Clin Psychopharmacol Neurosci. 2012 Dec; 10 (3): 136-43. doi: 10.9758 / cpn.2012.10.3.136. Epub 2012 Dec 20.
Źródło
Fishberg Department of Neuroscience and Friedman Brain Institute, Mount Sinai School of Medicine, Nowy Jork, USA.
Abstrakcyjny
Regulacja ekspresji genów jest uważana za wiarygodny mechanizm uzależnienia od narkotyków, biorąc pod uwagę stabilność nieprawidłowości behawioralnych, które definiują stan uzależnienia. Liczne czynniki transkrypcyjne, białka, które wiążą się z regionami regulatorowymi specyficznych genów, a tym samym kontrolują poziomy ich ekspresji, były zaangażowane w proces uzależnienia w ciągu ostatniej dekady lub dwóch. Tutaj dokonujemy przeglądu rosnących dowodów na rolę odgrywaną przez kilka ważnych czynników transkrypcyjnych, w tym białko z rodziny Fos (ΔFosB), białko wiążące element odpowiedzi cAMP (CREB) oraz czynnik jądrowy kappa B (NFκB), wśród wielu innych, w narkomanii . Jak widać, każdy czynnik wykazuje bardzo różną regulację przez narkotyki w obwodzie nagrody w mózgu, co z kolei pośredniczy w różnych aspektach fenotypu uzależnienia. Obecne wysiłki są ukierunkowane na zrozumienie zakresu genów docelowych, przez które te czynniki transkrypcyjne wytwarzają swoje funkcjonalne efekty i związane z nimi mechanizmy molekularne. Praca ta zapowiada odkrycie zasadniczo nowego wglądu w molekularne podstawy uzależnienia, które przyczynią się do ulepszenia testów diagnostycznych i środków terapeutycznych dla zaburzeń uzależniających.
WPROWADZENIE
Badanie mechanizmów transkrypcji uzależnienia opiera się na hipotezie, że regulacja ekspresji genów jest jednym z ważnych mechanizmów, dzięki którym chroniczne narażenie na narkotyki powoduje długotrwałe zmiany w mózgu, które leżą u podstaw nieprawidłowości behawioralnych, które określają stan uzależnienia.1,2) Następstwem tej hipotezy jest to, że zmiany indukowane w funkcjonowaniu kilku układów neuroprzekaźnikowych oraz w morfologii niektórych typów komórek nerwowych w mózgu, przez przewlekłe podawanie leków, są częściowo zależne od zmian w ekspresji genów.
Oczywiście, nie cała indukowana przez leki plastyczność neuronalna i behawioralna jest pośredniczona na poziomie ekspresji genów, ponieważ znamy kluczowy wkład modyfikacji translacyjnych i potranslacyjnych oraz handlu białkami w zjawiskach związanych z uzależnieniem. Z drugiej strony, regulacja ekspresji genów jest jednym z centralnych mechanizmów i może być szczególnie istotna dla nieprawidłowości trwających przez całe życie, które charakteryzują uzależnienie. Rzeczywiście, regulacja transkrypcji zapewnia szablon, na którym działają te inne mechanizmy.
Prace w ciągu ostatnich ~ 15 lat dostarczyły coraz więcej dowodów na rolę ekspresji genów w uzależnieniu od narkotyków, ponieważ kilka czynników transkrypcyjnych - białek, które wiążą się ze specyficznymi elementami odpowiedzi w regionach promotorowych genów docelowych i regulują ekspresję tych genów - zostało implikowanych w działaniu narkotyków. Zgodnie z tym schematem, pokazanym na Rys. 1, leki nadużywające, poprzez swoje początkowe działania w synapsie, powodują zmiany w neuronach, które sygnalizują jądro i regulują aktywność licznych czynników transkrypcyjnych i wielu innych typów transkrypcyjnych białek regulatorowych.3) A Te zmiany jądrowe stopniowo i stopniowo budują się z powtarzającą się ekspozycją na lek i leżą u podstaw stabilnych zmian w ekspresji specyficznych genów docelowych, które z kolei przyczyniają się do trwałych zmian w funkcji nerwowej, które utrzymują stan uzależnienia.1,4)
Ten przegląd skupia się na kilku czynnikach transkrypcyjnych, które, jak wykazano, odgrywają ważną rolę w uzależnieniu. Skupiamy się dalej na czynnikach transkrypcyjnych regulowanych przez leki w obwodzie nagrody w mózgu, obszarach mózgu, które normalnie regulują reakcje jednostki na naturalne nagrody (np. Jedzenie, seks, interakcje społeczne), ale są uszkodzone przez przewlekłą ekspozycję na lek, która powoduje uzależnienie. Ten obwód nagrody mózgowej obejmuje neurony dopaminergiczne w brzusznej części nakrywkowej śródmózgowia i kilku obszarach przodomózgowia limbicznego, które unerwiają, w tym między innymi jądro półleżące (prążkowia brzuszne), kora przedczołowa, ciało migdałowate i hipokamp. Jak widać, zdecydowana większość dotychczasowych badań nad transkrypcyjnymi mechanizmami uzależnienia koncentrowała się na jądrze półleżącym.
