Neuropharmacology. 2011 Dec;61(8):1470-6. doi: 10.1016/j.neuropharm.2011.08.046.
Sim-Selley LJ, Cassidy MP, Sparta A, Zachariou V, Nestler EJ, Selley DE.
kilde
Institutt for farmakologi og toksikologi og institutt for narkotika- og alkoholstudier, Virginia Commonwealth University School of Medicine, Richmond, VA 23298, USA.
Abstrakt
Den stabile transkripsjonsfaktoren ΔFosB er indusert i nukleotilførselen (NAc) ved kronisk eksponering for flere stoffer av misbruk, og transgen uttrykk for ΔFosB i striatum øker de givende egenskapene til morfin og kokaine. Imidlertid er det mekanistiske grunnlaget for disse observasjonene forstått ufuldstendig. Vi brukte en bitransgen musemodell med inducerbart uttrykk for FosB in dopamin D (1) reseptor / dynorfin-holdige striatalneuroner for å bestemme effekten av FFOSB-ekspresjon på opioid- og cannabinoidreceptor-signalering i NAc. Resultater viste at mu opioid-mediert G-proteinaktivitet og inhibering av adenylylcyklase ble forbedret i NAc av mus som uttrykte ΔFosB. På samme måte ble kappa-opioidinhibering av adenylyl-syklase forbedret i de FosB-uttrykkende musene. I motsetning hengte cannabinoidreseptormediert signalering ikke forskjellig mellom mus overuttrykkende ΔFosB og kontrollmus. These funn tyder på at opioid- og cannabinoidreseptorsignalering moduleres differensielt ved ekspresjon av FosB, og indikerer at ΔFosB-ekspresjon kan produsere noen av dens effekter via forbedret mu- og kappa-opioidreceptorsignalering i NAc.
1. Innledning
Opioidreceptorer og cannabinoid CB1 reseptorer (CB1R) er de neurobiologiske målene for to mye brukte stoffklasser som inkluderer morfin, heroin og reseptbelagte opioider, og marihuana (Δ9-tetrahydrocannabinol (THC)), henholdsvis. De akutte virkningene av opioider og cannabinoider medieres av G-protein-koblede reseptorer som aktiverer primært Gi / o proteiner og produserer nedstrøms effektorresponser, slik som inhibering av adenylyl-syklase (Childers, 1991, Childers, et al., 1992, Howlett et al., 2002). Motoren, hukommelsessvikt og psykoaktive effekter av Δ9-TH er produsert av CB1R (Huestis et al., 2001, Zimmer, et al., 1999), som er bredt fordelt i hjernen, med høye nivåer i basalganglia, hippocampus og cerebellum (Herkenham, et al., 1991). Den smertestillende og givende effekten av de fleste klinisk relevante og misbrukte opioide legemidler medieres hovedsakelig av mu opioid reseptorer (MOR) (Matthes et al., 1996), som er beriket i det limbiske systemet og hjernestammen (Mansour, et al., 1994). Mesolimbic-systemet, sammensatt av dopaminerge fremspring fra ventral tegmentalområdet (VTA) til nucleus accumbens (NAc), spiller en viktig rolle i de givende effektene av opioider og cannabinoider (Bozarth og Wise, 1984, Vaccarino, et al., 1985, Zangen, et al., 2006), så vel som andre rusmidler (Koob og Volkow, 2010). Videre er endogene opioid- og cannabinoid-systemer involvert i de givende effektene av flere klasser av psykoaktive stoffer (Maldonado, et al., 2006, Trigo, et al., 2010). Det er således viktig å belyse mekanismer ved hvilke opioider og CB1R signalering er regulert i NAc.
Et sentralt spørsmål i stoffmisbruksområdet har vært å identifisere proteiner som formidler overgangen fra akutte til langsiktige effekter av psykoaktive stoffer. AP-1 transkripsjonsfaktoren ΔFosB er spesielt interessant fordi det er et stabilt avkortet spleisvariantprodukt av fosb gen som akkumuleres ved gjentatt eksponering for narkotika av misbruk eller naturlige belønninger (McClung et al., 2004, Nestler, 2008, Nestler, et al., 1999). Vi har funnet ut at ΔFosB er indusert i hjernen etter gjentatt eksponering for morfin, Δ9-THC, kokain eller etanol, hvor hvert legemiddel produserer et unikt regionalt mønster av ΔFosB-ekspresjon (Perrotti, et al., 2008). Et konsekvent resultat på tvers av rusmidler var at ΔFosB ble sterkt indusert i striatumet, hvor alle fire medikamenter induserte ΔFosB i NAc-kjernen og alle unntatt Δ9-THC signifikant indusert ekspresjon i NAc-skallet og caudat-putamen.
Farmakologiske studier viste at samtidig administrering av dopamin D1 reseptor (D1R) antagonist SCH 23390 blokkert ΔFosB induksjon i NAc og caudate-putamen etter intermittent kokain eller morfinadministrasjon, noe som tyder på den potensielle betydningen av D1R-uttrykkende nevroner (Muller og Unterwald, 2005, Nye, et al., 1995). Effekten av ΔFosB-induksjon på medikament-medierte atferd har blitt undersøkt ved bruk av bitransgene mus som uttrykker ΔFosB i spesifikke neuronpopulasjoner av NAc og dorsalstriatum (Chen et al., 1998). Mus som uttrykker ΔFosB i dynorfin / D1R-positive nevroner i NAc og dorsalstriatum (linje 11A) viser endrede responser på misbruk, særlig forbedret følsomhet overfor de givende effektene av kokain eller morfin (Colby, et al., 2003, Kelz, et al., 1999, Zachariou, et al., 2006). Disse endringene skjedde i fravær av endringer i nivåene av MOR eller forskjellige G-protein-underenheter. Imidlertid ble dynorphin-mRNA-nivåene redusert i NAc av ΔFosB-uttrykkende mus (Zachariou, et al., 2006), noe som tyder på at ett mål for ΔFosB er et gen som koder for et endogent opioidpeptid. ΔFosB induksjon kan også produsere atferdsendringer ved å regulere mottakersignalering i NAc, men denne muligheten har ikke blitt undersøkt. Derfor brukte de foreliggende studier den bitransgeniske musemodellen for å bestemme om overekspresjon av ΔFosB i dynorfin / D1R som inneholder striataleuroner endrer MOR-mediert G-proteinaktivitet og MOR- og KOR-mediert adenylyl-syklaseinhibering i NAc. Effekten av ΔFosB på CB1R-mediert G-proteinaktivitet ble også vurdert fordi A9-THC-administrasjon induserer ΔFosB i NAc (Perrotti, et al., 2008) og endocannabinoid-systemet er kjent for å regulere hjernekompensasjonskretsene (Gardner, 2005, Maldonado, et al., 2006), men effekten av ΔFosB på endocannabinoid-systemet er ikke undersøkt.
