Synapse. 2008 May;62(5):358-69.
Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.
Źródło
Department of Psychiatry, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Teksas 75390-9070, USA.
Abstrakcyjny
Czynnik transkrypcyjny DeltaFosB gromadzi się i utrzymuje się w mózgu w odpowiedzi na przewlekłą stymulację. Ta akumulacja po przewlekłym narażeniu na nadużywanie narkotyków została wykazana wcześniej metodą Western blot najbardziej dramatycznie w regionach prążkowia, w tym prążkowiu grzbietowym (jądro ogoniaste / skorupa) i jądrze półleżącym. W niniejszym badaniu wykorzystaliśmy immunohistochemię do określenia z większą precyzją anatomiczną indukcji DeltaFosB w mózgu gryzonia po leczeniu przewlekłym lekiem. Rozszerzyliśmy również poprzednie badania z udziałem kokainy, morfiny i nikotyny na dwa dodatkowe leki nadużywające, etanol i Delta (9) -tetrahydrokannabinol (Delta (9) -THC, aktywny składnik marihuany). Pokazujemy tutaj, że przewlekłe, ale nie ostre, podawanie każdego z czterech leków nadużywających, kokainy, morfiny, etanolu i Delta (9) -THC, silnie indukuje DeltaFosB w jądrze półleżącym, chociaż różne wzory w rdzeniu vs. tego jądra były widoczne dla różnych leków. Leki różniły się także stopniem indukcji DeltaFosB w prążkowiu grzbietowym. Ponadto, wszystkie cztery leki indukowały DeltaFosB w korze przedczołowej, przy czym największe efekty zaobserwowano w przypadku kokainy i etanolu, a wszystkie leki indukowały DeltaFosB w niewielkim stopniu w ciele migdałowatym. Ponadto, wszystkie leki indukowały DeltaFosB w hipokampie i, z wyjątkiem etanolu, większość tej indukcji obserwowano w zębinie. Niższe poziomy indukcji DeltaFosB obserwowano w innych obszarach mózgu w odpowiedzi na określone leczenie lekowe. Odkrycia te dostarczają dalszych dowodów na to, że indukcja DeltaFosB w jądrze półleżącym jest powszechnym działaniem praktycznie wszystkich leków nadużywających i że poza jądrem półleżącym każdy lek indukuje DeltaFosB w specyficzny dla regionu sposób w mózgu.
WPROWADZENIE
Ostra ekspozycja na kokainę powoduje przejściową indukcję czynników transkrypcyjnych c-Fos i FosB w regionach prążkowia (Graybiel i wsp., 1990, Hope i wsp., 1992, Young i wsp., 1991), podczas gdy chroniczna ekspozycja na działanie leku w gromadzeniu stabilizowanych izoform ΔFosB, skróconego wariantu splicingowego genu fosB (Hiroi i wsp., 1997, Hope i wsp., 1994, Moratalla i wsp., 1996, Nye i wsp., 1995). Po indukcji ΔFosB utrzymuje się w tych regionach przez kilka tygodni ze względu na niezwykłą stabilność białka. Nowsze badania wykazały, że stabilność ΔFosB jest mediowana przez brak domen degronowych znalezionych na C-końcu FosB pełnej długości i wszystkich innych białek rodziny Fos (Carle i wsp., 2007) i przez fosforylację ΔFosB w jej N -terminus (Ulery i wsp., 2006). Przeciwnie, przewlekłe podawanie leku nie zmienia składania premRNA fosB na mRNA ΔfosB ani stabilności mRNA (Alibhai i wsp., 2007), co dodatkowo wskazuje, że dominującym mechanizmem jest akumulacja białka? FosB.
Rosnące dowody wskazują, że indukcja ΔFosB w regionach prążkowia, w szczególności prążkowiu brzusznym lub jądrze półleżącym, jest ważna w pośredniczących aspektach uzależnienia. Nadekspresja ΔFosB w tych regionach indukowalnych myszy bitransgenicznych lub transfer genu za pośrednictwem wirusów zwiększa wrażliwość zwierzęcia na działanie aktywujące i nagradzające narząd ruchu kokainy i morfiny, podczas gdy ekspresja dominującego negatywnego antagonisty ΔFosB (określanego jako Δc- Jun) ma przeciwne efekty (Kelz i wsp., 1999, McClung i Nestler, 2003, Peakman i wsp., 2003, Zachariou i wsp., 2006). Pokazano również, że nadekspresja FosB zwiększa motywację motywacyjną kokainy (Colby i wsp., 2003). Co więcej, ΔFosB jest preferencyjnie indukowany przez kokainę u dorastających zwierząt, co może przyczyniać się do ich zwiększonej podatności na uzależnienie (Ehrlich i wsp., 2002).
