DeltaFosB pośredniczy w odczulaniu epigenetycznym genu c-fos po długotrwałej ekspozycji na amfetaminę (2008)

Abstrakcyjny

Mechanizmy molekularne leżące u podstaw przejścia od rekreacyjnego używania narkotyków do przewlekłego uzależnienia pozostają słabo poznane. Jedną z cząsteczek zaangażowanych w ten proces jest ΔFosB, czynnik transkrypcyjny, który gromadzi się w prążkowiu po wielokrotnym narażeniu na lek i pośredniczy w uczulonych reakcjach behawioralnych na psychostymulanty i inne nadużywane narkotyki. Dalsze mechanizmy transkrypcyjne, za pomocą których ΔFosB reguluje zachowania wywołane lekami, są nie do końca poznane. Wcześniej opisywaliśmy mechanizmy przebudowy chromatyny, za pomocą których ΔFosB aktywuje ekspresję niektórych genów, jednak mechanizmy leżące u podstaw represji genów za pośrednictwem ΔFosB pozostają nieznane. Tutaj identyfikujemy się c-fos, natychmiastowy wczesny gen szybko indukowany w prążkowiu po ekspozycji na psychostymulant, jako nowy cel w dół, który jest tłumiony przez ΔFosB. Pokazujemy, że nagromadzenie ΔFosB w prążkowiu po przewlekłym leczeniu amfetaminą odczula c-fos indukcja mRNA do kolejnej dawki leku. ΔFosB odczula c-fos ekspresja poprzez rekrutację deacetylazy histonowej 1 (HDAC1) do c-fos promotor genu, który z kolei deacetyluje otaczające histony i osłabia aktywność genu. Odpowiednio, lokalny nokaut HDAC1 w prążkowiu znosi odczulanie wywołane amfetaminą c-fos gen. W koncercie, przewlekła amfetamina zwiększa metylację histonu H3 na c-fos promotor, modyfikacja chromatyny, o której wiadomo również, że hamuje aktywność genu, jak również poziomy ekspresji metylotransferazy histonowej H3, KMT1A/SUV39H1. Badanie to ujawnia nową ścieżkę epigenetyczną, poprzez którą ΔFosB pośredniczy w różnych programach transkrypcyjnych i ostatecznie plastyczności behawioralnej w przypadku przewlekłej ekspozycji na amfetaminę.

Słowa kluczowe: uzależnienie, amfetamina, prążkowie, chromatyna, modyfikacja histonów, regulacja genów

Wprowadzenie

Wielokrotne używanie środków psychostymulujących, takich jak amfetamina i kokaina, często prowadzi do przejścia od rekreacyjnego używania narkotyków do stanu chronicznego uzależnienia (). Jeden mechanizm zaangażowany w ten proces obejmuje czynnik transkrypcyjny ΔFosB, wysoce stabilny produkt splicingowy bezpośredniego wczesnego genu fosB, który dimeryzuje z białkami rodziny Jun, tworząc funkcjonalne kompleksy transkrypcyjne AP-1 (). ΔFosB gromadzi się kilkakrotnie w prążkowiu po wielokrotnym narażeniu na nadużywanie narkotyków, a akumulacja ta została powiązana ze zwiększoną nagrodą za kokainę, uczuleniem narządu ruchu i samopodawaniem (; ; ), które razem sugerują rolę w mechanizmach neuronalnych zaangażowanych w przechodzenie między rekreacyjnym a uzależnionym używaniem narkotyków. Zgodnie z tą hipotezą ΔFosB działa w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, zwiększając zachowania związane z poszukiwaniem narkotyków, które z kolei indukują więcej ΔFosB. Jednym z kluczowych nierozstrzygniętych pytań jest to, w jaki sposób ΔFosB pośredniczy w swoim wpływie na zachowania związane z narkotykami. Badania mikromacierzy całego genomu na myszach z nadekspresją ΔFosB w prążkowiu dostarczyły pierwszego wglądu w potencjalne dalsze cele (). Badanie to sugeruje, że ΔFosB może służyć jako aktywator lub represor transkrypcji, w zależności od genu docelowego. Jednak w badaniu zbadano transkrypty regulowane w warunkach nadekspresji, więc nie jest jasne, które z tych genów są bezpośrednimi, fizjologicznymi celami ΔFosB.

