Comentarii: Două switch-uri moleculare joacă roluri proeminente în toate dependențele, inclusiv dependențele de comportament. Unul subliniez, numit DeltaFosB, celălalt este CREB, subiectul acestui articol.
În urmă cu 20, oamenii de știință s-au conectat la un singur factor de transcriere care răspunde la un număr de medicamente de abuz. Vor duce munca lor la tratamente?
Prin Kerry Grens
Stephen Mague, student absolvent la Universitatea din Pennsylvania, introduce o căruță încărcată cu cuști pentru șoareci într-o cameră de dimensiunea unui dulap mare. Camera seamănă cu un laborator de dezvoltare a fotografiilor, luminat doar de lumină roșie și aglomerat cu bănci mici de lucru și perdele negre agățate. Pe hol, un ecran de televizor afișează imaginea camerei video din interiorul camerei, privind în jos un rând de cutii de plexiglas.
Una câte una, o mână cu mănușă de latex apare în vizor pe ecran și înfipse câte un șoarece maro în fiecare cutie. Animalele se grăbesc explorând colțurile; câteva pauze în mijlocul camerei și se îngrijesc energic. Mague condiționează animalele să asocieze un medicament cu o parte a camerei peste alta, de exemplu, cea cu pereți dungi în loc de pereți solizi. Adăugarea unui medicament precum cocaina în camere face treaba incredibil de ușoară. Doar o singură expunere la drog va face acest lucru, spune studentul absolvent Jess Cleck: „Odată am avut un șoarece așezat 13 minute și 30 de secunde pe partea de unde primise cocaină anterior”.
De-a lungul timpului, atât la animale, cât și la oameni, expunerea la medicament duce la dependență, poftă și retragere atunci când medicamentul este luat. Anxietatea și depresia devin mai frecvente și toate celelalte surse de recompensă își pierd atracția, deoarece medicamentul devine o sursă principală de motivație. Schimbările fiziologice la persoanele cu dependență sunt izbitoare. „Nu este că sunt mai mult sau mai puțin sensibili la un medicament, sunt oameni diferiți”, spune Eric Nestler de la Universitatea din Texas Southwestern Medical Center din Dallas. „Modifici profund natura celulelor nervoase.”
Spirala descendentă de la prima urgență la dependența de durată implică numeroase adaptări neurobiologice: depresia pe termen lung la sinapsele, neurodegenerarea și modificările permanente în expresia genelor. Nu există însă două medicamente similare, deoarece fiecare are propriile idiosincrazii. De exemplu, stimulanții cum ar fi amfetamina și cocaina măresc ramificația neuronală în nucleul accumbens, în timp ce morfina are efectul opus.
Descrierea clasică a efectului unui medicament asupra creierului este centrată pe sistemul de recompensare, în special neuronii care se proiectează ventral din zona tegmentală ventrală (VTA) către nucleul accumbens. Acești neuroni eliberează dopamină, iar alcoolul și drogurile abuzive îi excită direct sau indirect. Când dopamina este livrată către nucleul accumbens, aceasta stimulează plăcerea.
Problema începe când, în timp, acest sistem începe să se erodeze și să dezvolte toleranța. Aceeași cantitate de medicament induce răspunsuri mai mici la dopamină, neuronii VTA se pot micșora, conexiunile sinaptice se descompun, densitățile receptorilor se schimbă, iar expresia anumitor gene crește, în special cele legate de anxietate și depresie. Potrivit lui George Koob de la Institutul Salk din La Jolla, California, aceasta este „partea întunecată a dependenței”, atunci când un dependent continuă să utilizeze un drog doar pentru a ameliora sentimentele proaste ale dependenței.
Julie Blendy, cercetătoarea principală a Mague de la Universitatea din Pennsylvania, Nestler, și alții analizează nenumăratele modificări moleculare care însoțesc expunerea la droguri și dependența de a prinde exact ceea ce se întâmplă transcripțional în creier. Timp de aproape două decenii, cercetătorii în dependență au observat activitatea unui factor de transcripție: proteina cAMP-răspuns-element-obligatoriu (CREB). Această proteină răspunde la o varietate de droguri abuzive, inclusiv cocaină, morfină, alcool, amfetamină și nicotină. Cu toate acestea, în ciuda acestui timp, spune Nestler: „Suntem doar la vârful aisbergului în identificarea genelor țintă CREB”. Totuși, ei speră să găsească clienți potențiali pentru prevenirea sau repararea acestor modificări.
