Журнал Neuroscience, 6 Сентябрь 2006, 26 (36): 9196-9204; doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1124-06.2006
Питер Олауссон1, J. David Jentsch2, Натали Тронсон1, Рейчел Л. Неве3, Эрик Дж. Нестлер4качества Джейн Р. Тейлор1
1.Корреспонденция должна быть адресована Джейн Р. Тейлор, Отделу психиатрии, Отделу молекулярной психиатрии, Медицинской школе Йельского университета, Исследовательским учреждениям Ribicoff, Центру психического здоровья Коннектикута, 34 Park Street, Нью-Хейвену, CT 06508.[электронная почта защищена]
Абстрактные
Изменения в мотивации были связаны с патофизиологией нескольких психических расстройств, включая злоупотребление психоактивными веществами и депрессию. Известно, что повторное воздействие лекарств от злоупотребления или стресса настойчиво вызывает фактор транскрипции ΔFosB в ядре accumbens (NAc) и дорсальном полосатом, эффекты, предположительно способствующие нейроадаптации в дофамин-регулируемой сигнализации. Мало что известно, однако, о специфическом участии ΔFosB при дисрегуляции аппетитно мотивированных поведений. Мы показываем здесь, что индуцибельная сверхэкспрессия ΔFosB в NAc и дорсальном полосатом битрангенных мышей, или, в частности, в ядре NAc крыс с использованием вирусного опосредованного переноса генов, улучшенная инструментальная производительность и прогрессивное отношение к пищевым продуктам. Очень похожие поведенческие эффекты были обнаружены после предыдущего повторного воздействия кокаина, амфетамина, MDMA [(+) - 3,4-метилендиоксиметамфетамина] или никотина у крыс. Эти результаты свидетельствуют о мощной регуляции мотивационных процессов с помощью ΔFosB и свидетельствуют о том, что индуцированные лекарством изменения экспрессии генов путем индукции ΔFosB в ядре NAc могут играть критическую роль в воздействии мотивационных влияний на инструментальное поведение.
Введение
Повторное воздействие лекарственного средства вызывает временные динамические изменения в транскрипции генов, которые вызывают длительные нейроадаптации в ядре accumbens (NAc) (Nestler, 2004). Этот мозговой регион играет критическую роль как в процессах лекарственного средства, так и в естественном усилении (Келли и Берридж, 2002), хотя мало известно о факторах транскрипции, которые влияют на поведение, вызванное недугом, аппетитными подкреплениями, такими как пища. ΔFosB - фактор транскрипции, активированный в NAc и дорзальном полосатом теле с помощью хронического воздействия препарата (Konradi et al., 1994; Nye et al., 1995; Chen et al., 1997; Pich et al., 1997; Shaw-Lutchman и др., 2003) и компульсивное колесо (Werme и др., 2002). Он также индуцируется в этих регионах несколькими формами хронического стресса (Perrotti et al., 2004). Усиление процессов усиления лекарственного средства, связанное с индукцией полосатого ΔFosB, хорошо установлено (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Однако последствия повышенных уровней ΔFosB в этих регионах по инструментальному поведению, мотивированным естественными арматурами, пока неизвестны.