Niedawno zidentyfikowaliśmy zależną od cyklin kinazę 5 (cdk5) jako bezpośredni cel dla endogennego ΔFosB, który promuje Cdk5 transkrypcja w prążkowiu (). Jednak mechanizmy zaangażowane w represję docelowych genów przez ΔFosB pozostały nieuchwytne. Jest jeden atrakcyjny kandydat c-fos, gen, który jest dramatycznie indukowany przez ostre psychostymulanty, ale tylko słabo po wielokrotnym narażeniu (; ; ), gdy poziomy kompleksów AP-1 zawierających ΔFosB i ΔFosB są wysokie (, ). Od c-fos gen zawiera miejsce podobne do AP-1 w swoim proksymalnym promotorze (), jest prawdopodobnym kandydatem do represji za pośrednictwem ΔFosB. Indukcja c-fos jest tradycyjnie postrzegany jako wczesny marker aktywacji neuronów, ponieważ jest szybko i przejściowo indukowany w odpowiedzi na różne bodźce (). c-fos gen jest również ważny dla reakcji behawioralnych na kokainę, ponieważ brakuje myszy c-fos w neuronach zawierających receptor dopaminy D1, rodzaj komórek nerwowych, w których ΔFosB jest indukowany przez psychostymulanty (), mają zmniejszoną wrażliwość behawioralną na kokainę (). Odkrycia te doprowadziły nas do zbadania, czy kontrole ΔFosB c-fos aktywność genów po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę. Opisujemy tutaj nowy mechanizm epigenetyczny, dzięki któremu akumulacja ΔFosB w odpowiedzi na przewlekłą amfetaminę powraca do odczulania c-fos indukcja do kolejnych dawek leku. Ta nowatorska zależność między ΔFosB a zdarzeniami przebudowy chromatyny na c-fos promotor może być ważnym mechanizmem homeostatycznym regulującym wrażliwość zwierzęcia na wielokrotną ekspozycję na lek.

Materiały i Metody

Izolacja i ocena ilościowa RNA

Zamrożoną tkankę mózgową rozmrożono w TriZolu (Invitrogen, Carlsbad, CA) i przetwarzano zgodnie z protokołem producenta. RNA oczyszczono za pomocą kolumn RNAesy Micro (Qiagen, Valencia, CA). Całkowity RNA poddano odwrotnej transkrypcji przy użyciu Superscript III (Invitrogen). Następnie przeprowadzono PCR w czasie rzeczywistym przy użyciu SYBR Green (ABI, Foster City, CA) i określono ilościowo przy użyciu metody ΔΔCt. Widzieć Tabela uzupełniająca aby uzyskać pełną listę podkładów.

Immunoprecypitacja chromatyny (ChIP)

Chromatynę poddano sonikacji, a następnie immunoprecypitacji (patrz Metody uzupełniające) przy użyciu acetylowanych przeciwciał histonowych (Millipore, Billerica, MA), anty-HDAC1 lub anty-H3K9me2 z firmy Abcam (Cambridge, Wielka Brytania), anty-FosB (C-koniec) (), anty-FosB (N-koniec) (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, stan) lub królicza kontrola IgG (Millipore). IP zebrano stosując kulki Protein A z Millipore. Po przemyciu chromatyna była eluowana z perełek i poddawana odwrotnemu usieciowaniu w obecności proteinazy K. DNA następnie oczyszczano i oznaczano ilościowo przy użyciu PCR w czasie rzeczywistym.

