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.
Sursă
Departamentul de Psihiatrie, Universitatea din Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390-9070, SUA.
Abstract
Factorul de transcripție DeltaFosB se acumulează și persistă în creier ca răspuns la stimularea cronică. Această acumulare după expunerea cronică la medicamente de abuz a fost demonstrată mai devreme prin Western blot cel mai dramatic în regiunile striatale, incluzând striatum dorsal (caudate / putamen) și nucleul accumbens. În studiul de față, am folosit imunohistochimia pentru a defini cu precizie anatomică mai mare inducerea DeltaFosB în întregul creier al rozătoarelor după tratamentul cronic al medicamentului. De asemenea, am extins cercetările anterioare care implică cocaină, morfină și nicotină la două medicamente suplimentare de abuz, etanol și delta (9) -tetrahidrocannabinol (substanța activă în marijuana) (Delta (9) -THC). Arătăm aici că administrarea cronică, dar nu cea acută, a fiecăruia dintre cele patru medicamente de abuz, cocaină, morfină, etanol și Delta (9) -THC induc DeltaFosB în nucleul accumbens, deși modele diferite în subregiunea de bază din acest nucleu au fost evidente pentru diferite medicamente. De droguri, de asemenea, diferite in gradul lor de inductie DeltaFosB in striat dorsale. In plus, toate cele patru medicamente au indus DeltaFosB in cortexul prefrontal, cu cele mai mari efecte observate cu cocaina si etanol, iar toate medicamentele au indus deltaFosB intr-o mica masura in amigdala. Mai mult, toate medicamentele au indus DeltaFosB în hipocampus și, cu excepția etanolului, cea mai mare parte a acestei inducții a fost observată în dentat. Nivelurile inferioare ale inducției DeltaFosB au fost observate în alte zone ale creierului, ca răspuns la un anumit tratament medicamentos. Aceste constatări oferă dovezi suplimentare că inducerea DeltaFosB în nucleul accumbens este o acțiune comună a practic tuturor drogurilor de abuz și că, dincolo de nucleul accumbens, fiecare medicament induce DeltaFosB într-o manieră specifică regiunii în creier.
INTRODUCERE
Expunerea acută la cocaină determină inducerea tranzitorie a factorilor de transcripție c-Fos și FosB în regiunile striatale (Graybiel și colab., 1990, Hope și colab., 1992; Young și alții, 1991), în timp ce expunerea cronică la medicamente în acumularea de izoforme stabilizate ale ΔFosB, o variantă trunchiată de legătură a genei fosB (Hiroi și colab., 1997, Hope și colab., 1994, Moratalla și colab., 1996, Nye și colab., 1995). Odată indusă, ΔFosB persistă în aceste regiuni timp de câteva săptămâni datorită stabilității neobișnuite a proteinei. Cercetări mai recente au arătat că stabilitatea ΔFosB este mediată de absența domeniilor degronate găsite la capătul C al FosB cu lungime întreagă și în toate celelalte proteine de familie Fos (Carle și colab., 2007) și prin fosforilarea ΔFosB la N -termină (Ulery și colab., 2006). Spre deosebire de aceasta, administrarea cronică a medicamentului nu modifică splicingul pre-ARN fosB în ARN-ul ΔfosB, nici stabilitatea ARNm (Alibhai și colab., 2007), ceea ce indică în continuare că acumularea proteinei ΔFosB este mecanismul predominant implicat.
Dovezile în creștere indică faptul că inducerea ΔFosB în regiunile striatale, în special striatumul ventral sau nucleul accumbens, este importantă în medierea aspectelor de dependență. Overexpresia ΔFosB în aceste regiuni de șoareci bitransgenici induceți sau prin transferul genic mediată viral crește sensibilitatea animalului la efectele locomotoare-activatoare și recompensatoare ale cocainei și ale morfinei, în timp ce exprimarea unui antagonist negativ dominant al ΔFosB (numit Δc- Jun) are efecte opuse (Kelz și colab., 1999, McClung și Nestler, 2003, Peakman și colab., 2003, Zachariou și colab., 2006). Supraexpresia ΔFosB sa dovedit a crește motivația stimulativă a cocainei (Colby și colab., 2003). Mai mult, ΔFosB este indus preferențial de cocaina la adolescenți, ceea ce poate contribui la creșterea vulnerabilității acestora la dependență (Ehrlich și colab., 2002).
