Wzmocnione lekiem wzmocnienie w synapsach pobudzających w VTA

Pionierskie badanie przeprowadzone przez Unglessa i jego współpracowników 2001 wykazali, że pojedyncza ekspozycja na kokainę spowodowała zwiększenie siły synaptycznej w synapsach pobudzających na neuronach VTA DA, gdy zmierzono 24 h później w skrawkach mózgu (Ungless i in., 2001). Mierzono to jako wzrost stosunku pobudzających prądów postsynaptycznych zależnych od AMPA (EPSC) w stosunku do EPSC za pośrednictwem NMDA (określanych jako stosunek AMPA / NMDA). Wykazano, że kolejne wywołane elektrycznie LTP jest zamykane w pobudzających synapsach VTA u myszy leczonych kokainą, podczas gdy LTD został wzmocniony. Obserwacje te, jak również szereg innych pomiarów elektrofizjologicznych, wskazywały, że obserwowana zmiana plastyczności potencjalnie miała podobne mechanizmy do LTP wywoływanego synaptycznie (Ungless i in., 2001). Od tego czasu wykazano, że podawanie innych narkotyków, w tym amfetaminy, morfiny, etanolu, nikotyny i benzodiazepin, może również wywoływać wzrost siły synaptycznej w VTA, czego nie obserwuje się w przypadku leków psychoaktywnych, które nie mają potencjału do nadużywania (Saal i in., 2003; Gao i in., 2010; Tan i in., 2010). Ta obserwacja wykazuje zbieżność odpowiedzi komórkowych w obrębie VTA przez wszystkie nadużywane leki i zapewnia możliwy mechanizm nerwowy, dzięki któremu można zainicjować początkowe neuroadaptacje leżące u podstaw uzależnienia.

Wpływ warunkowego podawania leku na plastyczność synaptyczną VTA jest przejściowo wyrażany, trwając co najmniej 5, ale mniej niż dni 10 i wykazano, że pozytywnie koreluje z początkowym rozwojem uczulenia behawioralnego, ale nie z jego ekspresją (Ungless i in., 2001; Saal i in., 2003; Borgland i in., 2004). Jeśli kokaina jest podawana samodzielnie, wynik jest raczej inny, ponieważ plastyczność w VTA staje się trwała i można ją wykryć nawet w dni wycofania 90 (Chen i in., 2008).

Wzmocnienie synaps glutaminergicznych na komórkach VTA DA jest przypuszczalnie związane ze zdolnością nadużywania leków do zwiększania pozakomórkowej DA w NAc (Di Chiara i Imperato, 1988) doi potencjalnie reprezentuje zapoczątkowanie „patologicznego” uczenia się nagradzania, w którym zachodzi „wtłaczanie” skojarzeń leków. Rzeczywiście, zależne od receptora NMDA zwiększenie siły synaptycznej glutamatergii opisano w neuronach VTA DA podczas nabywania asocjacji cue-reward (Stuber i in., 2008) i niedawno potwierdzono, że kokaina selektywnie zwiększa stosunek AMPA / NMDA neuronów VTA, które są przekazywane do NAc w przeciwieństwie do PFC (Lammel i in., 2011); dobrze wiadomo, że transmisja dopaminy w NAc ma kluczowe znaczenie dla nabycia związku Pawłowskiego (Kelley, 2004). Zatem może być tak, że wzmocnienie neuronów VTA DA może reprezentować kodowanie neuronalne podobne do LTP, prawdopodobnie proces uczenia się asocjacyjnego, co może być istotne dla wczesnych indukowanych kokainą odpowiedzi behawioralnych i ma zdolność do wywoływania długoterminowych adaptacji leżących u podstaw uzależnienia, nie reprezentuje jednak uzależnionego państwa. Zgodnie z propozycją innych, może być tak, że uzależniające leki kooptują obwody nagradzania mózgu, aby „przeładować” wartość leku na organizm (Kauer i Malenka, 2007).

Początki istotnych projekcji glutaminergicznych w VTA związanych z plastycznością indukowaną lekami nie zostały w pełni wyjaśnione. Jedno z badań ujawniło, że synapsy glutaminergiczne VTA kierowane przez projekcje zarówno z samego VTA, jak i jądra szypułkowego (PPN) wykazują wzmocnione wzmocnienie kokainy, ale tylko synapsy otrzymujące dane wejściowe od aferentów PPN są wzmacniane przez Δ⁹-tetrahydrokannabinol (THC) (dobry i Lupica, 2010). Zatem wydaje się, że poszczególne glutamatergiczne aflektory zaangażowane w indukowane lekiem wzmacnianie mogą zmieniać się w zależności od danego leku i może być również tak, że konkretna projekcja jest wspólna dla całej wywołanej przez lek plastyczności pobudzającej w VTA; ten ostatni nie został jeszcze ustalony. TVTA otrzymuje rozległe projekcje z wielu obszarów mózgu, w tym PFC, ciała migdałowatego i jądra podwzgórza (Geisler i Wise, 2008), z których wiele wykazano, że wpływają na strzelanie neuronów VTA DA (Grillner i Mercuri, 2002). Przyszłe eksperymenty wykorzystujące techniki optogenetyczne mogłyby pomóc w określeniu poszczególnych projekcji odpowiedzialnych za wywołane lekiem wzmocnienie w synapsach VTA obserwowane w odpowiedzi na różne nadużywane leki, rzucając tym samym światło na dokładną naturę tej neuroadaptacji.

Mechanizmy leżące u podstaw plastyczności synaptycznej wywołanej lekiem w synapsach pobudzających w VTA

Podobnie jak w przypadku indukowanego elektrycznie LTP w neuronach DA śródmózgowia wykazano, że wzrost siły synaptycznej w VTA indukowany zarówno przez kokainę, jak i nikotynę jest zależy od aktywacji receptora NMDA (Bonci i Malenka, 1999; Ungless i in., 2001; Mao i in., 2011). W przeciwieństwie do tego wykazano, że utrzymanie wywołanego kokainą wzmocnienia wymagało aktywności kinazy białkowej Mζ (Ho i in., 2012), autonomicznie aktywna izoforma kinazy białkowej C (PKC), podczas gdy zależny od czasu skok LTP w neuronach VTA DA myszy nieleczonych lekiem zależy od konwencjonalnych izoform PKC (Luu i Malenka, 2008). W przypadku nikotyny wzmocnienie synaptyczne VTA wymaga wzbudzenia neuronów DA za pośrednictwem somatodendrytycznych receptorów nikotynowych α4β2 (nAChR) (Mao i in., 2011). Indukowane przez nikotynę wzrosty presynaptycznego uwalniania glutaminianu również przyczyniają się do indukcji tej konkretnej plastyczności synaptycznej, prawdopodobnie poprzez zwiększoną aktywację receptorów NMDA (Mao i in., 2011).