Immunoprecypitacja

Komórki PC12 transfekowano HDAC5 znakowanym V1 (), FosB lub ΔFosB, jak opisano wcześniej (). Lizaty komórkowe podzielono i inkubowano z nieodporną IgG (Sigma) lub przeciwciałami anty-FosB (sc-48, Santa Cruz) przez noc w 4°C. Immunoprecypitację przeprowadzono z kulkami białka G (Sigma). Immunoprecypitowane białka poddano analizie SDS-PAGE i przeanalizowano metodą Western blotting przy użyciu niestandardowego poliklonalnego przeciwciała anty-FosB (N-końcowego) () i przeciwciało anty-V5 (Abcam). Aby określić, czy HDAC1 i ΔFosB są wiążącymi partnerami in vivoużyliśmy powtarzających się napadów elektrowstrząsowych, aby wywołać wysoki poziom białka ΔFosB (). Tkankę korową wycięto ze szczurów z przewlekłymi (7 dziennie) napadami padaczkowymi lub pozorowanymi szczurami, poddano lizie i immunoprecypitacji, jak opisano powyżej, z przeciwciałami anty-HDAC1 (Abcam).

Mikrodyssekcja laserowa

Za pomocą chirurgii stereotaktycznej prążkowie brzuszne myszy zakażono wirusem związanym z adenowirusem (AAV) wykazującym ekspresję wskazanego genu lub GFP po przeciwnych stronach mózgu. Po leczeniu amfetaminą zamrożone mózgi przetwarzano na skrawki koronowe o grubości 8 µm i umieszczano na szkiełkach membranowych (Lieca, Wetzlar, Niemcy). Regiony zakażone AAV wycięto laserowo (Leica), aby wykluczyć komórki niezainfekowane i przetworzono za pomocą zestawu do ekstrakcji RNA PicoPure (MDS, Sunnyvale, CA). RNA amplifikowano za pomocą zestawu RiboAmp HS (MDS) i poddano odwrotnej transkrypcji, jak opisano powyżej. Widzieć Metody uzupełniające aby uzyskać szczegółowe informacje.

Efekt

ΔFosB odczula c-fos Indukcja mRNA w prążkowiu po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę

Aby zbadać, czy odczulanie c-fos Ekspresja mRNA jest adaptacją komórkową kontrolowaną przez ΔFosB, leczyliśmy szczury solą fizjologiczną lub ostrą lub przewlekłą amfetaminą i pozwalaliśmy im wycofać się z klatki domowej na 1 do 10 dni. Następnie szczury analizowano 1 godzinę po dawce prowokacyjnej soli fizjologicznej lub amfetaminy. Jak wykazano poprzednio (zob Wprowadzenie), c-fos mRNA indukowano 4-krotnie w prążkowiu przez ostre podanie amfetaminy. Jednak u szczurów wcześniej narażonych na przewlekłą amfetaminę ekspresja c-fos w odpowiedzi na prowokację lekiem było znacznie osłabione przez okres do 5 dni po odstawieniu leku (Rysunek 1A), punkt, w którym ΔFosB pozostaje podwyższony w tym regionie mózgu (). Dodatkowo, u szczurów, które zostały wycofane z przewlekłej amfetaminy przez 5 dni, stwierdziliśmy, że podstawowa c-fos Ekspresja mRNA została zmniejszona poniżej poziomów stwierdzonych w kontrolach traktowanych solą fizjologiczną (Rysunek 1A). Co ważne, wielkość c-fos indukcja prowokacji amfetaminą była znacząco osłabiona w 1. dniu odstawienia w porównaniu ze zwierzętami, którym podawano sól fizjologiczną. Łącznie odkrycia te pokazują wpływ przewlekłej amfetaminy zarówno na podstawową, jak i indukowaną c-fos poziomy mRNA, chociaż z dwoma efektami występującymi ze złożonym przebiegiem czasowym.

Rysunek 1  

ΔFosB odczula c-fos Indukcja mRNA w prążkowiu po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę

Aby ustalić, czy akumulacja ΔFosB po przewlekłej amfetaminie bezpośrednio przyczynia się do odczulania c-fos wyrażenie, po raz pierwszy wykonaliśmy ChIP dla ΔFosB na c-fos promotor genu w prążkowiu. Jak pokazano w Rysunek 1BThe c-fos promotor ma znacznie więcej wiązań ΔFosB po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę, efekt obserwowany przez co najmniej 5 dni odstawienia leku. Dane te korelują zajęcie ΔFosB na c-fos promotor o kinetyce zredukowanej c-fos aktywność genów. Następnie, aby bezpośrednio sprawdzić, czy ΔFosB powoduje zmniejszenie c-fos indukcja w odpowiedzi na prowokację amfetaminą, użyliśmy wektora AAV do nadekspresji ΔFosB lub GFP jako kontroli w prążkowiu. Następnie wyizolowaliśmy zainfekowane prążkowie za pomocą mikrodysekcji laserowej (Rysunek 1C) i przeprowadzono qRT-PCR dla c-fos mRNA. Zaobserwowaliśmy znacznie mniej c-fos mRNA indukowany po ostrej dawce amfetaminy w tkance prążkowia zakażonej AAV-ΔFosB w porównaniu ze stroną kontralateralną zakażoną AAV-GFP, podczas gdy poziomy β-tubulina mRNA pozostało niezmienione (Rysunek 1D). Te dane sugerują c-fos w odczulaniu pośredniczy akumulacja ΔFosB na jego promotorze po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę.

ΔFosB rekrutuje HDAC1 do c-fos promotor do pośrednictwa c-fos represja genów

Zbadanie mechanizmów, za pomocą których pośredniczy ΔFosB c-fos odczulania, skupiliśmy się na punkcie czasowym, w którym c-fos był najbardziej stłumiony: 5 dni odstawienia przewlekłej amfetaminy. Kluczowy mechanizm zaangażowany w c-fos aktywacja w odpowiedzi na różne bodźce, w tym kokainę () to acetylacja histonów. Dlatego byliśmy zainteresowani ustaleniem, czy acetylacja histonów na c-fos promotor genu był również indukowany przez ostrą amfetaminę i czy wielokrotna ekspozycja na lek osłabiła tę odpowiedź. Rzeczywiście, ostra amfetamina zwiększyła acetylację histonu H4 na c-fos promotora i po przewlekłym leczeniu amfetaminą ta indukcja nie była już obserwowana (Rysunek 2A). Acetylowanie H4 było specyficzne, ponieważ nie zaobserwowano żadnego efektu dla H3 (nie pokazano). Dane te sugerują, że zmniejszona acetylacja histonów, związana z bardziej zwartą i nieaktywną strukturą chromatyny (), przyczynia się do odczulania c-fos gen po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę. Aby bezpośrednio przetestować tę hipotezę, potraktowaliśmy szczury przewlekłą amfetaminą i po 5 dniach odstawienia podaliśmy inhibitor HDAC, maślan sodu lub jego nośnik. Odkryliśmy, że maślan sodu odwraca represję wywołaną przez amfetaminę c-fos wyrażenie (Rysunek 2B), bezpośrednio wspierając ideę, że hipoacetylacja na c-fos promotor jest kluczowym mechanizmem leżącym u podstaw odczulania genu.

Rysunek 2  

Rekrutacja HDAC1 pośredniczy w działaniu ΔFosB c-fos

Aby zrozumieć, w jaki sposób ΔFosB hamuje acetylację histonów na c-fos promotora, zbadaliśmy, czy ΔFosB oddziałuje z enzymami, które zmniejszają acetylację histonów, mianowicie HDAC. Najpierw zbadaliśmy HDAC1 i HDAC2, ponieważ enzymy te tworzą kompleksy z różnymi czynnikami transkrypcyjnymi w celu tłumienia ekspresji genów (). Ponieważ wstępne badania ChIP zidentyfikowały znaczące wiązanie HDAC1 na c-fos promotor (patrz poniżej), ale bez wykrywalnego HDAC2 (nie pokazano), przeprowadziliśmy eksperymenty z koimmunoprecypitacją, aby określić, czy ΔFosB fizycznie oddziałuje z HDAC1. Rzeczywiście odkryliśmy, że immunoprecypitacja ΔFosB również obniżyła HDAC1 w komórkach PC12 (Rysunek 2D). Co ważne, ta interakcja jest specyficzna dla ΔFosB, jako pełnej długości FosB, która nie kumuluje się po przewlekłym podawaniu psychostymulantów (), nie wchodzi w interakcje z HDAC1. Przeprowadziliśmy odwrotny eksperyment in vivo poprzez indukowanie dużych ilości ΔFosB z napadami elektrowstrząsowymi. Zgodnie z naszymi danymi z hodowli komórkowych, immunoprecypitacja z przeciwciałem przeciwko HDAC1 ściągnęła ΔFosB z tkanki mózgowej (Rysunek 2E).