2. Materialer og metoder
2.1. reagenser
[35S] GTPγS (1250 Ci / mmol), [a-32P] ATP (800 Ci / mmol) og [3H] cAMP (26.4 Ci / mmol) ble kjøpt fra PerkinElmer (Shelton, CT). ATP, GTP, BNP, cAMP, bovint serumalbumin, kreatinfosfokinase, papaverin, imidazol og WIN-55212-2, ble kjøpt fra Sigma Aldrich (St. Louis, MO). GTPγS ble kjøpt fra Roche Diagnostic Corporation (Chicago, IL). DAMGO ble levert av Drug Supply Programme ved National Institute on Drug Abuse (Rockville, MD). Econo-1 scintillasjonsvæske ble oppnådd fra Fisher Scientific (Norcross, GA). Ekolitt scintillasjonsvæske ble oppnådd fra ICN (Costa Mesa, CA). Alle andre kjemikalier ble oppnådd fra Sigma Aldrich eller Fisher Scientific.
2.2. mus
Mannbitransgena mus avledet fra NSE-tTA (linje A) × TetOp -FosB (linje 11) ble generert som beskrevet i Kelz et al. (Kelz, et al., 1999). Bitransgene mus ble oppfattet og oppvokst på doxycyklin (100 μg i drikkevann) for å undertrykke transgenuttrykk. Ved 8 uker ble doxycyklin utelatt fra vannet for halvparten av musene for å tillate transgenuttrykk, mens gjenværende mus ble opprettholdt på doxycyklin for å undertrykke transgenet. Hjerner ble samlet 8 uker senere, tiden hvor transkripsjonale effekter av ΔFosB er maksimale (McClung og Nestler, 2003). En andre transgen muselinje ble brukt hvor Δc-Jun, en dominant negativ antagonist av c-Jun, uttrykkes i D1R / dynorfin og D2R / enkephalin celler av striatum, hippocampus og parietal cortex (Peakman et al., 2003). C-Jun og relaterte Jun-familieproteiner dimeriseres med Fos-familieproteiner og binder til AP-1-stedet for målgener for å regulere transkripsjon. Trunkering av N-terminalen til c-Jun (Δc-Jun) gjør komplekset transkriptjonelt inaktivt og i stand til å hindre DNA-bindingen av aktive AP-1-komplekser. Mannbitransgena mus avledet fra NSE-tTA (linje A) × TetOp-FLAG-Δc-Jun (linje E) ble generert som beskrevet i Peakman et al. (Peakman et al., 2003). Bitransgene mus ble oppfattet og oppvokst på doxycyklin (100 μg i drikkevann) for å undertrykke transgenuttrykk. Puppene ble avventet i 3-uker, genotypet og separert i grupper, med halvparten opprettholdt på doxycyklinholdig vann og halvparten på vanlig drikkevann for å indusere FLAG-Δc-Jun-ekspresjon. Hjerner ble samlet 6 uker senere, den tid hvor maksimale nivåer av FLAG-Δc-Jun er målt (Peakman et al., 2003). Alle dyreprosedyrer ble utført i samsvar med National Institutes of Health Guide for pleie og bruk av laboratoriedyr.
2.3. Membranpreparasjon
Hjerner ble lagret ved -80 ° C til analysedagen. Før analysen ble hver hjerne opptatt, og NAc ble dissekert på is. Hver prøve ble homogenisert i 50 mM Tris-HCl, 3 mM MgCl2, 1 mM EGTA, pH 7.4 (membranbuffer) med 20-slag fra en glasshomogenisator ved 4 ° C. Homogenatet ble sentrifugert ved 48,000 × g ved 4 ° C for 10 min, resuspendert i membranbuffer, sentrifugert igjen ved 48,000 × g ved 4 ° C for 10 min og resuspendert i 50 mM Tris-HCl, 3 mM MgCl2, 0.2 mM EGTA, 100 mM NaCl, pH 7.4 (analysebuffer). Proteinnivåer ble bestemt ved metoden for Bradford (Bradford, 1976) ved bruk av bovint serumalbumin (BSA) som standard.
2.4. Agonist-Stimulated [35S] GTPγS Binding
Membraner ble forinkubert i 10 minutter ved 30 ° C med adenosin deaminase (3 mU / ml) i analysebuffer. Membraner (5-10 μg protein) ble deretter inkubert i 2 timer ved 30 ° C i analysebuffer inneholdende 0.1% (w / v) BSA, 0.1 nM [35S] GTPγS, 30 μM BNP og adenosindeaminase (3 mU / ml) med og uten passende konsentrasjoner av DAMGO eller WIN55,212-2. Ikke-spesifikk binding ble målt med 20 μM GTPγS. Inkubasjonen ble avsluttet ved filtrering gjennom GF / B glassfiberfiltre, etterfulgt av 3 vask med 3 ml iskald 50 mM Tris-HCl, pH 7.4. Bundet radioaktivitet ble bestemt ved væskescintillasjonsspektrofotometri etter natten ekstraksjon av filtrene i Econo-1-scintillasjonsvæske.