Relatywnie więcej wiadomo na temat mechanizmów leżących u podstaw wywoływanej przez kokainę plastyczności synaptycznej niż ta leżąca u podstaw plastyczność wywołana przez inne nadużywane leki. Podawanie kokainy do skrawków śródmózgowia powoduje wzmocnienie transmisji receptora NMDA w ciągu kilku minut i proponuje się, że poprzez wprowadzenie NMDAR zawierających NR2B do synaps przez mechanizm, który wymaga aktywacji D₅ receptory i synteza nowych białek (Schilstrom i in., 2006; Argilli i in., 2008). Wykazano również, że Oreksyna A jest wymagana zarówno do szybkiej indukowanej kokainą insercji receptorów zawierających NR2B, jak i zwiększonych stosunków AMPA / NMDA; odpowiednio oreksyna₁ wykazano, że antagonista receptora SB334867 zapobiega rozwojowi uczulenia na kokainę (Borgland i in., 2006). Oprócz zmian w ekspresji podjednostki receptora NMDA, zaobserwowano zwiększone poziomy receptorów AMPA zawierających GluR1 (pozbawione GluR2) w synapsach, jak tylko 3 h po ekspozycji na kokainęe (Argilli i in., 2008). Ta obserwacja w połączeniu z innymi najnowszymi dowodami doprowadziła do hipotezy, że synaptyczna insercja receptorów o wysokiej przewodności z brakiem GluR2 przyczynia się do ekspresji indukowanego kokainą wzmocnienia synaptycznego w VTA (Dong i in., 2004; Bellone i Luscher, 2006; Mameli i in., 2007; Brown i wsp., 2010; Mameli i in., 2011), dla recenzji zobacz (Kauer i Malenka, 2007; Wolf and Tseng, 2012). Ta wstawka receptorów AMPA pozbawionych GluR2 zależy od transmisji receptora NMDA w neuronach VTA DA, ponieważ nie występuje u myszy pozbawionych funkcjonalnych receptorów NMDA w neuronach DA (Engblom i in., 2008; Mameli i in., 2009). jastwierdzenie braku receptorów AMPA GluR2 jest znaczące, ponieważ mają one unikalne właściwości; są przepuszczalne dla wapnia, mają większą przewodność pojedynczego kanału niż receptory zawierające GluR2, a zatem mają ogromną zdolność do zmiany transmisji synaptycznej (Isaac i in., 2007). Stąd insercja receptorów AMPA pozbawionych GluR2 w VTA stanowi możliwy mechanizm, dzięki któremu leki nadużywające mogą inicjować adaptacje plastyczne leżące u podstaw początkowych etapów zażywania narkotyków.

Wykazano, że wstawienie receptorów AMPA pozbawionych GluR2 do synaps pobudzających VTA występuje w odpowiedzi na podawanie leków z wielu klas, takich jak nikotyna i morfina, jak również po aktywacji optogenetycznej neuronów DA VTA (Brown i in., 2010). Tdoprowadził do wniosku, że wprowadzenie przepuszczalnych dla wapnia receptorów AMPA pozbawionych GluR2 stanowi uniwersalny mechanizm, który może być podstawą wywołanego przez leki nasilenia synaps VTA (Brown i in., 2010), chociaż dane dotyczące amfetaminy niekoniecznie są zgodne z tą hipotezą (Faleiro i in., 2004). Ponadto, ponieważ receptory AMPA pozbawione GluR2 ulegają rektyfikacji do wewnątrz, a zatem przewodzą bardzo mało prądu przy + 40 mV, ich insercja sama w sobie nie może wyjaśnić wywołanych przez lek wzrostów stosunku AMPA / NMDA. Ostatnie badania, w których mierzono jednostkowe odpowiedzi synaptyczne wywołane przez silnie zlokalizowane źródło glutaminianu (fotoliza dwóch fotonów klatkowego glutaminianu), wykazały, że oprócz wpływu na EPSC za pośrednictwem receptora AMPA, ekspozycja na kokainę również zmniejszyła jednolite EPSC za pośrednictwem receptora NMDA (Mameli et glin., 2011), zapewniając w ten sposób możliwy mechanizm, dzięki któremu współczynniki AMPA / NMDA mogłyby zostać zwiększone w tym scenariuszu (poprzez obniżenie mianownika stosunku). To nie zostało jeszcze zbadane za pomocą innych narkotyków.

Indukowana lekiem wymiana zawierających GluR2 receptorów AMPA pozbawionych GluR2 może być odwrócona przez aktywację receptorów mGluR1 w VTA (Bellone i Luscher, 2006; Mameli i in., 2007). Zatem wymiana receptorów AMPA za pośrednictwem mGluR1 zapewnia mechanizm, który może wyjaśnić, dlaczego wywołane przez lek nasilenie synaps VTA jest z natury przejściowe, trwające 5, ale nie dni 10 (Ungless i in., 2001; Mameli i in., 2007). Rzeczywiście, jeśli funkcja mGluR1 w VTA jest zmniejszona 24h przed podaniem kokainy, wówczas indukowana kokainą wewnętrzna rektyfikacja utrzymuje się po dniach 7 (Mameli i in., 2007, 2009). Stąd jednym z możliwych wyjaśnień, dlaczego wywołane kokainą wzmocnienie synaptyczne utrzymuje się w VTA po samodzielnym podaniu kokainy (w przeciwieństwie do następującego po podawaniu nieprzewidzianym), może być to, że samo-podawanie kokainy prowadzi do depresji sygnalizacji mGluR1 w VTA.

Plastycznie wywołana synaptyczna plastyczność w synapsach hamujących w VTA

Esynapsy pobudzające nie są jedynym typem synaps w neuronach VTA DA, na które wpływa warunkowe podawanie narkotyków. Synapsy hamujące w VTA odgrywają również kluczową rolę w kontrolowaniu szybkości zapłonu neuronów DA, a zatem plastyczność synaps GABAergicznych ma zdolność dramatycznego wpływu na transmisję DA. W rzeczywistości kokaina, morfina i etanol mogą wpływać na hamującą plastyczność synaptyczną w VTA (Melis i in., 2002; Liu i in., 2005; Nugent i in., 2007). Powtarzająca się ekspozycja na kokainę in vivo dla 5 – 7 dni powodują zmniejszenie amplitud prądów synaptycznych za pośrednictwem GABA, tym samym ułatwiając indukcję LTP w komórkach VTA przez zmniejszenie siły hamowania GABAergicznego (Liu i in., 2005). Kolejne badania ujawniają mechanizm tego zahamowania endokannabinoidozależna LTD w synapsach GABAergicznych obejmujące aktywację ERK1 / 2 (Pan i in., 2008, 2011). GABA_A synapsy receptora na neuronach dopaminowych VTA wykazują również silne LTP zależne od NMDA (określane jako LTP)_GABA) w odpowiedzi na stymulację wysokiej częstotliwości (Nugent i in., 2007). Ten LTP_GABA jest nieobecny w plasterkach VTA 2 i / lub 24 h po in vivo podawanie morfiny, nikotyny, kokainy lub etanolu (Nugent i in., 2007; Guan and Ye, 2010; Niehaus i in., 2010). W przypadku etanolu zapobieganie LTP_GABA pośredniczy receptor opioidowy μ (Guan i Ye, 2010) Wraz z nasileniem synaptycznym w synapsach pobudzających, ta utrata LTP_GABA powinien zwiększyć wypalanie neuronów VTA DA po ekspozycji na lek.