Pomimo tych dowodów pozostają ważne pytania. Chociaż doniesiono, że długotrwałe podawanie kilku innych substancji uzależniających, w tym amfetaminy, metamfetaminy, morfiny, nikotyny i fencyklidyny, indukuje FosB w regionach prążkowia (Atkins i wsp., 1999, Ehrlich i wsp., 2002, McDaid i in. 2006b, Muller i Unterwald, 2005, Nye i wsp., 1995, Nye i Nestler, 1996, Pich i wsp. 1997, Zachariou i wsp., 2006), niewiele lub brak informacji dotyczących działań etanolu i Δ9-tetrahydrokanabinolu (Δ9-THC, aktywny składnik marihuany). Dwa wcześniejsze badania wykazały, że immunoreaktywność podobna do FosB jest indukowana w hipokampie i pewnych innych obszarach mózgu podczas odstawiania etanolu, ale pozostaje niepewna, czy ta immunoreaktywność reprezentuje? FosB lub pełnej długości FosB (Bachtell i wsp., 1999, Beckmann i wsp., 1997 ). Badania etanolu i (Δ9-THC są szczególnie ważne, ponieważ są to dwa najpowszechniej stosowane leki stosowane obecnie w Stanach Zjednoczonych (SAMHSA, 2005). Co więcej, chociaż wykazano, że stymulanty lub opiaty zażywania narkotyków indukują ΔFosB w niektóre inne izolowane regiony mózgu, które oprócz jądra półleżącego i prążkowia grzbietowego obejmują kora przedczołowa, jądro migdałowate, brzuszna część brzuszna, brzuszna część nakrywkowa i hipokamp (Liu i wsp., 2007, McDaid i wsp., 2006a, 2006b; Nye; i wsp., 1995, Perrotti i wsp., 2005), nie było systematycznego mapowania indukcji ΔFosB w mózgu w odpowiedzi na chroniczne narażenie na lek.
Celem niniejszego badania było wykorzystanie procedur immunohistochemicznych do odwzorowania indukcji ΔFosB w całym mózgu po przewlekłym podawaniu czterech prototypowych leków nadużywania: kokainy, morfiny, etanolu i Δ9-THC.
MATERIAŁY I METODY
Zwierzęta
Wszystkie eksperymenty przeprowadzono na samcach szczurów Sprague Dawley (Charles River, Kingston, 250-275 g). Zwierzęta trzymano dwie na klatkę i przyzwyczajano do warunków w pomieszczeniu dla zwierząt przez tydzień przed rozpoczęciem eksperymentów. Mieli swobodny dostęp do jedzenia i wody. Eksperymenty przeprowadzono zgodnie z protokołami recenzowanymi przez Institutional Animal Care and Use Committee w The University of Texas Southwestern Medical Center w Dallas.
Leczenie lekami
Przewlekła kokaina
Szczury (n = 6 na grupę) otrzymywały dwa razy dziennie iniekcje chlorowodorku kokainy (15 mg / kg ip; National Institute on Drug Abuse, Bethesda, MD) rozpuszczone w 0.9% soli fizjologicznej przez 14 dni. Szczury kontrolne (n = 6 na grupę) otrzymały iniekcje ip soli fizjologicznej 0.9% w tej samej przewlekłej procedurze. Wszystkie zastrzyki podano w klatkach domowych zwierząt. Wykazano, że ten schemat leczenia zapewnia silne adaptacje behawioralne i biochemiczne (patrz Hope i wsp., 1994).
Samokontrola kokainy
Zwierzęta (n = 6 na grupę) trenowano tak, aby naciskały dźwignię dla peletek sacharozy 45 mg. Po tym treningu zwierzęta karmiono ad libitum i chirurgicznie implantowano w znieczuleniu pentobarbitalem z przewlekłym cewnikiem szyjnym (rurki silikonowe, zielona guma, Woburn, MA), jak opisano wcześniej (Sutton i wsp., 2000). Cewnik przeszedł podskórnie, aby wyjść z powrotem przez kaniulę 22 (Plastics One, Roanoke, VA), osadzony w cementie czaszkowym i zabezpieczony siatką chirurgiczną Marlex (Bard, Cranston, RI). Samopodawanie przeprowadzono w komorach do badań klinicznych (Med Associates, St. Alban, VT), które różniły się kontekstowo od klatki domowej zwierzęcia i znajdowały się w innym pomieszczeniu. Każda komora była zamknięta w kabinie dźwiękochłonnej wyposażonej w zespół pompy infuzyjnej składający się z pompy Razel Model A (Stamford, CT) i szklanej strzykawki 10 ml podłączonej do obrotowego przewodu (Instech, Plymouth Meeting, PA) przez rurkę teflonową . Tygonowe rurki łączyły krętlik z cewnikiem zwierzęcia i były zamknięte metalową sprężyną. Każda komora operacyjna zawierała dwie dźwignie (4 x 2 cm2, znajdujący się 2 cm nad podłogą). Podczas treningu samodzielnego podawania, pojedyncze naciśnięcie dźwigni 20 g na dźwigni aktywnej dostarczyło wlew iv kokainy (0.5 mg / kg na 0.1 ml infuzji) w przedziale czasowym infuzji 5. Po infuzji nastąpił czas przerwy 10, podczas którego światło domu zgasło, a reakcja nie spowodowała żadnych zaprogramowanych konsekwencji. Iluminacja światła w domu sygnalizowała koniec okresu oczekiwania. Dźwignia - naciśnięcie nieaktywnej dźwigni nie przyniosło żadnych konsekwencji. Zwierzęta same podawały kokainę podczas 14 dziennie 4-h podczas sesji testowych (6 dni / tydzień) podczas ich ciemnego cyklu; średnie dzienne spożycie wyniosło ~ 50 mg / kg. Grupę jarzmowych zwierząt traktowano identycznie tylko wtedy, gdy otrzymywały infuzje kokainy, gdy ich samokontrolujące odpowiedniki otrzymywały lek. Grupie zwierząt kontrolujących sól fizjologiczną pozwolono na naciśnięcie prasy do infuzji soli fizjologicznej. Wykazano, że ten schemat leczenia zapewnia silne adaptacje behawioralne i biochemiczne (patrz Sutton i wsp., 2000).
Przewlekła morfina
Peletki morfiny (każda zawierająca 75 mg zasady morfiny, Narodowy Instytut ds. Nadużywania Narkotyków) wszczepiano sc raz dziennie przez 5 dni (n = 6). Kontrolne szczury poddano operacji pozornej dla 5 kolejnych dni (n = 6). Wykazano, że ten schemat leczenia zapewnia silne adaptacje behawioralne i biochemiczne (patrz Nye i Nestler, 1996).