În ciuda acestor dovezi, rămân întrebări importante. Deși administrarea cronică a mai multor alte medicamente de abuz, incluzând amfetamina, metamfetamina, morfina, nicotina și fencyclidina, au fost raportate ca să inducă ΔFosB în regiunile striatale (Atkins și colab., 1999, Ehrlich și colab., 2002, McDaid și colab. 2006, Muller și Unterwald, 2005, Nye și Nestler, 1995, Pich și colab., 1996, Zachariou și colab., 1997), sunt puține sau nu sunt disponibile informații despre acțiunea etanolului și Δ2006-tetrahidrocanabinol (Δ9-THC, ingredientul activ în marijuana). Două studii prealabile au arătat că imunoreactivitatea asemănătoare FosB este indusă în hipocampus și anumite alte zone ale creierului în timpul retragerii etanolului, dar rămâne nesigur dacă această imunoreactivitate reprezintă ΔFosB sau FosB cu lungime întreagă (Bachtell și colab., 9, Beckmann și colab., 1999 ). Studiul etanolului și al Δ1997-THC este deosebit de important, deoarece acestea sunt două dintre cele mai frecvent utilizate medicamente de abuz în Statele Unite ale Americii (SAMHSA, 9). Mai mult, deși se demonstrează că medicamentele stimulatoare sau opiate de abuz induc DFosB în alte regiuni ale creierului izolate, care, pe lângă nucleul accumbens și striatumul dorsal, includ cortexul prefrontal, amigdala, ventralul pallidum, zona tegmentală ventrală și hipocampusul (Liu și colab., 2005; McDaid și colab., 2007a, 2006b; et al., 2006, Perrotti și colab., 1995), nu a existat o mapare sistematică a inducerii ΔFosB în creier ca răspuns la expunerea cronică la medicament.
Scopul acestui studiu a fost de a utiliza proceduri imunohistochimice pentru a cartografia inducerea ΔFosB în întregul creier după administrarea cronică a patru medicamente prototipice de abuz: cocaină, morfină, etanol și Δ9-THC.
MATERIALE SI METODE
animale
Toate experimentele au fost efectuate utilizând șobolani masculi Sprague Dawley (Charles River, Kingston, 250-275 g). Animalele au fost adăpostite câte două pe cușcă și au fost obișnuiți cu condițiile unei camere de animale timp de o săptămână înainte ca experimentele să înceapă. Au avut acces liber la hrană și apă. Experimentele au fost realizate în conformitate cu protocoalele revizuite de Comitetul pentru îngrijirea și utilizarea instituțională a animalelor de la Universitatea din Texas Southwestern Medical Center din Dallas.
Tratamente de droguri
Cocaina cronică
Șobolanii (n = 6 per grup) au primit injecții de clorhidrat de cocaină de două ori pe zi (15 mg / kg ip, Institutul Național pentru Abuzul de droguri, Bethesda, MD) dizolvate în 0.9% soluție salină pentru zilele 14. Șobolanii control (n = 6 per grup) au primit ip injecții de soluție salină 0.9% în aceeași procedură cronică. Toate injecțiile au fost administrate în cuștile animalelor. Sa demonstrat că acest regim de tratament produce adaptări comportamentale și biochimice robuste (vezi Hope et al., 1994).
Cocaina se autoadministrează
Animalele (n = 6 pe grup) au fost instruite pentru a apăsa o pârghie pentru o peletă 45 mg de zaharoză. După acest antrenament, animalele au fost hrănite ad libitum și implantate chirurgical sub anestezie pentobarbitală cu un cateter jugular cronic (tubul Silastic, Green Rubber, Woburn, MA) așa cum s-a descris anterior (Sutton și colab., 2000). Cateterul a trecut subcutanat pentru a ieși din spate printr-o canulă 22-gauge (Plastics One, Roanoke, VA), încorporată în ciment cranioplastic și securizată cu o plasă chirurgicală Marlex (Bard, Cranston, RI). Administrarea de sine a fost efectuată în camere de testare operante (Med Associates, St. Alban, VT), care erau distincte din punct de vedere contextual din cușca de origine animală și situate într-o cameră diferită. Fiecare cameră a fost închisă într-un compartiment de atenuare a sunetului echipat cu un ansamblu de pompă de perfuzie compus dintr-o pompă Razel Model A (Stamford, CT) și o seringă de sticlă 10 ml conectată la un pivot de fluid (Instech, Plymouth Meeting, PA) . Tubul Tygon a conectat pivotul la ansamblul cateterului animalului și a fost închis de un arc metalic. Fiecare cameră operantă conținea două pârghii (4 × 2 cm2, amplasate 2 cm de pe podea). În timpul antrenamentului cu autoadministrare, o singură manetă 20 g pe maneta activă a transmis o perfuzie intravenoasă de cocaină (0.5 mg / kg și infuzie 0.1 ml) într-un interval de perfuzie 5. Infuzia a fost urmată de o perioadă de scurtă durată a lui 10, în timpul căreia lumina casei a fost stinsă, iar răspunsul nu a produs consecințe programate. Iluminarea luminii casei a semnalat sfârșitul perioadei de expirare. Levierul apăsat pe pârghia inactivă nu a produs nici o consecință. Animalele au administrat cocaina pe parcursul sesiunilor 14-h 4 zilnic (6 zile / saptamana) in timpul ciclului lor intunecat; media dozei zilnice a fost de ~ 50 mg / kg. Un grup de animale joker au fost manipulate în mod identic doar că au primit infuzii de cocaină atunci când omologii lor de auto-administrare au primit droguri. Un grup de animale de control saline au fost lăsați să pârghie presă pentru perfuzii saline. Sa demonstrat că acest regim de tratament produce adaptări comportamentale și biochimice robuste (vezi Sutton et al., 2000).
Cronică morfină
Peletele de morfină (fiecare conținând 75 mg de bază de morfină, Institutul Național pentru Abuzul de Droguri) au fost implantate sc o dată pe zi pentru zilele 5 (n = 6). Șobolanii de control au suferit o operație simplă pentru zile consecutive 5 (n = 6). Sa demonstrat că acest regim de tratament produce adaptări comportamentale și biochimice robuste (vezi Nye și Nestler, 1996).