ΔFosB
ΔFosB jest kodowany przez FosB gen i dzieli homologię z innymi czynnikami transkrypcyjnymi z rodziny Fos, które obejmują c-Fos, FosB, Fra1 i Fra2.5) Te białka z rodziny Fos heterodimeryzują z białkami z rodziny Jun (c-Jun, JunB lub JunD), tworząc aktywne czynniki transkrypcyjne aktywator białko-1 (AP1), które wiążą się z miejscami AP1 obecnymi w promotorach niektórych genów w celu regulacji ich transkrypcji. Te białka z rodziny Fos są indukowane szybko i przejściowo w określonych regionach mózgu po ostrym podaniu wielu nadużywanych leków (Rys. 2).2) Odpowiedzi te są najbardziej widoczne w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym, ale także w kilku innych obszarach mózgu.6) Wszystkie te białka z rodziny Fos są jednak bardzo niestabilne i wracają do poziomów podstawowych w ciągu kilku godzin od podania leku.
Po długotrwałym podawaniu narkotyków obserwuje się bardzo różne odpowiedzi (Rys. 2). Biochemicznie zmodyfikowane izoformy ΔFosB (Mr 35-37 kD) gromadzi się w tych samych regionach mózgu po wielokrotnym narażeniu na lek, podczas gdy wszyscy członkowie rodziny Fos wykazują tolerancję (tj. Zmniejszoną indukcję w porównaniu z początkową ekspozycją na lek).7-9) Taką akumulację ΔFosB zaobserwowano dla praktycznie wszystkich leków nadużywających, chociaż różne leki różnią się nieco pod względem względnego stopnia indukcji w jądrze półleżącym od skorupy, prążkowiu grzbietowym i innych obszarach mózgu.2,6) Przynajmniej w przypadku niektórych narkotyków indukcja ΔFosB wydaje się selektywna dla zawierającej dynorfinę podgrupy średnich neuronów kolczastych - tych, które wykazują głównie ekspresję receptorów dopaminy D1 - w obszarach prążkowia. Izoformy 35-37 kD ΔFosB dimeryzują głównie z JunD, tworząc aktywny i długotrwały kompleks AP-1 w tych obszarach mózgu,7,10) chociaż istnieją pewne dowody in vitro bada, że ΔFosB może tworzyć homodimery.11) Indukcja leku ΔFosB w jądrze półleżącym wydaje się być odpowiedzią na farmakologiczne właściwości leku per se i nie są związane z dobrowolnym przyjmowaniem narkotyków, ponieważ zwierzęta, które samodzielnie podają kokainę lub otrzymują zastrzyki z zastrzykiem leku, wykazują równoważną indukcję tego czynnika transkrypcyjnego w tym obszarze mózgu.6) Przeciwnie, indukcja ΔFosB w pewnych innych regionach, na przykład w korze oczodołowo-czołowej, wymaga wolicjonalnego podawania leku.12)
Izoformy 35-37 kD ΔFosB akumulują się przy przewlekłej ekspozycji na lek ze względu na ich wyjątkowo długi okres półtrwania.7-13) W wyniku jego stabilności białko ΔFosB utrzymuje się w neuronach przez co najmniej kilka tygodni po zaprzestaniu ekspozycji na lek. Wiemy teraz, że ta stabilność wynika z dwóch czynników: 1) nieobecności w ΔFosB dwóch domen degron, które są obecne na C-końcu pełnej długości FosB i wszystkich innych białek z rodziny Fos i kierują te białka do szybkiej degradacji, i 2) fosforylacja ΔFosB na jego N-końcu przez kinazę kazeinową 2 i być może inne kinazy białkowe.14-16) Stabilność izoform ΔFosB zapewnia nowy mechanizm molekularny, dzięki któremu indukowane lekami zmiany w ekspresji genów mogą się utrzymywać pomimo stosunkowo długich okresów odstawiania leku. Dlatego zaproponowaliśmy, że ΔFosB działa jako trwały „przełącznik molekularny”, który pomaga zainicjować, a następnie utrzymać stan uzależnienia.1,2)
