werden onderworpen aan het 7-daagse angst-gepotentieerde schrikparadigma. Links is de schokgevoeligheid significant lager bij door BLA geredde muizen. Middellange, kortetermijngeheugen (STM) werd hersteld tot controleniveaus in door BLA geredde muizen. Juist, langetermijngeheugen (LTM), 3 uur na de training beoordeeld, is afwezig in door BLA geredde muizen. B, Resultaten van WT-controle (n = 24) en VTA-geredde DD-muizen (n = 10) in het 7-daagse angst-gepotentieerde schrikparadigma. Links, Schoksensibilisatie in VTA-geredde DD-muizen was niet significant verschillend van controle. Midden en rechts waren de niveaus van STM- en LTM-geheugen hetzelfde als controle bij VTA-reddingsmuizen. Sterretjes geven p<3 aan, redding versus controle, Student's t-test. Alle gerapporteerde waarden zijn gemiddelden ± SEM
Restauratie van TH in het ventrale tegmentale gebied DA-neuronen is voldoende om te leren
Er zijn twee belangrijke DA-circuits afkomstig van de ventrale middenhersenen; het mesostriatale circuit, voornamelijk afkomstig van de substantia nigra pars compacta, en het mesocorticolimbische circuit, voornamelijk afkomstig uit het ventrale tegmentale gebied. Het mesocorticolimbische circuit projecteert op grote schaal hersenkernen waarvan bekend is dat ze belangrijk zijn voor cue-afhankelijke angstconditionering, waaronder de basolaterale amygdala (Bjorklund en Dunnett, 2007; Lammel et al., 2008). Om te onderzoeken of een meer complete restauratie van mesocorticolimbische DA vereist is voor langetermijngeheugen en schoksensibilisatie; DD- en controlemuizen werden bilateraal geïnjecteerd met een AAV1-Cre-GFP-vector in het ventrale tegmentale gebied om specifiek het endogene Th-gen te activeren (Figuur 5B).
Immunohistochemie werd gebruikt om te detecteren welke DA-neuronen en welke doelen de TH-expressie hadden hersteld. TH-kleuring is afwezig in niet-geredde DD-muizen (Hnasko et al., 2006). Immunohistochemie onthulde dat herstel van TH in ventrale tegmentaal geïnjecteerde DD-muizen zeer specifiek was voor het ventrale tegmentale gebied en zijn doelen (Figuur 5E, H, K). Er was een gebrek aan TH-kleuring in het dorsale striatum, een belangrijk doelwit van DA-neuronen afkomstig van de substantia nigra pars compacta (Figuur 5H), terwijl de nucleus accumbens en basolaterale amygdala een robuuste TH-expressie hadden (Fig 5H, K).
Ventraal tegmentaal gebied-geïnjecteerde muizen werden onderworpen aan hetzelfde 3-dag met angst gepotentieerde schrikken paradigma als basolaterale amygdala-geïnjecteerde muizen (Figuur 6B). Schoksensibilisatie, kortetermijngeheugen en langetermijngeheugen werden hersteld om de niveaus in de ventrale tegmentaal geïnjecteerde DD-muizen te regelen. Schokreactiviteit tijdens training was hetzelfde tussen groepen (controle: 1653 ± 268 versus VTA-gered DD: 1602 ± 198). Deze gegevens suggereren dat DA-projecties uit het ventrale tegmentale gebied voldoende zijn voor de vorming van kortetermijn- en langetermijn-cued-fear-geheugen evenals context-afhankelijke schoksensibilisatie.