Na podstawie tych ustaleń, że ΔFosB i HDAC1 fizycznie oddziałują in vitro i in vivopostawiliśmy hipotezę, że po przewlekłej amfetaminie ΔFosB rekrutuje HDAC1 do c-fos promotor genu. Rzeczywiście, ChIP lizatów prążkowia wykrył znacznie wyższe poziomy HDAC1 na c-fos promotor po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę (Rysunek 2C), podczas gdy amfetamina nie zmieniała wiązania HDAC1 z β-aktyna promotor genu. Aby bezpośrednio określić, czy HDAC1 był wystarczający do osłabienia c-fos indukcję, transfekowaliśmy komórki HEK293T HDAC1 lub GFP i stymulowaliśmy je 5% surowicą (patrz Metody uzupełniające). Stwierdziliśmy, że indukowane surowicą c-fos ekspresja była znacznie stępiona w komórkach z nadekspresją HDAC1 (Rysunek 2F). Badania te zostały przedłużone in vivo przy użyciu spłaszczonych myszy HDAC1 zakażonych AAV-GFP po jednej stronie ich prążkowia i AAV-CreGFP w celu wywołania lokalnego nokautu hdac1 gen w przeciwległym prążkowiu. Zmniejszono AAV-CreGFP Hdac1 ekspresja mRNA w zakażonej tkance (wyizolowanej za pomocą mikrodysekcji laserowej) o >75% w porównaniu z kontrolami, którym wstrzyknięto AAV-GFP, podczas gdy Hdac2 wyrażenie pozostało niezmienione (Rysunek 2G). Myszy były następnie leczone przewlekłą amfetaminą, po czym wycofano lek na 5 dni. Myszy analizowano 30 minut po prowokacji amfetaminą i zainfekowane obszary prążkowia poddano mikrodysekcji. Odkryliśmy, że amfetamina indukowała znacznie więcej c-fos mRNA w tkance prążkowia zakażonej AAV-CreGFP w porównaniu z AAV-GFP (Rysunek 2G), wykazując, że HDAC1 jest niezbędny do przewlekłej represji indukowanej amfetaminą c-fos wyrażenie. Dane te sugerują, że akumulacja ΔFosB u szczurów po przewlekłym leczeniu amfetaminą powoduje większe wiązanie ΔFosB z c-fos promotora, rekrutację HDAC1, mniejszą acetylację histonów i ostatecznie mniejszą aktywność genu.

Metylacja histonów jest podwyższona na c-fos promotor po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę

Represja aktywności genów często wiąże się z kilkoma modyfikacjami epigenetycznymi, które zachodzą równolegle (; ). Jedną z najlepiej scharakteryzowanych modyfikacji histonów związanych ze zmniejszoną aktywnością genów jest metylacja histonu H3 w pozycji lizyny 9 (H3K9). Ta modyfikacja histonów, gdy znajduje się w regionach promotora, jest związana z represją transkrypcji poprzez rekrutację korepresorów, takich jak HP1 (białko heterochromatyny 1) (). Dlatego przeanalizowaliśmy, czy hipoacetylacja c-fos gen, obserwowany po przewlekłym podawaniu amfetaminy, jest również związany ze zmianami w metylacji H3K9. Zgodnie z tą hipotezą, ChIP przeprowadzony na tkance prążkowia szczurów leczonych przewlekłą amfetaminą ujawnił, że dimetylowany H3K9 (H3K9me2) był znacznie zwiększony na c-fos promotor (Rysunek 3A), efekt nie obserwowany na β-aktyna promotor genu. Jednym z kluczowych enzymów, który pośredniczy w metylacji H3K9, jest KMT1A/SUV39H1, co rodzi pytanie, czy ekspresja tego enzymu jest regulowana przez chroniczną ekspozycję na amfetaminę. Przeprowadziliśmy qRT-PCR na prążkowiu szczurów leczonych przewlekłą amfetaminą i zaobserwowaliśmy znaczną regulację w górę Kmt1a/Suv39h1 mRNA, podczas gdy odrębny enzym modyfikujący chromatynę, Hdac5, pozostał nienaruszony (Rysunek 3B). Jednak w przeciwieństwie do HDAC1, eksperymenty z koimmunoprecypitacją nie ujawniły żadnej wykrywalnej interakcji między ΔFosB i KMT1A / SUV39H1, ani nie byliśmy w stanie zidentyfikować znaczącego wzbogacenia metylotransferazy na c-fos promotor przez ChIP (nie pokazano). Niezależnie od tego, odkrycia te sugerują, że regulacja w górę KMT1A/SUV39H1 może powodować hipermetylację H3 w c-fos i przyczyniają się do mechanizmów redukujących c-fos aktywność genów po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę.