2.5. Adenylyl Cyclase Assay
Membraner (5-25 μg protein) ble forinkubert med adenosinaminase som beskrevet ovenfor, deretter inkubert for 15 min ved 30 ° C i nærvær eller fravær av 1μM forskolin, med eller uten DAMGO, U50,488H eller WIN55,212-2, i analysebuffer inneholdende 50 μM ATP, [a-32PN ATP (1.5 μCi), 0.2 mM DTT, 0.1% (w / v) BSA, 50 μM cyklisk AMP, 50 μM GTP, 0.2 mM papaverin, 5 mM fosfatreatin, 20-enheter / ml kreatinfosfokinase og adenosindeaminase (3 mU / ml) i et sluttvolum av 100 μl. Under disse forholdene er totalt [a-32P] cAMP utvunnet var generelt mindre enn 1% av den totale mengden tilsatt [a-32P] ATP i hver prøve. Reaksjonen ble avsluttet ved koking for 3 min og [32P] Syklisk AMP ble isolert ved to-kolonne-metoden (Dowex og alumina) av Salomon (Salomon, 1979). [3H] cAMP (10,000 dpm) ble tilsatt til hvert rør før kolonnekromatografi som en intern standard. Radioaktivitet ble bestemt ved væskescintillasjonsspektrofotometri (45% effektivitet for 3H) etter at 4.5 ml av eluatet ble oppløst i 14.5 ml Ecolite-scintillasjonsvæske.
2.6. Dataanalyse
Med mindre annet er angitt, rapporteres data som middelverdier ± SE av 4-8 separate eksperimenter, som hver ble utført i tre eksemplarer. Nettstimulert [35S] GTPγS-binding beregnes som agoniststimulert binding minus basal binding. Netto forskolin-stimulert adenylyl-syklaseaktivitet er definert som forskolinstimulert aktivitet - basal aktivitet (pmol / mg / min). Prosenthemming av forskolinstimulert adenylylcyklaseaktivitet er definert som (netto forskolinstimulert aktivitet i fravær av agonist-net forskolinstimulert aktivitet i nærvær av agonist / netto forskolinstimulert aktivitet i fravær av agonist) × 100. Alle kurvepassende og statistiske analyser ble utført ved bruk av Prism 4.0c (GraphPad Software, Inc., San Diego, CA). Konsentrasjon-effektkurver ble analysert ved iterativ ikke-lineær regresjon for å oppnå EC50 og Emax verdier. Statistisk signifikans av konsentrasjons-effektdata ble bestemt ved toveisanalyse av varians (ANOVA) ved bruk av agonistdose og geninduksjon (på eller av) som hovedfaktorene. Statistisk signifikans av kurvepasningsverdier (Emax eller EC50) ble bestemt av den ikke-parede tosidige studentens t-test, ved bruk av Welchs korreksjon eller kvadratrottransformasjon av dataene der det var nødvendig for å korrigere for ulik avvik (oppdaget av F-test) i EC50 verdier.
3. resultater
3.1. Effekt av ΔFosB-ekspresjon på opioid- og cannabinoidreceptor-mediert G-proteinaktivering
For å avgjøre om MOR- eller CB1R-mediert G-proteinaktivering ble endret ved induktiv transgen ekspresjon avFosB i NAc, agoniststimulert [35S] GTPγS-binding ble undersøkt i isolerte membraner fremstilt fra denne regionen av bitransgene mus som uttrykker kondisjon (FFosB on) eller ikke uttrykker (AFFBB av) avFosB-transgenet. Den MOR-selektive enkefalinanalog DAMGO ble brukt til å aktivere MOR og cannabinoidaminoalkylindolen WIN55,212-2 ble brukt til å aktivere CB1R. Disse ligander ble tidligere vist å være fulle agonister ved MOR og CB1R, henholdsvis (Breivogel, et al., 1998, Selley, et al., 1997). Det var ikke mulig å undersøke KOR-mediert G-proteinaktivitet fordi signalet er for lavt i gnagerehjernen (Childers, et al., 1998). Resultatene viste konsentrasjonsavhengig stimulering av G-proteinaktivitet av både DAMGO og WIN55,122-2 i NAc fra ΔFosB off ogΔFosB på mus (Figur 1). For DAMGO-stimulert aktivitet (Figur 1Atoveis ANOVA av konsentrasjonseffektdataene avdekket signifikante hovedeffekter av ΔFosB-status (p <0.0001, F = 22.12, df = 1) og DAMGO-konsentrasjon (p <0.0001, F = 29.65, df = 5) uten signifikant interaksjon (p = 0.857, F = 0.387, df = 5). Ikke-lineær regresjonsanalyse av konsentrasjonseffektkurver avslørte en betydelig større DAMGO Emax verdi i ΔFosB på mus (Emax = 73 ± 5.2% stimulering) i forhold til ΔFosB av mus (Emax = 56 ± 4.1% stimulering; p <0.05 forskjellig fra ΔFosB på mus ved Students t-test). DAMGO EC50 verdiene var ikke forskjellige mellom ΔFosB og AFosB av mus (henholdsvis 302 ± 72 nM versus 212 ± 56 nM, p = 0.346).
I motsetning til resultater oppnådd med MOR-agonisten DAMGO, ble ingen ΔFosB-statusavhengige forskjeller i G-proteinaktivering observert med cannabinoidagonisten WIN55,212-2 (Figur 1B). Toveis ANOVA av WIN55,212-2 konsentrasjonseffektdataene avslørte en signifikant hovedeffekt av WIN55,212-2 konsentrasjon (p <0.0001, F = 112.4, df = 7), men ikke av ΔFosB-status (p = 0.172 , F = 1.90, df = 1) og det var ingen interaksjon (p = 0.930, F = 0.346, df = 7). Tilsvarende var det ingen effekt av ΔFosB-status på WIN55,212-2 Emax verdier (103 ± 6% mot 108 ± 8% stimulering i henholdsvis ΔFosB på og av mus, p = 0.813 ved Studentens t-test) eller EC50 verdier (103 ± 20 nM versus 170 ± 23 nM i henholdsvis ΔFosB på og av mus, p = 0.123).