Эффективность инструментальных реакций является необходимым компонентом поведения, связанного с употреблением наркотиков, которое может стать дисрегуляционным или негибким по мере прогрессирования перехода к наркомании (Jentsch и Taylor, 1999; Берк и Хайман, 2000; Берридж и Робинсон, 2003; Эверитт и Роббинс, 2005). NAc участвует во многих аспектах инструментального поведения, имеющих отношение к наркомании (Balleine и Killcross, 1994; Corbit et al., 2001; de Borchgrave и др., 2002; Ди Сиано и Эверитт, 2004b; Эверитт и Роббинс, 2005). Поэтому вполне вероятно, что индуцированные наркотиками нейроадаптации внутри NAc могут повлиять на эффективность инструментальных действий. Действительно, хроническое воздействие кокаина усиливает усиление сахарозы инструментальной производительности (Miles et al., 2004) и манипуляции, которые, как предполагается, блокируют нейропластичность в ядре NAc, включая ингибирование PKA (протеинкиназы A) или синтез белка, препятствуют инструментальным ответам,Baldwin et al., 2002a; Эрнандес и др., 2002). Ядро NAc также опосредует мотивационное воздействие условных воздействий на инструментальное поведение (Parkinson и др., 1999; Corbit et al., 2001; Hall и др., 2001; Ди Чиано и Эверитт, 2004a; Ito et al., 2004), обеспечивая нейробиологический субстрат, в результате чего индукция ΔFosB может сильно влиять на производительность инструмента и мотивацию для аппетитных подкреплений, таких как пища, вода или наркотики, злоупотребляющие.
Здесь мы исследовали влияние ΔFosB на пищевое инструментальное поведение с использованием двух взаимодополняющих генетических подходов: (1) индуцибельная сверхэкспрессия ΔFosB в NAc и дорсальном полосатом битрансгенных мышей (NSE-tTA × TetOp-ΔFosB) и сверхэкспрессия (2) от ΔFosB в ядре NAc, в частности, с помощью вирусного опосредованного переноса гена у крыс. Мы также оценили, приведет ли предыдущее повторное воздействие кокаина, амфетамина, (+) - 3,4-метилендиоксиметамфетамина (MDMA) или никотина в условиях, сообщающих об увеличении ΔFosB, усилит инструментальную реакцию и / или мотивацию, усиленную пищевыми продуктами, с использованием графика прогрессивных соотношений, как было показано для усиленного наркотиками самообслуживания (Horger и др., 1990, 1992; Piazza et al., 1990; Vezina et al., 2002; Miles et al., 2004). Наши результаты демонстрируют стойкие эффекты ΔFosB на инструментальное поведение и предполагают, что этот транскрипционный фактор может действовать в ядре NAc как регулятор мотивационной функции.
Материалы и методы
Животные и уход за животными
Экспериментально наивные крысы Sprague Dawley были приобретены у Charles River Laboratories (Уилмингтон, Массачусетс). Самцы мышей с битрессгенными 11A получали из перекрестного гомогеназа трансгенных мышей, экспрессирующих белок нейрона-специфической энолазы (NSE) -tTA тетрациклина (линия A) и мышей, экспрессирующих TetOp (промотор, чувствительный к тетрациклину) -ΔFosB (линия 11); родительские линии поддерживались на смешанном фоне (50% ICR и 50% C57BL6 × SJL) (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Эти мышиные мыши, содержащие бифенгенные мыши 11A, экспрессируют ΔFosB только тогда, когда: (1) оба трансгена присутствуют в одной и той же клетке, и (2) активация транскрипции tTA не ингибируется присутствием антибиотиков тетрациклинов, таких как доксициклин. Таким образом, введение доксициклина этим мышам может временно контролировать экспрессию ΔFosB и использоваться для предотвращения экспрессии во время развития; действительно, введение доксициклина связано с отсутствием обнаруживаемой экспрессии утечки ΔFosB (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Кроме того, для настоящих экспериментов была выбрана линия 11A битроенгенных мышей, поскольку они отображают шаблон экспрессии, который в основном ограничивается динатринсодержащими полосатыми нейронами (как NAc, так и дорсальным стриатумом), очень похожим на картину индукции ΔFosB хроническим лекарством экспозиция (Kelz et al., 1999). Более того, количественное определение этой полосатой экспрессии ΔFosB было количественно определено ранее (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Мыши были созданы в Университете Техаса на юго-западе и поддерживались и тестировались в объектах Йельского университета. На протяжении всей беременности и развития все мыши поддерживали доксициклин до 8-9 недель с концентрацией 100 мкг / мл в питьевой воде, условия, которые, как известно, поддерживали трансгены с TetOp в «выключенном» состоянии и использовали начальный 6 недель с доксициклином, когда экспрессия ΔFosB становится максимальной (Kelz et al., 1999). Все эксперименты включали сравнение мышечных битрангенных мышей по сравнению с доксициклином, который сам по себе не влияет на мотивированное поведение (Kelz et al., 1999; McClung и Nestler, 2003; Zachariou et al., 2006).