Δ9-THC
Δ9-THC rozpuszczono w roztworze etanolu, emulphora i soli fizjologicznej 1: 1: 18. Myszom wstrzykiwano podskórnie dwa razy dziennie Δ9-THC lub nośnik przez 15 dni. Początkowa dawka Δ9-THC wynosiła 10 mg / kg i dawkę zwiększano dwukrotnie co trzy dni do końcowej dawki 160 mg / kg. Użyliśmy myszy do Δ9-THC, ponieważ wykazano, że ten schemat leczenia powoduje silne adaptacyjne i biochemiczne adaptacje tego gatunku (Sim-Selley i Martin, 2002).
etanol
Etanol (z 95% podstawowego, Aaper, Shelbyville, KY) podawano za pomocą kompletnej odżywczo płynnej diety. Ta standardowa procedura dietetycznego etanolu obejmuje podawanie 7% [masa / objętość (wt / vol)] etanolu w diecie na bazie laktalbuminy / dekstrozy przez 17 dni, w którym to czasie szczury na ogół spożywają etanol w 8-12 g / kg / dzień i osiągnąć poziomy etanolu we krwi do 200 mg / dl (Criswell i Breese, 1993, Frye i wsp., 1981, Knapp i wsp., 1998). Dieta była kompletna pod względem odżywczym (ze stężeniami witamin, minerałów i innych składników odżywczych pochodzących z ICN Research Diety i kalorycznie zrównoważona (z dekstrozą) u szczurów i szczurów kontrolnych traktowanych etanolem Dopasowanie spożycia osiągnięto przez podanie kontrolnym szczurom leczonym dietą objętość diety równoważna średniemu spożyciu szczurów, którym podawano dietę z etanolem w dniu poprzednim, obie grupy z łatwością przybrały na wadze podczas okresu ekspozycji na etanol (nie pokazano). Wykazano, że ten schemat leczenia zapewnia silne adaptacje behawioralne i biochemiczne (patrz Knapp i wsp., 1998).
Immunohistochemia
Osiemnaście do 24 h po ostatnim leczeniu, zwierzęta były głęboko znieczulane wodzianem chloralu (Sigma, St. Louis, MO) i perfundowana dosercowo za pomocą 200 ml roztworu soli fizjologicznej buforowanej fosforanem 10 mM (PBS), a następnie 400 ml 4% paraformaldehydu w PBS. Mózgi usunięto i przechowywano przez noc w 4% paraformaldehydzie w 4 ° C. Następnego dnia rano mózgi przeniesiono do 20% glicerolu w roztworze 0.1 M PBS do krioprotekcji. Przekroje wieńcowe (40 μm) wycinano na zamrożonym mikrotomie (Leica, Bannockburn, IL), a następnie poddawano obróbce w kierunku immunohistochemii. Aktywności immunologiczne FosB i FosB wykryto stosując dwie różne królicze poliklonalne surowice odpornościowe. Jedna surowica odpornościowa, skierowana przeciwko C-końcowi FosB, który nie występuje w ΔFosB (aa 317-334) rozpoznaje pełnej długości FosB, ale nie ΔFosB (Perrotti et al., 2004). Druga antyserum, przeciwciało "pan-FosB", zostało podniesione przeciwko wewnętrznemu regionowi FosB i rozpoznaje zarówno FosB, jak i ΔFosB (sc-48; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
Barwienie FosB-podobne ujawniono przy użyciu metody kompleksu peroksydazy awidyny-biotyny. W tej procedurze, skrawki mózgu traktowano najpierw 0.3% H2O2 w celu zniszczenia endogennych peroksydaz, a następnie inkubowano przez 1 h w 0.3% Triton X-100 i 3% normalnej surowicy koziej w celu zminimalizowania niespecyficznego znakowania. Fragmenty tkanki inkubowano następnie przez noc w temperaturze pokojowej w 1% normalnej surowicy koziej, 0.3% Triton X-100 i przeciwciale pan-FosB (1: 5000). Skrawki przemywano, umieszczano dla 1.5 h w 1: rozcieńczenie 200 biotynylowanej koziej-anty-bakteryjnej immunoglobuliny (DakoCytomation, Carpinteria, CA), przemywano i umieszczano dla 1.5 h w 1: rozcieńczenie 200 kompleksu awidyna-biotyna z zestawu Elite (wektor Laboratories, Burlingame, CA). Aktywność peroksydazy wizualizowano w reakcji z diaminobenzydyną (Vector Laboratories). Do zliczenia liczby immunoreaktywnych komórek FosB użyto kodowane płytki. Kod nie został złamany, dopóki analiza danego eksperymentu nie została zakończona.
Po wykryciu immunoreaktywności typu FosB, przeprowadzono znakowanie podwójnie fluorescencyjne z przeciwciałem swoistym wobec FosB (koniec C, 1: 500) i przeciwciałem pan-FosB (sc-48; 1: 200) w celu określenia, czy indukowane białko było rzeczywiście ΔFosB. Zastosowano opublikowany protokół (Perrotti i wsp., 2005). Białka wizualizowano stosując przeciwciała drugorzędowe znakowane fluoroforem CY2 i CY3 (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Lokalizacja ekspresji białka została przeprowadzona na mikroskopie konfokalnym (Axiovert 100; LSM 510 z falami emisji META 488, 543 i 633; Zeiss, Thornwood, NY). Przedstawione tu obrazy zostały przechwycone w tym systemie i reprezentują przekrój o grubości 1 μm przez płaszczyznę Z.