Basert på kurvens form og det faktum at våre tidligere studier har vist bifasiske WIN55,212-2 konsentrasjon-effektkurver i hjernen (Breivogel, et al., 1999, Breivogel, et al., 1998), ble WIN55,212-2-kurvene også analysert ved hjelp av en to-stedsmodell. Analyse av gjennomsnittlig data viste en liten forbedring i godhet av passform ved bruk av to-stedsmodellen (R2 = 0.933 og 0.914, summen av kvadrater = 3644 og 5463 i henholdsvis ΔFosB på og av mus) sammenlignet med single-site modellen (R2 = 0.891 og 0.879, summen av kvadrater = 6561 og 6628 i henholdsvis ΔFosB på og av mus). Imidlertid ble det ikke funnet signifikante forskjeller mellom ΔFosB på og av mus i enten Emax eller EC50 verdier av de høye eller lave potensene nettstedene (Tilleggstabell 1), selv om det var en trend mot et lavere EU50 verdi på det høye potensialet i mus med ΔFosB på (EC50høy = 28.0 ± 10.6 nM) sammenlignet med de med ΔFosB av (EC50høy = 71.5 ± 20.2 nM; p = 0.094). Videre var det ingen effekt av ΔFosB-status på basal [35S] GTPγS-binding i NAc-membraner (253 ± 14 versus 226 ± 14 fmol / mg i henholdsvis ΔFosB på og av mus, p = 0.188). Disse dataene indikerer at inducerbart transgent uttrykk av FFosB i NAc av mus økte MOR-mediert G-proteinaktivering uten signifikant påvirkning av CB1R-mediert eller basal G-proteinaktivitet.
3.2. Effekt av ΔFosB på opioid- og cannabinoidreceptor-mediert inhibering av adenylyl-syklase
For å evaluere effekten av induktivt transgen ekspresjon avAFFB på modulering av nedstrøms effektoraktivitet av MOR og CB1R, inhibering av 1 uM forskolin-stimulert adenylyl-syklaseaktivitet ble undersøkt i NAc-membraner. I tillegg til MOR- og CB1R-mediert inhibering av adenylylsyklaseaktivitet, effekter av KOR-aktivitet ble også undersøkt ved å bruke den KOR-selektive full agonist U50,488 (Zhu, et al., 1997), fordi tidligere resultater viste at dynorfin mRNA var et mål for ΔFosB i den bitransgeniske modellen (Zachariou, et al., 2006). Resultater viste at DAMGO, U50,488 og WIN55,212-2 hver produserte konsentrasjonsavhengig inhibering av adenylylcyklaseaktivitet i både FFB og AvFosB på mus (Figur 2). Toveis ANOVA av DAMGO konsentrasjons-effektdata (Figur 2A) avslørte signifikante hovedeffekter av ΔFosB-status (p = 0.0012, F = 11.34, df = 1) og DAMGO-konsentrasjon (p <0.0001, F = 29.61, df = 6), men ingen signifikant interaksjon (p = 0.441, F = 0.986 , df = 6). Ikke-lineær regresjonsanalyse av DAMGO-konsentrasjonseffektkurver avslørte en betydelig lavere DAMGO EC50 verdi i ΔFosB på mus (101 ± 11 nM) sammenlignet med ΔFosB av mus (510 ± 182 nM, p <0.05 ved studentens t-test). Imidlertid var det ingen signifikant forskjell i DAMGO Emax verdier (20.9 ± 1.26% versus 19.8 ± 1.27% inhibering i henholdsvis ΔFosB på og av mus, p = 0.534).
KOR-mediert adenylyl-syklaseinhibering var også forskjellig som en funksjon av inducerbar transgen ekspresjon avFosB (Figur 2B). Toveis ANOVA av U50,488 konsentrasjonseffektdata viste signifikante hovedeffekter av ΔFosB-status (p = 0.0006, F = 14.53, df = 1) og U50,488-konsentrasjon (p <0.0001, F = 26.48, df = 3) uten signifikant interaksjon (p = 0.833, F = 0.289, df = 3). Ikke-lineær regresjonsanalyse av konsentrasjonseffektkurver avslørte en større U50,488 Emax verdi i ΔFosB på mus (18.3 ± 1.14% inhibering) sammenlignet med ΔFosB av mus (12.5 ± 2.03% inhibering; p <0.05 forskjellig fra ΔFosB ved Studentens t-test), uten signifikant forskjell i U50,488 EC50 verdier (310 ± 172 nM versus 225 ± 48 nM i henholdsvis ΔFosB på og av mus, p = 0.324).
I motsetning til effekter observert med MOR og KOR, var det ingen signifikant effekt av inducerbart transgent ΔFosB-ekspresjon på inhibering av adenylylcyklase av cannabinoidagonisten WIN55212-2 (Figur 2C). Toveis ANOVA av WIN55,212-2 konsentrasjonseffektdata viste en signifikant effekt av medikamentkonsentrasjon (p <0.0001, F = 23.6, df = 2), men ikke av ΔFosB-status (p = 0.735, F = 0.118, df = 1) og det var heller ingen signifikant interaksjon (p = 0.714, F = 0.343, df = 2). Videre var det ingen effekt av ΔFosB-status på basal eller forskolin-stimulert adenylylsyklase-aktivitet i fravær av noen agonist. Basal adenylylsyklaseaktivitet var 491 ± 35 pmol / mg / min i ΔFosB på mus sammenlignet med 546 ± 44 i ΔFosB utenfor mus (p = 0.346 ved Students t-test). Tilsvarende var adenylylsyklase-aktivitet i nærvær av 1 uM forskolin 2244 ± 163 pmol / mg / min i ΔFosB på mus versus 2372 ± 138 pmol / mg / min i ΔFosB utenfor mus (p = 0.555).