Niedawno wykazano, że na nadużywanie GABA ma również powolne przenoszenie. Tak więc pojedyncza dawka metamfetaminy lub kokainy jest wystarczająca, aby znacząco osłabić zdolność GABA_B receptory do kontrolowania wypalania neuronów VTA GABA podczas pomiaru ex vivo 24 h później (Padgett i in., 2012). Wywołana metamfetaminą utrata powolnego hamującego potencjału postsynaptycznego (IPSC) wynika ze zmniejszenia GABA_B prądy kanału potasowego (GIRK) sprzężone z białkiem receptora G, spowodowane zmianami w przemieszczaniu się białka, i towarzyszy im znaczny spadek czułości presynaptycznego GABA_B receptory w neuronach GABA VTA. W przeciwieństwie do wpływu GABA na leki_A Synapsy tej depresji GABA_BSygnalizacja R-GIRK utrzymuje się przez kilka dni po wstrzyknięciu (Padgett i in., 2012).

Zachowawcze korelaty wywołanego lekiem wzmocnienia w komórkach VTA DA

Jak wspomniano wcześniej, wpływ warunkowego podawania leku na plastyczność synaptyczną w neuronach VTA DA jest przejściowo wyrażany, trwający co najmniej 5, ale mniej niż dni 10 i wykazano, że pozytywnie koreluje z początkowym rozwojem uczulenia behawioralnego, ale nie z jego ekspresją (Ungless i in., 2001; Saal i in., 2003; Borgland i in., 2004). Na poparcie hipotezy, że wywołane przez leki nasilenie synaps VTA stanowi indukcję uczulenia behawioralnego, podawanie antagonistów glutaminianu w obrębie VTA zmniejsza, a regulowana przez wirusy regulacja w górę GluR1 wzmacnia właściwości uczulające leków na leki (Carlezon i in., 1997; Carlezon i Nestler, 2002). Silne dowody na udział receptora NMDA zawierającego NR2A i B zapewnia obserwacja, że ​​farmakologiczne hamowanie albo zapobiega zarówno rozwojowi uczulenia, jak i związanym z kokainą wzrostom stosunków AMPA / NMDA (Schumann i in., 2009). Jednakże myszy z ukierunkowaną delecją NR1 lub GluR1 (selektywne do śródmózgowia neurony DA) lub globalną delecją GluR1 wykazują nienaruszone uczulenie behawioralne, a mimo to wykazują upośledzone prądy receptora AMPA po leczeniu kokainą (Dong i in., 2004; Engblom i in., 2008). Dodatkowym skrętem jest obserwacja, że ​​CPP i uwarunkowane zachowanie lokomotoryczne jest nieobecne u myszy pozbawionych GluR1 (Dong i in., 2004) i ekstynkcja CPP kokainy nie występuje u myszy z delecją GluR1 ukierunkowaną na neurony DA śródmózgowia (Engblom i in., 2008), podczas gdy u myszy z nokautem NR1 przywrócenie CPP kokainy i ekspresja uczulenia behawioralnego jest osłabione (Engblom i in., 2008; Zweifel i in., 2008). Zatem, nawet z zastrzeżeniem potencjalnej kompensacji rozwojowej u zmutowanych myszy i / lub możliwej niekompletnej delecji, możliwe jest, że procesy neuronalne regulujące wywołane przez narkotyki wzmocnienie neuronów DA i uczulenie behawioralne są oddzielone. Może się zdarzyć, że wzmocnienie synaps VTA może przyczynić się do przypisania zachęty do sygnałów związanych z narkotykami.

Pomiar zmian synaptycznych następujących po warunkowym podawaniu leków jest ograniczony w odniesieniu do informowania o rzeczywistym stanie uzależnienia od choroby. Bardziej istotne dla kondycji człowieka są badania, w których zmiany plastyczności synaptycznej mierzy się po warunkowym podaniu leku, np. Samoopieki operanta. W związku z tym wzmocnienie synaptyczne komórek VTA DA indukowane przez samodzielne podawanie kokainy jest wyjątkowo trwałe, utrzymując miesiące 3 w abstynencji i okazało się, że jest odporne na trening wygaszania (Chen i in., 2008). Tak więc, chociaż początkowo proponowano, aby było to zjawisko przejściowe, wydaje się, że plastyczność wywołana przez narkotyki w VTA może być długotrwała, co pokazuje, że metoda podawania (warunkowa a nie warunkowa) jest krytycznym wyznacznikiem jej długowieczności . Potwierdza to obserwacja, że ​​kontrolowane jarzma w tym badaniu nie wykazały podobnego wzrostu stosunku AMPA / NMDA; sugerując, że jest to uczenie się skojarzenia cue-nagroda lub działanie-wynik, które napędza plastyczność. W przeciwieństwie do tego, samodzielne podawanie pokarmu lub sacharozy w podobnych parametrach powoduje wzrost współczynników AMPA / NMDA, które utrzymują się przez dni 7, ale nie 21 w abstynencji, co jest wyraźnie przemijające w porównaniu z tym wywołanym przez kokainę (Chen i in., 2008). Brak trwałości plastyczności indukowanej przez żywność pokazuje, że zmiana siły synaptycznej indukowanej przez kokainę nie jest jedynie neuronową reprezentacją procesów uczenia się instrumentalnego lub cue-nagrody związanych z paradygmatem samorządności operanta per se, raczej efekt specyficzny dla leku, który potencjalnie reprezentuje patologiczne wzmocnienie skojarzeń leków. Jak wspomniano wcześniej, wskazówki przewidujące nagrodę okazały się również powodować wzrost stosunków AMPA / NMDA w VTA, choć nie tak trwałe, co wspiera rolę tej modyfikacji pobudzającej funkcji synaptycznej w uczeniu się nagrody (Stuber i in., 2008).

Co ciekawe, wielkość wzrostu stosunku AMPA / NMDA jest podobna niezależnie od liczby wstrzyknięć (pojedyncza vs. wielokrotna), protokół administracji (warunkowy a nie warunkowy) i długość dostępu (ograniczony dostęp vs. rozszerzony dostęp) (Borgland i in., 2004; Chen i in., 2008; Mameli i in., 2009). Wskazuje to, że wzrost stosunku AMPA / NMDA obserwowany w komórkach VTA DA jest potencjalnie permisywnym zdarzeniem, być może sygnalizującym „występowanie” w przeciwieństwie do reprezentowania inicjacji leżącej u podstaw neuropatologii, która przypuszczalnie zwiększyłaby się wraz z ciągłą ekspozycją.