Δ9-THC
Δ9-THC s-au dizolvat într-o soluție 1: 1: 18 de etanol, emulfat și soluție salină. Șoarecii au fost injectați subcutanat de două ori pe zi cu A9-THC sau vehicul pentru zile 15. Doza inițială de Δ9-THC a fost 10 mg / kg, iar doza a fost dublată la fiecare trei zile până la doza finală de 160 mg / kg. Am folosit șoareci pentru Δ9-THC, deoarece sa demonstrat că acest regim de tratament produce adaptări comportamentale și biochimice robuste la această specie (Sim-Selley și Martin, 2002).
etanol
Etanolul (din stocul 95%, Aaper, Shelbyville, KY) a fost administrat prin intermediul unei diete nutritive complete din punct de vedere nutrițional. Această procedură standard pentru etanol dietetic implică administrarea de 7% [greutate / volum (greut / vol)] etanol într-o dietă pe bază de lactalbumin / dextroză pentru zilele 17, timp în care șobolanii consumă în general etanol la 8-12 g / kg / zi și atinge concentrații de etanol în sânge până la 200 mg / dl (Criswell și Breese, 1993, Frye și colab., 1981, Knapp și colab., 1998). Dieta a fost completă din punct de vedere nutrițional (cu concentrații de vitamine, minerale și alți nutrienți proveniți din ICN Research Diets și echilibrat caloric (cu dextroză) pe șobolani tratați cu etanol și șobolani de control. volumul de dietă echivalent cu aportul mediu al șobolanilor tratați cu dietă cu etanol cu o zi înainte, ambele grupuri câștigând cu ușurință greutate în timpul perioadei de expunere la etanol (nu este prezentat). și colab., 1998).
imunohistochimie
Optsprezece până la 24 h după ultimul lor tratament, animalele au fost profund anesteziați cu hidrat de clor (Sigma, St. Louis, MO) și perfuzate intracardially cu 200 ml de soluție salină tamponată cu fosfat 10 (PBS) urmată de 400 ml de paraformaldehidă 4% PBS. Creierele au fost îndepărtate și depozitate peste noapte în paraformaldehidă 4% la 4 ° C. În dimineața următoare, creierul a fost transferat la un 20% glicerol în soluție 0.1 M PBS pentru crioprotecție. Secțiunile coronare (40 μm) au fost tăiate pe un microtom înghețat (Leica, Bannockburn, IL) și apoi au fost prelucrate pentru imunohistochimie. Au fost detectate imunoreactivitățile ΔFosB și FosB utilizând două antiseruri policlonale de iepure diferite. Un antiser, dezvoltat împotriva C-terminalului FosB care este absent în ΔFosB (aa 317-334) recunoaște FosB cu lungime întreagă, dar nu ΔFosB (Perrotti și colab., 2004). Celălalt antiser, un anticorp "pan-FosB", a fost ridicat împotriva unei regiuni interne a FosB și recunoaște atât FosB cât și ΔFosB (sc-48, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
Colorarea asemănătoare FosB a fost dezvăluită prin utilizarea metodei complex de peroxidază avidin-biotină. Pentru această procedură, secțiunile creierului au fost tratate mai întâi cu 0.3% H2O2 pentru a distruge peroxidazele endogene și apoi au fost incubate pentru 1 h în seruri de caprine normale 0.3% Triton X-100 și 3% pentru a minimiza etichetarea nespecifică. Secțiunile de țesut au fost apoi incubate peste noapte la temperatura camerei în 1% ser de capră normală, 0.3% Triton X-100 și anticorp pan-FosB (1: 5000). Secțiunile au fost spălate, plasate pentru 1.5 h în 1: diluție 200 a imunoglobulinei biotinilate de capră și antirabbit (DakoCytomation, Carpinteria, CA), spălate și plasate pentru 1.5 h în diluția 1: 200 a complexului avidin-biotină din kitul Elite Laboratories, Burlingame, CA). Activitatea peroxidazei a fost vizualizată prin reacția cu diaminobenzidina (Vector Laboratories). Sfoanele codificate au fost utilizate pentru a număra numărul de celule imunostiactive FosB. Codul nu a fost rupt până când analiza unui experiment individual nu a fost finalizată.
Odată ce a fost detectată imunoreactivitatea de tip FosB, s-a efectuat etichetarea fluorescentă dublă cu anticorpul FosB-specific (C-terminal, 1: 500) și anticorpul pan-FosB (sc-48; 1: 200) ΔFosB. A fost utilizat un protocol publicat (Perrotti și colab., 2005). Proteinele au fost vizualizate utilizând CY2 și CY3 anticorpi secundari marcați cu fluorofor (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Localizarea expresiei proteinei a fost efectuată pe un microscop confocal (Axiovert 100, LSM 510 cu lungimi de undă de emisie META ale 488, 543 și 633, Zeiss, Thornwood, NY). Imaginile prezentate aici au fost capturate pe acest sistem și reprezintă o secțiune 1 μm-groasă printr-un plan Z.
analize statistice
Inducerea semnificativă a celulelor osFosB + a fost evaluată utilizând teste t sau ANOVA unidirecționale, urmate de testul Newman-Keuls ca analiză post hoc. Toate analizele au fost corectate pentru comparații multiple. Datele sunt exprimate ca medie ± SEM. Semnificația statistică a fost definită ca P <0.05.
