Consumul de „junk-food” produce creșteri rapide și de lungă durată în receptorii NAc CP-AMPA; Implicații pentru motivația îmbunătățită indusă de tac și dependența de alimente (2016)

Introducere

Deși îndemnurile de a mânca sunt reglate de foame, sațietate și cererea de energie, ele sunt, de asemenea, puternic influențate de stimulii din mediu care sunt asociați cu alimente (indicii alimentare). De exemplu, la persoanele non-obeze, expunerea la indicii alimentare crește pofta de mâncare și cantitatea de alimente consumate (Fedoroff et al, 1997; Soussignan et al, 2012). Persoanele obeze sunt mai sensibile la aceste proprietăți motivaționale ale indicațiilor alimentare, raportând o poftă de mâncare mai puternică declanșată de indicii și consumând porții mai mari după expunerea la indicații alimentare (Rogers și Hill, 1989; Yokum et al, 2011). Aceste asemănări comportamentale între pofta indusă de alimente și de droguri au condus la conceptul că „dependența de alimente” indusă de consumul de alimente bogate în zahăr și grăsimi poate contribui la epidemia de obezitate (Carr et al, 2011; Epstein și Shaham, 2010; Kenny, 2011; Rogers și Hill, 1989; Volkow et al, 2013).

Dovezile în principal din studiile umane sugerează că pofta de mâncare declanșată de indicii la persoanele obeze implică modificări ale funcției nucleului accumbens (NAc), o regiune despre care se știe de mult timp că mediază motivația pentru recompensele alimentare și medicamente, dar care este din ce în ce mai implicată în obezitate. . De exemplu, studiile fMRI la om arată că activările în NAc declanșate de indicii alimentare sunt mai puternice la persoanele obeze (stiției et al, 2012; Volkow et al, 2013; Mic, 2009). În plus, răspunsul îmbunătățit în NAc la indicii alimentare prezice creșterea viitoare în greutate și dificultatea de a pierde în greutate la oameni (Demos et al, 2012; Murdaugh et al, 2012). La șobolani, obezitatea indusă de dietă produce răspunsuri motivaționale îmbunătățite la indicațiile alimentare, în special la populațiile susceptibile la obezitate (Maro et al, 2015; Robinson et al, 2015). Împreună, aceste date sugerează că consumul de alimente grase și zaharoase produce neuroadaptări în funcția NAc care pot îmbunătăți procesele motivaționale.

Atât la șobolani, cât și la oameni, susceptibilitatea la obezitate poate avea un rol important în efectele „mâncărurilor nedorite” gustoase și bogate în calorii asupra funcției și comportamentului neuronal (Albuquerque et al, 2015; violonist et al, 2008; Robinson et al, 2015; Stice și Dagher, 2010). Deși este dificil de abordat rolul susceptibilității la om, studiile la șobolani au arătat că modificările induse de dietă în sistemele mezolimbice și motivația sunt mai pronunțate la persoanele susceptibile la obezitate. vs –șobolani rezistenți (violonist et al, 2008; Vollbrecht et al, 2016; Robinson et al, 2015; Valenza et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Astfel, date recente sugerează că consumul de „mâncăruri nedorite” poate produce modificări neuronale distincte la persoanele susceptibile vs populatii rezistente.

Receptorii de glutamat de tip AMPA (AMPAR) furnizează principala sursă de excitare a NAc, iar capacitatea indicațiilor alimentare de a declanșa căutarea de hrană se bazează în parte pe activarea AMPAR-urilor în miezul NAc (Di Ciano et al, 2001). În plus, consumul de alimente zaharoase, grase și obezitatea pot modifica transmiterea excitatoare în NAc (Tukey et al, 2013; Maro et al, 2015). În plus, lucrările recente din laboratorul nostru și altele au arătat că motivația declanșată de semnale este îmbunătățită în populațiile susceptibile la obezitate (Robinson et al, 2015; Maro et al, 2015). Scopul studiului actual a fost de a determina modul în care consumul de mâncare nedorită la șobolanii susceptibili și rezistenți la obezitate afectează expresia și transmiterea AMPAR în miezul NAc, deoarece AMPAR-urile NAc au mediat căutarea de droguri declanșată de indicii, dar nu au fost examinate în induse de dietă. modele de obezitate. În plus, activitatea locomotorie indusă de cocaină a fost folosită ca o „cititură” generală a funcției mezolimbice, deoarece răspunsul îmbunătățit a circuitelor mezolimbice crește impactul motivațional al indicațiilor alimentare (Wyvell și Berridge, 2000, 2001).