Plastyczność wywołana lekami w synapsach pobudzających w NAc

W przeciwieństwie do VTA pojedyncze wstrzyknięcie kokainy nie powoduje wzrostu siły synaptycznej w NAc, gdy mierzy się 24 h później (Thomas i in., 2001; Kourrich i in., 2007). D. Ta obserwacja i dwukierunkowa skala czasowa, która następuje po wielokrotnym podawaniu i wycofaniuWynika z tego, że plastyczność wywołana lekami w NAc jest znacząco różna od obserwowanej w VTA. W rzeczy samej, gdy podaje się powtarzane wstrzyknięcia kokainy (w celu wywołania uczulenia behawioralnego), obserwuje się spadek stosunku AMPA / NMDA w synapsach powłoki NAc przy pomiarze 24 h po ostatnim podaniun (Kourrich i in., 2007). Ta depresja synaptyczna z powtarzającej się kokainy wydaje się być związana z plastycznością VTA; po selektywnym zakłóceniu funkcji mGluR1 w VTA wymagana jest tylko pojedyncza iniekcja kokainy, aby spowodować tę samą depresję synaps NAc (Mameli i in., 2009). Tautorzy tego badania postulują, że zwiększone wzbudzenie projekcji VTA może ułatwić jednoczesne uwalnianie DA i glutaminianu w NAc poprzez ulepszone uwalnianie DA. Może to następnie przesunąć próg indukcji lokalnej plastyczności w NAc przez wpływ na pobudliwość obwodu lub przez integrację wewnątrzkomórkowych procesów sygnalizacyjnych (Mameli i in., 2009).

Funkcjonalne znaczenie depresji synaps NAc podczas ostrego wycofania nie jest jasne na tym etapie. Jednym z możliwych wyjaśnień może być to, że depresja średnich neuronów kolczystych NAc (MSN) zmniejsza ich odpowiedź na naturalne bodźce nagradzające, przyczyniając się tym samym do anhedonii doświadczanej podczas ostrego odstawienia. Może być również tak, że spadek obserwowany w stosunku AMPA / NMDA może być wynikiem insercji błony receptorów NMDA zawierających NR2B (zwiększając w ten sposób mianownik stosunku), ponieważ stwierdzono nowe ciche cewki synaps w powłoce NAc po ekspozycji na kokainę (Huang i in., 2009). Uważa się, że ciche synapsy glutaminergiczne, które wyrażają funkcjonalne prądy za pośrednictwem receptora NMDA przy braku prądów za pośrednictwem receptora AMPA, mają zwiększoną zdolność do wzmacniania transmisji synaptycznej (Isaac i in., 1995). Po wygenerowaniu te ciche synapsy mogą ułatwiać rekrutację receptorów AMPA, zwiększając tym samym pobudzającą transmisję synaptyczną. Zapewnia to możliwy mechanizm wyjaśniający wzrost poziomu powierzchni receptorów AMPA, a następnie obserwowany stosunek AMPAR / NMDAR w NAc podczas przedłużającego się wycofania (Boudreau i Wolf, 2005; Boudreau i in., 2007; Kourrich i in., 2007; Conrad i in., 2008). Receptory NMDA zawierające NR2B w NAc mogą również brać udział w tworzeniu skojarzeń lek-kontekst, ponieważ wyłączenie siRNA tej podjednostki zapobiega morfinie CPP u myszy, ale nie uczuleniu behawioralnemu (Kao i in., 2011).

W przeciwieństwie do kokainy, powtarzany schemat przerywanej ekspozycji na etanol powoduje wzmocnienie synaps w odpowiedzi na wcześniejszy protokół stymulacji LTD, gdy mierzono 24 h po ostatniej ekspozycji (Jeanes i in., 2011). To wzmocnienie zależne od NMDA jest przejściowe, ponieważ po kolejnym odstawieniu 48 h rozprasza się i nie można indukować LTP ani LTD (Jeanes i in., 2011). Autorzy interpretują tak silne zmiany plastyczności NAc jako wskaźnik potencjalnego znaczenia tego procesu w neuroadaptacjach indukowanych etanolem. Ponadto, w przeciwieństwie do psychostymulantów, etanol może działać na receptory NMDA, dlatego ma zdolność bezpośredniego wpływania na sygnalizację glutaminergiczną.

Wzmocnienie synaptyczne zaobserwowane w NAc po okresie wycofania

W przeciwieństwie do depresji obserwowanej podczas ostrego odstawienia, nasilenie synaps powłoki NAc obserwuje się po dniach wycofania 10 – 14 z powtarzanego podawania kokainy lub morfiny (Kourrich i in., 2007; Wu i inni, 2012). Co więcej, po wycofaniu 7 z pojedynczego podania kokainy, wzrost amplitudy mEPSC, jak również utrata LTP indukowana przez stymulację wysoką częstotliwością (HFS) znajduje się zarówno w rdzeniowych jak i powłokowych neuronach NAc wyrażających dopaminę D₁ receptor (Pascoli i in., 2012). Tjego zmiana w zdolności do indukowania plastyczności synaptycznej jest określana jako metaplastyczność. Metaplastyczność indukowana kokainą obserwuje się również po odstawieniu kokainy z samopodawania. Tak więc szczury, które mają samodzielnie podawaną kokainę, a następnie 3 tygodni wyginięcia lub abstynencji, wykazują wyraźne in vivo deficyt w zdolności do rozwoju LTP w rdzeniu NAc po stymulacji PFC. Obserwacji tej towarzyszyło przesunięcie w lewo krzywej wejściowo-wyjściowej, sugerując wzmocnienie amplitudy fEPSP (Moussawi i in., 2009). Wzmocnienie synaps NAc obserwuje się również w postaci zwiększonych prądów zależnych od AMPA po dłuższym okresie abstynencji po samodzielnym podaniu (Conrad i in., 2008). Łącznie dane te sugerują, że wzmocnienie synaptyczne w NAc rozwija się albo w zależności od czasu trwania odstawienia, albo w funkcji czasu od pierwszego podania kokainy. Ostatnie badania potwierdzają tę drugą interpretację, ponieważ podobny wzrost częstości mEPSC zaobserwowano w D₁ MSN wyrażające receptor u myszy pomimo braku lub obecności przedłużonego okresu karencji po powtarzanym podawaniu kokainy (Dobi i in., 2011). Dlatego wydaje się, że rozwój wydarzeń prowadzących do zmian transmisji glutaminergicznej w NAc zajmuje trochę czasu.