REZULTATE
Inducerea ΔFosB în creier
Pentru a compara direct modelele de inducție a ΔFosB în creier ca răspuns la diferite tipuri de medicamente de abuz, am administrat patru medicamente prototipice, cocaină, morfină, etanol și Δ9-THC și am examinat expresia ΔFosB 18-24 h după ultima expunere la medicament . Am folosit scheme standard de tratament pentru medicamente, care au fost demonstrate în literatură pentru a produce sechele comportamentale și biochimice ale expunerii cronice la medicament (vezi secțiunea Materiale și metode). Nivelurile de ΔFosB au fost cuantificate prin imunohistochimie, cu accent pe regiunile mediane și creierul implicate în recompensa și dependența de droguri. Această cartografiere fină a inducției ΔFosB a fost efectuată cu un anticorp pan-FosB, care recunoaște atât ΔFosB, cât și FosB cu lungime întreagă. Cu toate acestea, știm că toată imunoreactivitatea observată pentru fiecare dintre medicamente se datorează numai ΔFosB, deoarece un anticorp selectiv pentru FosB cu lungime întreagă (vezi secțiunea Material și metode) nu a detectat celule pozitive. Mai mult, toată imunoreactivitatea detectată de anticorpul pan-FosB a fost pierdută la șoarecii fosB knockout, ceea ce confirmă specificitatea acestui anticorp pentru produsele genei fosB, spre deosebire de alte proteine de familie Fos. Aceste controale sunt prezentate pentru cocaină în Figura 1, dar au fost observate și pentru toate celelalte medicamente (nu sunt prezentate). Aceste constatări nu sunt surprinzătoare, deoarece la punctul de timp 18-24 h utilizat în acest studiu, întreaga FosB cu lungime întreagă, indusă de ultima administrare a medicamentului, ar fi de așteptat să se degradeze, lăsând ΔFosB mai stabil ca singura gena fosB produsul rămas (vezi Chen și colab., 1995; Hope și colab., 1994).
Fig. 1
Imunohistochimie cu fluorescență cu dublă etichetare utilizând anticorpul anti-FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) sau anti-FosB (C-terminal) prin nucleul accumbens al animalelor tratate cu cocaină acută sau cronică și un șobolan de control. Pete de anticorpi pan-FosB (mai multe ...)
Un rezumat al constatărilor globale ale acestui studiu este prezentat în Tabelul I. Fiecare dintre cele patru medicamente a fost găsit a induce semnificativ ΔFosB în creier, deși cu modele de inducție parțial distincte observate pentru fiecare medicament.
Tabelul I
Inducerea ΔFosB în creier prin medicamente de abuz
Inducerea ΔFosB în regiunile striatale
Cea mai dramatică inducție a ΔFosB a fost observată în nucleul accumbens și striatum dorsal (caudate / putamen), unde toate cele patru medicamente au indus proteina (Fig. 2-Fig. 4). Acest lucru este arătat cantitativ în Figura 5. Inducția ΔFosB a fost observată atât în subregiunea de bază, cât și în coaja nucleului accumbens, cu o marjă mai mare inducție observată în miezul majorității medicamentelor. Inducția puternică a ΔFosB a fost observată, de asemenea, în striatumul dorsal pentru majoritatea medicamentelor. O excepție a fost Δ9-THC, care nu a induce în mod semnificativ ΔFosB în cochilia nucleului accumbens sau striatum dorsal, în ciuda tendințelor puternice (a se vedea figura 4, tabelul I). Interesant, etanolul a produs cea mai mare inducție a ΔFosB în nucleul nucleus accumbens comparativ cu celelalte tratamente.
Fig. 2
Inducerea ΔFosB în nucleul șobolanului accumbens la un șobolan martor (A) sau după tratament cronic cu etanol (B), morfină (C) sau cocaină (D). Nivelurile de imunoreactivitate asemănătoare cu FosB au fost analizate prin imunohistochimie utilizând un anticorp pan-FosB. (Mai Mult …)
Fig. 4
Inducerea ΔFosB în creierul șoarecelui după tratamentul cronic cu Δ9-THC. Nivelurile de imunoreactivitate asemănătoare cu FosB au fost analizate prin imunohistochimie utilizând un anticorp pan-FosB la animalele martor (A, C, E) și Δ9-THC cronice (B, D, F). Notă (mai multe ...)
Fig. 5
Cuantificarea inducției ΔFosB în regiunile striatale după tratamentele cu morfină cronică, Δ9-THC, etanol și cocaină. Graficele cu bare arată numărul mediu de celule ΔFosB + la animalele martor și la animalele supuse morfinei cronice, (mai mult ...)