Analiza statystyczna
Istotną indukcję komórek ΔFosB + oceniano przy użyciu testów t lub jednokierunkowych analiz ANOVA, a następnie testu Newmana-Keulsa jako analizy post hoc. Wszystkie analizy zostały skorygowane o wielokrotne porównania. Dane wyrażono jako średnią ± SEM. Istotność statystyczną zdefiniowano jako P <0.05.
WYNIKI
Indukcja ΔFosB w mózgu
Aby bezpośrednio porównać wzorce indukcji ΔFosB w mózgu w odpowiedzi na różne typy nadużywania leków, podano cztery prototypowe leki, kokainę, morfinę, etanol i Δ9-THC, i zbadano ekspresję ΔFosB 18-24 h po ostatniej ekspozycji na lek. . Zastosowaliśmy standardowe schematy leczenia farmakologicznego, które zostały wykazane w literaturze, aby uzyskać behawioralne i biochemiczne następstwa długotrwałego narażenia na lek (patrz: Materiały i metody). Poziomy ΔFosB zostały określone ilościowo za pomocą immunohistochemii, ze szczególnym uwzględnieniem regionów śródmózgowia i przedmózgowia, biorących udział w nagromadzeniu narkotyków i uzależnieniu. To dokładne mapowanie indukcji ΔFosB przeprowadzono z użyciem przeciwciała pan-FosB, które rozpoznaje zarówno ΔFosB, jak i FosB o pełnej długości. Wiemy jednak, że cała obserwowana immunoreaktywność dla każdego z leków wynika wyłącznie z ΔFosB, ponieważ przeciwciało selektywne dla pełnej długości FosB (patrz sekcja Materiał i metody) nie wykryło żadnych komórek pozytywnych. Ponadto, wszystkie immunoreaktywności wykryte przez przeciwciało pan-FosB zostały utracone u myszy z nokautem fosB, co potwierdza swoistość tego przeciwciała dla produktów genu fosB, w przeciwieństwie do innych białek z rodziny Fos. Te kontrole są pokazane dla kokainy na Figurze 1, ale zostały również zaobserwowane dla wszystkich innych leków (nie pokazano). Odkrycia te nie są zaskakujące, ponieważ w punkcie czasowym 18-24 h zastosowanym w tym badaniu oczekuje się, że cała FosB o pełnej długości, indukowana przez ostatnie podanie leku, ulegnie degradacji, pozostawiając bardziej stabilny? FosB jako jedyny gen fosB. pozostały produkt (patrz Chen i wsp., 1995, Hope i wsp., 1994).
Rys. 1
Immunohistochemia fluorescencyjna podwójnego znakowania z użyciem przeciwciała anty-FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) lub anty-FosB (koniec C) przez jądro półleżące zwierząt leczonych ostrą lub przewlekłą kokainą i szczura kontrolnego. Barwienie przeciwciał pan-FosB (więcej…)
Podsumowanie ogólnych wyników tego badania przedstawiono w Tabeli I. Stwierdzono, że każdy z czterech leków znacząco indukuje? FosB w mózgu, chociaż z częściowo odmiennymi wzorami indukcji obserwowanymi dla każdego leku.
Tabela I
Indukowanie ΔFosB w mózgu przez leki uzależniające
Indukcja ΔFosB w regionach prążkowia
Najbardziej dramatyczną indukcję ΔFosB zaobserwowano w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym (jądro ogoniaste / skorupa), gdzie wszystkie cztery leki indukowały białko (Fig. 2-Fig. 4). Pokazano to ilościowo na rysunku 5. Indukcję ΔFosB obserwowano zarówno w podregionach rdzenia i powłoki jądra półleżącego, z nieznacznie większą indukcją widoczną w rdzeniu większości leków. Silną indukcję ΔFosB zaobserwowano również w prążkowiu grzbietowym dla większości leków. Wyjątkiem był Δ9-THC, który nie wywoływał istotnie ΔFosB w łupinie jądra półksiężyca lub prążkowiu grzbietowym pomimo silnych tendencji (patrz rys. 4, tabela I). Co ciekawe, etanol spowodował największą indukcję ΔFosB w rdzeniu jądra półleżowca w porównaniu z innymi terapiami.
Rys. 2
Indukcja ΔFosB w jądrze półleżącym szczura u szczura kontrolnego (A) lub po długotrwałym leczeniu etanolem (B), morfiną (C) lub kokainą (D). Poziomy immunoreaktywności podobnej do FosB analizowano metodą immunohistochemiczną z użyciem przeciwciała pan-FosB. (jeszcze …)
Rys. 4
Indukcja ΔFosB w mózgu myszy po przewlekłym leczeniu Δ9-THC. Poziomy immunoreaktywności podobnej do FosB analizowano metodą immunohistochemiczną, stosując przeciwciało pan-FosB u zwierząt kontrolnych (A, C, E) i przewlekłych Δ9-THC (B, D, F). Uwaga (więcej…)
Rys. 5
Kwantyfikacja indukcji ΔFosB w obszarach prążkowia po leczeniu przewlekłą morfiną, Δ9-THC, etanolem i kokainą. Wykresy słupkowe pokazują średnią liczbę komórek ΔFosB + u zwierząt kontrolnych i zwierząt poddanych chronicznej morfinie (więcej…)
Indukcja ΔFosB przez wolicjonalną i wymuszoną ekspozycję na lek
Biorąc pod uwagę dramatyczną indukcję ΔFosB w regionach prążkowia, byliśmy zainteresowani ustaleniem, czy zdolność leku do indukowania białka w tych regionach różniła się w zależności od wolicjonalnego i wymuszonego narażenia na lek. Aby odpowiedzieć na to pytanie, zbadaliśmy grupę szczurów, które same podawały kokainę w ciągu 14 dni i porównywali indukcję ΔFosB u tych zwierząt z tymi, które otrzymywały w jajek infuzje kokainy i te, które otrzymywały tylko roztwór soli. Jak pokazano na rysunku 6, samozaopatrzona kokaina silnie indukowała ΔFosB w jądrze półleżącym (zarówno podregionie rdzenia i skorupy), jak i prążkowiu grzbietowym, przy czym równoważne stopnie indukcji obserwowano dla leku podawanego samodzielnie w porównaniu z podawanym w jałowym leku. Zakres indukcji ΔFosB obserwowany w tych dwóch grupach zwierząt był większy niż obserwowany po wstrzyknięciach ip kokainy (patrz Fig. 5), przypuszczalnie z powodu znacznie większych ilości kokainy w eksperymencie samopodawania (dawki dzienne: 50 mg / kg iv vs. 30 mg / kg ip).