Rola w uzależnieniu
Wgląd w rolę ΔFosB w uzależnieniu od narkotyków jest w dużej mierze wynikiem badania myszy transgenicznych, w których ΔFosB można indukować selektywnie w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym dorosłych zwierząt.17) Co ważne, myszy te wykazują nadekspresję ΔFosB selektywnie w średnich neuronach kolczastych zawierających dynorfinę, gdzie uważa się, że leki indukują białko. Myszy z nadekspresją osFosB wykazują zwiększoną odpowiedź lokomotoryczną na kokainę po ostrym i przewlekłym podawaniu.17) Wykazują również zwiększoną wrażliwość na satysfakcjonujące działanie kokainy i morfiny w testach kondycjonowania miejsca,17-19) i samodzielnie podawać mniejsze dawki kokainy i ciężej pracować na kokainę niż mioty z miotu, które nie wykazują nadekspresji ΔFosB.20) Ponadto, nadekspresja ΔFosB w jądrze półleżącym wyolbrzymia rozwój uzależnienia fizycznego opiatów i promuje tolerancję opioidową na opioid.19) W przeciwieństwie do tego, myszy eksprymujące ΔFosB są normalne w kilku innych domenach behawioralnych, w tym uczenie przestrzenne oceniane w labiryncie wodnym Morrisa.17) Specyficzne ukierunkowanie nadekspresji ΔFosB na jądro półleżące, przez zastosowanie transferu genów za pośrednictwem wirusa, dało równoważne dane.19)
Przeciwnie, ukierunkowanie ekspresji ΔFosB na średnie kolczaste neurony zawierające enkepahlinę w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym (te, które głównie wyrażają receptory dopaminy D2) w różnych liniach myszy transgenicznych nie wykazuje większości tych fenotypów behawioralnych.19) W przeciwieństwie do nadekspresji ΔFosB, nadekspresja zmutowanego białka Jun (ΔcJun lub ΔJunD) - które działa jako dominujący negatywny antagonista transkrypcji, w której pośredniczy AP1 - poprzez użycie myszy bitransgenicznych lub transfer genów za pośrednictwem wirusów wywołuje przeciwne skutki behawioralne.18,19,21) Dane te wskazują, że indukcja ΔFosB w zawierających dynorfinę średnich neuronach kolczastych jądra półleżącego zwiększa wrażliwość zwierzęcia na kokainę i inne nadużywane narkotyki i może stanowić mechanizm względnie przedłużonego uczulenia na leki.
Rola odgrywana przez indukcję ΔFosB w innych regionach mózgu jest mniej zrozumiała. Ostatnie badania wykazały, że indukcja ΔFosB w korze oczodołowo-czołowej pośredniczy w tolerancji na niektóre zaburzające funkcje poznawcze ostrej ekspozycji na kokainę, co może służyć dalszemu promowaniu przyjmowania leków.12,22)
Docelowe geny ΔFosB
Ponieważ ΔFosB jest czynnikiem transkrypcyjnym, przypuszczalnie wytwarza ten interesujący fenotyp behawioralny w jądrze półleżącym, wzmacniając lub hamując ekspresję innych genów. Używając naszych indukowalnych, bitransgenicznych myszy, które wykazują nadekspresję ΔFosB lub jego dominującego ujemnego ΔcJun, i analizując ekspresję genów na chipach Affymetrix, wykazaliśmy, że - w jądrze półleżącym in vivo -ΔFosB działa przede wszystkim jako aktywator transkrypcji, podczas gdy służy jako represor dla mniejszego podzbioru genów.18) Badanie to wykazało również dominującą rolę ΔFosB w pośredniczeniu w genomowych skutkach kokainy: ΔFosB jest zaangażowany w blisko jedną czwartą wszystkich genów, na które wpływają jądra półleżące przez przewlekłą kokainę.