Blendy își amintește exact când s-au născut primii ei șoareci cu deficit de CREB. „Au 15 ani”, spune ea râzând, „am născut-o pe fiica mea [în iunie] și două săptămâni mai târziu au născut primul mutant”. La vremea respectivă, Blendy era postdoctor în laboratorul lui Gunther Schutz la Centrul German de Cercetare a Cancerului din Heidelberg și a existat mult entuziasm în ceea ce privește tehnologia knockout. Alte grupuri au cerut să folosească șoarecii.
Totul s-a oprit, totuși, când grupul lui Schutz a început să caracterizeze șoarecii. „Ne-am dat seama că nu am făcut un knockout complet”, spune Blendy. Animalele mutante aveau forme de îmbinare alternative ale genei CREB, dar sa dovedit a fi un accident fortuit. Animalele knockout CREB nu supraviețuiesc perioadei perinatale. Având doar o cantitate mică de CREB le-a permis acestor mutanți să supraviețuiască până la maturitate, cu modificări funcționale care ar permite cercetătorilor să cerceteze rolul CREB într-o serie de aspecte neurologice, inclusiv învățarea, memoria, tulburările de dispoziție și dependența.
În acest moment, la mijlocul anilor 90, factorul de transcripție era deja o țintă a cercetării dependenței. A început în anii 1970 cu enzima adenilil ciclază din locus ceruleus, o zonă cu aspect albăstrui al trunchiului creierului care furnizează norepinefrină în numeroase părți ale creierului. Adenilil ciclaza sintetizează AMPc, care la rândul său activează CREB. Premiul Nobel Marshall Nirenberg și colegii săi au furnizat dovezi în neuronii locus ceruleus ai unei „toleranțe celulare” la morfină. Au arătat că, în timp ce activitatea adenilil ciclazei scade după expunerea la morfină, atunci când medicamentul este lăsat să se incubeze cu celulele mai mult de o zi, activitatea adenilil ciclază revine înapoi.1 Când medicamentul a fost îndepărtat, activitatea enzimei a crescut, autorii interpretează ca o retragere celulară din dependență: „Acest fenomen poate fi asemănat cu sindromul de abstinență la animale”.
„Modifici profund natura celulelor nervoase.” -Eric Nestler
Abia mai mult de un deceniu mai târziu, la începutul anilor 1990, când Nestler, pe atunci la Universitatea Yale, și grupul său au replicat rezultatele in vivo și s-au mutat doi pași în aval de la adenilil ciclaza la activarea CREB. Au arătat că o doză de morfină afectează fosforilarea CREB (un marker al activării CREB), dar acea activitate revine la normal după o expunere mai lungă la medicament.2 „Aproape în același timp”, își amintește Nestler, „ne întrebam: Locus ceruleus este doar un sistem model pentru sistemul opiaceului, dar alți neuroni răspund? ” El a apelat la nucleul accumbens, un grup de neuroni care primesc aporturi dopaminergice din zona tegmentală ventrală și care sunt implicați în sistemul de recompensă al creierului. Acolo, Nestler a găsit rezultate similare: utilizarea cronică a morfinei crește activitatea CREB.
Șoarecii cu deficit de CREB din laboratorul lui Schtz au prezentat o oportunitate de a măsura dacă CREB a fost necesar în procesul de dependență. Cu Rafael Maldonado, care era atunci la Universitatea din Paris, Blendy a arătat în 1996 că șoarecii ei mutanți nu aveau simptomele de retragere a morfinei pe care le prezintă animalele normale.3 „Prin definiție, dependența înseamnă prezența unui sindrom de sevraj atunci când medicamentul este eliminat ”, Spune Blendy. „Întrebarea este: animalele nu au fost niciodată dependente de droguri?” Blendy a concluzionat că CREB este important în inițierea dependenței. Dar o explicație atât de simplă era prea bună pentru a fi adevărată.