Au fost utilizate două modele complementare de rozătoare pentru a determina rolul susceptibilității în modificările induse de „mâncare nedorită” în AMPAR-urile NAc. În primul rând, șobolanii Sprague-Dawley care au primit „junk-food” au fost identificați ca „Gainers” și „Non-Gainers” (ca în Robinson et al, 2015), după care au fost măsurate diferențele comportamentale și neuronale. Deși informativ, acest model necesită inducerea creșterii în greutate și manipularea dietei pentru a identifica populațiile susceptibile. Astfel, am examinat, de asemenea, efectele junk-food-ului la șobolanii crescuți selectiv pentru tendința sau rezistența lor la obezitatea indusă de dietă (Fulger et al, 1997; Vollbrecht et al, 2015, 2016).

materiale si metode

Subiecții

Șobolanii au fost găzduiți în perechi pe un program invers lumină-întuneric (12/12) cu acces gratuit la hrană și apă pe tot parcursul și au avut vârsta de 60-70 de zile la începutul experimentului. Șobolani masculi Sprague-Dawley au fost achiziționați de la Harlan. Au fost crescuți în casă șobolani predispuși la obezitate și rezistenți la obezitate. Aceste linii au fost stabilite inițial de Fulger et al (1997); crescătorii au fost cumpărați de la Taconic. Includerea șobolanilor crescuți permite comparații cu literatura existentă mai largă, în timp ce șobolanii crescuți selectiv ne permit să diferențiem modificările datorate obezității vs manipularea dietei. Greutatea a fost măsurată de 1-2 ori pe săptămână. Toate procedurile au fost aprobate de Comitetul UM pentru utilizarea și îngrijirea animalelor.

Dieta cu mâncăruri nedorite și identificarea șobolanilor obezități susceptibili și rezistenți la obezitate

„Mâncarea nedorită” este un piure din: Chips chipsuri originale Ruffles (40 g), Chips Ahoy biscuiți cu ciocolată originală (130 g), unt de arahide Jif neted (130 g), aromă de ciocolată pudră Nesquik (130 g), pudră Lab Diet 5001 (200 g; % din calorii: 19.6% grăsimi, 14% proteine, 58% carbohidrați; 4.5 kcal/g) și apă (180 ml) combinate într-un robot de bucătărie. Compoziția dietei se bazează pe studii anterioare care au stabilit subpopulații (Fulger et al, 1997; Robinson et al, 2015). K-gruparea mijloacelor bazată pe creșterea în greutate după 1 lună de junk-food a fost utilizată pentru a identifica grupurile susceptibile la obezitate (Junk-Food-Gainer) și rezistente la obezitate (Junk-Food-Non-Gainer). Această metodă statistică oferă o separare imparțială care poate fi aplicată uniform în cadrul studiilor (MacQueen, 1967). În plus, am stabilit că acesta este un moment optim pentru identificarea fiabilă a subpopulațiilor (Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016; observatii inedite).

Locomoție indusă de cocaină

Activitatea locomotorie a fost măsurată în camere (41 cm × 25.4 cm × 20.3 cm) echipate cu fascicule fotocelule. Șobolanii au fost plasați în camere pentru o perioadă de obișnuire de 40 de minute înainte de a primi o injecție cu soluție salină (1 ml/kg, ip), urmată 1 oră mai târziu de cocaină (15 mg/kg, ip). Această doză a fost aleasă pe baza studiilor anterioare doză-răspuns (Oginsky et al, 2016; Ferrario et al, 2005).

Suprafață vs Exprimarea proteinelor intracelulare

Țesutul din NAc (miez/cochilie) și striatul dorsal medial (DMS) au fost colectate și procesate folosind BS stabilit.³ abordări de reticulare (Boudreau et al, 2012) care permite detectarea suprafeței celulare vs expresia proteinelor intracelulare. Au fost incluse probe DMS pentru a determina dacă diferențele au fost selective față de NAc. Pentru fiecare șobolan, țesutul a fost izolat, tocat (tocător McIllwain; felii de 400 μm; St Louis, MO) și incubat în aCSF care conține 2 mM BS³ (30 min, 4 °C). Reticulare a fost terminată cu glicină (100 mM; 10 min), feliile au fost omogenizate în tampon de liză (400 μl; în mM: 25 HEPES; 500 NaCI, 2 EDTA, 1 DTT, 1 fluorură de fenilmetil sulfonil, 20 NaF, prote1ază: set de cocktail inhibitor I (Calbiochem, San Diego, CA) și 100% Nonidet P-0.1 [v/v]; pH 40) și depozitat la -7.4 °C. Concentrația de proteine ​​a fost determinată prin test BCA. Vedea Boudreau et al (2012) pentru detalii metodologice complete.

BS³ Probele reticulate au fost încălzite în tampon de tratament al probei Laemmli cu 5% β-mercaptoetanol (70 ° C, 10 min), încărcate (20 μg proteină) și electroforezate pe geluri cu gradient Bis-Tris 4-15% în condiții reducătoare. Proteinele au fost transferate pe membrane PVDF (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ). Membranele au fost clătite, blocate (1 oră, RT, 5% (g/v) cu lapte uscat degresat în TBS-Tween 20 (TBS-T; 0.05% Tween 20, v/v)) și incubate peste noapte (4 °C). ) cu anticorpi primari (1 : 1000 în TBS) la GluA1 (Thermo Scientific; PA1-37776) sau GluA2 (NeuroMab, UCDavis/NIH: 75-002). Membranele au fost spălate în TBS-T, incubate cu secundar conjugat cu HRP (Invitrogen, Carlsbad, CA; 1 oră, RT), spălate și scufundate în substrat de detectare a chimioluminiscenței (GE Healthcare, Piscataway, NJ). Imaginile au fost achiziționate pe film și Ponceau S (Sigma-Aldrich) a fost folosit pentru a determina proteina totală. Benzile de interes au fost cuantificate folosind Image J (NIH).