3.3. Effekt av ΔcJun på opioid og cannabinoidreseptor-mediert inhibering av adenylyl-syklase
Fordi induktivt transgent uttrykk for ΔFosB forsterket inhibitorisk signaltransduksjon fra MOR og KOR til adenylylcyklase i NAc, var det av interesse å avgjøre om en dominerende negativ inhibitor av FFBB-mediert transkripsjon ville modulere opioidreceptor-signalering på en motsatt måte. For å løse dette spørsmålet ble inhibering av forskolin-stimulert adenylyl-syklaseaktivitet av DAMGO og U50,488 undersøkt i membraner fremstilt fra NAc av bitransgene mus som betinget uttrykker ΔcJun. Resultatene viste ikke signifikant effekt av ΔcJun-ekspresjon på inhibering av adenylyl-syklaseaktivitet av MOR eller KOR (Figur 3). Toveis ANOVA av DAMGO konsentrasjonseffektkurver viste en signifikant hovedeffekt av DAMGO-konsentrasjon (p <0.0001, F = 20.26, df = 6), men ikke av ΔcJun-status (p = 0.840, F = 0.041, df = 1) og det var ingen signifikant interaksjon (p = 0.982, F = 0.176, df = 6). Tilsvarende var det ingen signifikant forskjell i E.max eller EC50 verdier mellom mus med ΔcJun på (Emax = 23.6 ± 2.6%; EC50 = 304 ± 43 nM) eller ΔcJun av (Emax = 26.1 ± 2.5%, p = 0.508; EC50 = 611 ± 176 nM, p = 0.129). Lignende resultater ble sett med U50,488, slik at toveis ANOVA av konsentrasjonseffektkurvene viste en signifikant effekt av konsentrasjon (p <0.0001, F = 11.94, df = 6), men ikke av ΔcJun-status (p = 0.127) , F = 2.391, df = 1) og det var ingen signifikant interaksjon (p = 0.978, F = 0.190, df = 6). På samme måte var det ingen signifikante forskjeller i E.max eller EC50 verdier mellom mus med ΔcJun på (Emax = 14.8 ± 2.9%; EC50 = 211 ± 81 nM) eller av (Emax = 16.7 ± 1.8%, p = 0.597; EC50 = 360 ± 151 nM, p = 0.411).
ΔcJun-ekspresjon påvirket heller ikke signifikant hemming av adenylylsyklase i NAc av cannabinoidagonisten. Toveis ANOVA for WIN55,212-2 konsentrasjonseffektkurver viste en signifikant hovedeffekt av WIN55,212-2 konsentrasjon (p <0.0001, F = 15.53, df = 6), men ikke av genotype (p = 0.066, F = 3.472, df = 1) og det var ingen signifikant interaksjon (p = 0.973, F = 0.208, df = 6). På samme måte var det ingen signifikante forskjeller i WIN55,212-2 Emax verdier (13.0 ± 2.3% og 13.6 ± 0.9% inhibering i ΔcJun på henholdsvis fra mus, p = 0.821) og eller EC50 verdier (208 ± 120 nM og 417 ± 130 nM i henholdsvis ΔcJun på henholdsvis fra mus, p = 0.270). Således, selv om det var en liten trend mot nedsatt potens av WIN55,212-2 hos mus som uttrykker Acc, var transgenet ikke signifikant endret med cannabinoidinhibering av adenylyl-syklase. Videre var det ingen effekt av ΔcJun-status på basal eller forskolin-stimulert adenylyl-syklaseaktivitet. Basal adenylyl-cyklaseaktivitet var 1095 ± 71 pmol / mg / min og 1007 ± 77 pmol / mg / min (p = 0.403) hos mus med ΔcJun på eller av, henholdsvis. Adenyllylsyklaseaktivitet stimulert av 1 μM forskolin var 4185 ± 293 pmol / mg / min mot 4032 ± 273 pmol / mg / min (p = 0.706) hos mus med ΔcJun på eller av, henholdsvis.
3.4. Diskusjon
Resultatene av denne studien viste forbedret MOR-mediert G-proteinaktivering og inhibering av adenylylcyklase i NAc av mus med induktivt transgen ekspresjon av FosB i dynorfin / D1R inneholdende nevroner. KOR-mediert inhibering av adenylylsyklaseaktivitet ble også forbedret i NAc av FFBB som uttrykker mus, noe som antyder at ΔFosB regulerer det endogene opioidsystemet i NAc. DAMGO Emax verdien var større for MOR-stimulert [35S] GTPγS-binding, og dens EC50 verdien var lavere for adenylyl-syklaseinhibering, i ΔFosB-overtrykkende mus sammenlignet med kontrollmus. Disse funnene foreslår muligheten for reseptorreserv for effektormodulasjon, men ikke G-proteinaktivering under analysevilkårene som undersøkes. Funnet om at maksimal inhibering av adenylyl-syklase ved KOR-agonisten var påvirket av ΔFosB-ekspresjon, antyder lav reseptorreserv for KOR-mediert respons, i samsvar med de lave nivåene av KOR-bindingssteder i musens hjerne (Unterwald, et al., 1991). I kontrast CB1R-mediert G-proteinaktivitet og inhibering av adenylyl-syklase ble upåvirket av FFosB-ekspresjon, noe som tyder på at opioid- og cannabinoidsystemene varierer i deres respons på ΔFosB i disse NAc-neuronene.
Effekten av ΔFosB på opioidreseptormediert signalering er i overensstemmelse med vår tidligere rapport at ΔFosB-uttrykk i striatum endret akutte og kroniske effekter av morfin (Zachariou, et al., 2006). Et resultat av den studien var at mus med transgen ekspresjon av FosB i dynorfin / D1R-strikte nevroner var mer følsomme for morfin på plassering enn kontroller. Videre ble denne effekten etterlignet av viralt mediert ekspresjon av ΔFosB ved stedsspesifikke injeksjon i NAc. Disse observasjonene stemmer overens med de nåværende resultatene som viser forbedret MOR-signalering i NAc.
Vi identifiserte tidligere gen kodende dynorfin som et mål for ΔFosB, og foreslo at redusert dynorfin ville være konsistent med forbedrede belønningsegenskaper for morfin i ΔFosB bitransgene mus (Zachariou, et al., 2006). De nåværende resultatene viser at KOR-mediert inhibering av adenylylcyklase i NAc er forbedret i FFBB-uttrykkende mus, noe som kan gjenspeile en kompensatorisk økning i KOR-følsomhet etter redusert dynorfin. Tidligere studier har vist at KOR var oppregulert i visse hjernegrupper av prodynorfin knockout-mus, inkludert NAc (Clarke et al., 2003).