Discussie
Deze resultaten tonen aan dat DA vereist is voor cued-fear-conditionering zoals gemeten door angst-gepotentieerde schrikreacties. DD-muizen lieten geen door vrees versterkte schrik vertonen, tenzij DA onmiddellijk na de training werd hersteld. DD-muizen hebben ook een kortdurend geheugen en schoksensibilisatie. Belangrijk is dat prepulse-remming niet lager was in DA-verarmde DD-muizen, wat aangeeft dat sensorimotorisch poortvermogen niet wordt verminderd in de afwezigheid van DA. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat psychostimulantia die de DA-transmissie verbeteren, prepulse-inhibitie kunnen verminderen (Schwarzkopf et al., 1992; Bubser en Koch, 1994; Ralph et al., 1999; Swerdlow et al., 2006; Doherty et al., 2007) en anderen hebben aangetoond dat farmacologische remming van dopaminereceptoren de inhibitie van prepulsen bevordert (Schwarzkopf et al., 1993; Depoortere et al., 1997). Consistent met deze bevindingen hadden DD-muizen een kleine maar significante toename in prepulse-inhibitie ten opzichte van controlemuizen. Eerdere studies hebben ook aangetoond dat farmacologische remming van DA-receptoren de akoestische schrikreactie (Davis en Aghajanian, 1976; Schwarzkopf et al., 1993) kan verminderen. Dopamine-verarmde DD-muizen hadden geen significant veranderde akoestische schrikreacties; er was echter een trend in de richting van verminderde responsen in vergelijking met controles, vooral bij hoge stimulusintensiteiten, consistent met eerdere rapporten (Schwarzkopf et al., 1993).
De hier gepresenteerde gegevens tonen duidelijk aan dat DA niet belangrijk is voor het ophalen of de expressie van cue-afhankelijke angstgeheugen omdat DD-muizen tijdens de testsessie DA niet nodig hebben om met angst geprikkelde schrik onmiddellijk te verkrijgen door L-Dopa direct na injectie te injecteren opleiding. Bovendien pleiten onze experimenten ervoor dat DA nodig is voor de initiële stimulusverwerking tijdens de training, omdat DD-muizen tijdens alle trainingssessies dopamine-verarmd waren. In plaats daarvan suggereren onze gegevens dat DA noodzakelijk is voor de vroege stabilisatie van het geheugentracé omdat DD-muizen geen kortetermijngeheugen uitdrukken, en lange-termijngeheugen wordt alleen gezien wanneer L-Dopa onmiddellijk wordt gegeven, maar niet 1 uur, na opleiding. Waarschijnlijk stabiliseert het injecteren van DD-muizen met L-Dopa onmiddellijk na de training het geheugenspoor, waardoor het in staat is om een lange-termijn vorm in te gaan. Aversieve stimuli veroorzaken verlengde stijgingen van DA-spiegels in hersengebieden die cruciaal zijn voor angstconditionering die een dergelijke stabilisatie van angstgeheugen mogelijk zouden maken (Abercrombie et al., 1989; Kalivas en Duffy, 1995; Doherty en Gratton, 1997; Inglis en Moghaddam, 1999). Consistent met onze gegevens hebben anderen aangetoond dat manipulaties na de training van de DA-functie het geheugen met betrekking tot angst veranderen (Bernaerts en Tirelli, 2003; Lalumiere et al., 2004; LaLumiere et al., 2005).
Onze bevindingen geven aan dat meerdere DA-receptorsubtypen noodzakelijk zijn voor angst-potentiated schrikreacties. D1R KO-muizen missen kortetermijn- en langetermijngeheugen voor door vrees gepotentieerde schrikreactie, wat een cruciale rol voor dit receptorsubtype suggereert bij het mediëren van de effecten van DA bij cue-afhankelijk leren van angst. Interessant is dat context-afhankelijk leren van angst intact was in D1R KO-muizen. Deze gegevens bevestigen andere onderzoeken die aantonen dat D1R-achtige antagonisten cue-geconditioneerd leren van angst verminderen zonder schoksensibilisatie te beïnvloeden, en aantonen dat de farmacologische manipulaties in die experimenten specifiek waren voor de D1R (Lamont en Kokkinidis, 1998; Guarraci et al., 1999) . Deze gegevens komen ook overeen met onderzoeken die een kritische rol voor de D1R in andere cue-afhankelijke leerparadigma's aantonen (Smith et al., 1998; Eyny en Horvitz, 2003).