Rysunek 3  

Metylacja histonów po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę

Dyskusja

To badanie zidentyfikowało c-fos jako nowy gen docelowy w dół od ΔFosB w prążkowiu po przewlekłym podawaniu amfetaminy. Dostarczamy bezpośrednich dowodów, że endogenny ΔFosB wiąże się z c-fos promotor in vivo, gdzie ΔFosB rekrutuje HDAC1 do deacetylacji otaczających histonów i zmniejszenia aktywności transkrypcyjnej c-fos gen. Zarówno farmakologiczne hamowanie HDAC, jak i indukowany nokaut HDAC1 były wystarczające do złagodzenia c-fos odczulanie i uniesienie c-fos ekspresja w prążkowiu zwierząt przewlekle leczonych amfetaminą. Stwierdziliśmy również równoczesny wzrost represyjnej metylacji histonów w H3K9 na c-fos promotor, adaptacja związana z indukowaną amfetaminą regulacją w górę metylotransferazy histonowej, KMT1A/SUV39H1. Razem odkrycia te dostarczają zasadniczo nowego wglądu w mechanizmy, za pomocą których ΔFosB hamuje aktywność pewnych genów i ilustrują nową zależność między dwoma kluczowymi szlakami, które kontrolują reakcje behawioralne na psychostymulanty: indukcję ΔFosB () i przebudowa chromatyny (). Nasze odkrycia pokazują, w jaki sposób te dwie ścieżki zbiegają się na c-fos promotor po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę w celu zmiany aktywności genu.

Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy odczulanie c-fos Ekspresja mRNA po przewlekłym leczeniu kokainą ponad 15 lat temu (), ale nie było dostępnego mechanistycznego wglądu w to, w jaki sposób mogą wystąpić tak głęboko różne reakcje transkrypcyjne między ostrą a przewlekłą ekspozycją na lek. Starając się zrozumieć dalsze działania ΔFosB, ponownie przyjrzeliśmy się kontroli c-fos ekspresji ze względu na tę zróżnicowaną regulację między ostrą i przewlekłą ekspozycją na psychostymulanty. Ponieważ ΔFosB jest kilkakrotnie podwyższone po przewlekłej ekspozycji na lek, ta zróżnicowana indukcja c-fos mRNA, jak również miejsce podobne do AP-1 w c-fos proksymalny promotor, zasugerował potencjalną rolę regulacyjną dla ΔFosB. To również sprawiło, że c-fos gen jest atrakcyjnym kandydatem do badania represyjnego wpływu ΔFosB na ekspresję genów ().

Przewlekła atenuowana amfetamina c-fos Indukcja mRNA lub jego poziomy wyjściowe w prążkowiu przez około 5 dni po odstawieniu leku, przebieg czasowy zgodny ze stabilnością ΔFosB () i jego zajętość na c-fos promotor. Chociaż ΔFosB można wykryć nawet po dłuższych okresach wycofywania, z czasem stopniowo spada (; ) i mogą być niewystarczające do utrzymania represji wobec c-fos genu znacznie poza 5-dniowy punkt czasowy. Niemniej jednak przebieg czasu c-fos odczulanie jest złożone, z zahamowaniem jego wielokrotnej indukcji przez prowokację amfetaminą maksymalnie w 1 dniu odstawienia, ale z maksymalnym zahamowaniem jej podstawowych poziomów po 5 dniach od odstawienia. Nasze dane ChIP pokazują, że ΔFosB jest związany z c-fos promotora w obu punktach czasowych, co sugeruje, że zróżnicowana aktywność c-fos obserwowany między 1 a 5 dniem odstawienia może być spowodowany dodatkowymi regulatorami transkrypcji rekrutowanymi do genu o bardzo skomplikowanym przebiegu czasowym. Potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć szczegółowe mechanizmy.