I motsetning til ΔFosB, indusert transgen ekspresjon av ΔcJun, endret ikke den dominerende negative trunkerte mutanten av FFBB bindingspartneren cJun adenylyl-syklaseinhibering av MOR- eller KOR-agonister. Disse resultatene antyder at basale nivåer av ΔFosB-uttrykk, som er relativt lave, ikke spiller en signifikant rolle i opprettholdelsen av opioidreceptor-signalering ved dette nivået av signaltransduksjon i NAc. Det faktum at den konditionerte givende effekten av morfin ble redusert med ΔcJun-uttrykk i vår tidligere studie (Zachariou, et al., 2006) antyder enten at morfininduksjon av ΔFosB under kondisjoneringsprosedyren er viktig for å regulere adferdsresponser mot medikamentet eller at transkripsjonseffekter av ΔFosB annet enn de som påvirker proksimal signalering av opioidreceptorer, kan påvirke opioidbelønning. Uansett viser resultater fra den nåværende studien tydelig at, når ΔFosB ekspresjon er forhøyet over basale nivåer i striatal dynorfin / D1R-uttrykkende nevroner, er det en robust økning i koblingen av MOR og KOR til inhibering av adenylyl-syklase i NAc.
Mekanismene som MOR- og KOR-mediert signalering forsterkes av ΔFosB overekspresjon er uklare, men vi har tidligere vist at MOR-nivåer, vurdert av [3H] naloksonbinding, er ikke forskjellig i NAc avFosB på versus av mus (Zachariou, et al., 2006). Den samme studien fant at Gαi1- og 2-proteinnivåer ble ikke påvirket i denne regionen ved ΔFosB-ekspresjon. Imidlertid viste tidligere genuttrykksanalyser at Gαo mRNA ble oppregulert i NAc av FFosB på mus (McClung og Nestler, 2003). Det vil være interessant i fremtidige studier for å fullstendig undersøke effekten av transgent ΔFosB-ekspresjon på G-protein-underenhetsekspresjon på proteinnivået, så vel som på uttrykket av mange G-protein-modulerende proteiner.
Det er interessant at ΔFosB uttrykk ikke forbedret CB1R-mediert signalering i NAc. Det er mulig at endringer i CB1R-signalering forekommer i en diskret populasjon av nevroner som er skjult i hele NAc-preparatet. For eksempel administrering av A9- THC induserte signifikant ΔFosB i kjernen, men ikke skallet, av NAc (Perrotti, et al., 2008). Jegndeed, det har blitt vist at utfordringen med Δ9-THC etter gjentatt administrering av A9-THC økte dopaminfrigivelsen i NAc-kjernen, men redusert frigivelse i skallet (Cadoni et al., 2008). Det er også viktig å merke seg at 11A-linjen for bitransgene mus uttrykker ΔFosB bare i dynorfin / D1R positivt medium spiny nevroner av striatum, men CB1R er uttrykt i begge dynorfin / D1R og enkefalin / D2R positive striatalneuroner (Hohmann og Herkenham, 2000), samt på terminaler av kortikale afferenter (Robbe et al., 2001). Ekspresjon av den dominerende negative regulatoren for ΔFosB-mediert transkripsjon, ΔcJun, hadde heller ingen signifikant effekt på cannabinoidreseptorsignalering, selv om ΔcJun er inducerbart uttrykt i begge D1 og D2-holdige populasjoner av middels spiny nevroner i disse musene (Peakman et al., 2003). Det er imidlertid mulig at basal ΔFosB-ekspresjon er tilstrekkelig lav at ΔcJun ikke ville påvirke reseptorsignalering, som foreslått av resultater med MOR og KOR. Det er også mulig at CB1R-signalering forbedres beskjeden ved basal ΔFosB-uttrykk, slik at ytterligere økende ΔFosB-uttrykk eller blokkering av dets handlinger med ΔcJun bare hadde små effekter som ikke nådde nivået av statistisk signifikans. Indirekte støtte for denne tolkningen kan ses ved å sammenligne WIN55,212-2 EC50 verdier mellom mus som uttrykker ΔcJun versus ΔFosB. Forholdet mellom WIN55,212-2 EC50 verdi for adenylyl-syklaseinhibering hos mus med indusert ekspresjon av ΔcJun til dets EC50 verdi for G-proteinaktivering i mus med indusert ekspresjon av ΔFosB var 4.0, mens det samme forholdet i mus uten induksjon av enten transgen var 1.2.
Alternativt kan cannabinoider indusere ΔFosB-ekspresjon uten noen direkte effekt på CB1R signalering. I dette scenariet kan cannabinoider modulere responsivitet til de psykoaktive effektene av andre rusmidler via FosB-mediert transkripsjonsregulering. Jegn faktum, administrasjon av Δ9-THC produserer kryss-sensibilisering til opioider og amfetamin (Cadoni et al., 2001, Lamarque, et al., 2001), i tråd med denne hypotesen. Videre ble gjentatt administrering av cannabinoidagonisten CP55,940 rapportert å øke MOR-mediert G-proteinaktivering i NAc, tilsvarende mus som inducerbart uttrykker FFosB i den foreliggende studien (Vigano, et al., 2005). Effekten av ΔFosB-uttrykk på Δ9-THC-mediert atferd har ikke blitt evaluert, men de nåværende resultatene utelukker ikke en interaksjon. Resultatene av dette og vår tidligere studie (Zachariou, et al., 2006) viser ΔFosB-induserte endringer i MOR og KOR / dynorfin i striatumet. De givende effektene av Δ9-THC, målt ved stedpreferanse, avskaffes i MOR null-mus, mens deletjon av KOR-dempet Δ9-THC plasser aversjon og avslørt Δ9-Hvad plassering preferanse (Ghozland, et al., 2002). På samme måte, betinget sted aversjon mot Δ9-THC er fraværende i pro-dynorfin knockout sammenlignet med villtype mus (Zimmer, et al., 2001). Disse dataene antyder at Δ9-THC kan være mer givende etter ΔFosB-induksjon og konsekvent induksjon av MOR-signalering med reduksjoner i dynorfinuttrykk.