Bill Carlezon, acum profesor asociat de psihiatrie la Spitalul McLean de la Harvard din Belmont, Massachusetts, era postdoctor la laboratorul Nestler la mijlocul anilor 1990, studiind cocaina în nucleul accumbens. La acea vreme, nu exista o modalitate bună de a viza CREB direct, astfel încât grupul Nestler a dezvoltat un vector de virus cu o formă mutantă de CREB care concurează cu CREB endogen și îi blochează activitatea. Când animalelor mutante li s-a administrat cocaină, acestea au arătat o preferință crescută pentru medicament, în timp ce atunci când CREB a fost supraexprimat la animale, au manifestat o aversiune față de acesta.
Blendy a găsit rezultate similare după ce s-a mutat la Universitatea din Pennsylvania în 1997 cu linia de șoarece cu deficit de CREB. Când acestor animale li s-au administrat doze mici de cocaină (doze suficient de mici pentru a le face să nu se distingă de la ser fiziologic la animalele de tip sălbatic), animalele au arătat o preferință puternică pentru partea laterală a cutiei în care au primit cocaină.5 „Animale cu deficit de CREB arată o îmbunătățire a recompensei pentru cocaină ”, spune Blendy.
Deși datele lui Blendy erau de acord cu rezultatele lui Nestler și Carlezon, acestea erau descoperiri care păreau în afara rezultatelor sale pentru morfină. În timp ce deficitul de CREB părea să atragă animalele mai mult interesul asupra cocainei, acesta acționa opus cu morfina. Blendy suspectează că discrepanța este legată de diferitele regiuni ale creierului la care funcționează fiecare medicament. Deși toate medicamentele abuzive ajung să crească dopamina în nucleul accumbens, acestea acționează prin diferite mecanisme: Cocaina blochează transportatorii de dopamină din nucleul accumbens, în timp ce morfina dezinhibă celulele dopaminei din zona tegmentală ventrală.
Complexitatea modificărilor moleculare implicate în dependența de droguri nu se oprește aici. Alcoolul și nicotina acționează diferit asupra CREB față de cocaină și morfină. Mai mult, un alt factor de transcripție, DFosB, este reglat în mod similar cu CREB, deși are efecte opuse asupra comportamentului.6
Răspunsul DFosB la medicamente poate fi la fel de important pentru dependența de CREB, în special în ceea ce privește schimbările pe termen lung. Potrivit lui Nestler, CREB furnizeaza, in esenta, feedback negativ din partea medicamentelor, iar DPosB promoveaza efectele recompensatoare ale medicamentelor.
„DFosB poate fi văzut în multe feluri ca inversul CREB”, spune Nestler. Cu toate acestea, cu o complexitate uluitoare, ambii factori de transcripție pot fi reglati în sus în aceeași celulă. „Unele celule prezintă activare CREB, altele induc DFosB și altele se suprapun”, explică Nestler. „Este un proces foarte complex care trebuie rezolvat.”
În ciuda acestor lacune în cunoștințe, până în anii 1990, oamenii de știință au fost siguri că CREB este important în reglementarea efectelor abuzului de droguri. De asemenea, își dăduseră seama, totuși, că aparent nu era un marker unic pentru toate medicamentele din toate regiunile creierului, darămite un tratament. „CREB nu va fi niciodată o țintă terapeutică. Este prea important, este prea omniprezent ”, spune Blendy.
Ea a decis să se transforme în aval. Grupul ei urmărește expresia unui număr de gene țintă CREB în timpul procesului de dependență de droguri, de la expunerea inițială la dependență până la retragere. "Speranța este că unele dintre țintele [genele] de care este responsabilă vor fi ideale."