D2R KO had een door angst gevoede schrik, maar ontbrak schoksensibilisatie. Greba et al. (2001) hebben aangetoond dat intra-amygdaal antagonisme van D2R leidde tot een verslechtering van schoksensibilisatie en door angst gepotentieerde schrikreacties zonder baseline-schrik of respons op footshock te beïnvloeden. Activatie van D2R leidt tot inductie van potentiation op lange termijn in de BLA, die vermoedelijk van vitaal belang zou zijn voor angstoppotentieel schrikgeheugen (Bissiere et al., 2003). Onze gegevens tonen aan dat D2R niet noodzakelijk is voor cue-dependent fear learning, maar dat dit DA-receptorsubtype belangrijk is voor contextafhankelijke schoksensibilisatie. Het systemisch injecteren van D2R KO-muizen met de D2-achtige antagonist eticlopride vóór de training, verhinderde angst-gepotentieerde schrik; daarom is het waarschijnlijk dat andere D2R-achtige receptoren, die ook worden geremd door eticlopride, cruciaal zijn in door vrees gepotentieerde schrik (Sigala et al., 1997; Bernaerts en Tirelli, 2003; Laviolette et al., 2005; Swant en Wagner , 2006). Aldus kunnen stoornissen in cue-afhankelijk leren veroorzaakt door D2-achtige antagonisten in eerdere onderzoeken worden toegeschreven aan deze geneesmiddelen die andere leden van de D2R-familie remmen.
Het selectieve herstel van endogeen TH specifiek in het ventrale tegmentale gebied leidde tot een herstel van het leren bij DD-muizen. Immunohistochemie gaf aan dat TH werd hersteld in belangrijke limbische kernen zoals de nucleus accumbens en basolaterale amygdala, maar niet voor het dorsale striatum. Bovendien waren er maar weinig neuronen positief voor TH in de substantia nigra pars compacta. Deze gegevens geven aan dat DA van ventrale tegmentale gebiedsneuronen belangrijk is voor cued- en contextuele angstconditionering.
Muizen met selectieve restauratie van DA tot de basolaterale amygdala brachten kortetermijngeheugen tot expressie, maar niet op lange termijn geheugen of schoksensibilisatie. Eerdere studies hebben aangetoond dat DA de amygdala-functie vergemakkelijkt via veranderingen in de GABAergic-remmende tonus en dit effect wordt gemedieerd door ofwel de D1R of de D2R (Bissiere et al., 2003; Kroner et al., 2005; Marowsky et al., 2005). De hier gepresenteerde gegevens tonen aan dat DA in de basolaterale amygdala van cruciaal belang is voor de verwerving van kortetermijngeheugen voor door vrees versterkte schrikreacties, maar niet voldoende is voor de stabiliteit van het geheugen op lange termijn. Herstel van kortetermijngeheugen wordt gemedieerd door een klein aantal basolaterale amygdala-projecterende DA-neuronen afkomstig van het ventrale tegmentale gebied. Meer wijdverspreid herstel van endogene TH in ventrale tegmentaal gebied-geredde DD-muizen leidde tot intact kortetermijn- en langetermijngeheugen; daarom is herstel van TH naar andere mesocorticolimbische circuits waarschijnlijk vereist om langetermijngeheugen vast te stellen voor angst-gepotentieerde schrikreacties. Eerdere studies suggereren dat de nucleus accumbens en prefrontale cortex ook belangrijke doelen van DA kunnen zijn tijdens angstconditionering (Kalivas en Duffy, 1995; Murphy et al., 2000; Pezze et al., 2003; LaLumiere et al., 2005; Laviolette et. al., 2005; Floresco en Tse, 2007). Daarom is het mogelijk dat DA-signalering in de nucleus accumbens of prefrontale cortex vereist is voor de vorming van langetermijngeheugen.