Все экспериментальные объекты размещались парами (крысами) или группами (мышей, от четырех до пяти на клетку) в условиях контролируемой температуры и влажности в цикле света / темноты 12 h (свет на 7: 00 AM и выключен в 7: 00 ВЕЧЕРА). Им разрешалось, по крайней мере, 7 d приспособиться к жилым помещениям до начала любого исследования. Животные имели доступ к воде в любое время и ограниченный доступ к пище, как описано ниже. Все виды использования животных проводились в соответствии с Руководством Национального института здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных и были одобрены Комитетами по уходу и использованию животных в Университете Техасского Юго-Западного и Йельского университетов.
Наркотики
Гидрохлорид кокаина [любезно предоставлен Национальным институтом по борьбе со злоупотреблением наркотиками (NIDA)], сульфатом d-амфетамина (Sigma, St. Louis, MO), гидрохлоридом MDMA (любезно предоставленным NIDA) и (-) - нитратным водородом тартратом (Sigma ) растворяли в стерильном физиологическом растворе (0.9%) и инъецировали внутрибрюшинно в объеме 5 мл / кг (мыши) или 2 мл / кг (крысы). РН раствора никотина доводили до введения бикарбоната натрия.
Вирусные векторы
Вирусно-опосредованный перенос гена выполняли, как описано ранее (Carlezon et al., 1998; Perrotti et al., 2004). Короче говоря, кДНК, кодирующие специфические белки, вставляли в амплификатор вируса простого герпеса (HSV) HSV-PrPUC и упаковывали в вирус с помощью вспомогательного 5dl1.2. Векторы, стимулирующие экспрессию HSV-LacZ, кодирующего β-галактозидазу контрольного белка, или HSV-ΔFosB, кодирующие ΔFosB, затем вводили в ядро NAc в соответствии с экспериментальным протоколом.
Экспериментальная процедура
Контур.
Эксперимент 1 проанализировал эффекты предыдущего повторного воздействия препарата на усиленную пищевыми инструментами производительность и прогрессивное соотношение. Крыс случайным образом делили на пять экспериментальных групп (n = 9-10 / группа). Эти группы получали дважды в день инъекции (внутрибрюшинно, в 9: 00 AM и 5: 00 PM) с физиологическим раствором или одним из следующих препаратов: никотин, 0.35 мг / кг; MDMA, 2.5 мг / кг; кокаин, 15 мг / кг; или амфетамином, 2.5 мг / кг для 15 последовательных дней. Дозы были отобраны на основе наших ранее опубликованных данных (Тейлор и Джентс, 2001; Olausson и др., 2003), а вызванная лекарством локомоторная стимуляция контролировалась в дни лечения 1 и 15. После 5 d изъятия животных обучали на инструментальном реагировании на 10 подряд подряд, а затем тестировали на прогрессивное соотношение, отвечающее на следующий день. Из статистического анализа были исключены два животных, потому что они не получили инструментального ответа, и на каждой из трех заключительных тренировок не более одного активного рычажного ответа.