O genă țintă din aval care a arătat cele mai dramatice rezultate în expresia diferențială prin aceste faze este factorul de eliberare a corticotropinei (CRF, denumit și hormonul de eliberare a corticotropinei, CRH). CRF este important în medierea răspunsurilor la stres, dar este implicat și în partea întunecată a dependenței lui Koob. „Ceea ce găsim”, spune Koob, „acest lucru este valabil mai ales cu alcoolul și opiaceele și nicotina și poate puțin mai puțin pentru cocaină - atunci când animalele iau multe droguri, sistemul CRF se angajează și contribuie la consumul excesiv de droguri - luând. "
Markus Heilig, directorul clinic al Institutului Național pentru Abuzul de Alcool și Alcoolism, spune că reglementarea în sus a sistemului CRF pare a fi permanentă. „În ultimul an, o serie de lucrări puse la picioare la rozătoare că, dacă aveți o istorie lungă de dependență de alcool și cicluri de intoxicație și retragere, va induce modificări remarcabile de durată în sistemul endogen [CRF]”, Heilig spune.
Koob a arătat cel mai recent că animalele dependente de alcool beau mai puțin în timpul retragerii atunci când li s-a administrat un antagonist al receptorului CRF1 „S-ar prezice [un antagonist al receptorului CRF7] ar putea fi un medicament excelent pentru retragere”, spune Nestler. Cu toate acestea, a fost dificil să găsim un antagonist sigur pentru utilizare la oameni. Studiile clinice pe un singur medicament, NBI 1, au fost întrerupte în urmă cu câțiva ani după ce doi pacienți au dezvoltat niveluri ridicate de enzime hepatice.30775 Koob și Heilig, printre altele, lucrează pentru a găsi un antagonist al receptorilor CRF8 care să poată fi utilizat în siguranță pentru a trata dependența.
În luna martie a acestui an, Heilig a publicat rezultate promițătoare la șobolanii dependenți de alcool, arătând că medicamentul a oprit animalele dependente de a căuta alcool atunci când au fost expuse la un stresor. Dacă un antagonist al receptorilor CRF9 ar putea fi dezvoltat într-un medicament, cea mai probabilă aplicare ar fi în timpul retragerii acute.
„CREB nu va fi niciodată o țintă terapeutică. Este prea important, este prea omniprezent. ”- Julie Blendy
La aproximativ 300 de mile nord de laboratorul Penn al lui Blendy, un om de știință îmbrăcat în mod similar, înmănușat și cu botul de la spitalul McLean de la Harvard conduce un cărucior de animale pe un hol. Aceștia sunt șobolanii experimentali ai lui Carlezon, fiecare echipat cu un electrod asemănător unei antene montat chirurgical în vârful capului. Electrodul alimentează o stimulare plăcută, sub forma unor impulsuri de undă pătrată de curent electric, în centrul de recompensă al creierului. În biroul lui Carlezon, el redă un videoclip cu un șoarece care învârte neîncetat o roată pentru a primi curentul plăcut. „Probabil se simte cel mai bun lucru vreodată. Animalele îl vor alege pe droguri, mâncare, sex - orice ”, spune el.
La un moment dat, mouse-ul încetează să rotească roata când curentul scade sub o frecvență în care recompensa este diminuată, spune Carlezon. Când animalele trec prin retragerea din cocaină, cantitatea minimă de curent pentru care sunt dispuși să lucreze - „pragul de recompensă” - crește.10 „Deoarece stimularea nu este la fel de satisfăcătoare în timpul retragerii, șoarecii necesită frecvențe mai mari pentru a le obține să lucreze [pentru stimulare]. ” Concluzia lui Carlezon: „Credem că fac mai multă dinorfină”.
Dynorfinul este un opioid endogen care acționează la receptorii k-opioizi și este o genă țintă în aval a CREB. Carlezon a arătat că, atunci când funcția CREB sau dinorfin este crescută în nucleul accumbens, cocaina este mai puțin satisfăcătoare și, uneori, chiar aversivă. Dar atunci cand receptorii k sunt blocati, efectul dispare. 4 Carlezon experimenteaza acum oferind antagonisti ai receptorilor k-opioizi la sobolanii care se confrunta cu retragerea cocainei si masura daca aceste medicamente pot tine pragurile de recompensa constante. Dacă antagoniștii funcționează, Carlezon spune că ar putea fi candidați pentru tratarea simptomelor de retragere a medicamentelor.