Samengevat, onze studie maakte gebruik van een combinatie van genetische muismodellen, farmacologie en regiospecifieke functieherstel om aan te tonen dat DA vereist is voor door vrees gepotentieerde schrikreactie, een cue-afhankelijke vreesconditioneringstaak. Deze bevindingen benadrukken een belangrijke rol voor deze neurotransmitter buiten de verwerking van beloningen. Verder duidt onze studie op de behoefte aan DA die op meerdere DA-receptoren gelijktijdig in meerdere hersenregio's werkt voor cue-afhankelijke angstconditionering. Recente onderzoeken hebben aangetoond dat DA-neuronen van het ventraal tegmentaal gebied significant variëren in hun moleculaire en fysiologische eigenschappen op basis van hun doellocatie (Ford et al., 2006; Margolis et al., 2006; Bjorklund en Dunnett, 2007; Lammel et al., 2008; Margolis et al., 2008). De experimenten die we hebben uitgevoerd waarbij het Th-gen selectief werd gereactiveerd in DA-neuronen die naar de basolaterale amygdala projecteren, laten zien dat ze een kleine, geselecteerde populatie van neuronen van het ventrale tegmentale gebied zijn, in plaats van collaterals van DA-neuronen die naar andere hersengebieden projecteren. Onze gegevens, gecombineerd met studies die de heterogeniteit van DA-neuronenpopulaties aantonen, benadrukken de noodzaak om de rol van elk van deze afzonderlijke DA-circuits te begrijpen. Uitbreiding van kennis van de vele gedrags- en fysiologische functies van DA met angstgerelateerd leren kan leiden tot een beter begrip van veel voorkomende angstgerelateerde stoornissen, zoals posttraumatische stressstoornis, obsessief-compulsieve stoornis en gegeneraliseerde angststoornis.
Dankwoord
Dit onderzoek werd mede ondersteund door de Public Health Service, National Research Service Award, T32 GM07270, van het National Institute of General Medical Sciences en de Grant 4 R25 GM 058501-05 van NIH National Institutes of General Medical Sciences. We danken Ilene Bernstein, Lisa Beutler, Charles Chavkin en Larry Zweifel voor nuttige opmerkingen over het manuscript, Albert Quintana voor hulp bij histologie, en Valerie Wall voor het onderhoud van muiskolonie. We bedanken ook Dr. Miguel Chillon (Vector Production Unit van CBATEG aan Universitat Autonoma van Barcelona) voor CAV2 en Matthew During voor AAV1-virus.
Referenties
1. Abercrombie ED, Keefe KA, DiFrischia DS, Zigmond MJ. Differentiaaleffect van stress op in vivo dopamine-afgifte in striatum, nucleus accumbens en mediale frontale cortex. J Neurochem. 1989, 52: 1655-1658. [PubMed]
2. Bernaerts P, Tirelli E. Faciliterend effect van de dopamine D4-receptoragonist PD168,077 op geheugenconsolidatie van een remmende vermijdingsaangeleerde respons bij C57BL / 6J-muizen. Gedrag Brain Res. 2003; 142: 41-52. [PubMed]
3. Bissiere S, Humeau Y, Luthi A. Dopamine vertraagt de LTP-inductie in de laterale amygdala door remming van de feedforward te onderdrukken. Nat Neurosci. 2003, 6: 587-592. [PubMed]
4. Bjorklund A, Dunnett SB. Dopamine neuron-systemen in de hersenen: een update. Trends Neurosci. 2007, 30: 194-202. [PubMed]
5. Bubser M, Koch M. Prepulse-remming van de akoestische schrikreactie van ratten wordt verminderd door 6-hydroxydopamine-laesies van de mediale prefrontale cortex. Psychofarmacologie (Berl) 1994; 113: 487-492. [PubMed]
6. Davis M, Aghajanian GK. Effecten van apomorfine en haloperidol op de akoestische schrikreactie bij ratten. Psychofarmacologie (Berl) 1976; 47: 217-223. [PubMed]
7. de Oliveira AR, Reimer AE, Brandao ML. Dopamine D2-receptormechanismen in de expressie van geconditioneerde angst. Pharmacol Biochem Behav. 2006, 84: 102-111. [PubMed]
8. Depoortere R, Perrault G, Sanger DJ. Potentiëring van prepulsremming van de schrikreflex bij ratten: farmacologische evaluatie van de procedure als model voor het detecteren van antipsychotische activiteit. Psychofarmacologie (Berl) 1997; 132: 366-374. [PubMed]
9. Doherty JM, Masten VL, Powell SB, Ralph RJ, Klamer D, Low MJ, Geyer MA. Bijdragen van dopamine D1-, D2- en D3-receptorsubtypen aan de ontwrichtende effecten van cocaïne op prepulsremming bij muizen. Neuropsychofarmacologie. 2007;12:12.