I oppsummeringResultatene av denne studien viste at ekspresjon av ΔFosB i D1R / dynorfin-positive striatalneuroner forbedret MOR- og KOR-mediert signalering på nivået av G-protein-mediert inhibering av adenylyl-syklaseaktivitet i NAc. Dette funnet er i samsvar med studier som har vist en rolle for det endogene opioidsystemet i belønning (Trigo, et al., 2010), og gi en potensiell mekanisme for ΔFosB-medierte effekter på belønning. I kontrast CB1R-mediert signalering i NAc ble ikke signifikant påvirket av striatalafFosB-ekspresjon under de undersøkte forhold, selv om ytterligere studier er berettiget til å bestemme effekten av ΔFosB-induksjon på endocannabinoid-systemet.
Takk til
Forfatterne takker Hengjun He, Jordan Cox og Aaron Tomarchio for teknisk assistanse med [35S] GTPγS bindingsanalyser. Denne studien ble støttet av USPHS Grants DA014277 (LJS), DA10770 (DES) og P01 DA08227 (EJN).
Fotnoter
Ansvarsfraskrivelse: Dette er en PDF-fil av et unedited manuskript som har blitt akseptert for publisering. Som en tjeneste til våre kunder gir vi denne tidlige versjonen av manuskriptet. Manuskriptet vil gjennomgå copyediting, typeetting og gjennomgang av det resulterende beviset før det publiseres i sin endelige form. Vær oppmerksom på at under produksjonsprosessen kan det oppdages feil som kan påvirke innholdet, og alle juridiske ansvarsfraskrivelser som gjelder for journalen gjelder.
Referanser
- Bozarth MA, Wise RA. Anatomisk distinkte opiatreceptorfelt mediterer belønning og fysisk avhengighet. Science. 1984;224: 516-517. [PubMed]
- Bradford MM. En rask og sensitiv metode for kvantifisering av mikrogrammengder protein ved anvendelse av prinsippet om proteinfargebinding. Anal. Biochem. 1976;72: 248-254. [PubMed]
- Breivogel CS, Childers SR, Deadwyler SA, Hampson RE, Vogt LJ, Sim-Selley LJ. Kronisk delta9-tetrahydrocannabinolbehandling gir et tidsavhengig tap av cannabinoidreseptoraktiverte G-proteiner i hjernen. J. Neurochem. 1999;73: 2447-2459. [PubMed]
- Breivogel CS, Selley DE, Childers SR. Cannabinoid reseptor agonist effekt for stimulering [35S] GTPγS-binding til rotte cerebellære membraner korrelerer med agonist-induserte reduksjoner i BNP-affinitet. J. Biol. Chem. 1998;273: 16865-16873. [PubMed]
- Cadoni C, Pisanu A, Solinas M, Acquas E, Di Chiara G. Behandlingssensibilisering etter gjentatt eksponering for Delta 9-tetrahydrocannabinol og kryss-sensibilisering med morfin. Psykofarmakologi (Berl) 2001;158: 259-266. [PubMed]
- Cadoni C, Valentini V, Di Chiara G. Behavioral sensibilisering til delta 9-tetrahydrocannabinol og kryss-sensibilisering med morfin: Differensielle endringer i akkumulert skall og kjerne dopamin overføring. J. Neurochem. 2008;106: 1586-1593. [PubMed]
- Chen J, Kelz MB, Zeng G, Sakai N, Steffen C, Shockett PE, Picciotto MR, Duman RS, Nestler EJ. Transgene dyr med induktivt, målrettet genuttrykk i hjernen. Mol. Pharmacol. 1998;54: 495-503. [PubMed]
- Childers SR. Opioid reseptor-koblet andre budbringere. Life Sci. 1991;48: 1991-2003. [PubMed]
- Childers SR, Fleming L, Konkoy C, Marckel D, Pacheco M, Sexton T, Ward S. Opioid og cannabinoid reseptorinhibering av adenylylcyklase i hjernen. Ann. NY Acad. Sci. 1992;654: 33-51. [PubMed]
- Childers SR, Xiao R, Vogt LJ, Sim-Selley LJ. Kappa opioid reseptor stimulering av [35S] GTPγS-binding i marsvinhjerne: Manglende bevis for kappa2-selektiv aktivering av G-proteiner. Biochem. Pharmacol. 1998;56: 113-120. [PubMed]
- Clarke S, Zimmer A, Zimmer AM, Hill RG, Kitchen I. Regionselektiv oppregulering av mikro-, delta- og kappa-opioidreceptorer, men ikke opioidreceptor-lignende 1-reseptorer i hjernen til enkefalin og dynorfin knockout-mus. Neuroscience. 2003;122: 479-489. [PubMed]
- Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Striatal celletype-spesifikk overekspresjon av DeltaFosB øker incitamentet til kokain. J. Neurosci. 2003;23: 2488-2493. [PubMed]
- Gardner EL. Endocannabinoid signal system og hjerne belønning: vekt på dopamin. Pharmacol. Biochem. Behav. 2005;81: 263-284. [PubMed]
- Ghozland S, Matthes HW, Simonin F, Filliol D, Kieffer BL, Maldonado R. Motiverende effekter av cannabinoider medieres av mu-opioid- og kappa-opioidreceptorer. J. Neurosci. 2002;22: 1146-1154. [PubMed]
- Herkenham M, Lynn AB, Johnson MR, Melvin LS, Costa BR, Rice KC. Karakterisering og lokalisering av cannabinoidreseptorer i rottehjerne: En kvantitativ in vitro autoradiografisk studie. J. Neurosci. 1991;11: 563-583. [PubMed]
- Hohmann AG, Herkenham M. Lokalisering av cannabinoid CB (1) reseptor mRNA i neuronale subpopulasjoner av rotte striatum: en dobbelt-merket in situ hybridiseringsundersøkelse. Synapse. 2000;37: 71-80. [PubMed]
- Howlett AC, Barth F, Bonner TI, Cabral G, Casellas P, Devane WA, Felder CC, Herkenham M, Mackie K, Martin BR, Mechoulam R, Pertwee RG. International Union of Pharmacology. XXVII. Klassifisering av cannabinoidreseptorer. Farmakologisk gjennomgang. 2002;54: 161-202.