To podejście obejmujące cały genom, wraz z równoległymi badaniami kilku genów kandydujących, doprowadziło do powstania kilku genów docelowych ΔFosB, które przyczyniają się do jego fenotypu behawioralnego. Jednym z potencjalnych genów jest GluA2, podjednostka receptora glutaminianowego AMPA, która jest indukowana w jądrze półleżącym przez ΔFosB.17) Ponieważ kanały AMPA zawierające GluA2 mają mniejszą ogólną przewodność w porównaniu z kanałami AMPA, które nie zawierają tej podjednostki, regulacja za pomocą kokainy i ΔFosB w górę w GluA2 w jądrze półleżącym może, przynajmniej częściowo, zmniejszać odpowiedzi glutaminergiczne obserwowane w te neurony po przewlekłej ekspozycji na lek.23)
Innym potencjalnym genem docelowym ΔFosB w jądrze półleżącym jest peptyd opioidowy, dynorfina. Przypomnijmy, że ΔFosB wydaje się być indukowany przez narkotyki, szczególnie w komórkach wytwarzających dynorfinę w tym regionie mózgu. Narkotyki mają złożony wpływ na ekspresję dynorfiny, przy czym wzrosty lub spadki są obserwowane w zależności od stosowanych warunków leczenia. Wykazaliśmy, że indukcja ΔFosB hamuje ekspresję genu dynorfiny w jądrze półleżącym.19) Uważa się, że dynorfina aktywuje receptory opioidowe κ na neuronach dopaminowych okolicy brzusznej (VTA) i hamuje transmisję dopaminergiczną, a tym samym zmniejsza mechanizmy nagrody.24,25) Stąd represja ΔFosB ekspresji dynorfiny może przyczynić się do wzmocnienia mechanizmów nagrody, w których pośredniczy ten czynnik transkrypcyjny. Obecnie istnieją bezpośrednie dowody potwierdzające udział represji genu dynorfiny w behawioralnym fenotypie ΔFosB.19)
Zidentyfikowano jeszcze dodatkowe geny docelowe. ΔFosB tłumi c-Fos gen, który pomaga wywołać przełącznik molekularny - od indukcji kilku krótkotrwałych białek z rodziny Fos po ostrej ekspozycji na lek do dominującej akumulacji ΔFosB po przewlekłej ekspozycji na lek - cytowany wcześniej.9) W przeciwieństwie do tego, zależna od cyklin kinaza-5 (Cdk5) jest indukowana w jądrze półleżącym przez przewlekłą kokainę, efekt, który wykazaliśmy, jest mediowany przez ΔFosB.18,21,26) Cdk5 jest ważnym celem ΔFosB, ponieważ jego ekspresja była bezpośrednio związana ze wzrostem gęstości dendrytycznego kręgosłupa jądra półleżącego średnich neuronów kolczastych,27,28) w jądrze półleżącym, które jest związane z przewlekłym podawaniem kokainy.29,30) Faktycznie wykazano, że indukcja ΔFosB jest zarówno niezbędna, jak i wystarczająca do wywołanego kokainą wzrostu dendrytycznego kręgosłupa.31)
Ostatnio zastosowaliśmy immunoprecypitację chromatyny (ChIP), a następnie chip promotora (chip ChIP) lub przez głębokie sekwencjonowanie (ChIP-seq) w celu dalszej identyfikacji genów docelowych ΔFosB.32) Badania te, wraz z cytowanymi wcześniej macierzami ekspresji DNA, dostarczają bogatej listy wielu dodatkowych genów, na które może być ukierunkowany - bezpośrednio lub pośrednio - ΔFosB. Wśród tych genów znajdują się dodatkowe receptory neuroprzekaźników, białka zaangażowane w funkcje pre- i postsynaptyczne, wiele typów kanałów jonowych i wewnątrzkomórkowych białek sygnalizacyjnych, białka regulujące cytoszkielet neuronowy i wzrost komórek oraz liczne białka regulujące strukturę chromatyny.18,32) Konieczne są dalsze prace, aby potwierdzić każde z tych licznych białek prawdziwy cele kokainy działające poprzez ΔFosB i ustalenie dokładnej roli, jaką każde białko odgrywa w pośredniczeniu złożonych neuronalnych i behawioralnych aspektów działania kokainy.