Inducerea ΔFosB prin expunere voluntară față de forța de droguri
Având în vedere inducerea dramatică a ΔFosB în regiunile striatale, am fost interesați să determinăm dacă capacitatea unui medicament de a induce proteina în aceste regiuni a variat ca o funcție de expunere voluntară față de forța de droguri. Pentru a aborda această întrebare, am studiat un grup de șobolani care au administrat cocaină pentru zilele 14 și au comparat inducerea ΔFosB la aceste animale cu cei care au primit perfuzii cu cocaină și acelea care au primit numai soluție salină. După cum se arată în Figura 6, cocaina autoadministrată a indus puternic DFosB în nucleul accumbens (ambele subregiuni de bază și coajă) și striatum dorsal, cu grade echivalente de inducție observate pentru medicamentul administrat de sine în asociere cu medicamentul. Mărimea inducerii ΔFosB observată în aceste două grupe de animale a fost mai mare decât cea observată la injectările ip de cocaină (a se vedea figura 5), probabil datorită cantităților mult mai mari de cocaină din experimentul de auto-administrare (doze zilnice: 50 mg / kg iv față de 30 mg / kg ip).
Fig. 6
Cuantificarea inducției osFosB în regiunile striatale după autoadministrarea cronică a cocainei. Graficele cu bare arată numărul mediu de celule ΔFosB + la animalele de control și la animalele supuse tratamentelor cu cocaină, în nucleu și (mai mult ...)
Inducerea ΔFosB în alte regiuni ale creierului
Dincolo de complexul striatal, administrarea cronică a drogurilor de abuz a indus osFosB în mai multe alte zone ale creierului (vezi Tabelul I). Ar trebui să subliniem că datele prezentate în tabelul I sunt semiquantitative și nu reprezintă cuantificarea precisă a inducției ΔFosB, așa cum se efectuează pentru regiunile striatale (Fig. 5 și Fig. 6). Cu toate acestea, suntem încrezători în inducerea ΔFosB în aceste regiuni nonstriatale: osFosB este practic nedetectabil în aceste regiuni în condiții bazale, astfel încât detectarea consecventă a ΔFosB după expunerea cronică la medicamente este semnificativă statistic (P <0.05 cu χ2).
În cortexul prefrontal sa observat o inducție puternică de către toate medicamentele, cu morfină și etanol care par să producă cele mai puternice efecte în cele mai multe straturi (Fig. 4 și Fig. 7). Toate cele patru medicamente au cauzat, de asemenea, nivele scăzute de inducție ΔFosB în nucleul patului stria terminalis (BNST), nucleul interstițial al membrelor posterioare ale comisiei anterioare (IPAC) și în întregul complex amigdală (Fig. 8). S-au observat, de asemenea, efecte suplimentare, specifice anumitor medicamente. Cocaina și etanolul, dar nu morfina sau Δ9-THC, păreau să inducă nivele scăzute de ΔFosB în septul lateral, fără inducție observată în septul medial. Toate medicamentele au indus ΔFosB în hipocampus și, cu excepția etanolului, cea mai mare parte a acestei inducții a fost observată în girusul dentat (tabelul I și fig. 9). În contrast, etanolul a indus foarte puțin ΔFosB în girusul dentar și, în schimb, a indus niveluri ridicate ale proteinei în subcâtele CA3-CA1. Cocaina, morfina și etanolul, dar nu Δ9-THC, au determinat niveluri scăzute de inducție a ΔFosB în gri periaqueductal, în timp ce numai ΔFosB indusă de cocaină în zona tegmentală ventrală, fără inducție observată în substanța nigră (vezi tabelul I ).
Fig. 7
Inducerea osFosB în cortexul prefrontal la un șobolan de control (A) sau după tratament cronic cu etanol (B), morfină (C) sau cocaină (D). Nivelurile de imunoreactivitate asemănătoare cu FosB au fost analizate prin imunohistochimie utilizând un anticorp pan-FosB. Etichetare (mai multe ...)
Fig. 8
Inducerea osFosB în nucleii mediali bazali laterali și centrali ai amigdalei unui șobolan martor (A) sau la șobolani cărora li s-au administrat etanol cronic (B), morfină (C) sau cocaină (D). Nivelurile de imunoreactivitate asemănătoare cu FosB au fost analizate prin imunohistochimie (mai mult ...)
Fig. 9
Inducerea osFosB în hipocampul unui șobolan martor (A) sau la șobolani cărora li s-au administrat etanol cronic (B), morfină (C) sau cocaină (D). Nivelurile de imunoreactivitate asemănătoare cu FosB au fost analizate prin imunohistochimie utilizând un anticorp pan-FosB. Etichetare (mai multe ...)
DISCUŢIE
Numeroase studii au demonstrat că administrarea cronică a mai multor tipuri de medicamente de abuz, incluzând cocaină, amfetamină, metamfetamină, morfină, nicotină și fencyclidină, induce factorul de transcripție, ΔFosB, în nucleul accumbens și striatarul dorsal (vezi secțiunea introductivă pentru referințe, revizuită în McClung și colab., 2004, Nestler și colab., 2001). Inducția de ΔFosB în regiunile striatale a fost observată, de asemenea, după consumul cronic de recompense naturale, cum ar fi comportamentul pe roți (Werme și colab., 2002). În plus, au existat câteva rapoarte privind nivelurile inferioare ale inducției ΔFosB în anumite alte regiuni ale creierului, incluzând cortexul prefrontal, amigdala, ventralul pallidum, zona tegmentală ventrală și hipocampus (Liu și colab., 2007, McDaid și colab., 2006a, 2006b, Nye ș.a., 1996, Perrotti și colab., 2005), ca răspuns la unele dintre aceste medicamente de abuz, cu toate acestea, nu a existat niciodată o mapare sistematică a inducției de medicament a ΔFosB în creier. În plus, în ciuda investigării majorității medicamentelor de abuz, două dintre cele mai frecvent abuzate substanțe, etanol și Δ9-THC, nu au fost examinate până în prezent pentru capacitatea lor de a induce ΔFosB. Scopul studiului a fost de a realiza o cartografiere inițială a ΔFosB în creier ca răspuns la administrarea cronică a patru medicamente prototipice de abuz: cocaină, morfină, etanol și Δ9-THC.