Rys. 6
Kwantyfikacja indukcji ΔFosB w obszarach prążkowia po przewlekłym samodzielnym podawaniu kokainy. Wykresy słupkowe pokazują średnią liczbę komórek ΔFosB + u zwierząt kontrolnych i zwierząt poddanych działaniu kokainy, w rdzeniu i (więcej…)
Indukcja ΔFosB w innych regionach mózgu
Poza zespołem prążkowia, przewlekłe podawanie leków uzależniających wywoływało ΔFosB w kilku innych obszarach mózgu (patrz Tabela I). Należy podkreślić, że dane przedstawione w tabeli I są danymi półilościowymi i nie przedstawiają dokładnej oceny ilościowej indukcji ΔFosB, jak to zostało wykonane dla obszarów prążkowia (ryc. 5 i ryc. 6). Niemniej jednak jesteśmy przekonani o indukcji ΔFosB w tych obszarach niestriatalnych: ΔFosB jest praktycznie niewykrywalny w tych regionach w warunkach podstawowych, tak że spójne wykrywanie ΔFosB po przewlekłej ekspozycji na lek jest statystycznie istotne (P <0.05 do χ2).
Silną indukcję wszystkich leków zaobserwowano w korze przedczołowej, gdzie morfina i etanol wydają się wywoływać najsilniejsze efekty w większości warstw (rys. 4 i ryc. 7). Wszystkie cztery leki wywoływały także niski poziom indukcji ΔFosB w jądrze w łóżku endodierem strusi (BNST), śródmiąższowym jądrze tylnej kończyny spoidła przedniego (IPAC) oraz w całym zespole migdałowatym (ryc. 8). Obserwowano również dodatkowe efekty, specyficzne dla poszczególnych leków. Wydaje się, że kokaina i etanol, ale nie morfina lub Δ9-THC, indukują niskie poziomy ΔFosB w przegrodzie bocznej, bez indukcji obserwowanej w przyśrodkowej przegrodzie. Wszystkie leki indukowały ΔFosB w hipokampie i, z wyjątkiem etanolu, większość tej indukcji obserwowano w zakręcie zębatym (Tabela I i Fig. 9). W przeciwieństwie do tego, etanol indukował bardzo mało ΔFosB w zakręcie zębatym, a zamiast tego indukował wysokie poziomy białka w subpiksie CA3-CA1. Kokaina, morfina i etanol, ale nie Δ9-THC, powodowały niskie poziomy indukcji ΔFosB w szarze periakedukcyjnej, podczas gdy tylko kokaina indukowała ΔFosB w brzusznym obszarze nakrywowym, bez indukcji obserwowanej w sub-stantia nigra (zob. Tabela I ).
Rys. 7
Indukcja ΔFosB w korze przedczołowej u szczura kontrolnego (A) lub po długotrwałym leczeniu etanolem (B), morfiną (C) lub kokainą (D). Poziomy immunoreaktywności podobnej do FosB analizowano metodą immunohistochemiczną z użyciem przeciwciała pan-FosB. Etykietowanie (więcej…)
Rys. 8
Indukcja ΔFosB w jądrach podstawnych bocznych i środkowych jąder środkowych ciała migdałowatego kontrolnego szczura (A) lub u szczurów, którym podawano przewlekle etanol (B), morfinę (C) lub kokainę (D). Poziomy immunoreaktywności podobnej do FosB analizowano metodą immunohistochemii (więcej…)
Rys. 9
Indukcja ΔFosB w hipokampie szczura kontrolnego (A) lub u szczurów leczonych przewlekle etanolem (B), morfiną (C) lub kokainą (D). Poziomy immunoreaktywności podobnej do FosB analizowano metodą immunohistochemiczną z użyciem przeciwciała pan-FosB. Etykietowanie (więcej…)
DYSKUSJA
Liczne badania wykazały, że przewlekłe podawanie kilku rodzajów nadużywania narkotyków, w tym kokainy, amfetaminy, metamfetaminy, morfiny, nikotyny i fencyklidyny, indukuje czynnik transkrypcyjny ΔFosB w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym (patrz sekcja Wstęp dla odniesień, przegląd w McClung i wsp., 2004, Nestler i wsp., 2001). Indukcję ΔFosB w regionach prążkowia zaobserwowano również po chronicznym spożywaniu naturalnych nagród, takich jak zachowanie podczas jazdy po kołach (Werme i wsp., 2002). Ponadto, istniało kilka doniesień o niższych poziomach indukcji ΔFosB w pewnych innych regionach mózgu, w tym w korze przedczołowej, ciele migdałowatym, brzusznej części brzusznej, brzusznej strefie nakrywkowej i hipokampie (Liu i wsp., 2007, McDaid i wsp., 2006a, 2006b; Nye i wsp., 1996; Perrotti i wsp., 2005), w odpowiedzi na niektóre z tych nadużywania leków, jednak nigdy nie było systematycznego mapowania indukcji leku ΔFosB w mózgu. Co więcej, pomimo badań nad większością leków nadużywających, dwie z najbardziej nadużywanych substancji, etanol i Δ9-THC, nie były dotychczas badane pod kątem ich zdolności do indukowania ΔFosB. Celem niniejszego badania było przeprowadzenie wstępnego mapowania ΔFosB w mózgu w odpowiedzi na przewlekłe podawanie czterech prototypowych leków nadużywania: kokainy, morfiny, etanolu i Δ9-THC.