Electrofiziologie

BS³ procedura de reticulare descrisă mai sus oferă informații despre expresia de suprafață (sinaptică și extrasinaptică) a subunităților AMPAR individuale, în timp ce datele electrofiziologice oferă informații despre AMPAR-urile sinaptice funcționale (tetrameri). Înregistrările cu patch-clamp pentru celule întregi ale neuronilor spinoși medii (MSN) în miezul NAc au fost efectuate după expunerea la mâncare nedorită la șobolani crescuți și crescuți selectiv. Înainte de prepararea feliilor, șobolanii au fost anesteziați cu hidrat de clor (400 mg/kg, ip), creierul a fost îndepărtat rapid și plasat în gheață oxigenat (95% O₂-5% CO₂) aCSF care conţine (în mM): 125 NaCI, 25 NaHCXNUMX₃, 12.5 glucoză, 1.25 NaH₂PO₄, 3.5 KCI, 1 L-acid ascorbic, 0.5 CaCI₂, 3 MgCl₂şi 305 mOsm, pH 7.4. Feliile coronale (300 μm) care conțin NAc au fost realizate folosind un microtom vibrator (Leica Biosystems, Buffalo Grove, IL, SUA) și lăsate să se odihnească în aCSF oxigenat (40 min). Pentru înregistrarea aCSF (2 ml/min), CaCl₂ a fost crescută la 2.5 mM și MgCI₂ a fost scăzută la 1 mM. Pipetele de plasture au fost extrase din capilare din sticlă borosilicată de 1.5 mm (WPI, Sarasota, FL; rezistență 3–7 MΩ) și umplute cu o soluție care conține (în mM): 140 CsCl, 10 HEPES, 2 MgCl₂, 5 Na⁺-ATP, 0.6 Na⁺-GTP, 2 QX314, pH 7.3 și 285 mOsm. Înregistrările au fost efectuate în prezența picrotoxinei (50 μM). EPSC-urile evocate (eEPSC) au fost provocate prin stimulare locală (impulsuri pătrate de 0.05–0.30 mA, 0.3 ms, eliberate la fiecare 20 de secunde) folosind un electrod bipolar plasat la ~300 μm lateral față de neuronii înregistrați. A fost utilizată cantitatea minimă de curent necesară pentru a provoca un răspuns sinaptic cu variabilitate <15% în amplitudine. Dacă a fost necesar > 0.30 mA, neuronul a fost aruncat. eEPSC-urile mediate de AMPAR au fost înregistrate la -70 mV înainte și după aplicarea naspm-ului antagonist selectiv CP-AMPAR (200 μM; ca în Conrad et al, 2008; Ferrario et al, 2011).

Statistici

Cu două cozi t-teste, ANOVA cu măsurători repetate unidirecționale sau bidirecționale, Sidak post-hoc au fost utilizate teste de comparații multiple și comparații planificate între grupurile susceptibile și rezistente la obezitate (Prism 6, GraphPad, San Diego, CA).

REZULTATE

experimentul 1

Șobolanii Sprague Dawley li s-a administrat junk-food folosind o abordare care duce la obezitate la unii șobolani (Junk-Food Gainers), dar nu și la alții (Junk-Food Non-Gainers; Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Apoi am măsurat răspunsul la o singură injecție de cocaină (o citire generală a funcției mezolimbice), de suprafață vs expresia intracelulară a subunităților AMPAR și transmiterea mediată de AMPAR în miezul NAc folosind abordări de fixare a plasturelui întregii celule în aceste două populații.

Locomoție mai mare indusă de cocaină la Junk-Food-Gainers

Așa cum era de așteptat, când au primit mâncare nedorită, unii șobolani au câștigat o cantitate substanțială în greutate (Junk-Food-Gainers, N=6) în timp ce alții nu (Junk-Food-Non-Gainers, N= 4; Figura 1a; ANOVA RM bidirecțională: efectul principal al grupului: F_(1,9)= 11.85, p=0.007; interacțiune grup × timp: F_(18,162)= 6.85, p<0.001). Acești șobolani au avut acces la junk-food timp de 5 luni în total pentru a permite separarea maximă între grupuri. Au fost apoi returnați la mâncarea standard de laborator (Dieta de laborator 5001: 4 kcal/g; 4.5% grăsimi, 23% proteine, 48.7% carbohidrați; procent din conținutul caloric) pentru o perioadă de 2 săptămâni de privare de mâncare nedorită pentru a evalua diferențele care persistă după îndepărtarea junk-food. Următorii șobolani au primit o singură injecție de cocaină și a fost monitorizată activitatea locomotorie; scopul acestui lucru a fost de a obține o citire generală a funcției mezolimbice. Răspunsul la cocaină a fost mai mare în Junk-Food-Gainers vs Junk-Food-Non-Gainers (Figura 1b; ANOVA RM bidirecțională: interacțiune grup × timp: F_(21,168)= 2.31, p=0.0018; testul lui Sidak, *p<0.05). În plus, în timp ce Junk-Food-Gainers au arătat un răspuns locomotor semnificativ mai puternic la cocaină decât soluția salină (ANOVA RM bidirecțională, interacțiune timp × injecție: F_(6,30)= 2.39, p<0.05), Junk-Food-Non-Gainers nu au făcut-o. Locomoția în timpul obișnuirii și după soluție salină nu a diferit între grupuri (Figura 1b inset), în concordanță cu rapoartele anterioare (Oginsky et al, 2016; Robinson et al, 2015).