CREB
Białko wiążące element odpowiedzi cyklicznej AMP (CREB) jest jednym z najbardziej badanych czynników transkrypcji w neurobiologii i odgrywa rolę w różnych aspektach plastyczności neuronów.33) Tworzy homodimery, które mogą wiązać się z genami w elementach odpowiedzi cyklicznego AMP (CREs), ale przede wszystkim aktywuje transkrypcję po fosforylacji w Ser133 (przez dowolną z kilku kinaz białkowych), co pozwala na rekrutację białka wiążącego CREB (CBP), które następnie promuje transkrypcję. Mechanizm, za pomocą którego aktywacja CREB hamuje ekspresję niektórych genów, jest mniej zrozumiały.
Zarówno psychostymulanty (kokaina i amfetamina), jak i opiaty zwiększają aktywność CREB ostro i przewlekle - mierzoną zwiększoną aktywnością genu fosfo-CREB (pCREB) lub reporterowego u myszy transgenicznych CRE-LacZ - w wielu obszarach mózgu, w tym w jądrze półleżącym i prążkowiu grzbietowym .34-36) Przebieg tej aktywacji jest bardzo różny od tego, który wykazuje ΔFosB. Jak przedstawiono w Rys. 2, Aktywacja CREB jest wysoce przemijająca w odpowiedzi na ostre podawanie leku i powraca do normalnego poziomu w ciągu dnia lub dwóch po odstawieniu. Ponadto aktywacja CREB występuje zarówno w podtypach dynorfiny, jak i enkefaliny średnich neuronów kolczastych.34) W przeciwieństwie do kokainy i opiatów, CREB wykazuje bardziej skomplikowane i zróżnicowane reakcje na inne narkotyki.4)
Eksperymenty obejmujące indukowalną nadekspresję CREB lub dominującego negatywnego mutanta u myszy bitransgenicznych lub z wektorami wirusowymi wykazały, że aktywacja CREB - w uderzającym przeciwieństwie do ΔFosB - w jądrze półleżącym zmniejsza nagradzające działanie kokainy i opiatów, co oceniono w warunkach warunkujących miejsce testy.37,38) Niemniej jednak aktywacja CREB, podobnie jak indukcja ΔFosB, sprzyja samopodawaniu leku.39) Co ważne, efekty z dominującym negatywnym CREB zostały potwierdzone za pomocą indukowanych knockdownów endogennej aktywności CREB.39-41) Interesujące jest, że oba czynniki transkrypcyjne napędzają wolicjonalne przyjmowanie leków; przypuszczalnie osFosB robi to poprzez wzmocnienie pozytywne, podczas gdy CREB indukuje ten fenotyp poprzez wzmocnienie ujemne. Ta ostatnia możliwość jest zgodna ze znaczącymi dowodami, że aktywność CREB w tym regionie mózgu powoduje negatywny stan emocjonalny.34,42)
Aktywność CREB była bezpośrednio związana z funkcjonalną aktywnością jąder półkulistych średnich neuronów kolczystych. Nadekspresja CREB wzrasta, podczas gdy dominujący negatywny CREB zmniejsza się, pobudliwość elektryczna średnich neuronów kolczastych.43) Możliwe różnice między neuronami dynorfiny i enkefaliny nie zostały jeszcze zbadane. Obserwacja, że wirusowa nadekspresja K+ podjednostka kanału w jądrze półleżącym, która zmniejsza pobudliwość średniego neuronu kolczastego, zwiększa odpowiedzi lokomotoryczne na kokainę, co sugeruje, że CREB działa jako przerwa w uczuleniu behawioralnym na kokainę poprzez zwiększanie pobudliwości neuronów.43)
Narkotyki aktywują CREB w kilku obszarach mózgu poza jądrem półleżącym. Jednym z przykładów jest brzuszny obszar nakrywkowy, gdzie przewlekłe podawanie kokainy lub opiatów aktywuje CREB w neuronach dopaminergicznych i nie-dopaminergicznych. Efekt ten wydaje się sprzyjać lub łagodzić satysfakcjonujące reakcje na leki uzależniające w zależności od podregionu dotkniętej brzuszną powierzchnią nakrywkową.