Główne wnioski z naszych badań wskazują, że etanol i Δ9-THC, podobnie jak wszystkie inne nadużywane leki, indukują wysokie poziomy ΔFosB w szerokim zakresie w kompleksie prążkowia. Wyniki te dodatkowo określają indukcję ΔFosB w tych regionach jako powszechną, przewlekłą adaptację do praktycznie wszystkich leków nadużywających (McClung i wsp., 2004). Wzorzec indukcji w obrębie kompleksu prążkowia różnił się nieco w przypadku różnych leków. Wszystkie silnie indukowane ΔFosB w rdzeniu jądra półleżącego, podczas gdy wszystkie leki - z wyjątkiem Δ9-THC - istotnie indukowały ΔFosB również w jądrze półleżącej pochewki i prążkowiu grzbietowym, a także istniały silne tendencje dla Δ9-THC w celu wywoływania podobnych efektów w te ostatnie regiony. Jądro i otoczenie jądra jądra stanowią ważne obszary nagromadzenia mózgu, które okazały się krytycznymi mediatorami nagradzających działań narkotyków. Podobnie, prążkowie grzbietowe były związane z kompulsywnym lub nawykowym charakterem konsumpcji leków (Vanderschuren et al., 2005). Rzeczywiście, wykazano, że indukcja ΔFosB w tych regionach zwiększa nagradzającą reakcję na kokainę i na morfinę, oraz w celu zwiększenia reakcji na naturalne nagrody, takie jak zachowanie podczas jazdy na kółkach i spożycie pokarmu (Colby i wsp., 2003; Kelz; i wsp., 1999, Olausson i wsp., 2006, Peakman i wsp., 2003, Werme i wsp., 2003, Zachariou i wsp., 2006). Potrzebne są dalsze prace, aby ustalić, czy indukcja ΔFosB w tych regionach pośredniczy w podobnej adaptacji funkcjonalnej w wrażliwości osoby na efekty nagradzania innych nadużywających narkotyków.
Indukcja ΔFosB w regionach prążkowia nie jest funkcją wolicjonalnego spożycia leku. W związku z tym wykazaliśmy, że samo-podawanie kokainy wywołuje taki sam stopień ΔFosB w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym, co widać u zwierząt, które otrzymały równoważne wstrzyknięcia leku w jarzmie. Wyniki te pokazują, że indukcja ΔFosB w prążkowiu reprezentuje działanie farmakologiczne leków nadużywających, niezależnie od kontroli zwierzęcia nad ekspozycją na lek. W uderzającym kontraście wykazaliśmy ostatnio, że samo-podawanie kokainy indukuje kilkakrotnie wyższe poziomy ΔFosB w korze oczodołowo-czołowej w porównaniu z podawaniem kokainy w postaci jarzma (Winstanley i wsp., 2007). Ten efekt był specyficzny dla kory oczodołowo-czołowej, ponieważ w tych dwóch stanach leczenia obserwowano równoważne poziomy indukcji ΔFosB w korze przedczołowej. Tak więc, chociaż indukcja ΔFosB nie jest związana z wolicjonalną kontrolą nad przyjmowaniem leku w regionach prążkowia, wydaje się, że wpływ na nią mają takie czynniki motywacyjne w niektórych wyższych ośrodkach korowych.
Prezentujemy również półilościowe dane, że wszystkie cztery leki nadużywające indukują ΔFosB w kilku obszarach mózgu poza kompleksem prążkowia, chociaż ogólnie w mniejszym stopniu. Te inne obszary mózgu obejmowały kórkę przedczołową, jądro migdałowate, IPAC, BNST i hipokamp. Indukcja lekowa ΔFosB w korze przedczołowej i hipokampie może być związana z niektórymi skutkami nadużywania leków na sprawność poznawczą, chociaż nie zostało to jeszcze zbadane bezpośrednio. Ciało migdałowate, IPAC i BNST są zaangażowane w regulowanie reakcji jednostki na bodźce awersyjne. Rodzi to możliwość, że indukcja ΔFosB w tych regionach po przewlekłym podawaniu leku odurzającego pośredniczy w regulacji leków zachowań emocjonalnych znacznie poza nagrodą. Interesujące będzie zbadanie tych możliwości w przyszłych dochodzeniach.
Cztery badane tu leki nadużywały również pewnych efektów specyficznych dla leku. Kokaina wywoływała wyjątkowo ΔFosB w brzusznym obszarze nakrywowym, jak opisano wcześniej (Perrotti i wsp., 2005). Podobnie, kokaina i etanol wywoływały wyjątkowo niskie poziomy ΔFosB w przegrodzie bocznej. Δ9-THC był unikalny dla mniej dramatycznych efektów indukcji ΔFosB, w porównaniu z innymi lekami nadużywania, w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym, jak wspomniano wcześniej. Δ9-THC był również wyjątkowy w tym, że przewlekła ekspozycja na ten lek, w przeciwieństwie do wszystkich innych, nie wywoływała niskiego poziomu ΔFosB w szarze okołopukłej. Biorąc pod uwagę rolę hipokampa i przegrody w funkcji poznawczej oraz rolę tych regionów, a także szare okorzęsaki w regulacji reakcji zwierzęcia na stresujące sytuacje, specyficzne dla regionu i leku indukowanie ΔFosB w tych regionach może pośredniczyć w ważnych aspektach działanie leku na mózg.