10. Doherty MD, Gratton A. NMDA-receptoren in nucleus accumbens moduleren door stress geïnduceerde afgifte van dopamine in nucleus accumbens en het ventrale tegmentale gebied. Synaps. 1997; 26: 225-234. [PubMed]
11. Drago J, Gerfen CR, Lachowicz JE, Steiner H, Hollon TR, Love PE, Ooi GT, Grinberg A, Lee EJ, Huang SP, et al. Veranderde striatale functie bij een gemuteerde muis zonder D1A-dopaminereceptoren. Proc Natl Acad Sci VS A. 1994;91:12564–12568. [PMC gratis artikel] [PubMed]
12. Eyny YS, Horvitz JC. Tegengestelde rollen van D1- en D2-receptoren bij het conditioneren van eetlust. J Neurosci. 2003;23:1584-1587. [PubMed]
13. Floresco SB, Tse MT. Dopaminerge regulatie van remmende en prikkelende transmissie in de basolaterale amygdala-prefrontale corticale route. J Neurosci. 2007;27:2045-2057. [PubMed]
14. Ford CP, Mark GP, Williams JT. Eigenschappen en opioïde remming van mesolimbische dopamine-neuronen variëren afhankelijk van de doellocatie. J Neurosci. 2006, 26: 2788-2797. [PubMed]
15. Greba Q, Kokkinidis L. Perifere en intraamygdalaire toediening van de dopamine D1-receptorantagonist SCH 23390 blokkeert door angst versterkte schrikreacties maar niet de schokreactiviteit of de schoksensibilisatie van akoestische schrikreacties. Gedrag Neurowetenschappen. 2000; 114: 262-272. [PubMed]
16. Greba Q, Munro LJ, Kokkinidis L. De betrokkenheid van cholinerge muscarinereceptoren in het ventrale tegmentale gebied bij klassiek geconditioneerde angstexpressie zoals gemeten met door angst versterkte schrik. Hersenonderzoek. 2000;870:135-141. [PubMed]
17. Greba Q, Gifkins A, Kokkinidis L. Remming van amygdaloïde dopamine D2-receptoren schaadt emotioneel leren, gemeten met door angst versterkte schrik. Hersenonderzoek. 2001; 899: 218-226. [PubMed]
18. Guarraci FA, Kapp BS. Een elektrofysiologische karakterisering van de dopaminerge neuronen van het ventrale tegmentale gebied tijdens de differentiële pavloviaire vreesconditionering bij het wakkere konijn. Gedrag Brain Res. 1999, 99: 169-179. [PubMed]
19. Guarraci FA, Frohardt RJ, Kapp BS. Amygdaloid D1-dopaminereceptorbetrokkenheid bij Pavloviaanse angstconditionering. Hersenonderzoek. 1999;827:28-40. [PubMed]
20. Guarraci FA, Frohardt RJ, Falls WA, Kapp BS. De effecten van intra-amygdaloïde infusies van een D2-dopaminereceptorantagonist op Pavloviaanse angstconditionering. Gedrag Neurowetenschappen. 2000; 114: 647-651. [PubMed]
21. Hnasko TS, Perez FA, Scouras AD, Stoll EA, Gale SD, Luquet S, Phillips PE, Kremer EJ, Palmiter RD. Cre-recombinase-gemedieerd herstel van nigrostriatale dopamine bij dopamine-deficiënte muizen keert hypofagie en bradykinesie om. Proc Natl Acad Sci VS A. 2006;103:8858-8863. [PMC gratis artikel] [PubMed]
22. Horvitz JC. Mesolimbocorticale en nigrostriatale dopamine-responsen op opvallende niet-beloningsgebeurtenissen. Neurowetenschap. 2000;96:651-656. [PubMed]