Wkład określonych podjednostek receptora AMPA w tę zmianę różni się w zależności od etapu wycofania i sposobu podawania; 10 – 21 dni po odstawieniu zarówno z biernego, jak i samodzielnego podawania Receptory AMPA zawierające GluR2 wydają się być odpowiedzialne za zmiany w transmisji AMPA (Boudreau i Wolf, 2005; Boudreau i in., 2007; Kourrich i in., 2007; Ferrario i in., 2010) podczas gdy poza 21 dni receptory AMPA pozbawione GluR2 są dodawane do synaps. To ostatnie stwierdzenie wydaje się mieć miejsce tylko wtedy, gdy kokaina jest podawana samodzielnie (Conrad i in., 2008; McCutcheon i in., 2011), chociaż patrz (Mameli i in., 2009). Biorąc pod uwagę zwiększoną przewodność receptorów AMPA pozbawionych GluR2, może się zdarzyć, że ich insercja nastąpi w odpowiedzi na depresję synaps NAc spowodowaną przez samo-podawanie kokainy, co skutkuje zwiększoną odpowiedzią MSN na pobudzenia pobudzające, które w przyszłości wywołują poszukiwania kokainy. W istocie, blokowanie receptorów AMPA pozbawionych GluR2 w NAc zapobiega ekspresji inkubowanego poszukiwania kokainy indukowanej sygnalizacją (Conrad i in., 2008), a poszukiwanie kokainy indukowane przez AMPA lub kokainę jest również blokowane przez wstrzyknięcie antysensownych oligonukleotydów mRNA GluR1 do NAc (Ping i in., 2008).

Prowokacja lekowa po odstawieniu przywraca wzmocnienie synaptyczne do depresji

Wzrost siły synaptycznej i ekspresji powierzchniowej podjednostek receptora AMPA indukowanych przez kokainę w NAc po odstawieniu od podawania nieprzylegającego jest następnie odwracany po podaniu kolejnych wstrzyknięć kokainy (ponowna prowokacja) (Thomas i in., 2001; Boudreau i in., 2007; Kourrich i in., 2007; Ferrario i in., 2010). Zatem depresję synaptyczną ponownie obserwuje się w powłoce NAc, gdy zmierzono 24 h po tym wstrzyknięciu kokainy (Thomas i in., 2001), chociaż patrz (Pascoli i in., 2012). Zachowawczo wydaje się, że koreluje to z ekspresją uczulenia, aw przypadku amfetaminy przynajmniej wykazano, że pośredniczy w klatrynie i zależy od zależnej od GluR2 endocytozy postsynaptycznych receptorów AMPA (Brebner i in., 2005). Zmniejszenie ekspresji powierzchniowej receptorów AMPA po prowokacji kokainą jest przejściowe, ponieważ w dniach 7 ekspresja powierzchniowa powraca do poziomów porównywalnych z niekwestionowanymi szczurami traktowanymi kokainą (Ferrario i in., 2010). W związku z tym wydaje się, że historia ekspozycji i wycofania kokainy może łatwo zmienić kierunek plastyczności synaptycznej w NAc.

Ostatnio nawiązano bezpośredni związek między wzmacnianiem synaps korowo-półleżących na D₁ komórki pozytywne względem receptora po odstawieniu 7 i ekspresji uczulenia. Jak wspomniano wcześniej, po wycofaniu 7 z pojedynczego podania kokainy, stwierdzono, że synapsy te nasilają się zarówno w rdzeniu, jak i powłoce (mierzone przez wzrost amplitudy mEPSC), a LTP indukowane przez HFS jest zmniejszone. Tego samego nie znaleziono dla synaps na D₂ komórki receptorowo-pozytywne (Pascoli i in., 2012). Po odwróceniu optogenetycznym in vivo za pomocą protokołu znanego z wywoływania LTD, synapsy korowo-półleżące na D₁komórki dodatnie pod względem receptora wykazywały zmniejszone mEPSC i zapobiegano ekspresji uczulenia narządu ruchu. Co ważne, zdolność HFS ​​do indukowania LTP została przywrócona tym neuronom (Pascoli i in., 2012), demonstrując w ten sposób bezpośredni związek między tą konkretną adaptacją synaptyczną w synapsach korowo-półleżących a ekspresją uczulenia na kokainę.

Czynniki transkrypcyjne

Czynniki transkrypcyjne są białkami, które wiążą się ze specyficznymi sekwencjami DNA w celu regulacji transkrypcji genów poprzez interakcję z kompleksem polimerazy RNA II (Mitchell i Tjian, 1989). Czynniki transkrypcyjne można indukować lub represjonować w odpowiedzi na bodźce środowiskowe, co powoduje zmiany w ekspresji genów i ostatecznie w funkcji neuronów. Zidentyfikowano szereg czynników transkrypcyjnych ze względu na ich potencjalną rolę w uzależnieniu, ponieważ ich ekspresja i aktywacja są regulowane w szlaku mezokortykolimbicznym po ekspozycji na leki nadużywające. ΔFosB jest jednym z takich czynników transkrypcyjnych, który otrzymał szczególną uwagę ze względu na jego niezwykłą stabilność. ΔFosB jest obciętym wariantem splicingowym genu FosB i ma homologię z innymi członkami rodziny Fos, w tym c-Fos, FosB, Fra1 i Fra2, które wszystkie heterodimeryzują z białkami z rodziny Jun (c-Jun, JunB lub JunD), tworząc czynniki transkrypcyjne aktywator białko-1 (AP-1) (Morgan i Curran, 1995). Ci inni członkowie rodziny Fos są indukowani szybko w prążkowiu w odpowiedzi na ostre podawanie psychostymulantów, jednak ze względu na ich niestabilność ta ekspresja jest przejściowa i wraca do poziomów podstawowych w ciągu kilku godzin (Graybiel i in., 1990; Young i in., 1991; Hope i in., 1992). Odwrotnie, ΔFosB gromadzi się w prążkowiu po przewlekłym podaniu leku, a jego ekspresja utrzymuje się przez kilka tygodni po ostatniej ekspozycji na lek (Hope et al., 1994; Nye i in., 1995; Nye i Nestler, 1996; Pich i in., 1997; Muller i Unterwald, 2005; McDaid i in., 2006). Dane z eksperymentów behawioralnych potwierdzają rolę ΔFosB w niektórych trwałych efektach nadużywanych przez narkotyki. Nadekspresja ΔFosB w prążkowiu powoduje zwiększoną reakcję lokomotoryczną zarówno na ostrą, jak i przewlekłą kokainę oraz zwiększa wzmacniające właściwości zarówno kokainy, jak i morfiny (Kelz i in., 1999; Colby i in., 2003; Zachariou i in., 2006), podczas gdy hamowanie ΔFosB wywołuje przeciwne efekty behawioralne (Peakman i in., 2003). Ze względu na zdolność do zwiększania motywacyjnych właściwości motywacyjnych narkotyków, ten czynnik transkrypcyjny zaproponowano jako „przełącznik molekularny”, który ułatwia przejście na uzależnienie (Nestler, 2008).