- Huestis MA, Gorelick DA, Heishman SJ, Preston KL, Nelson RA, Moolchan ET, Frank RA. Blokkering av effekter av røkt marihuana av CB1-selektive cannabinoidreseptorantagonisten SR141716. Arch. Gener. Psykiatri. 2001;58: 322-328. [PubMed]
- Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch T, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ. Ekspresjon av transkripsjonsfaktoren deltaFosB i hjernen styrer følsomheten for kokain. Nature. 1999;401: 272-276. [PubMed]
- Koob GF, Volkow ND. Neurokirurgi av avhengighet. Neuropsychopharmacology. 2010;35: 217-238. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Lamarque S, Taghzouti K, Simon H. Kronisk behandling med Delta (9) -tetrahydrocannabinol forbedrer den lokomotoriske responsen til amfetamin og heroin. Konsekvenser for sårbarhet mot narkotikamisbruk. Neuropharmacology. 2001;41: 118-129. [PubMed]
- Maldonado R, Valverde O, Berrendero F. Innblanding av endokannabinoid-systemet i narkotikamisbruk. Trender Neurosci. 2006;29: 225-232. [PubMed]
- Mansour A, Fox CA, Thompson RC, Akil H, Watson SJ. mu-Opioid-reseptor-mRNA-ekspresjon i rotte-CNS: sammenligning med mu-reseptorbinding. Brain Res. 1994;643: 245-265. [PubMed]
- Matthes HWD, Maldonado R, Simonin F, Valverde O, Slowe S, Kitchen I, Befort K, Dierich A, LeMeur M, Dolle P, Tzavara E, Hanoune J, Roques BP, Kieffer BL. Tap av morfininducert analgesi, belønningseffekt og abstinenssymptomer hos mus som mangler μ-opioidreceptorgenet. Nature. 1996;383: 819-823. [PubMed]
- McClung CA, Nestler EJ. Regulering av genuttrykk og kokainbelønning av CREB og DeltaFosB. Nat. Neurosci. 2003;6: 1208-1215. [PubMed]
- McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. DeltaFosB: en molekylær bryter for langsiktig tilpasning i hjernen. Brain Res. Mol. Brain Res. 2004;132: 146-154. [PubMed]
- Muller DL, Unterwald EM. D1 dopaminreseptorer modulerer deltaFosB-induksjon i rottestriatum etter intermitterende morfinadministrasjon. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2005;314: 148-154. [PubMed]
- Nestler EJ. Anmeldelse. Transkripsjonelle avhengighetsmekanismer: DeltaFosBs rolle. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2008;363: 3245-3255. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Nestler EJ, Kelz MB, Chen J. DeltaFosB: en molekylær mediator av langsiktig neurale og adferdsmessige plastisitet. Brain Res. 1999;835: 10-17. [PubMed]
- Nye HE, Håper BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmakologiske studier av regulering av kronisk FOS-relatert antigeninduksjon av kokain i striatum og nucleus accumbens. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1995;275: 1671-1680. [PubMed]
- Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, Stock JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Inducible, hjernegionspesifikke uttrykk for en dominant negativ mutant av c-Jun i transgene mus reduserer følsomheten for kokain. Brain Res. 2003;970: 73-86. [PubMed]
- Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ. Distinkte mønstre av DeltaFosB induksjon i hjernen av misbruk. Synapse. 2008;62: 358-369. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
- Robbe D, Alonso G, Duchamp F, Bockaert J, Manzoni OJ. Lokalisering og virkningsmekanismer av cannabinoidreseptorer ved glutamatergiske synapser av musekernen accumbens. J. Neurosci. 2001;21: 109-116. [PubMed]
- Salomon Y. Adenylat-syklaseanalyse. Adv. Cyclisk Nukleotid Res. 1979;10: 35-55. [PubMed]
- Selley DE, Sim LJ, Xiao R, Liu Q, Childers SR. Mu opioid reseptor-stimulert [35S] GTPγS-binding i rotte-thalamus og dyrkede cellelinjer: Signaltransduksjonsmekanismer underliggende agonistvirkning. Mol. Pharmacol. 1997;51: 87-96. [PubMed]
- Trigo JM, Martin-Garcia E, Berrendero F, Robledo P, Maldonado R. Det endogene opioidsystemet: et vanlig substrat i narkotikamisbruk. Drug Alcohol Depend. 2010;108: 183-194. [PubMed]
- Unterwald EM, Knapp C, Zukin RS. Neuroanatomisk lokalisering av K1 og K2 opioidreseptorer i rotte- og marsvinhjerne. Brain Res. 1991;562: 57-65. [PubMed]
- Vaccarino FJ, Bloom FE, Koob GF. Blokkering av nucleus accumbens opiatreceptorer demper intravenøs heroinbelønning i rotte. Psykofarmakologi (Berl) 1985;86: 37-42. [PubMed]
- Vigano D, Rubino T, Vaccani A, Bianchessi S, Marmorato P, Castiglioni C, Parolaro D. Molekylære mekanismer involvert i den asymmetriske samspillet mellom cannabinoid og opioid-systemer. Psykofarmakologi (Berl) 2005;182: 527-536. [PubMed]
- Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar A, Nestler EJ. En viktig rolle for DeltaFosB i kjernen accumbens i morfin handling. Nat. Neurosci. 2006;9: 205-211. [PubMed]
- Zangen A, Solinas M, Ikemoto S, Goldberg SR, Wise RA. To hjernesider for cannabinoidbelønning. J. Neurosci. 2006;26: 4901-4907. [PubMed]
- Zhu J, Luo Li, Li JG, Chen C, Liu-Chen LY. Aktivering av den klonede humane kappa opioidreseptoren av agonister forbedrer [35S] GTPγS-binding til membraner: bestemmelse av potensier og virkninger av ligander. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1997;282: 676-684. [PubMed]
- Zimmer A, Valjent E, Konig M, Zimmer AM, Robledo P, Hahn H, Valverde O, Maldonado R. Fravær av delta-9-tetrahydrocannabinol-dysforiske effekter i dynorfin-mangelfulle mus. J. Neurosci. 2001;21: 9499-9505. [PubMed]
- Zimmer A, Zimmer AM, Hohmann AG, Herkenham M, Bonner TI. Økt dødelighet, hypoaktivitet og hypoalgesi hos cannabinoid CB1 reseptor knockout mus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999;96: 5780-5785. [PMC gratis artikkel] [PubMed]