Эксперименты 2 и 3 исследовали эффекты индуцируемой стригальной избыточной экспрессии ΔFosB у битрангенных мышей на производительность инструмента и ответ на прогрессивное соотношение арматуры. Ранее было показано, что индуцируемая избыточная экспрессия ΔFosB у этих мышей имитирует эффекты повторного воздействия лекарственного средства в двигательной активности и парадигмы предпочтения условных мест (Kelz et al., 1999; Zachariou et al., 2006). Эти мыши могут предоставить критическую информацию о вкладе стригального ΔFosB в конкретные поведенческие процессы. Генотипированных мышей-самцов поддерживали на доксициклине или переводили в водопроводную воду в возрасте 8. Эксперименты были начаты после 6 недель вывода доксициклина, при этом трансгенная экспрессия была максимальной (Kelz et al., 1999). В эксперименте 2 животные (n = 16) были ограничены пищей и обучались по инструментальной процедуре, описанной ниже (см. Ниже, «Инструментальное реагирование и прогрессивное соотношение») для 10 последовательных дней. После завершения инструментального тестирования на этих мышах была оценена стимуляция локомоторной стимуляции кокаином. В эксперименте 3 отдельная группа мышей (n = 18) обучалась на инструментальном отклике для 10 последовательных дней в условиях, когда доставляли максимум усилителей 50. В день 11 все мыши тестировали на прогрессивное отношение. В день 12 мы определили эффекты девальвации подкрепления путем предварительной подачи на поступательное соотношение.
Эксперименты 4 и 5 исследовали эффекты вирусной опосредованной сверхэкспрессии ΔFosB, особенно в пределах NAc. Эксперимент 4 проверил эффекты избыточной экспрессии ΔFosB на инструментальную производительность. Здесь крысам вводили HSV-ΔFosB (n = 8) или HSV-LacZ (n = 8) в ядре NAc и обучались на инструментальной процедуре, начинающейся с 40 h позже. После ежедневных тренировок 10 уровни базовой линии были оценены для всех животных в оборудовании мониторинга локомоторной активности, как описано ниже (см. Ниже, Локомоторная активность). Эксперимент 5 оценивал влияние сверхэкспрессии NAc ΔFosB специально на реагирование прогрессивного отношения. Здесь крысы изначально обучались в течение 15 последовательных дней, назначались экспериментальным группам и затем вводили HSV-ΔFosB (n = 8) или HSV-LacZ (n = 7) в ядре NAc. Животные были оставлены непроверенными и не обработаны для 4 d, чтобы обеспечить выражение ΔFosB до пика. В день 5 после инфузии всех животных проверяли на нажатие рычага на график прогрессивного соотношения. После последнего дня тестирования всех крыс убивали и размещение инфузионных канюлей в ядре NAc гистохимически. Основываясь на размещении инфузионных канюлей, две крысы были исключены из эксперимента 4 и одной крысы из эксперимента 5.
Характеристика экспрессии гена была сделана в отдельной группе животных. Здесь HSV-LacZ вводили в ядро NAc, а животных позже убивали 3 d. Затем экспрессию β-галактозидазы оценивали иммуногистохимически.
Локомоторная активность.
Локомоторную активность измеряли с использованием измерителей активности (Digiscan animal activity monitor, Omnitech Electronics, Columbus, OH). Счетчики активности были оснащены двумя рядами инфракрасных фотодатчиков, каждая из которых состояла из датчиков 16, расположенных на расстоянии 2.5 см друг от друга. Счетчики активности контролировались и данные из счетчиков активности, собранных компьютером ПК, с использованием программного обеспечения Micropro (Omnitech Electronics).
Экспериментальных животных помещали в прозрачные пластиковые коробки (25 × 45 × 20 см), которые помещали в измерители активности. Вначале животным разрешалось приучать к аппарату регистрации локомоторной активности для 30 мин. В некоторых экспериментах животных впоследствии вывозили, инъецировали кокаином, амфетамином, никотином или носителем в соответствии с экспериментальной конструкцией и помещали обратно в коробки. Локомоторную активность затем регистрировали для 60 мин, начиная 5 мин после инъекции препарата, чтобы избежать неспецифической индуцированной индуцированной гипермотильности. Все эксперименты проводились во время легкой фазы животных (между 9: 00 AM и 6: 00 PM).
Инструментальное реагирование и прогрессивное тестирование отношения.