23. Inglis FM, Moghaddam B. Dopaminergische innervatie van de amygdala reageert bijzonder goed op stress. J Neurochem. 1999, 72: 1088-1094. [PubMed]
24. Inoue T, Izumi T, Maki Y, Muraki I, Koyama T. Effect van de dopamine D (1/5) antagonist SCH 23390 op het verwerven van geconditioneerde angst. Pharmacol Biochem Gedrag. 2000;66:573-578. [PubMed]
25. Joshua M, Adler A, Mitelman R, Vaadia E, Bergman H. Midbrain dopaminerge neuronen en striatale cholinerge interneuronen coderen het verschil tussen beloning en aversieve gebeurtenissen in verschillende tijdperken van probabilistische klassieke conditioneringsonderzoeken. J Neurosci. 2008, 28: 11673-11684. [PubMed]
26. Kalivas PW, Duffy P. Selectieve activering van dopaminetransmissie in de schil van de nucleus accumbens door stress. Brain Res. 1995, 675: 325-328. [PubMed]
27. Kelly MA, Rubinstein M, Asa SL, Zhang G, Saez C, Bunzow JR, Allen RG, Hnasko R, Ben-Jonathan N, Grandy DK, Low MJ. Hypofyse-lactotrofe hyperplasie en chronische hyperprolactinemie bij muizen met dopamine D2-receptordeficiëntie. Neuron. 1997; 19: 103-113. [PubMed]
28. Koch M. De neurobiologie van schrik. Prog Neurobiol. 1999, 59: 107-128. [PubMed]
29. Kroner S, Rosenkranz JA, Grace AA, Barrionuevo G. Dopamine moduleert de prikkelbaarheid van basolaterale amygdala-neuronen in vitro. J Neurophysiol. 2005, 93: 1598-1610. [PubMed]
30. Lalumiere RT, Nguyen LT, McGaugh JL. Post-training intrabasolaterale amygdala-infusies van dopamine moduleren consolidatie van remmend vermijdingsgeheugen: betrokkenheid van noradrenerge en cholinerge systemen. Eur J Neurosci. 2004;20:2804-2810. [PubMed]
31. LaLumiere RT, Nawar EM, McGaugh JL. Modulatie van geheugenconsolidering door de basolaterale amygdala of nucleus accumbens-schaal vereist gelijktijdige dopamine-receptoractivering in beide hersengebieden. Leer Mem. 2005, 12: 296-301. [PMC gratis artikel] [PubMed]
32. Lammel S, Hetzel A, Hackel O, Jones I, Liss B, Roeper J. Unieke eigenschappen van mesoprefrontale neuronen binnen een duaal mesocorticolimbisch dopaminesysteem. Neuron. 2008;57:760-773. [PubMed]
33. Lamont EW, Kokkinidis L. Infusie van de dopamine D1-receptorantagonist SCH 23390 in de amygdala blokkeert angstexpressie in een versterkt schrikparadigma. Hersenonderzoek. 1998; 795: 128-136. [PubMed]
34. Laviolette SR, Lipski WJ, Grace AA. Een subpopulatie van neuronen in de mediale prefrontale cortex codeert voor emotioneel leren met burst- en frequentiecodes via een dopamine D4-receptor-afhankelijke basolaterale amygdala-invoer. J Neurosci. 2005;25:6066-6075. [PubMed]
35. Lemon N, Manahan-Vaughan D. Dopamine D1 / D5-receptoren zorgen voor de verwerving van nieuwe informatie door langdurige potentiëring van de hippocampus en langdurige depressie. J Neurosci. 2006;26:7723–7729. [PubMed]
36. Maren S. De amygdala, synaptische plasticiteit en angstgeheugen. Ann NY Acad Sci. 2003; 985: 106-113. [PubMed]