Zidentyfikowano wiele genów docelowych dla CREB, zarówno przez otwarte, jak i kandydujące podejścia genów, które pośredniczą w tych i innych efektach na jądrze półleżącym średnich neuronów kolczastych i wynikającym z nich fenotypie behawioralnym CREB.18,32,36) Wybitne przykłady obejmują peptyd opioidowy dynorphin,37) który karmi się z powrotem i tłumi sygnalizację dopaminergiczną do jądra półleżącego, jak stwierdzono wcześniej.24,25) Sugerowane są również pewne podjednostki receptora glutaminianowego, takie jak podjednostka GPAAXUMUMX AMPA i podjednostka GluN1B NMDA, a także K+ i Na+ podjednostki kanału jonowego, które razem miałyby kontrolować wzbudzanie komórek półleżących jądra półleżącego.43,44) BDNF jest nadal kolejnym genem docelowym dla CREB w jądrze półleżącym, a także bierze udział w pośredniczeniu w fenotypie behawioralnym CREB.35) Wykazano również, że indukcja CREB przyczynia się do indukcji przez kokainę kolców dendrytycznych na jądrze półleżącym średnich neuronach kolczastych.45)
CREB to tylko jedno z kilku pokrewnych białek, które wiążą CRE i regulują transkrypcję genów docelowych. Kilka produktów genu modulatora elementu odpowiedzi cyklicznego AMP (CREM) reguluje transkrypcję, w której pośredniczy CRE. Niektóre produkty (np. CREM) są aktywatorami transkrypcji, podczas gdy inne (np. ICER lub indukowalny represor cyklicznego AMP) działają jako endogenni dominujący negatywni antagoniści. Ponadto kilka aktywujących czynników transkrypcyjnych (ATF) może częściowo wpływać na ekspresję genów poprzez wiązanie się z miejscami CRE. Niedawne badania wykazały związek tych różnych czynników transkrypcyjnych z reakcjami na leki. Amfetamina indukuje ekspresję ICER w jądrze półleżącym, a nadekspresja ICER w tym regionie, poprzez zastosowanie transferu genów za pośrednictwem wirusów, zwiększa wrażliwość zwierzęcia na behawioralne skutki leku.46) Jest to zgodne z przytoczonymi powyżej wnioskami, że lokalna nadekspresja dominujących negatywnych mutantów CREB lub lokalnego knockdown CREB wywiera podobne skutki. Amfetamina indukuje również ATF2, ATF3 i ATF4 w jądrze półleżącym, podczas gdy nie obserwuje się żadnego efektu dla ATF1 lub CREM.47) Nadekspresja ATF2 w tym regionie, podobnie jak ICER, zwiększa reakcje behawioralne na amfetaminę, podczas gdy nadekspresja ATF3 lub ATF4 ma odwrotny efekt. Niewiele wiadomo na temat genów docelowych dla tych różnych białek z rodziny CREB, co jest ważnym kierunkiem dla przyszłych badań.
NFκB
Czynnik jądrowy κB (NFκB), czynnik transkrypcyjny, który jest szybko aktywowany przez różne bodźce, najlepiej jest badać pod kątem jego roli w zapaleniu i odpowiedziach immunologicznych. Ostatnio wykazano, że jest ważny w plastyczności synaptycznej i pamięci.48) NFκB jest indukowany w jądrze półleżącym przez powtarzane podawanie kokainy,49,50) gdzie jest to wymagane do indukcji przez kokainę dendrytycznych kolców jądra półleżącego średnich neuronów kolczastych. Taka indukcja NFκB przyczynia się do uczulenia na nagradzające działanie leku.50) Głównym celem obecnych badań jest zidentyfikowanie docelowych genów, przez które NFκB powoduje tę plastyczność komórkową i behawioralną.
Co ciekawe, indukowanie kokainy przez NFκB odbywa się za pośrednictwem ΔFosB: nadekspresja ΔFosB w jądrze półleżącym indukuje NFκB, podczas gdy nadekspresja dominujących negatywnych bloków ΔcJun indukuje kokainę czynnika transkrypcyjnego.21,49) Regulacja NFκB przez ΔFosB ilustruje złożone kaskady transkrypcyjne zaangażowane w działanie leku. Jak również, NFκB bierze udział w niektórych neurotoksycznych działaniach metamfetaminy w regionach prążkowia.51) Rola NFκB w spinogenezie średniego neuronu kolczastego została ostatnio rozszerzona na modele stresu i depresji,52) odkrycie o szczególnym znaczeniu, biorąc pod uwagę współwystępowanie depresji i uzależnienia oraz dobrze zbadane zjawisko wywołanego stresem nawrotu do nadużywania narkotyków.