Constatările principale ale studiului nostru sunt că etanolul și Δ9-THC, ca și toate celelalte medicamente de abuz, induc niveluri ridicate de ΔFosB în general în complexul striatal. Aceste rezultate stabilesc în continuare inducerea ΔFosB în aceste regiuni ca o adaptare cronică comună la practic toate drogurile de abuz (McClung și colab., 2004). Modelul de inducție în cadrul complexului striatal a fost oarecum diferit pentru diferite medicamente. Toate DFosB induse robust în nucleul nucleus accumbens, în timp ce toate medicamentele - cu excepția Δ9-THC - au indus în mod semnificativ ΔFosB în cochilia nucleului accumbens și striatum dorsal, și au existat tendințe puternice pentru Δ9-THC de a produce efecte similare în aceste regiuni. Miezul nucleului nucleului accumbens și coajă sunt importante regiuni de recompensare a creierului, care s-au dovedit a fi mediatori critici ai acțiunilor recompensatoare ale drogurilor de abuz. De asemenea, striatumul dorsal a fost legat de natura compulsiva sau de obisnuita a consumului de droguri (Vanderschuren et al., 2005). Într-adevăr, sa demonstrat că inducerea ΔFosB în aceste regiuni crește răspunsurile pline de satisfacție pentru cocaină și morfină și pentru a spori răspunsurile la recompensele naturale, cum ar fi comportamentul de rulare a roților și consumul de alimente (Colby și colab., 2003, Kelz et al., 1999, Olausson și colab., 2006, Peakman și colab., 2003, Werme și colab., 2003, Zachariou și colab., 2006). Sunt necesare eforturi suplimentare pentru a determina dacă inducerea ΔFosB în aceste regiuni intermediază adaptări funcționale similare în sensibilitatea unui individ față de efectele satisfacatoare ale altor medicamente de abuz.
Inducerea ΔFosB în regiunile striatale nu este o funcție a aportului volitiv al medicamentului. Astfel, am arătat că administrarea de sine a cocainei a indus același grad de ΔFosB în nucleul accumbens și striatum dorsal, așa cum se vede la animalele care au primit injecții echivalente, în formă de droguri. Aceste rezultate demonstrează că inducerea ΔFosB în striatum reprezintă o acțiune farmacologică a medicamentelor de abuz, independent de controlul animalului asupra expunerii la medicament. În contrast izbitor, am demonstrat recent că administrarea de cocaină în sine induce un nivel de mai multe ori mai mare de ΔFosB în cortexul orbitofrontal comparativ cu administrarea de cocaină înțepată (Winstanley și colab., 2007). Acest efect a fost specific cortexului orbitofrontal, deoarece nivelurile echivalente de inducție a ΔFosB au fost observate în cortexul prefrontal în aceste două condiții de tratament. Astfel, deși inducerea ΔFosB nu este legată de controlul volitiv asupra consumului de droguri în regiunile striatale, pare a fi influențată de factori motivaționali în anumite centre corticale superioare.
De asemenea, prezentăm datele semicantitative că toate cele patru medicamente de abuz induc ΔFosB în mai multe regiuni ale creierului în afara complexului striatal, deși, în general, într-o măsură mai mică. Aceste alte zone ale creierului au inclus cortexul prefrontal, amigdala, IPAC, BNST și hipocampus. Inducția de droguri a ΔFosB în cortexul prefrontal și hipocampus poate fi legată de unele dintre efectele medicamentelor de abuz asupra performanței cognitive, deși acest lucru nu trebuie investigat în mod direct. Amigdala, IPAC și BNST au fost toate implicate în reglementarea răspunsurilor unui individ la stimulii aversivi. Acest lucru ridică posibilitatea ca inducerea ΔFosB în aceste regiuni după administrarea cronică a unui medicament de abuz să medieze reglementarea medicamentului a comportamentului emoțional cu mult peste răsplată. Va fi interesant să examinați aceste posibilități în viitoarele investigații.
Cele patru droguri de abuz studiate aici au produs și unele efecte specifice drogurilor. Cocaina a indus în mod unic ΔFosB în zona tegmentală ventrală, așa cum sa raportat anterior (Perrotti și colab., 2005). De asemenea, cocaina și etanolul au indus în mod unic niveluri scăzute de ΔFosB în septul lateral. Δ9-THC a fost unic pentru efecte mai puțin dramatice asupra inducerii ΔFosB, comparativ cu alte medicamente de abuz, în cochilia nucleului accumbens și striatum dorsal, așa cum am menționat mai devreme. Δ9-THC a fost, de asemenea, unic în faptul că expunerea cronică la acest medicament, spre deosebire de toate celelalte, nu a induce un nivel scăzut de ΔFosB în gri periaqueductal. Având în vedere rolul hipocampului și septului în funcția cognitivă și rolul acestor regiuni, precum și griul periaqueductal în reglarea răspunsurilor unui animal la situații stresante, inducerea specifică a regiunii și a drogurilor a ΔFosB în aceste regiuni ar putea media aspecte importante ale acțiune medicamentoasă asupra creierului.