białko wiążące element odpowiedzi cAMP (CREB) jest kolejnym czynnikiem transkrypcyjnym, który był przedmiotem znacznej ilości badań ze względu na jego proponowaną rolę w plastyczności indukowanej lekami (McPherson i Lawrence, 2007). CREB ulega wszechobecnej ekspresji w mózgu i może być aktywowany przez wiele wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych, których kulminacją jest fosforylacja w serynie 133 (Mayr i Montminy, 2001). Fosforylowany CREB (pCREB) stymuluje rekrutację białka wiążącego CREB (CBP), które ułatwia transkrypcję różnych genów niższego rzędu (Arias i in., 1994). pCREB jest szybko indukowany w prążkowiu po ekspozycji na środki psychostymulujące (Konradi i in., 1994; Kano i in., 1995; Walters i Blendy, 2001; Choe i in., 2002) i przypuszcza się, że jest to mechanizm homeostatyczny, który przeciwdziała behawioralnym reakcjom na narkotyki (McClung i Nestler, 2003; Dong i in., 2006). Zgodnie z tym, nadekspresja CREB w powłoce NAc zmniejsza nagradzające właściwości kokainy w paradygmacie warunkowej preferencji miejsca (CPP), podczas gdy przeciwne obserwuje się po zahamowaniu CREB w tym regionie (Carlezon i in., 1998; Pliakas i in., 2001). Podobnie genetyczne knockdown lub hamowanie CREB w prążkowiu grzbietowym nadaje zwiększoną wrażliwość na właściwości aktywujące psychostymulanty lokomotoryczne, dodając dalsze poparcie dla tej hipotezy (Fasano i in., 2009; Madsen i in., 2012).

Podczas gdy dane z eksperymentów CPP potwierdzają ideę CREB działającego jako negatywny modulator nagrody za leki, przynajmniej w odniesieniu do kokainy, może to być nadmierne uproszczenie. Szereg badań wykorzystujących różne techniki zmiany funkcji CREB w powłoce NAc ujawniło, że hamowanie CREB zmniejsza wzmocnienie kokainy w paradygmacie samopodawania (Choi i in., 2006; Green i in., 2010; Larson i in., 2011), podczas gdy wzmocnienie kokainy jest wzmocnione przez nadekspresję CREB w tym regionie (Larson i in., 2011). Te rozbieżne ustalenia wynikają prawdopodobnie z fundamentalnych różnic między instrumentalnymi i pawłowskimi procedurami warunkowania, a także z dobrowolności vs. mimowolne podawanie leku. CPP obejmuje asocjacyjne procesy uczenia się i uważa się, że jest pośrednią miarą hedonicznych właściwości leku, a nie wzmocnienia leku per se (Bardo i Bevins, 2000). Na dobrowolne samodzielne podawanie leku może wpływać wiele czynników emocjonalnych i zdolność aktywności CREB w NAc do zmniejszania odpowiedzi na bodźce lękowe (Barrot i in., 2002) i łagodzą zachowania depresyjne (Pliakas i in., 2001) może wpływać na skłonność do samodzielnego podawania leku. Co ciekawe, delecja CREB z PFC powoduje zmniejszenie motywacji do samodzielnego podawania kokainy (McPherson i in., 2010), wykazując, że wpływ manipulacji CREB na zachowanie również zmienia się w różnych regionach mózgu. Nie jest to może zaskakujące, biorąc pod uwagę, że transkryptom CREB różni się znacznie w zależności od typu komórki (Cha-Molstad i in., 2004) i dlatego ważne byłoby zidentyfikowanie zmian w ekspresji genów występujących w dół od CREB, które przyczyniają się do tych fenotypów. Komplikujące są ponadto obserwacje, że CREB w powłoce NAc jest niezbędny dla nikotyny CPP (Brunzell i in., 2009), sugerując, że mechanizmy leżące u podstaw warunkowej nagrody nikotynowej różnią się od mechanizmów leżących u podstaw kokainy i morfiny, które są wzmocnione przez hamowanie CREB w powłoce NAc (Carlezon i in., 1998; Pliakas i in., 2001; Barrot i in., 2002).

Mechanizmy epigenetyczne

Epigenetyka ma wiele definicji, ale w neurologii jest powszechnie definiowana jako zmiany w ekspresji genów, które zachodzą poprzez modulację chromatyny, które nie są wywoływane przez zmiany w leżącej u podstaw sekwencji DNA (McQuown i Wood, 2010). Chromatyna opisuje stan DNA, gdy jest pakowany w komórce. Podstawową powtarzającą się jednostką chromatyny jest nukleosom, który składa się z par zasad DNA 147 owiniętych wokół oktameru złożonego z par czterech rdzeniowych histonów (H2A, H2B, H3 i H4) (Luger i in., 1997). Końce aminowe tych histonów rdzeniowych mogą podlegać wielu modyfikacjom potranslacyjnym, w tym acetylacji, metylacji, fosforylacji, ubikwitynacji i sumoilacji (Berger, 2007). Dodawanie i usuwanie tych grup funkcyjnych z ogonów histonowych przeprowadza się za pomocą dużej liczby enzymów modyfikujących histony, w tym acetylotransferaz, deacetylaz, metylotransferaz, demetylaz i kinaz (kouzarydów, 2007). Te modyfikacje histonów służą do zasygnalizowania rekrutacji czynników transkrypcyjnych i innych białek zaangażowanych w regulację transkrypcji i zmiany konformacji chromatyny w celu uczynienia DNA bardziej lub mniej dostępnym dla maszynerii transkrypcyjnej (Strahl i Allis, 2000; Kuzarydy, 2007; Taverna i in., 2007). Mechanizmy epigenetyczne stanowią zatem ważny środek, za pomocą którego bodźce środowiskowe mogą regulować ekspresję genów i ostatecznie zachowanie.

Ostatnio modyfikacja chromatyny została uznana za ważny mechanizm leżący u podstaw zmian w plastyczności i zachowaniu wywołanych lekami (Renthal i Nestler, 2008; Bredy i in., 2010; McQuown and Wood, 2010; Maze and Nestler, 2011; Robison i Nestler, 2011). Pierwsze dowody na to pochodzą z eksperymentów Kumara i współpracowników, którzy wykorzystali testy immunoprecypitacji chromatyny (ChIP), aby wykazać, że kokaina indukuje modyfikacje histonów w określonych promotorach genów w prążkowiu (Kumar i in., 2005). W szczególności ostre podawanie kokainy spowodowało hiperacetylację H4 cFos promotor, podczas gdy przewlekłe podawanie spowodowało hiperacetylację H3 BDNF i Cdk5 promotorzy. Acetylacja histonu polega na enzymatycznym przeniesieniu grupy acetylowej do podstawowego N-końcowego ogona histonu, który neutralizuje oddziaływanie elektrostatyczne między histonem a ujemnie naładowanym DNA, czyniąc go bardziej dostępnym dla aparatu transkrypcyjnego (Loidl, 1994). Jest to zgodne ze zdolnością kokainy do gwałtownego zwiększania ekspresji czynników transkrypcyjnych z rodziny Fos (Graybiel i in., 1990; Young i in., 1991), podczas gdy BDNF i Cdk5 są indukowane tylko przy chronicznej ekspozycji (Bibb i in., 2001; Grimm i in., 2003).