Znaczenie behawioralne pośredniczone przez ΔFosB c-fos odczulanie może być homeostatyczne, podobnie jak myszy, którym brakuje c-fos gen w neuronach zawierających receptor dopaminy D1 wykazuje zmniejszone reakcje behawioralne na kokainę (). Ponadto inhibitory HDAC, które blokują odczulanie za pośrednictwem ΔFosB c-fos, zwiększyć wrażliwość zwierzęcia na behawioralne skutki kokainy (; ). Odkrycia te sugerują, że chociaż efektem netto ΔFosB jest promowanie uczulonych reakcji behawioralnych na psychostymulanty (; ), inicjuje również nowy program transkrypcyjny c-fos odczulanie, aby ograniczyć skalę tych samych zachowań. ΔFosB w efekcie miareczkowałby reakcje behawioralne na psychostymulanty poprzez złożoną serię dalszych zdarzeń transkrypcyjnych, obejmujących indukcję lub represję wielu genów docelowych (), które oprócz genu kodującego c-Fos, jak pokazano tutaj, obejmują również podjednostkę receptora glutaminianu AMPA GluR2 (), kinaza serynowo-treoninowa Cdk5 () i peptydu opioidowego dynorfiny (), pośród innych (). Niektóre z tych genów są aktywowane przez ΔFosB (gdzie ΔFosB rekrutuje koaktywatory transkrypcji) (), podczas gdy inne są represjonowane przez ΔFosB (gdzie ΔFosB, jak pokazano tutaj, rekrutuje korepresory transkrypcyjne). Głównym wysiłkiem przyszłych badań jest zidentyfikowanie czynników, które określają, czy ΔFosB aktywuje lub hamuje docelowy gen, gdy wiąże się on z promotorem genu.

Podsumowując, nasze odkrycia identyfikują nowy mechanizm epigenetyczny, poprzez który ΔFosB pośredniczy w części swoich efektów transkrypcyjnych w prążkowiu po przewlekłej ekspozycji na amfetaminę. Badanie to zapewnia również ważny nowy wgląd w podstawowe mechanizmy transkrypcji i epigenetyki in vivo zaangażowane w odczulanie (tj. tolerancję) genu kluczowego dla reakcji behawioralnych wywołanych przez psychostymulanty.

 