În concluzie, inducerea ΔFosB în regiunile de recompensare a creierului striatal a fost larg demonstrată ca o adaptare cronică comună la medicamentele de abuz. Am extins această noțiune arătând aici că două medicamente suplimentare și larg abuzate, etanol și Δ9-THC, induc, de asemenea, ΔFosB în aceste regiuni ale creierului. De asemenea, identificăm alte câteva zone ale creierului, implicate în funcțiile cognitive și răspunsurile la stres, care prezintă diferite grade de inducție a ΔFosB ca răspuns la expunerea cronică la medicament. Unele dintre aceste răspunsuri, precum inducerea ΔFosB în regiunile striatale, sunt comune în cazul tuturor medicamentelor de abuz studiate aici, în timp ce răspunsurile din alte zone ale creierului sunt mai specifice drogurilor. Aceste descoperiri vor direcționa acum cercetările viitoare pentru a caracteriza rolul inducerii ΔFosB în aceste alte zone ale creierului. De asemenea, ele contribuie la definirea utilității potențiale a antagoniștilor ΔFosB ca tratament obișnuit pentru sindroamele de dependență de droguri.
Fig. 3
Inducerea ΔFosB în putamenul caudat de șobolan la un șobolan martor (A) sau după tratament cronic cu etanol (B), morfină (C) sau cocaină (D). Nivelurile de imunoreactivitate asemănătoare cu FosB au fost analizate prin imunohistochimie utilizând un anticorp pan-FosB. (Mai Mult …)
recunoasteri
Contract sponsor: Institutul Național pentru Abuzul de Droguri.
REFERINȚE
1. Alibhai IN, Green TA, Nestler EJ. Reglarea exprimării mRNA fosB și ΔfosB: Studii in vivo și in vitro. Brain Res. 2007; 11: 4322-4333.
2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Inducerea specifică a regiunii DFosB prin administrarea repetată de medicamente antipsihotice tipice versus atipice. Synapse. 1999; 33:. 118-128 [PubMed]
3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. Consumul de alcool produce schimbări selective ale regiunii cerebrale în expresia factorilor de transcripție inductibili. Brain Res. 1999; 847:. 157-165 [PubMed]
4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. Activitățile de legare a ADN-1 și Egr ale ADN sunt crescute în creierul șobolanului în timpul retragerii etanolului. J Neurochem. 1997; 69:. 306-314 [PubMed]
5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteazome independente și mecanisme independente pentru destabilizarea FosB: Identificarea domeniilor FosB degron și implicațiile pentru stabilitatea ΔFosB. Eur J Neurosci. 2007; 25:. 3009-3019 [PubMed]
6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hope BT, Nestler EJ. Reglarea proteinelor de tip ΔFosB și FosB prin tratamentul cu convulsii electroconvulsive (ECS) și cocaina. Mol Pharmacol. 1995; 48:. 880-889 [PubMed]
7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB stimulează stimularea cocainei. J Neurosci. 2003; 23:. 2488-2493 [PubMed]
8. Criswell HE, Breese GR. Efecte similare ale etanolului și flumazenilului asupra achiziționării unui răspuns de evitare a cutiei de navetă în timpul retragerii din tratamentul cronic cu etanol. Br J Pharmacol. 1993; 110: 753-760. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Soarecii periadolescenți prezintă o reglare sporită a ΔFosB ca răspuns la cocaina și amfetamina. J Neurosci. 2002; 22:. 9155-9159 [PubMed]
10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Efectele tratamentului acut și cronic cu 1,3-butandiol asupra funcției sistemului nervos central: o comparație cu etanolul. J. Pharmacol Exp Ther. 1981; 216:. 306-314 [PubMed]
11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. Amfetamina și cocaina induc activarea specifică medicamentului a genei c-fos în compartimentele strio-unele-matrice și subdiviziunile limbice ale striatumului. Proc Natl Acad Sci SUA. 1990; 87: 6912-6916. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
12. Hiroi N, Brown J, Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. Șoareci mutanți FosB: Pierderea inducției cocainice cronice a proteinelor legate de Fos și sensibilitatea ridicată la efectele psihomotorii și recompensa ale cocainelor. Proc Natl Acad Sci SUA. 1997; 94: 10397-10402. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
13. Hope BT, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Reglarea exprimării genetice imediate și legarea AP-1 în nucleul accumbens de șobolan prin cocaină cronică. Proc Natl Acad Sci SUA A. 1992; 89: 5764-5768. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
14. Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Inducerea unui complex AP-1 de lungă durată compus din proteine modificate Fos în creier prin cocaină cronică și alte tratamente cronice. 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 . Exprimarea factorului de transcripție ΔFosB în creier controlează sensibilitatea la cocaină. Natură. 1999; 401:. 272-276 [PubMed]
16. Knapp DJ, Duncan GE, Crews FT, Breese GR. Inducerea proteinelor de tip Fos și a vocalizărilor cu ultrasunete în timpul retragerii etanolului: dovezi suplimentare pentru anxietatea indusă de retragere. Alcool Clin Exp Res. 1998; 22:. 481-493 [PubMed]