Podsumowując, indukcja ΔFosB w regionach nagromadzenia mózgu prążkowia została szeroko wykazana jako wspólna przewlekła adaptacja do nadużywania leków. Rozszerzyliśmy to pojęcie, pokazując, że dwa dodatkowe i szeroko nadużywane leki, etanol i Δ9-THC, również indukują ΔFosB w tych regionach mózgu. Identyfikujemy również kilka innych obszarów mózgu, związanych z funkcjami poznawczymi i reakcjami na stres, które wykazują różne stopnie indukcji ΔFosB w odpowiedzi na chroniczne narażenie na lek. Niektóre z tych reakcji, takie jak indukcja ΔFosB w regionach prążkowia, są powszechne we wszystkich badanych tutaj lekach nadużywania, podczas gdy odpowiedzi w innych obszarach mózgu są bardziej zależne od leków. Odkrycia te będą teraz kierować przyszłymi badaniami, aby scharakteryzować rolę indukcji ΔFosB w tych innych obszarach mózgu. Pomagają również określić potencjalną użyteczność antagonistów ΔFosB jako powszechnego leczenia zespołów uzależnienia od narkotyków.
Rys. 3
Indukcja ΔFosB w skorupie ogoniastej szczura u szczura kontrolnego (A) lub po długotrwałym leczeniu etanolem (B), morfiną (C) lub kokainą (D). Poziomy immunoreaktywności podobnej do FosB analizowano metodą immunohistochemiczną z użyciem przeciwciała pan-FosB. (jeszcze …)
Podziękowanie
Sponsor dotacji kontraktowej: National Institute on Drug Abuse.
LITERATURA
1. Alibhai IN, Zielona TA, Nestler EJ. Regulacja ekspresji mRNA fosB i ΔfosB: badania in vivo i in vitro. Brain Res. 2007; 11: 4322-4333.
2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Indukcja specyficzna dla regionu ΔFosB poprzez wielokrotne podawanie typowych versus atypowych leków przeciwpsychotycznych. Synapse. 1999; 33: 118-128. [PubMed]
3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. Picie alkoholu powoduje wybiórcze zmiany w ekspresji indukowalnych czynników transkrypcyjnych w regionie mózgu. Brain Res. 1999; 847: 157-165. [PubMed]
4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. Aktywność wiązania AP-1 i Egr DNA wzrasta w mózgu szczura podczas odstawiania etanolu. J Neurochem. 1997; 69: 306-314. [PubMed]
5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Zależne od proteaz i niezależne mechanizmy destabilizacji FosB: Identyfikacja domen degronowych FosB i implikacje dla stabilności ΔFosB. Eur J Neurosci. 2007; 25: 3009-3019. [PubMed]
6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hope BT, Nestler EJ. Regulacja białek ΔFosB i białek podobnych do FosB za pomocą napadów elektrowstrząsowych (ECS) i leczenia kokainą. Mol Pharmacol. 1995; 48: 880-889. [PubMed]
7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB zwiększa motywację do kokainy. J Neurosci. 2003; 23: 2488-2493. [PubMed]
8. Criswell HE, Breese GR. Podobny wpływ etanolu i flumazenilu na nabycie reakcji unikania wahadłowca podczas wycofywania się z przewlekłego leczenia etanolem. Br J Pharmacol. 1993; 110: 753-760. [PMC free article] [PubMed]
9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Myszy periadolowe wykazują wzmocnioną regulację ΔFosB w odpowiedzi na kokainę i amfetaminę. J Neurosci. 2002; 22: 9155-9159. [PubMed]
10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Skutki ostrego i przewlekłego leczenia 1,3-butanediolem na funkcję ośrodkowego układu nerwowego: porównanie z etanolem. J Pharmacol Exp Ther. 1981; 216: 306-314. [PubMed]
11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. Amfetamina i kokaina wywołują swoistą dla leku aktywację genu c-fos w przedziałach strio-some-matrix i limbicznych poddziałach prążkowia. Proc Natl Acad Sci USA. 1990; 87: 6912-6916. [PMC free article] [PubMed]
12. Hiroi N, Brown J, Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. Myszy z mutacją FosB: utrata przewlekłej indukcji kokainowej białek związanych z Fos i zwiększona wrażliwość na działanie psychomotoryczne i nagradzające kokainę. Proc Natl Acad Sci USA. 1997; 94: 10397-10402. [PMC free article] [PubMed]
13. Hope BT, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulacja bezpośredniej wczesnej ekspresji genów i wiązanie AP-1 w jądrze szczura za pomocą przewlekłej kokainy. Proc Natl Acad Sci US A. 1992; 89: 5764-5768. [PMC free article] [PubMed]
14. Mam nadzieję, że 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 przewlekłą kokainę i inne przewlekłe leki. Neuron. 1994; 13: 1235-1244. [PubMed]
15. Kelz MB, Chen JS, Carlezon WA, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch R, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ . Ekspresja czynnika transkrypcyjnego ΔFosB w mózgu kontroluje wrażliwość na kokainę. Natura. 1999; 401: 272-276. [PubMed]
16. Knapp DJ, Duncan GE, Crews FT, Breese GR. Indukcja białek podobnych do Fos i ultradźwiękowych wokalizacji podczas odstawiania etanolu: dalsze dowody na lęk wywołany wycofaniem. Alcohol Clin Exp Res. 1998; 22: 481-493. [PubMed]
17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. Mikroiniekcja antysensownego oligonukleotydu receptora muskarynowego M (5) w VTA hamuje ekspresję FosB w NAc i hipokampie u szczurów uczulonych na heroinę. Neurosci Bull. 2007; 23: 1-8. [PubMed]