37. Maren S, Quirk GJ. Neuronale signalering van angstgeheugen. Nat Rev Neurosci. 2004;5:844-852. [PubMed]
38. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL. Mid-brein dopamine neuronen: projectiedoel bepaalt actiepotentieduur en dopamine D (2) receptorremming. J Neurosci. 2008, 28: 8908-8913. [PubMed]
39. Margolis EB, Lock H, Chefer VI, Shippenberg TS, Hjelmstad GO, Fields HL. Kappa-opioïden controleren selectief dopaminerge neuronen die naar de prefrontale cortex projecteren. Proc Natl Acad Sci VS A. 2006;103:2938-2942. [PMC gratis artikel] [PubMed]
40. Marowsky A, Yanagawa Y, Obata K, Vogt KE. Een gespecialiseerde subklasse van interneuronen bemiddelt bij dopaminerge facilitatie van de amygdala-functie. Neuron. 2005, 48: 1025-1037. [PubMed]
41. McNish KA, Gewirtz JC, Davis M. Bewijs van contextuele angst na laesies van de hippocampus: een verstoring van bevriezing maar geen door angst versterkte schrik. J Neurosci. 1997;17:9353–9360. [PubMed]
42. Missale C, Nash SR, Robinson SW, Jaber M, Caron MG. Dopamine-receptoren: van structuur tot functie. Physiol Rev. 1998;78:189–225. [PubMed]
43. Murphy CA, Pezze M, Feldon J, Heidbreder C. Differentiële betrokkenheid van dopamine in de schaal en kern van de nucleus accumbens bij de expressie van latente remming van een aversief geconditioneerde stimulus. Neurowetenschap. 2000;97:469-477. [PubMed]
44. Pezze MA, Feldon J. Mesolimbic-dopaminerge paden in angstconditionering. Prog Neurobiol. 2004, 74: 301-320. [PubMed]
45. Pezze MA, Bast T, Feldon J. Betekenis van dopamine-overdracht in de mediale prefrontale cortex van de rat voor geconditioneerde angst. Cereb Cortex. 2003;13:371-380. [PubMed]
46. Ponnusamy R, Nissim HA, Barad M. Systemische blokkering van D2-achtige dopaminereceptoren vergemakkelijkt het uitsterven van geconditioneerde angst bij muizen. Leer Mem. 2005, 12: 399-406. [PMC gratis artikel] [PubMed]
47. Ralph RJ, Varty GB, Kelly MA, Wang YM, Caron MG, Rubinstein M, Grandy DK, Low MJ, Geyer MA. Het dopamine D2-receptorsubtype, maar niet het D3- of D4-receptorsubtype, is essentieel voor de verstoring van prepulsremming geproduceerd door amfetamine bij muizen. J Neurosci. 1999; 19: 4627-4633. [PubMed]
48. Ralph-Williams RJ, Lehmann-Masten V, Otero-Corchon V, Low MJ, Geyer MA. Differentiële effecten van directe en indirecte dopamine-agonisten op remming van de prepuls: een onderzoek bij D1- en D2-receptor-knock-outmuizen. J Neurosci. 2002;22:9604-9611. [PubMed]
49. Richardson R. Schokgevoeligheid van schrikken: aangeleerde of afgeleerde angst? Gedrag Brain Res. 2000; 110: 109-117. [PubMed]
50. Risbrough VB, Geyer MA, Hauger RL, Coste S, Stenzel-Poore M, Wurst W, Holsboer F. CRF(1)- en CRF(2)-receptoren zijn vereist voor versterkte schrik tot contextuele maar niet discrete aanwijzingen. Neuropsychofarmacologie. 2008;19:19.