Expresia suprafeței GluA1, dar nu și GluA2, NAc este mai mare în Junk-Food-Gainers

Apoi, am examinat expresia proteinelor de suprafață și intracelulară a subunităților AMPAR în Junk-Food-Gainers și Junk-Food-Non-Gainers. Majoritatea AMPAR-urilor din NAc sunt GluA1/GluA2 care conțin, cu unele AMPAR-uri GluA2/3 și un număr mic de CP-AMPAR-uri lipsite de GluA2 (~10%; Reimers et al, 2011; Scheyer et al, 2014). Așadar, ne-am concentrat asupra nivelurilor de expresie GluA1 și GluA2, deoarece aceasta oferă o bună indicație a schimbărilor din aceste diferite populații AMPAR. Abundența proteinei GluA1 și GluA2 de suprafață și intracelulară a fost măsurată la 1 săptămână după testarea activității locomotorii induse de cocaină (Figura 1c–e). Studiile anterioare au stabilit că o singură injecție de cocaină nu modifică AMPAR-urile în acest moment (Boudreau și Wolf, 2005; Ferrario et al, 2010; Kourrich et al, 2007), permițându-ne să interpretăm diferențele AMPAR ca fiind legate de dietă (a se vedea și mai jos). Expresia suprafeței NAc a GluA1 a fost mai mare în Junk-Food-Gainers vs Junk-Food-Non-Gainers (Figura 1d; t₈= 2.7, p=0.03). În schimb, expresia NAc GluA2 nu a diferit între grupuri (Figura 1e). În plus, expresia GluA1 și GluA2 în DMS-ul acestor șobolani a fost similară între grupuri (datele nu sunt prezentate), sugerând că modificările expresiei AMPAR apar selectiv în NAc. O creștere a expresiei suprafeței NAc GluA1 în absența modificărilor la suprafața GluA2 sugerează prezența CP-AMPAR (receptori care conțin GluA1/1- sau GluA1/3). Cu toate acestea, acest lucru trebuie confirmat folosind metode electrofiziologice. Prin urmare, am efectuat înregistrări cu cleme de plasture întregi după expunerea la mâncare nedorită pentru a determina dacă există o creștere a contribuției CP-AMPAR-urilor la transmiterea sinaptică în NAc-ul Junk-Food-Gainers.

Transmiterea mediată de CP-AMPAR este crescută în Junk-Food-Gainers

Pentru experimentele electrofiziologice, o cohortă separată de șobolani a primit mâncare nedorită timp de 3 luni și s-au făcut înregistrări după 3 săptămâni de privare de mâncare nedorită. Această procedură a fost aleasă pentru a minimiza supraaglomerarea în cuști din cauza creșterii în greutate și pentru a examina efectele relativ de lungă durată ale junk-food. În această cohortă, toți șobolanii cu mâncare nedorită au fost „Câștigători”, câștigând chiar mai multă greutate decât cei care câștigă mâncăruri nedorite în cadrul cohortei 1 (câștig de 3 luni: cohorta 1, 106.2±9.7 g; cohorta 2, ~132±5.4 g) . Prin urmare, s-au făcut comparații între Chow (N=5 celule, 3 șobolani) și grupuri Junk-Food-Gainer (N=10 celule, 7 șobolani). Pentru a evalua contribuția CP-AMPAR-urilor la transmiterea sinaptică totală mediată de AMPAR, am folosit naspm antagonist selectiv CP-AMPAR (200 μM). Naspm a produs o mică reducere a amplitudinii eEPSC în controalele alimentate cu Chow (Figura 2a; ANOVA bidirecțională: efectul principal al naspm, F_(1,13)= 19.14, p= 0.0008), în concordanță cu rapoartele anterioare conform cărora CP-AMPAR-urile contribuie cu 5-10% din eEPSC bazal mediat de AMPAR (de exemplu, Scheyer et al, 2014). Cu toate acestea, în grupul de junk-food, naspm a produs o reducere semnificativ mai mare (Figura 2b; t₁₃= 1.8; p=0.046). Aceste date arată că CP-AMPAR-urile sunt crescute la Junk-Food-Gainers în comparație cu șobolanii hrăniți cu Chow. În plus, deoarece cohorta utilizată pentru electrofiziologie nu a primit cocaină, aceste date sugerează cu tărie că modificările biochimice din experimentul anterior au reflectat efectele junk-food, nu expunerea unică la cocaină.

experimentul 2

Datele de mai sus de la șobolanii neconsanguin sunt în concordanță cu ideea că junk-food-ul crește în mod preferențial CP-AMPAR-urile la șobolanii susceptibili la obezitate. Cu toate acestea, această diferență s-ar putea datora dezvoltării obezității sau diferențelor preexistente la șobolanii susceptibili. Pentru a aborda aceste posibilități, am efectuat studii biochimice și electrofiziologice similare pe șobolani crescuți selectiv, predispuși la obezitate și rezistenți la obezitate, cu și fără expunere la mâncare nedorită. Pentru că știm a priori care șobolani sunt susceptibili la obezitate, putem folosi acest model pentru a diferenția diferențele preexistente vs modificări induse de junk-food.