Hiperacetylowany stan histonu można również osiągnąć eksperymentalnie przez podawanie inhibitorów deacetylazy histonowej (HDAC), a leki te zastosowano do zbadania skutków globalnego wzrostu acetylacji histonów po reakcjach behawioralnych na leki nadużywające. Układowe podawanie inhibitorów HDAC synergistycznie zwiększa hiperacetylację obserwowaną w odpowiedzi na kokainę w prążkowiu (Kumar i in., 2005), a to nasila indukowaną kokainą nagrodę za poruszanie się i kokainę (Kumar i in., 2005; Sun i inni, 2008; Sanchis-Segura i in., 2009). Hamowanie HDAC może również zwiększyć uczulenie na ruch lokalny na etanol i morfinę oraz ułatwić CPP morfiny (Sanchis-Segura i in., 2009) Niemniej jednak stwierdzono, że inhibitory HDAC zapobiegają rozwojowi uczulenia na pojedynczą ekspozycję na morfinę (Jing i in., 2011) i zmniejszyć motywację do samodzielnego podawania kokainy (Romieu i in., 2008). Te kontrastujące wyniki mogą odzwierciedlać różnice w protokołach podawania, a co ważne, pokazują, że inhibitory HDAC nie zwiększają w sposób nieograniczony reakcji behawioralnych na leki we wszystkich warunkach.

Ze względu na ich permisywny wpływ na transkrypcję genu, inhibitory HDAC mogą również działać w celu ułatwienia pewnych typów uczenia się (Bredy i in., 2007; Lattal i in., 2007). Ostatnio wykazano, że podawanie inhibitora HDAC po ponownej ekspozycji na uprzednio sparowane środowisko kokainowe może ułatwić wygaszanie CPP indukowanego kokainą, i jest to prawdopodobnie związane ze zwiększoną acetylacją histonu H3 w NAc (Malvaez i in., 2010). Wlew inhibitora HDAC, suberoiloanilidu kwasu hydroksamowego (SAHA) bezpośrednio do NAc podczas fazy kondycjonowania CPP zwiększa kondycjonowaną nagrodę kokainową (Renthal i in., 2007), wskazując, że hamowanie HDAC w tym regionie może ułatwić zarówno uczenie się związane z nagrodami, jak i uczenie się na wygaszenie, w zależności od kontekstu, w którym lek jest podawany. Dalsze eksperymenty ujawniły rolę HDAC5, a endogenny HDAC wyrażał się wysoko w NAc w modulacji nagrody kokainowej. Podawanie kokainy zwiększa funkcję HDAC5 poprzez regulację jej defosforylacji i późniejszego importu jądrowego, a defosforylacja HDAC5 w NAc osłabia rozwój CPP kokainy (Taniguchi i in., 2012). Podobnie, nadekspresja HDAC5 w NAc podczas fazy kondycjonowania CPP osłabia nagrodę za kokainę, a ten efekt jest odwracany po ekspresji zmutowanej postaci HDAC5 w NAc (Renthal i in., 2007). Możliwe, że HDAC5 wywiera te efekty poprzez hamowanie indukowanej lekiem transkrypcji genu, która normalnie zwiększa nagradzające właściwości kokainy.

Analiza genomowa modyfikacji chromatyny, które występują w NAc w wyniku ekspozycji na kokainę, ujawniła wiele modyfikacji chromatyny w regionach promotorów genów w dół zarówno CREB, jak i ΔFosB (Renthal i in., 2009). Ta analiza ujawniła również regulację w górę dwóch sirtuin, SIRT1 i SIRT2, które są białkami, które posiadają aktywność HDAC i mogą również deacetylować inne białka komórkowe (Denu, 2005). Indukcja SIRT1 i SIRT2 jest związana ze zwiększoną acetylacją H3 i zwiększonym wiązaniem ΔFosB w ich promotorach genowych, co sugeruje, że są one docelowymi celami ΔFosB (Renthal i in., 2009). Uważa się, że regulacja w górę SIRT1 i SIRT2 ma znaczenie behawioralne; sirtuiny zmniejszają pobudliwość MSNs NAc in vitroi farmakologiczne hamowanie sirtuin zmniejsza nagrodę kokainową, podczas gdy ich aktywacja zwiększa satysfakcjonujące odpowiedzi na kokainę (Renthal i in., 2009).

Oprócz funkcjonalnej roli HDAC, badania genetyczne ujawniły również rolę acetylotransferaz histonowych (HAT) w pośredniczeniu w niektórych reakcjach behawioralnych na narkotyki. Prawdopodobnie najważniejszym mechanizmem, dzięki któremu CBP jest w stanie wzmocnić transkrypcję genów, jest jego wewnętrzna aktywność HAT (Bannister i Kouzarides, 1996), a ostatnie odkrycia wskazują na aktywność HAT CBP w niektórych zmianach epigenetycznych, które wynikają z ekspozycji na lek. W odpowiedzi na ostrą kokainę CBP rekrutuje się do FosB promotor, w którym acetyluje histon H4 i zwiększa ekspresję FosB (Levine i in., 2005). U myszy haploinsufficient dla CBP, mniej CBP rekrutuje się do promotora, co powoduje zmniejszenie acetylacji histonów i ekspresji FosB. Odpowiada to również mniejszej akumulacji ΔFosB w prążkowiu i nie jest zaskakujące, że myszy te wykazują zmniejszone uczulenie w odpowiedzi na prowokację kokainą (Levine i in., 2005). Ostatnio, stosując system rekombinacji cre-lox, Malvaez i współpracownicy badali rolę aktywności CBP zlokalizowanej specyficznie w NAc po indukowanej kokainą transkrypcji genów i zachowaniu (Malvaez i in., 2011). Doniesiono, że ukierunkowana delecja CBP w NAc skutkowała zmniejszoną acetylacją histonu i ekspresją c-Fos oraz upośledzoną aktywacją lokomotoryczną w odpowiedzi zarówno na ostrą, jak i przewlekłą kokainę (Malvaez i in. 2011). U tych myszy zahamowano również kondycjonowaną nagrodę kokainową, dostarczając pierwszy dowód na to, że aktywność CBP w NAc jest ważna dla powstawania wspomnień związanych z lekami (Malvaez i in., 2011).