51. Rosenkranz JA, Grace AA. Dopamine-gemedieerde modulatie van door geur opgewekte amygdala-potentialen tijdens pavloviaanse conditionering. Natuur. 2002, 417: 282-287. [PubMed]
52. Schultz W. Formeel worden met dopamine en beloning. Neuron. 2002;36:241-263. [PubMed]
53. Schwarzkopf SB, Mitra T, Bruno JP. Sensorische poorten bij ratten zonder dopamine als pasgeborenen: mogelijke relevantie voor bevindingen bij schizofrene patiënten. Biol Psychiatrie. 1992;31:759-773. [PubMed]
54. Schwarzkopf SB, Bruno JP, Mitra T. Effecten van haloperidol en SCH 23390 op akoestische schrik en remming van de prepuls onder basale en gestimuleerde omstandigheden. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatrie. 1993; 17: 1023-1036. [PubMed]
55. Sigala S, Missale C, Spano P. Tegengestelde effecten van dopamine D2- en D3-receptoren op leren en geheugen bij de rat. EurJ Pharmacol. 1997;336:107–112. [PubMed]
56. Sigurdsson T, Doyere V, Cain CK, LeDoux JE. Langdurige potentiëring in de amygdala: een cellulair mechanisme van angstleren en geheugen. Neurofarmacologie. 2007; 52: 215-227. [PubMed]
57. Smith DR, Striplin CD, Geller AM, Mailman RB, Drago J, Lawler CP, Gallagher M. Gedragsbeoordeling van muizen zonder D1A-dopaminereceptoren. Neurowetenschap. 1998;86:135-146. [PubMed]
58. Swant J, Wagner JJ. Blokkade van de dopaminetransporter verhoogt LTP in het CA1-gebied van de hippocampus van de rat via activering van de D3-dopaminereceptor. Leer Mem. 2006; 13: 161-167. [PMC gratis artikel] [PubMed]
59. Swerdlow NR, Shoemaker JM, Kuczenski R, Bongiovanni MJ, Neary AC, Tochen LS, Saint Marie RL. Voorhersenen D1-functie en sensorimotorische poorten bij ratten: effecten van D1-blokkade, frontale laesies en dopamine-denervatie. Neurosci Lett. 2006; 402: 40-45. [PubMed]
60. Szczypka MS, Rainey MA, Kim DS, Alaynick WA, Marck BT, Matsumoto AM, Palmiter RD. Voedingsgedrag bij muizen met een tekort aan dopamine. Proc Natl Acad Sci VS A. 1999;96:12138-12143. [PMC gratis artikel] [PubMed]
61. Wijze RA. Dopamine, leren en motivatie. Nat Rev Neurosci. 2004;5:483-494. [PubMed]
62. Zhou QY, Palmiter RD. Dopamine-deficiënte muizen zijn ernstig hypoactief, adipsisch en aphagisch. Cel. 1995, 83: 1197-1209. [PubMed]
63. Zweifel LS, Argilli E, Bonci A, Palmiter RD. De rol van NMDA-receptoren in dopamine-neuronen voor plasticiteit en verslavend gedrag. Neuron. 2008; 59: 486-496. [PMC gratis artikel] [PubMed]
;