MEF2
Odkryto czynnik wzmacniający miocyt 2 (MEF2) ze względu na jego rolę w kontrolowaniu miogenezy serca. Co więcej, MEF2 jest zaangażowany w funkcjonowanie mózgu.53) Wielokrotne izoformy MEF2 ulegają ekspresji w mózgu, w tym w jądrze półleżącym średniej wielkości neuronach kolczastych, gdzie tworzą homo- i heterodimery, które mogą aktywować lub tłumić transkrypcję genów w zależności od rodzaju rekrutowanych białek. Ostatnie prace przedstawiają możliwy mechanizm, dzięki któremu przewlekła kokaina hamuje aktywność MEF2 w jądrze półleżącym częściowo poprzez zależne od receptora cX D1 hamowanie kalcyneuryny, Ca2+zależna fosfataza białkowa.28) Może być również zaangażowana regulacja kokainy Cdk5, która jest również celem kokainy i ΔFosB, jak wspomniano wcześniej. To zmniejszenie aktywności MEF2 jest wymagane do indukcji kokainy kolców dendrytycznych na średnich neuronach kolczastych. Ważnym celem obecnych prac jest identyfikacja genów docelowych za pomocą MEF2, co daje ten efekt.
PRZYSZŁE KIERUNKI
Omówione powyżej czynniki transkrypcyjne to tylko niektóre z wielu badanych przez lata w modelach uzależnień. Inne związane z uzależnieniem obejmują receptor glukokortykoidowy, jądro półleżące czynnik transkrypcyjny 1 (NAC1), czynniki wczesnej reakcji wzrostu (EGR) oraz przekaźniki sygnału i aktywatory transkrypcji (STAT).1,2) Jako jeden przykład, receptor glukokortykoidowy jest wymagany w neuronach dopaminoceptywnych w poszukiwaniu kokainy.54) Celem przyszłych badań jest uzyskanie pełniejszego obrazu czynników transkrypcyjnych indukowanych w jądrze półleżącym i innych regionach nagradzania mózgu w odpowiedzi na przewlekłą ekspozycję na narkotyki i określenie zakresu genów docelowych, na które mają wpływ, aby przyczynić się do fenotypu behawioralnego uzależnienia.
Innym ważnym celem przyszłych badań jest określenie dokładnych etapów molekularnych, dzięki którym te różne czynniki transkrypcyjne regulują docelowe geny. Tak więc wiemy teraz, że czynniki transkrypcyjne kontrolują ekspresję genów poprzez rekrutację do ich genów docelowych szeregu białek koaktywatora lub ko-represora, które razem regulują strukturę chromatyny wokół genów i późniejszą rekrutację kompleksu polimerazy RNA II, który katalizuje transkrypcja.4) Na przykład, ostatnie badania wykazały, że zdolność ΔFosB do indukowania genu cdk5 występuje razem z rekrutacją acetylotransferazy histonowej i pokrewnych białek remodelujących chromatynę do genu.55) W przeciwieństwie do tego, zdolność ΔFosB do represji genu c-Fos występuje wraz z rekrutacją deacetylazy histonowej i przypuszczalnie kilku innych represyjnych białek, takich jak represyjna metylotransferaza histonowa (Rys. 3).2,9,31) Biorąc pod uwagę, że setki białek regulatorowych chromatyny są prawdopodobnie rekrutowane do genu wspólnie z jego aktywacją lub represją, praca ta jest tylko wierzchołkiem góry lodowej ogromnych ilości informacji, które muszą zostać odkryte w nadchodzących latach.
W miarę postępów w identyfikacji docelowych genów dla czynników transkrypcyjnych regulowanych lekami, informacja ta będzie stanowić coraz bardziej kompletny szablon, który może być wykorzystany do kierowania wysiłkami związanymi z odkrywaniem leków. Mamy nadzieję, że opracowane zostaną nowe metody leczenia oparte na tych dramatycznych postępach w zrozumieniu mechanizmów transkrypcji leżących u podstaw uzależnienia.
;