Инструментальное реагирование оценивали с использованием стандартных оперантных камер для крыс (30 × 20 × 25 см) или мышей (16 × 14 × 13 см), контролируемых программным обеспечением MedPC (Med Associates, St. Albans, VT). Каждая камера была помещена в звукоизолирующую внешнюю камеру, оборудованную генератором белого шума и вентилятором для уменьшения воздействия внешних шумов. Внутри камеры светился дом, установленный на задней стенке. Дозатор гранул поставлял пищевые гранулы (20 или 45 мг, Bio-Serv, Frenchtown, NJ) в качестве усилителя в журнал. Головные записи были обнаружены с помощью фотоэлемента, установленного над гнездом усилителя. В этом журнале был свет стимула. Для крыс один рычаг был помещен с каждой стороны магазина. Для мышей на задней стенке камер (т. Е. Напротив магазина арматуры) были установлены два отверстия для носа.
Во время 5 d непосредственно перед началом обучения животные были ограничены доступом к пище 90 min в день и подвергались воздействию гранул на основе зерна (мыши, 20 мг, крысы, 45 мг) в их домашних клетках. В течение периода тестирования пищевые гранулы периодически прерывались в камерах операндов в соответствии с поведенческим протоколом (см. Ниже), а также в неограниченном количестве в домашней клетке для 90 мин, начиная с 30 мин после ежедневного тестирования. Этот график доступа к еде позволяет каждому отдельному животному достичь своей индивидуальной точки насыщения и уменьшает изменчивость, вызванную конкуренцией между доминирующими и подчиненными животными. В наших руках это расписание позволяет получить медленное увеличение веса после первоначальной потери веса ~85-90% от веса свободной подачи. На протяжении всего эксперимента контролировали вес животных.
Все испытуемые изначально были приучены к испытательному аппарату для 2 d; во время этих сеансов пищевые гранулы были доставлены в журнал усиления в расписание 15 s (FT-15) с фиксированным временем. Начиная с следующего дня, испытуемые ежедневно получали ежедневные тренировки для 10. Ответ на еду был протестирован на основе ранее опубликованных процедур инструментального кондиционирования (Baldwin et al., 2002b). Ответ на правильный (то есть активный) рычаг / носовой накоротко был усилен, тогда как ответ на другой (неактивный) рычаг / нос не имел никаких запрограммированных последствий. Положение активного носа или рычага (влево / вправо) было сбалансировано для всех экспериментальных групп. Завершение требования ответа (см. Ниже) привело к появлению света стимула для журнала, после чего последовало 1 с доставкой одного пищевого гранулы. Через две секунды свет стимула был выключен. Первые усилители 10 были получены после успешного завершения реакции в соответствии с графиком фиксированного отношения (FR1), после чего гранулы были доступны после ответа на график с переменным соотношением (VR2). Сессия продолжалась в течение 15 мин.
Эксперименты 3 (мыши) и 5 (крысы) использовали альтернативные графики обучения, чтобы избежать потенциального воздействия различий в инструментальных характеристиках во время обучения при последующем прогрессивном соотношении (см. Ниже). В эксперименте 3 мышей обучали по расписанию FR1 для 2 d, а затем по расписанию FR2 для 8 d. Первый 3 d тестирования использовал сеансы 60 min. В последние дни обучения 7 сеанс был прекращен, когда были приобретены усилители 50. В эксперименте 5 крысы обучались по расписанию FR1 / VR2 на сеансах 15 min, как описано выше для всех других экспериментов с двумя исключениями. Сначала было доставлено максимальное количество гранул / сеансов 150. Во-вторых, эти животные получили 5 дополнительные дни обучения (т. Е. В общей сложности 15 d), чтобы обеспечить стабильную работу перед любыми экспериментальными манипуляциями.