Koob și Brendan Walker, de asemenea la Scripps, au folosit un antagonist al receptorului k-opioid, nor-binaltorfimina, la șobolanii dependenți de etanol și au descoperit că au băut mai puțin. La animalele care nu erau dependente, comportamentele de băut nu s-au schimbat. Walker spune că susține ideea că sistemul dinorfin-k-opioid este implicat în „partea întunecată” a dependenței11. „În general”, spune Walker, „aceasta este ipoteza - atunci când animalele sunt dependente și eliminați alcoolul, efectul negativ crescut îi face să dorească să obțină mai mult alcool. Se pare că dacă putem bloca acest sistem atunci putem, într-un anumit sens, bloca motivația aninalului de a consuma excesiv alcool. ”
Charles O'Brien, vicepreședinte de psihiatrie la Universitatea din Pennsylvania și director al Centrului pentru Studii în Dependență, spune că cercetările privind antoroniștii dinorfinei și ai receptorilor CRF1 par a fi promițătoare, dar pentru a trata cu adevărat dependența, ținta trebuie să fie centrul de memorie al creierului , care poate implica sau nu CREB.
„Dependența este un comportament compulsiv de căutare a drogurilor”, spune O'Brien. „Nu schimbările produse de alcool, cocaină sau heroină în sine. Faptul că, după dispariția medicamentului, există o învățare, o urmă de memorie, care produce pofta, care produce căutare de droguri și recidivă. ” Nestler spune că aceste amintiri sunt o viață lungă. „În copilărie, am atins o sobă fierbinte și ne-am amintit că nu merită niciodată să experimentăm cu o sobă fierbinte…. Amintirile despre droguri pot fi la fel de puternice ca acele amintiri. ”
Dacă învățarea dependenței implică CREB este incert. Cu toate acestea, Nestler spune că manipularea genelor țintă ale CREB pentru a ușura simptomele de sevraj poate ajuta la alte tratamente de dependență, cum ar fi terapia cognitiv-comportamentală, care ar putea influența amintirile. „În opinia mea, cu cât primiți mai repede aceste [potențiale medicamente] în subiecți umani, cu atât mai bine”, spune O'Brien. „Modelele animale pot indica calea, dar mai devreme sau mai târziu trebuie să le aduci în ființe umane.”
Referinte
1. SK Sharma și colab., „Reglarea dublă a adenilat ciclazei reprezintă dependența și toleranța narcotică”, Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]
2. X. Guitart și colab., „Reglarea fosforilării proteinei de legare a elementelor de răspuns AMP ciclic (CREB) prin morfină acută și cronică în locus ceruleus de șobolan”, J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]
3. R. Maldonado și colab., „Reducerea abstinenței morfinei la șoareci cu o mutație a genei care codifică CREB”, Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
4. WA Carlezon, Jr. și colab., „Regulamentul recompensei de cocaină de către CREB”, Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, „Cerințe diferite pentru proteina de legare a elementului de răspuns AMPc în proprietățile de întărire pozitive și negative ale drogurilor abuzive”, J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
6. EJ Nestler, „Există o cale moleculară comună pentru dependență?” Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [PUBMED]
7. CK Funk și colab., „Antagoniștii factorului de eliberare a corticotropinei 1 reduc selectiv autoadministrarea etanolului la șobolanii dependenți de etanol”, Biol Psych, 61: 78-86, 2007. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, „NBI 30775 (R121919), un antagonist activ oral al receptorului de tip 1 al factorului de eliberare a corticotropinei (CRF) pentru tratamentul anxietății și depresiei”, Drug Dev Res, 65: 216- 26, 2005. [PUBMED]
9. DR Gehlert și colab., „3- (4-Clor-2-morfolin-4-il-tiazol-5-il) -8- (1-etilpropil) -2,6-dimetil-imidazo [1,2 -b] piridazină: un nou antagonist al receptorului 1 al factorului de eliberare a corticotropinei, disponibil pe cale orală, cu eficacitate în modelele animale de alcoolism, ”J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
10. I. Goussakov și colab., „LTP în amigdala laterală în timpul retragerii cocainei”, Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]
11. Walker BM și Koob GF, „Dovezi farmacologice pentru un rol motivațional al sistemelor de opioide ?? în dependența de etanol”, Neuropsychopharmacology, publicație online 2 mai 2007 [PUBMED]
Citiți mai multe: Cercetare pentru dependență - The Scientist - Magazine of the Life Sciences http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
;