Nivelurile bazale de GluA1 sunt similare, dar mâncarea nedorită crește expresia GluA1 la șobolanii predispuși la obezitate

În primul rând, am examinat expresia NAc AMPAR la șobolani predispuși la obezitate și rezistenți la obezitate cărora li s-a administrat mâncare sau junk-food. Țesutul NAc a fost colectat și reticulat după 1 lună de junk-food urmată de 1 lună de privare de junk-food. O expunere mai scurtă la mâncare nedorită a fost folosită aici pentru a crește fezabilitatea experimentelor, deoarece șobolanii crescuți selectiv, predispuși la obezitate, tind să se îngrașească mai rapid decât populația neconsolidată. Expresia GluA1 a fost similară la șobolanii predispuși și rezistenți la obezitate cărora li sa administrat mâncare (Figura 3, bare pline; N=6/grup), sugerând că nivelurile inițiale ale AMPAR-urilor care conțin GluA1 sunt similare la șobolanii susceptibili. Acest lucru este în concordanță cu rezultatele electrofiziologice anterioare care arată că transmiterea bazală mediată de AMPAR este similară la acești șobolani (Oginsky et al, 2016). În grupurile hrănite cu mâncare nedorită, abundența expresiei GluA1 de suprafață către intracelular (S/I) a fost crescută la șobolanii predispuși la obezitate, dar nu rezistenți la obezitate, comparativ cu martorii hrăniți cu alimente (Figura 3a: ANOVA unidirecțional, F_{(3, 19)}= 2.957, p= 0.058; OP-Chow vs OP-JF, p<0.05; OP-JF N=5, OR-JF N=6). Această creștere a S/I s-a datorat creșterilor ușoare ale expresiei suprafeței GluA1 (Figura 3b) și reduceri ușoare ale GluA1 intracelular (Figura 3c). Din nou, nu s-au găsit diferențe în expresia GluA2 (datele nu sunt prezentate). Rezultatele de aici sunt în concordanță cu rezultatele biochimice de mai sus la șobolanii din afara și arată că diferențele în expresia AMPAR la șobolanii predispuși la obezitate sunt rezultatul mâncării nedorite și nu se datorează diferențelor bazale între grupurile predispuse și rezistente la obezitate.

Mâncarea nedorită crește transmiterea mediată de NAc CP-AMPAR la șobolanii predispuși la obezitate, în absența diferențelor de greutate sau a consumului de junk-food

Apoi am stabilit dacă consumul de mâncare nedorită în absența creșterii în greutate este suficient pentru a îmbunătăți NAc AMPAR. O cohortă separată de șobolani crescuți selectiv au primit mâncare sau junk-food timp de 9-10 zile (pentru a minimiza dezvoltarea obezității), urmate de 2 săptămâni de privare de junk-food și măsurarea transmiterii mediate de CP-AMPAR, așa cum este descris mai sus. Naspm a redus amplitudinea eEPSC mediată de AMPAR în toate grupurile (Figura 4a; ANOVA RM bidirecțională: efectul principal al naspm: F_(1,20)= 22.5, p=0.0001; grup × interacțiune medicamentoasă: F_(3,20)= 4.29, p=0.02; OP-JF și OR-JF: N=7 celule, 5 șobolani; OP-Chow: N=4 celule, 3 șobolani; SAU-Chow N=5 celule, 3 șobolani). Cu toate acestea, efectul naspm a fost semnificativ mai mare la șobolanii predispuși la obezitate cărora li s-au administrat junk-food, comparativ cu toate celelalte grupuri (Figura 4b: ANOVA RM bidirecțională, interacțiune grup × timp: F_(18,114)= 2.87, p=0.0003; *p<0.05 OP-JF vs toate celelalte grupuri; Figura 4c: ANOVA unidirecțional, F_(3,20)= 9.53, p=0.0004; OP-JF vs OR-JF și OP-Chow vs OP-JF, p<0.01). În plus, efectul naspm a fost similar în grupurile OP-Chow, OR-Chow și OR-JF și a fost comparabil cu cel observat la șobolanii neconsanguin (mai sus) și cu transmiterea bazală CP-AMPAR raportată anterior (Conrad et al, 2008; Scheyer et al, 2014). În plus, creșterea în greutate, greutatea în ziua înregistrării și cantitatea de junk-food consumată au fost similare între grupurile predispuse la obezitate și cele rezistente la obezitate (Figura 4d și e). Astfel, aceste date arată că consumul de junk-food crește în mod preferențial CP-AMPAR-urile la șobolanii predispuși la obezitate înainte de apariția creșterii diferențiale în greutate.