Животные также тестировали на ответ на еду в соответствии с графиком прогрессивного соотношения арматуры. В этом тесте требование ответа на получение пищи было инициировано как график FR1, но постепенно увеличивалось на 2 для получения следующего усилителя (т. Е. 1, 3, 5, 7 ..., X + 2 ответов). В эксперименте по лечению наркомании с использованием крыс график постепенно увеличивался на 5, что давало окончательный график 1, 6, 11, 16 ..., X + 5. Все остальные параметры были идентичны описанной выше процедуре обучения. Тест был прерван, когда не было активного ответа на 5 мин.
Девальвация реинфраструктуры.
Эффект девальвации подкрепления изучался с использованием предкармливания, специфичного для усиления. Здесь мышам разрешалось есть неограниченные гранулы на основе зерна в их домашнем каркасе в течение 3 h, прежде чем тестировать график прогрессивного соотношения арматуры, как описано выше.
Хирургические методы.
Животных анестезировали с использованием Equithesin [смесь, содержащую пентобарбитал (35 мг / кг) и хлоралгидрат (183.6 мг / кг) в этаноле (10% об. / Об.) И пропиленгликоле (39% об. / Об.); вводили в количестве 4.32 мл / кг, ip]. Канюлы (Plastics One, Roanoke, VA) были хирургически имплантированы, нацеленные над ядром NAc, используя стереотаксическое оборудование Kopf. Используемые стереотаксические координаты относительно брегмы были следующими: передний / задний, + 1.5 мм; боковая / медиальная, ± 1.5 мм; брюшная / дорзальная, -6.0 мм (Паксинос и Ватсон, 1986). Канюли были прикреплены к черепу с помощью винтов и зубного цемента. Обтураторы были помещены в направляющие канюли для предотвращения блокировки. После операции животных подвергали стандартной послеоперационной помощи и им позволяли восстанавливаться в течение 5 d до начала любого эксперимента.
Настои.
Внутримозговые вливания вирусных векторов выполнялись на двухстороннем уровне за 40 ч до начала обучения (см. Ниже). Инъекционные шприцы (калибр 31), простирающиеся на 1 мм ниже кончика направляющих канюлей, медленно снижались одновременно влево и вправо NAc, а 1.0 μl / сторона вводилась в течение периода 4 min со скоростью инфузии 0.25 мкл / мин с использованием микроинфузионного насоса (PHD-5000, Harvard Apparatus, Holliston, MA). Иглы для инфузий оставались на месте в течение 1 мин после завершения инфузии, а манекены были заменены. Месторождения каннулы гистологически проверялись после завершения поведенческих экспериментов (см. Рис. 6B), и только животные с правильно помещенными канюлями были включены в статистический анализ экспериментальных данных.
Гистологический анализ и иммуноокрашивание.
После завершения экспериментов животные, получившие хирургические вмешательства в рамках эксперимента, были обезболированы Equithesin и транскрибировались транскрипционно с помощью 0.1 m PBS (5 min) и 10% формалина (10 мин) в соответствии со стандартными процедурами. Мозги постфиксали в формалине и затем помещали в буферный раствор сахарозы с фосфатом (30%). Все мозги затем разрезали на секции 40 мкм на микротоме и использовали для гистологического анализа размещения канюлей и экспрессии белка.
Размещение канюли проводили в срезах, окрашенных нейтральным красным и смонтированных на предметных стеклах микроскопа в пластификаторе дистилля и ксилоле (DPX) после дегидратации этанола. Иммуногистохимию проводили, как описано ранее (Hommel и др., 2003). Короче говоря, экспрессия β-галактозидазы после инфузии HSV-LacZ определяли с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания с использованием первичного антитела козы анти-β-галактозидазы (1: 5000, Biogenesis, Kingston, NH). После инкубации в течение ночи секции промывали и затем инкубировали с вторичным антителом против козиса с люминесцентным ослом, конъюгированным с Cy2 (1: 200, Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA). Разделы снова промывали, а затем дегидратацию этанолом и установку в DPX. Смежные контрольные участки лечили одинаково без включения первичных антител. Иммунофлуоресценцию оценивали при 520 нм с использованием Zeiss (Oberkochen, Germany) с фильтром FITC и изображениями, снятыми при одинаковом времени экспозиции с Zeiss Цифровая система визуализации Axiovision.