Niedawno eksperymenty przeprowadzone w laboratorium Kandela ujawniły, że mechanizmy epigenetyczne mogą leżeć u podstaw hipotetycznej zdolności nikotyny do działania jako „lek wyjściowy”. Myszy przewlekle leczone nikotyną przed ekspozycją na kokainę wykazywały zwiększone uczulenie lokomotoryczne i nagrodę kokainową w porównaniu z myszami nieotrzymującymi nikotyny (Levine et al., 2011). Dodatkowo, wstępne leczenie nikotyną powodowało zwiększoną indukowaną kokainą depresję LTP w synapsach pobudzających w rdzeniu NAc, czego nie zaobserwowano w przypadku samej nikotyny. Analiza modyfikacji histonów wywołanych ekspozycją nikotyny na dzień 7 ujawniła zwiększoną acetylację H3 i H4 w FosB promotor w prążkowiu, efekt, który nie był tak wyraźny w odpowiedzi na 7-dniowe podawanie kokainy. Aktywność HDAC była zmniejszona w prążkowiu myszy leczonych nikotyną, ale niezmieniona u myszy leczonych kokainą. Co godne uwagi, infuzja inhibitora HDAC bezpośrednio do NAc była w stanie naśladować efekty wcześniejszego leczenia nikotyną we wzmacnianiu działania kokainy. Żadnej z tych zmian nie zaobserwowano, gdy myszy były leczone kokainą przed nikotyną, co potwierdza czasową specyficzność tych efektów. Ten elegancki zestaw eksperymentów dostarczył możliwego epigenetycznego wyjaśnienia, dlaczego palenie papierosów prawie zawsze poprzedza używanie kokainy w populacji ludzkiej (Kandel, 1975; Kandel i in., 1992).

Oprócz acetylacji histonów, metylacja histonów została ostatnio rozpoznana jako odpowiednia behawioralnie modyfikacja chromatyny wywołana przez narkotyki (Laplant i in., 2010; Maze i in., 2010, 2011). Metylacja histonów obejmuje enzymatyczne dodanie jednej, dwóch lub trzech grup metylowych do reszt lizyny lub argininy na N-końcu ogonów histonowych i jest związana z aktywacją transkrypcji lub represją, w zależności od charakteru modyfikacji (Rice i Allis , 2001). Pierwsze badania nad metylacją histonów wywołaną kokainą doprowadziły do ​​identyfikacji dwóch metylotransferaz histonowych, G9a i białka podobnego do G9a (GLP), które były stale obniżane w NAN 24 h po zarówno warunkowej ekspozycji na kokainę, jak i samej kokainie - administracja (Renthal i in., 2009; Maze i in., 2010). Ta regulacja w dół była związana z podobnymi spadkami metylacji histonu H3 lizyna 9 (H3K9) i 27 (H3K27). Następnie wykazano, że nadekspresja G9a w NAc zmniejsza indukowaną kokainą ekspresję wybranych genów, zmniejsza nagrodę kokainy mierzoną za pomocą CPP i hamuje wzrost gęstości dendrytycznej kręgosłupa normalnie obserwowanej w odpowiedzi na powtarzaną kokainę (Maze i in., 2010). Odwrotna sytuacja miała miejsce, gdy ekspresja G9a w NAc została zahamowana, co spowodowało zwiększenie gęstości kręgosłupa dendrytycznego i zwiększenie nagrody za kokainę. Istnieją dowody na to, że te indukowane kokainą zmiany w ekspresji G9a i późniejsze spadki H3K9 i H3K27 są regulowane przez ΔFosB (Maze i in., 2010). Łącznie te eksperymenty zidentyfikowały ważną rolę metylacji histonów przez G9a w niektórych długoterminowych behawioralnych i biochemicznych konsekwencjach powtarzanej ekspozycji na kokainę.

Ostatnio wykazano, że trimetylowanie histonu H3 lizyny 9 (H3K9me3), które wcześniej uważano za względnie stabilny znak heterochromatyczny, jest dynamicznie regulowane w NAc przez ostre i przewlekłe narażenie na kokainę (Maze i in., 2011). Powtarzająca się kokaina powodowała uporczywe zmniejszenie represyjnego wiązania H3K9me3, które było szczególnie wzbogacone w niekodujące regiony genomowe (Maze i in., 2011). Te wstępne odkrycia sugerują, że powtarzająca się ekspozycja na kokainę może prowadzić do wyciszenia pewnych elementów retrotranspozycyjnych w neuronach NAc i byłoby bardzo interesujące, aby ustalić konsekwencje behawioralne tych nowych adaptacji epigenetycznych.

Biorąc pod uwagę trwały charakter uzależnienia, ostatnie badania zbadały także rolę metylacji DNA, która jest bardziej stabilną adaptacją epigenetyczną w porównaniu z modyfikacją histonów. Metylacja DNA polega na dodaniu grup metylowych do zasad cysteinowych w DNA i jest ogólnie związana z represją transkrypcyjną (Stolzenberg i in., 2011). Analiza mózgów szczurów, które otrzymały bierne wstrzyknięcia kokainy w ciągu 7 dni, lub że samodzielnie podawana kokaina w ciągu 13 dni ujawniła obniżenie poziomu metylotransferazy DNA DNMT3a w NAc 24 h po ostatniej ekspozycji na kokainę (Laplant i in., 2010). I odwrotnie, po bardziej chronicznej ekspozycji na kokainę (zarówno biernej, jak i samopodawanej przez 3 tygodniowo lub dłużej) i 28 dnia odstawienia dnmt3a stwierdzono, że mRNA jest znacznie zwiększone w NAc (Laplant i in., 2010). Wykazano, że hamowanie metylacji / DNMT3a DNA specyficznie w NAc zwiększa zarówno CPP, jak i uczulenie na lokomotorię na kokainę, podczas gdy odwrotność obserwowano po nadekspresji DNMT3a w tym regionie. Ponadto hamowanie DNMT3a w NAc również zapobiegało indukowanym kokainą wzrostom gęstości kręgosłupa dendrytycznego (Laplant i in., 2010). Znaczenie behawioralne indukowanych kokainą zmian gęstości kręgosłupa NAc nadal nie jest dobrze poznane. Wykazano, że manipulacje, które hamują indukowaną lekiem indukcję kręgosłupa, zmniejszają korzystne właściwości kokainy (Russo i in., 2009; Maze i in., 2010); jednak inne badania wykazały, że hamowanie spinogenezy wzmacnia nagrodę kokainową (Pulipparacharuvil i in., 2008; Laplant i in., 2010). Jak wydaje się, że kokaina wywołuje wysoce złożoną regulację różnych kolców dendrytycznych w trakcie ekspozycji i wycofania (Shen i in., 2009) sugerowano, że różnice te mogą zależeć od rodzaju zmienionych kolców dendrytycznych (Laplant i in., 2010).

Z opisanych tu eksperymentów jasno wynika, że ​​indukowana lekiem regulacja potencjału transkrypcyjnego komórek stanowi kluczowy mechanizm wpływający na reakcje behawioralne na naukę związaną z lekami i nagrodami. Ważnym następnym krokiem byłoby określenie, które z tych zmian epigenetycznych są najbardziej istotne dla stanu uzależnienia od choroby człowieka. Biorąc pod uwagę, że samo narażenie na leki jest niewystarczające do wywołania „uzależnienia” zarówno u ludzi, jak iu zwierząt, włączenie modeli, które dokładniej mierzą behawioralne cechy uzależnienia, takie jak kompulsywne zażywanie narkotyków i nawroty, będzie miało znaczącą wartość.