17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. Microinjectarea oligonucleotidei antisens a receptorului muscarinic M (5) în VTA inhibă exprimarea FosB în NAc și hipocampul șobolanilor sensibili la heroină. Neurosci Bull. 2007; 23:. 1-8 [PubMed]
18. McClung CA, Nestler EJ. Reglementarea expresiei genelor și a recompensei de cocaină de către CREB și ΔFosB. Nat Neurosci. 2003; 6:. 1208-1215 [PubMed]
19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: un comutator molecular pentru adaptarea pe termen lung în creier. Mol Brain Res. 2004; 132:. 146-154 [PubMed]
20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, Napier TC. Modificări ale pCREB și ΔFosB stocil și pallidal la șobolanii sensibili la morfină: Corelații cu măsurile electrofiziologice evocate de receptori în palidul ventral. Neuropsychopharmacology. 2006a; 31: 1212-1226. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
21. McDaid J, Graham MP, Napier TC. Sensibilizarea indusă de metamfetamină modifică diferențiat pCREB și Δ-FosB în circuitul limbic al creierului mamifer. Mol Pharmacol. 2006b; 70:. 2064-2074 [PubMed]
22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Modificări la nivelul rețelei în exprimarea proteinelor Fos-Jun invazive în striatum în timpul tratamentului și retragerii cocainei cronice. Neuron. 1996; 17:. 147-156 [PubMed]
23. Muller DL, Unterwald EM. Receptorii de dopamină D1 modulează inducerea ΔFosB în striatum de șobolan după administrarea intermitentă a morfinei. J. Pharmacol Exp Ther. 2005; 314:. 148-154 [PubMed]
24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: un comutator molecular susținut pentru dependență. Proc Natl Acad Sci SUA. 2001; 98: 11042-11046. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
25. Nye HE, Nestler EJ. Inducerea antigenelor cronice Fos legate de creierul de șobolan prin administrarea cronică de morfină. Mol Pharmacol. 1996; 49:. 636-645 [PubMed]
26. Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Studii farmacologice privind reglarea prin cocaină a inducției cronice Fra (Fos-related antigen) în striatum și nucleul accumbens. J. Pharmacol Exp Ther. 1995; 275:. 1671-1680 [PubMed]
27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R, Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB în nucleul accumbens reglează comportamentul instrumental și motivația armată de alimente. 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. Explicarea specifică a regiunii cerebrale a unui mutant negativ dominant al c-Jun la șoarecii transgenici reduce sensibilitatea la cocaină. Brain Res. 2003; 970:. 73-86 [PubMed]
29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Inducerea ΔFosB în structurile cerebrale legate de recompense după stresul cronic. 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 se acumulează într-o populație de celule GABAergic în coada posterioară a zonei tegmentale ventrale după tratamentul psihostimulant. Eur J Neurosci. 2005; 21:. 2817-2824 [PubMed]
31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Substraturi neuronale obișnuite pentru proprietățile de dependență ale nicotinei și cocainei. Ştiinţă. 1997; 275:. 83-86 [PubMed]
32. SAMHSA. O. o. A. Studii, Centrul Național de Informații privind Alcoolul și Drogurile. Rockville, MD: seria NSDUH H-28; 2005. Rezultatele studiului național 2004 privind consumul de droguri și sănătatea: constatări naționale.
33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Efectul administrării cronice a mesilatului de R - (+) - [2,3-dihidro-5-metil-3 - [(morfolinil) metil] pirolo [1,2, 3-de] -1,4-bzoxazinazinil- (1-naftalenil) (WIN55,212-2) sau delta (9) -tetrahidrocanabinol la adaptarea receptorilor canabinoizi la șoareci. J. Pharmacol Exp Ther. 2002; 303: 36-44. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Factorii care determină o tendință pentru comportamentul căutător de cocaină în timpul abstinenței la șobolani. Neuropsychopharmacology. 2000; 22:. 626-641 [PubMed]
35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Reglarea stabilității ΔFosB prin fosforilare. J Neurosci. 2006; 26:. 5131-5142 [PubMed]
36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Implicarea striatumului dorsal în căutarea de cocaină controlată de cue. J Neurosci. 2005; 25:. 8665-8670 [PubMed]
37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB reglează rularea roții. 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. Induzia ΔFosB în cortexul orbitofrontal mediază toleranța la disfuncția cognitivă indusă de cocaină. J Neurosci. 2007; 27:. 10497-10507 [PubMed]
39. Young ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. Cocaina induce proteine striatale c-fos-imunoreactive prin intermediul receptorilor dopaminergici D1. Proc Natl Acad Sci SUA. 1991; 88: 1291-1295. [Articol gratuit PMC] [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: Un rol esențial pentru ΔFosB în nucleul accumbens în acțiunea morfinei. Nat Neurosci. 2006; 9:. 205-211 [PubMed]
;