Показатели
Данные всех экспериментов были оценены с использованием одно-, двух- или трехфакторного дисперсионного анализа с последующим апостериорным тестом Шеффа или Даннета с поправкой на множественные сравнения, где это необходимо, с использованием теста последовательного отклонения Холма. Статистически значимым считалось значение p ≤ 0.05.
Итоги
Эксперимент 1: эффекты повторного воздействия препарата на производительность инструмента и поступательное соотношение
Чтобы подтвердить, что наша повторяющаяся парадигма лекарственного средства вызвала функционально значимые нейроадаптации, мы сначала оценили локомоторную сенсибилизацию как прототипную поведенческую меру хронического действия препарата. Крысам давали два раза в день инъекции никотина (0.35 мг / кг), MDMA (5 мг / кг), кокаина (15 мг / кг) или амфетамина (2.5 мг / кг), а локомоторную активность тестировали после первой инъекции дней обработки 1 и 15 (дополнительный рис. 1A-E, доступный на www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Статистический анализ показал значительное лечение днем (F(4,42) = 9.335; p ≤ 0.0001). За исключением MDMA (p = 0.62), все препараты вызывали значительно большую двигательную активность (то есть сенсибилизацию) в день 15 по сравнению с днем 1 (никотин, p ≤ 0.001, кокаин, p ≤ 0.001, амфетамин, p ≤ 0.01). Повторные солевые инъекции не влияли. Ни одно лекарственное лечение не изменяло исходную локомоторную активность, измеряемую во время периода привыкания в день 15 (дополнительный рис. 2A, доступный в www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала).
Через пять дней после последней инъекции препарата мы исследовали влияние предыдущего повторного воздействия никотина, MDMA, кокаина или амфетамина на усиленное пищевое инструментальное поведение. Данные представлены для каждого препарата отдельно в Рисунок 1A-H, используя ту же самую контрольную группу для сравнения. Мы обнаружили, что предыдущее воздействие каждого из этих препаратов значительно и выборочно увеличилось с помощью инструментального ответа на питание (лечение с помощью рычага по учебному дню, F(36,378) = 1.683; p ≤ 0.01; post hoc-анализ: никотин, p ≤ 0.01; MDMA, p ≤ 0.05; кокаин, p ≤ 0.01; амфетамин, p ≤ 0.001). Постоянное повышение инструментального ответа, наблюдаемое при асимптотических характеристиках, предполагало возможное усиление мотивации, что соответствовало ранее сообщаемому увеличению после повторного воздействия психостимулятора (см. Обсуждение). Поэтому мы проверили, была ли повышенная мотивация предыдущего повторного воздействия лекарственного средства с использованием графика прогрессивных соотношений. Наблюдался статистический эффект предыдущего воздействия препарата на ответ на активный рычаг (лечение с помощью рычажного взаимодействия, F(4,42) = 3.340; p ≤ 0.05) (Рис 2A), а также конечную точку останова (F(4,42) = 5.560; p ≤ 0.001) (Рис 2Б). Дополнительный анализ показал, что все виды лечения увеличивают как количество активных ответов (никотин, p ≤ 0.001, MDMA, p ≤ 0.05, кокаин, p ≤ 0.001, амфетамин, p ≤ 0.001) и точка разрыва (никотин, p ≤ 0.001, MDMA , p ≤ 0.01, кокаин, p ≤ 0.0001, амфетамин, p ≤ 0.0001), согласующийся с эффектом этих обработок на мотивацию. Учитывая отсутствие эффекта от левомоторной активности на исходном уровне и отсутствие влияния на неактивные рычажные пресса, маловероятно, что повышенный ответ на пищу в этих условиях отражает неспецифический рост двигательной активности.