O posibilitate este ca junk-food-ul să producă o reglare CP-AMPAR la șobolanii rezistenți la obezitate, dar acest efect dispare după 2 săptămâni de privare de junk-food. Pentru a rezolva acest lucru, înregistrările au fost făcute după 1 zi de privare de mâncare nedorită într-o altă cohortă de șobolani predispuși la obezitate și rezistenți la obezitate, având aceeași expunere la mâncare nedorită (9-10 zile; OR-JF: N=7 celule, 4 șobolani; OP-JF: N=6 celule, 3 șobolani). Din nou, am constatat că efectul naspm a fost mult mai mare în grupul OP-JF (Figura 5a; RM ANOVA bidirecțional: efectul principal al naspm: F_(1,11)= 53.94, p<0.0001; interacțiune grup × naspm: F_(1,11)= 13.75, p= 0.0035; Figura 5b: efectul principal al naspm: F_(7,77)= 13.39, p<0.0001; interacțiune grup × naspm: F_(7,77)= 7.57, p<0.0001, post-test *p<0.05; Figura 5c: nepereche t-Test: p=0.001). În plus, amploarea efectului naspm în grupul OR-JF a fost comparabilă cu martorii cu alimente. Împreună, aceste date arată că creșterile CP-AMPAR induse de junk-food sunt absente la șobolanii rezistenți la obezitate atât după perioadele de privare timpurii cât și târzii. În plus, creșterea în greutate și aportul de alimente au fost din nou similare la șobolanii predispuși și rezistenți la obezitate (Figura 5d și e). Astfel, creșterile CP-AMPAR induse de junk-food la șobolanii predispuși la obezitate nu se datorează creșterii în greutate sau diferențelor în cantitatea de junk-food consumată. În cele din urmă, nu s-au găsit diferențe în amplitudinea eEPSC inițială în toate grupurile studiate (Figura 5f amplitudini de bază ANOVA unidirecționale: F_(7,44)= 1.993, p=0.09). Astfel, diferențele în sensibilitatea naspm de mai sus nu se datorează diferențelor în răspunsul inițial. Amplitudinile brute înainte și după naspm pentru toate datele sunt afișate în Figura 5f.

Finanțarea și dezvăluirea

Cocaina a fost furnizată de programul de aprovizionare cu droguri NIDA. Această lucrare a fost susținută de NIDDK R01DK106188 la CRF; MFO a fost susținut de NIDA T32DA007268. Sprijinul de cercetare pentru PBG a fost oferit de Centrul de Cercetare pentru Diabet din Michigan (NIH Grant P30 DK020572) și Centrul de Cercetare pentru Nutriție și Obezitate din Michigan (P30 DK089503). Autorii nu declară niciun conflict de interese.