18. McClung CA, Nestler EJ. Regulacja ekspresji genów i nagrody kokainy przez CREB i ΔFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208-1215. [PubMed]
19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: Przełącznik molekularny do długoterminowej adaptacji w mózgu. Mol Brain Res. 2004; 132: 146-154. [PubMed]
20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, Napier TC. Zmiany w gruczolakach i śluzówkach pCREB i ΔFosB u szczurów uczulonych na morfinę: korelacje ze środkami elektrofizjologicznymi wywołanymi przez receptor w brzusznej części brzusznej. Neuropsychofarmakologia. 2006a; 31: 1212-1226. [PMC free article] [PubMed]
21. McDaid J, Graham MP, Napier TC. Uczulanie wywołane metamfetaminą w różny sposób zmienia pCREB i Δ-FosB w obwodzie limbicznym mózgu ssaka. Mol Pharmacol. 2006b; 70: 2064-2074. [PubMed]
22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Zmiany poziomu ekspresji indukowalnych białek Fos-Jun w prążkowiu podczas przewlekłego leczenia i wycofywania kokainy. Neuron. 1996; 17: 147-156. [PubMed]
23. Muller DL, Unterwald EM. Receptory dopaminy D1 modulują indukcję ΔFosB w prążkowiu szczura po przerywanym podawaniu morfiny. J Pharmacol Exp Ther. 2005; 314: 148-154. [PubMed]
24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: trwała zmiana molekularna na uzależnienie. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98: 11042-11046. [PMC free article] [PubMed]
25. Nye HE, Nestler EJ. Indukowanie przewlekłych antygenów związanych z Fos w mózgu szczura przez chroniczne podawanie morfiny. Mol Pharmacol. 1996; 49: 636-645. [PubMed]
26. Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Badania farmakologiczne regulacji przez kokainę o przewlekłym indukowaniu Fra (antygenem Fos) w prążkowiu i jądrze półleżącym. J Pharmacol Exp Ther. 1995; 275: 1671-1680. [PubMed]
27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R, Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB w jądrze półleżącym reguluje instrumentalne zachowanie i motywację wzmacnianą przez żywność. J Neurosci. 2006; 26: 9196-9204. [PubMed]
28. Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, Stock JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Indukowalna, specyficzna dla regionu mózgowego ekspresja dominującego negatywnego mutanta c-Jun u transgenicznych myszy zmniejsza wrażliwość na kokainę. Brain Res. 2003; 970: 73-86. [PubMed]
29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Indukcja ΔFosB w strukturach mózgu związanych z nagrodą po przewlekłym stresie. J Neurosci. 2004; 24: 10594-10602. [PubMed]
30. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S, Ulery PG, Wallace D, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. ΔFosB gromadzi się w populacji komórek GABAergicznych w tylnym ogonie brzusznej części nakrywki po leczeniu psychostymulującym. Eur J Neurosci. 2005; 21: 2817-2824. [PubMed]
31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Typowe substraty neuronowe dla uzależniających właściwości nikotyny i kokainy. Nauka. 1997; 275: 83-86. [PubMed]
32. SAMHSA. O. o. A. Studies, National Clearinghouse for Alcohol and Drug Information. Rockville, MD: NSDUH Series H-28; 2005. Wyniki Narodowego badania 2004 na temat używania i zdrowia narkotyków: Wyniki krajowe.
33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Wpływ przewlekłego podawania mesylanu metylowego R - (+) - [2,3-dihydro-5-metylo-3 - [(morpholinyl) metylo] pirolo [1,2, 3-de] -1,4-b enzoxazinyl] - (1-naftalilo) metanon (WIN55,212-2) lub delta (9) -tetrahydrokannabinol na adaptację receptora kanabinoidów u myszy. J Pharmacol Exp Ther. 2002; 303: 36-44. [PMC free article] [PubMed]
34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Czynniki, które determinują skłonność do zachowań polegających na poszukiwaniu kokainy podczas abstynencji u szczurów. Neuropsychofarmakologia. 2000; 22: 626-641. [PubMed]
35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Regulacja stabilności ΔFosB przez fosforylację. J Neurosci. 2006; 26: 5131-5142. [PubMed]
36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Zaangażowanie prążkowia grzbietowego w poszukiwaniu kokainy kontrolowanej pod kontrolą. J Neurosci. 2005; 25: 8665-8670. [PubMed]
37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB reguluje pracę kół. J Neurosci. 2002; 22: 8133-8138. [PubMed]
38. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DEH, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone FJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. Indukcja ΔFosB w korze oczodołowo-żylnej pośredniczy w tolerancji na dysfunkcje poznawcze wywołane kokainą. J Neurosci. 2007; 27: 10497-10507. [PubMed]
39. Young ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. Kokaina indukuje prążkowe białka c-fos-immunoreaktywne przez dopaminergiczne receptory D1. Proc Natl Acad Sci USA. 1991; 88: 1291-1295. [PMC free article] [PubMed]
40. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, DiLeone RJ, Kumar A, Nestler EJ. ΔFosB: Istotna rola ΔFosB w jądrze półleżącym w działaniu morfiny. Nat Neurosci. 2006; 9: 205-211. [PubMed]
;