Materiał uzupełniający

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez dotacje z NIDA

Referencje

  • Bibb JA, Chen J, Taylor JR, Svenningsson P, Nishi A, Snyder GL, Yan Z, Sagawa ZK, Ouimet CC, Nairn AC, Nestler EJ, Greengard P. Efekty przewlekłej ekspozycji na kokainę są regulowane przez białko neuronalne Cdk5. Natura. 2001; 410: 376 – 380. [PubMed]
  • Carle TL, Ohnishi YN, Ohnishi YH, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Mechanizmy zależne od proteasomu i niezależne dla destabilizacji FosB: identyfikacja domen degronu FosB i implikacje dla stabilności DeltaFosB. Eur J Neurosci. 2007; 25: 3009 – 3019. [PubMed]
  • Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Nadekspresja DeltaFosB specyficzna dla komórek prążkowia zwiększa zachętę do kokainy. J Neurosci. 2003; 23: 2488 – 2493. [PubMed]
  • Grozinger CM, Schreiber SL. Enzymy deacetylazy: funkcje biologiczne i zastosowanie inhibitorów drobnocząsteczkowych. Chem Biol. 2002;9:3–16. [PubMed]
  • Hope B, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulacja natychmiastowej wczesnej ekspresji genu i wiązanie AP-1 w jądrze szczura accumbens przez chroniczną kokainę. Proc Natl Acad Sci US A. 1992; 89: 5764 – 5768. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  • Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Indukcja długotrwałego kompleksu AP-1 złożonego ze zmienionych białek podobnych do Fos w mózgu przez przewlekłe leczenie kokainą i innymi przewlekłymi metodami. Neuron. 1994; 13: 1235 – 1244. [PubMed]
  • Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Mechanizmy neuronalne uzależnienia: rola uczenia się i pamięci związanej z nagrodami. Annu Rev Neurosci. 2006; 29: 565 – 598. [PubMed]
  • Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch T, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ. Ekspresja czynnika transkrypcyjnego deltaFosB w mózgu kontroluje wrażliwość na kokainę. Natura. 1999; 401: 272 – 276. [PubMed]
  • Kouzarides T. Modyfikacje chromatyny i ich funkcja. Komórka. 2007;128:693–705. [PubMed]
  • Kumar A, Choi KH, Renthal W, Tsankova NM, Theobald DE, Truong HT, Russo SJ, Laplant Q, Sasaki TS, Whistler KN, Neve RL, Self DW, Nestler EJ. Przebudowa chromatyny jest kluczowym mechanizmem leżącym u podstaw plastyczności indukowanej kokainą w prążkowiu. Neuron. 2005; 48: 303 – 314. [PubMed]
  • McClung CA, Nestler EJ. Regulacja ekspresji genów i nagrody kokainowej przez CREB i DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208 – 1215. [PubMed]
  • McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. DeltaFosB: molekularny przełącznik do długoterminowej adaptacji w mózgu. Brain Res Mol Brain Res. 2004; 132: 146 – 154. [PubMed]
  • Montgomery RL, Davis CA, Potthoff MJ, Haberland M, Fielitz J, Qi X, Hill JA, Richardson JA, Olson EN. Deacetylazy histonowe 1 i 2 nadmiarowo regulują morfogenezę, wzrost i kurczliwość serca. Geny Dev. 2007;21:1790–1802. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  • Morgan JI, Curran T. Łączenie transkrypcji bodźców w neuronach: rola komórkowych wczesnych genów. Trendy Neurosci. 1989; 12: 459 – 462. [PubMed]
  • Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Badania farmakologiczne regulacji przewlekłej indukowanej przez FOS antygenu przez kokainę w prążkowiu i jądrze półleżącym. J Pharmacol Exp Ther. 1995; 275: 1671 – 1680. [PubMed]
  • Persico AM, Schindler CW, O'Hara BF, Brannock MT, Uhl GR. Ekspresja czynnika transkrypcyjnego mózgu: skutki ostrej i przewlekłej amfetaminy i stresu iniekcyjnego. Mózg Res Mol Mózg Res. 1993;20:91–100. [PubMed]
  • Renthal W, Maze I, Krishnan V, Covington HE, 3. miejsce, Xiao G, Kumar A, Russo SJ, Graham A, Tsankova N, Kippin TE, Kerstetter KA, Neve RL, Haggarty SJ, McKinsey TA, Bassel-Duby R, Olson EN, Nestler EJ. Deacetylaza histonowa 5 epigenetycznie kontroluje adaptacje behawioralne do przewlekłych bodźców emocjonalnych. Neuron. 2007;56:517–529. [PubMed]
  • Steiner H, Gerfen CR. Indukowany kokainą c-fos informacyjny RNA jest odwrotnie proporcjonalny do ekspresji dynorfiny w prążkowiu. J Neurosci. 1993;13:5066–5081. [PubMed]
  • Tsankova N, Renthal W, Kumar A, Nestler EJ. Regulacja epigenetyczna w zaburzeniach psychicznych. Nat Rev Neurosci. 2007;8:355–367. [PubMed]
  • Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar A, Nestler EJ. Istotna rola DeltaFosB w jądrze półleżącym w działaniu morfiny. Nat Neurosci. 2006; 9: 205 – 211. [PubMed]
  • Zhang J, Zhang L, Jiao H, Zhang Q, Zhang D, Lou D, Katz JL, Xu M. c-Fos ułatwiają nabywanie i wygaszanie trwałych zmian wywołanych kokainą. J Neurosci. 2006; 26: 13287 – 13296. [PubMed]