Referinte

1. Albuquerque D, Stice E, Rodriguez-Lopez R, Manco L, Nobrega C (2015). Revizuirea actuală a geneticii obezității umane: de la mecanismele moleculare la o perspectivă evolutivă. Mol Genet Genomics 290: 1190–1221. | Articol |
2. Boudreau AC, Milovanovic M, Conrad KL, Nelson C, Ferrario CR, Wolf ME (2012). Un test de reticulare a proteinelor pentru măsurarea expresiei la suprafața celulară a subunităților receptorului de glutamat în creierul rozătoarelor după in vivo tratamente. Curr Protoc Neurosci Capitolul 5: Unitatea 5.30.1–5.30.19.
3. Boudreau AC, Wolf ME (2005). Sensibilizarea comportamentală la cocaină este asociată cu o expresie crescută a suprafeței receptorului AMPA în nucleul accumbens. J Neurosci 25: 9144-9151. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
4. Brown RM, Kupchik YM, Spencer S, Garcia-Keller C, Spanswick DC, Lawrence AJ et al (2015). Deficiențe sinaptice asemănătoare dependenței în obezitatea indusă de dietă. Biol Psychiatry (e-pub înainte de tipărire).
5. Carr KA, Daniel TO, Lin H, Epstein LH (2011). Patologia de întărire și obezitate. Curr Abuzul de droguri Rev 4: 190–196. | Articol | PubMed |
6. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y et al (2008). Formarea receptorilor AMPA care nu are GluR2 accumbens mediază incubarea poftei de cocaină. Natura 454: 118–121. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
7. Counotte DS, Schiefer C, Shaham Y, O'Donnell P (2014). Scăderi dependente de timp ale raportului AMPA/NMDA din nucleul accumbens și incubarea poftei de zaharoză la șobolanii adolescenți și adulți. Psihofarmacologie 231: 1675–1684. | Articol | PubMed | CAS |
8. Cull-Candy S, Kelly L, Farrant M (2006). Reglarea receptorilor AMPA permeabili la Ca2+: plasticitatea sinaptică și nu numai. Curr Opin Neurobiol 16: 288–297. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
9. Demos KE, Heatherton TF, Kelley WM (2012). Diferențele individuale în activitatea nucleului accumbens față de alimente și imaginile sexuale prezic creșterea în greutate și comportamentul sexual. J Neurosci 32: 5549–5552. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
10. Di Ciano P, Cardinal RN, Cowell RA, Little SJ, Everitt BJ (2001). Implicarea diferențială a receptorilor NMDA, AMPA/kainat și dopamină în miezul nucleului accumbens în achiziția și performanța comportamentului de abordare pavlovian. J Neurosci 21: 9471–9477. | PubMed | ISI | CAS |
11. Dingess PM, Darling RA, Kurt Dolence E, Culver BW, Brown TE (2016). Expunerea la o dietă bogată în grăsimi atenuează densitatea coloanei dendritice în cortexul prefrontal medial. Brain Struct Funct (e-pub înainte de tipărire).
12. Epstein DH, Shaham Y (2010). Șobolanii care mănâncă cheesecake și problema dependenței de alimente. Nat Neurosci 13: 529–531. | Articol | PubMed | ISI |
13. Fedoroff IC, Polivy J, Herman CP (1997). Efectul pre-expunere la indicii alimentare asupra comportamentului alimentar al mâncătorilor reținuți și nereținut. Apetitul 28: 33–47. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
14. Ferrario CR, Gorny G, Crombag HS, Li Y, Kolb B, Robinson TE (2005). Plasticitatea neuronală și comportamentală asociată cu tranziția de la consumul controlat la consumul escaladat de cocaină. Biol Psychiatry 58: 751–759. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
15. Ferrario CR, Li X, Wang X, Reimers JM, Uejima JL, Wolf ME (2010). Rolul redistribuirii receptorilor de glutamat în sensibilizarea locomotorii la cocaină. Neuropsychopharmacology 35: 818–833. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
16. Ferrario CR, Loweth JA, Milovanovic M, Ford KA, Galinanes GL, Heng LJ et al (2011). Modificări ale subunităților receptorilor AMPA și TARP-urilor din nucleul accumbens de șobolan legate de formarea receptorilor AMPA permeabili Ca(2)(+) în timpul incubației poftei de cocaină. Neurofarmacologie 61: 1141–1151. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
17. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG et al (2008). Dovezi pentru exocitoza defectuoasă a dopaminei mezolimbice la șobolanii predispuși la obezitate. FASEB J 22: 2740–2746. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
18. Kenny PJ (2011). Mecanisme celulare și moleculare comune în obezitate și dependență de droguri. Nat Rev Neurosci 12: 638–651. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
19. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ (2007). Experiența cocainei controlează plasticitatea sinaptică bidirecțională în nucleul accumbens. J Neurosci 27: 7921–7928. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
20. Lee BR, Ma YY, Huang YH, Wang X, Otaka M, Ishikawa M et al (2013). Maturarea sinapselor silențioase în proiecția amigdala-accumbens contribuie la incubarea poftei de cocaină. Nat Neurosci 16: 1644–1651. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
21. Levin BE, Dunn-Meynell AA, Balkan B, Keesey RE (1997). Creșterea selectivă pentru obezitatea și rezistența induse de dietă la șobolani Sprague-Dawley. Am J Physiol 273(2 Pt 2): R725–R730. | PubMed | ISI | CAS |
22. Ma YY, Lee BR, Wang X, Guo C, Liu L, Cui R et al (2014). Modularea bidirecțională a incubației poftei de cocaină prin remodelarea silențioasă bazată pe sinapse a cortexului prefrontal la proiecțiile accumbens. Neuron 83: 1453–1467. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
23. MacQueen JB. Câteva metode de clasificare și analiză a observațiilor multivariate. Proceedings of the 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability. University of California Press: Berkeley, CA, 1966, pp. 281–297.
24. Murdaugh DL, Cox JE, Cook EW 3rd, Weller RE (2012). Reactivitatea fMRI la imaginile cu alimente bogate în calorii prezice rezultatul pe termen scurt și lung într-un program de slăbire. Neuroimage 59: 2709–2721. | Articol | PubMed |
25. Nelson CL, Milovanovic M, Wetter JB, Ford KA, Wolf ME (2009). Sensibilizarea comportamentală la amfetamină nu este însoțită de modificări ale expresiei suprafeței receptorului de glutamat în nucleul accumbens de șobolan. J Neurochem 109: 35–51. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
26. Oginsky MF, Maust JD, Corthell JT, Ferrario CR (2016). Sensibilizarea locomotorie indusă de cocaină îmbunătățită și excitabilitatea intrinsecă a neuronilor spinoși medii NAc la șobolanii adulți, dar nu și la adolescenți, susceptibili la obezitatea indusă de dietă. Psihofarmacologie 233: 773–784. | Articol | PubMed |
27. Paxinos G, Watson CJCreierul de șobolan în coordonate stereotaxice, ediția a 6-a. Presa academică: Burlington, MA, SUA, 2007.
28. Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME (2011). Analiza cantitativă a compoziției subunității receptorilor AMPA în regiunile creierului legate de dependență. Brain Res 1367: 223–233. | Articol | PubMed | CAS |
29. Robinson MJ, Burghardt PR, Patterson CM, Nobile CW, Akil H, Watson SJ et al (2015). Diferențele individuale în motivația indusă de indicii și sistemele striatale la șobolanii susceptibili la obezitatea indusă de dietă. Neuropsihofarmacologie 40: 2113–2123. | Articol | PubMed |
30. Robinson TE, Berridge KC (2008). Revizuire. Teoria stimulentelor de sensibilizare a dependenței: câteva probleme actuale. Philos Trans R Soc Lond Ser B Biol Sci 363: 3137–3146. | Articol |
31. Rogers PJ, Hill AJ (1989). Defalcarea constrângerii dietetice după simpla expunere la stimuli alimentari: interrelații dintre reținere, foame, salivație și aportul alimentar. Addict Behav 14: 387–397. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
32. Scheyer AF, Wolf ME, Tseng KY (2014). Un mecanism dependent de sinteza proteinelor susține transmiterea receptorului AMPA permeabil la calciu în sinapsele nucleului accumbens în timpul retragerii de la autoadministrarea cocainei. J Neurosci 34: 3095–3100. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
33. Sesack SR, Grace AA (2010). Rețeaua de recompensă a ganglionilor cortico-bazali: microcircuit. Neuropsihofarmacologie 35: 27–47. | Articol | PubMed | ISI |
34. DM mic (2009). Diferențele individuale în neurofiziologia recompensei și epidemia de obezitate. Int J Obezitate 33: S44–S48. | Articol |
35. Soussignan R, Schaal B, Boulanger V, Gaillet M, Jiang T (2012). Reactivitate orofacială la vederea și mirosul stimulilor alimentari. Dovezi pentru plăcerea anticipativă legată de indicii de recompensă alimentară la copiii supraponderali. Apetitul 58: 508–516. | Articol | PubMed | ISI |
36. Stice E, Dagher A (2010). Variația genetică a recompensei dopaminergice la om. Forum Nutr 63: 176–185. | PubMed |
37. Stice E, Figlewicz DP, Gosnell BA, Levine AS, Pratt WE (2012). Contribuția circuitelor de recompensă a creierului la epidemia de obezitate. Neurosci Biobehav Rev 37(Pt A): 2047–2058. | Articol | PubMed | ISI |
38. Tukey DS, Ferreira JM, Antoine SO, D'Amour JA, Ninan I, Cabeza de Vaca S et al (2013). Ingestia de zaharoză induce traficul rapid de receptori AMPA. J Neurosci 33: 6123–6132. | Articol | PubMed |
39. Valenza M, Steardo L, Cottone P, Sabino V (2015). Obezitatea indusă de dietă și șobolani rezistenți la dietă: diferențe între efectele gratificante și anorectice ale D-amfetaminei. Psihofarmacologie 232: 3215–3226. | Articol | PubMed |
40. Vezina P (2004). Sensibilizarea reactivității neuronului dopaminergic al creierului mediu și autoadministrarea de medicamente stimulente psihomotorii. Neurosci Biobehav Rev 27: 827–839. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
41. Volkow ND, Wang GJ, Tomasi D, Baler RD (2013). Obezitate și dependență: suprapuneri neurobiologice. Obes Apocalipsa 14: 2–18. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
42. Vollbrecht PJ, Mabrouk OS, Nelson AD, Kennedy RT, Ferrario CR (2016). Diferențele preexistente și modificările induse de dietă în sistemele de dopamină striatală ale șobolanilor predispuși la obezitate. Obezitate 24: 670–677. | Articol | PubMed | CAS |
43. Vollbrecht PJ, Nobile CW, Chadderdon AM, Jutkiewicz EM, Ferrario CR (2015). Diferențele preexistente în motivația pentru alimente și sensibilitatea la locomoția indusă de cocaină la șobolanii predispuși la obezitate. Physiol Behav 152(Pt A): 151–160. | Articol | PubMed |
44. Wang X, Cahill ME, Werner CT, Christoffel DJ, Golden SA, Xie Z et al (2013). Kalirin-7 mediază receptorul AMPA indus de cocaină și plasticitatea coloanei vertebrale, permițând sensibilizarea stimulativă. J Neurosci 33: 11012–11022. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
45. Wolf ME (2016). Mecanismele sinaptice care stau la baza poftei persistente de cocaină. Nat Rev Neurosci 17: 351–365. | Articol | PubMed |
46. Wolf ME, Ferrario CR (2010). Plasticitatea receptorului AMPA în nucleul accumbens după expunerea repetată la cocaină. Neurosci Biobehav Rev 35: 185–211. | Articol | PubMed | ISI | CAS |
47. Wolf ME, Mangiavacchi S, Sun X (2003). Mecanisme prin care receptorii de dopamină pot influența plasticitatea sinaptică. Ann NY Acad Sci 1003: 241–249. | Articol | PubMed | CAS |
48. Wolf ME, Tseng KY (2012). Receptorii AMPA permeabili la calciu din VTA și nucleul accumbens după expunerea la cocaină: când, cum și de ce? Front Mol Neurosci 5: 72. | Articol | PubMed | CAS |
49. Wyvell CL, Berridge KC (2000). Amfetamina intra-accumbens mărește importanța stimulativă condiționată a recompensei cu zaharoză: creșterea „doririi” recompensei fără „apreciere” îmbunătățită sau întărire a răspunsului. J Neurosci 20: 8122–8130. | PubMed | ISI | CAS |
50. Wyvell CL, Berridge KC (2001). Sensibilizarea stimulativă prin expunerea anterioară la amfetamine: „dorință” crescută de recompensă pentru zaharoză. J Neurosci 21: 7831–7840. | PubMed | ISI | CAS |
51. Yokum S, Ng J, Stice E (2011). Prejudecățile atenționale față de imaginile alimentare asociate cu creșterea în greutate și creșterea viitoare în greutate: un studiu fMRI. Obezitatea (Primăvara de argint) 19: 1775–1783. | Articol | PubMed |