Рисунок 1.
Эффект предыдущих повторных инъекций никотина (0.35 мг / кг), МДМА (2.5 мг / кг), кокаина (15 мг / кг) или амфетамина (2.5 мг / кг) два раза в день для 15 d при последующем инструментальном поведении. Животных тестировали вместе, но для ясности эффекты каждого препарата представлены отдельно, используя ту же самую обработанную физиологическим раствором контрольную группу. A (активные ответы) и B (неактивные ответы) показывают эффекты предыдущего воздействия никотина; C, D, MDMA; E, F, кокаин; G, H, амфетамин. Данные представлены как средства ± SEM.
Рисунок 2.
Влияние предыдущего повторного лечения (два раза в день, 15 дней) физиологическим раствором, никотином (0.35 мг / кг), МДМА (2.5 мг / кг), кокаином (15 мг / кг) или амфетамином (2.5 мг / кг) на инструментальную реакцию по графику прогрессивного соотношения армирования. Данные представлены как среднее ± SEM. *** p <0.001; ** p <0.01; * р <0.05. Sal, физиологический раствор; Ник, никотин; Кок, кокаин; Амф, амфетамин; PR, прогрессивное соотношение.
Предыдущее лекарственное воздействие также не влияло на массу тела, записанную до ограничения на питание, в первый или последний день инструментального обучения или непосредственно перед испытанием прогрессивного отношения (дополнительный рис. 2B, доступный по www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Ограниченный доступ к продуктам для 3 d первоначально уменьшал вес тела в среднем на 91-92% от веса свободной кормления. В конце поведенческого тестирования весы вернулись к 97-99% веса тела, при этом не наблюдалось различий между животными, подвергшимися воздействию лекарств и обработанных физиологическим раствором животными. Таким образом, изменения в весе тела и различиях в голоде или аппетите не должны вносить существенного вклада в наблюдаемое повышение эффективности или мотивации инструмента.
Эксперимент 2: индуцируемая избыточная экспрессия ΔFosB у битрангенных мышей; инструментальное исполнение
Затем мы рассмотрели вопрос о том, повышалась ли эффективность инструментальных средств у битрансгенных мышей, которые индуцивно сверхэкспрессируют ΔFosB с выраженной селективностью в NAc и дорсальной полосатой (Kelz et al., 1999). В этом эксперименте мышей, экспрессирующих ΔFosB, сравнивали с контрольными личинками, которые не сверхэкспрессируют ΔFosB, потому что они поддерживаются на доксициклине (см. Материалы и методы). Мы обнаружили, что чрезмерная экспрессия ΔFosB значительно увеличивала ответ на усиление пищи (экспрессия гена посредством рычага в день тренировки, F(9,126) = 3.156; p ≤ 0.01) (Рис 3А). Количество ответов на носовую реакцию, сделанных в неактивной апертуре, не отличалось между двумя группами (Рис 3Б). Вместе эти данные указывают на то, что избыточная экспрессия ΔFosB в NAc и дорзальной полосатой избирательно увеличивала инструментальную эффективность
Рисунок 3
Эффект индуцируемой стриальной избыточной экспрессии ΔFosB у битрангенных мышей на эффективность инструмента. A, активные ответы. B, Неактивные ответы. Данные представлены как средства ± SEM.
Чтобы исключить, что усиление инструментальной эффективности у животных с избыточным экспрессией ΔFosB можно объяснить изменениями аппетита или голода, вес тела был зарегистрирован до ограничения питания и в первый и последний дни обучения. ΔFosB не влиял на вес тела перед ограничением пищи и не влиял на вес тела во время поведенческого тестирования. Здесь ограниченный доступ к продуктам для 3 d уменьшает массу тела в среднем на 87-89% от веса свободного кормления. В конце поведенческого тестирования вес животных был 97-99% от веса тела прекреации, с эквивалентными изменениями, наблюдаемыми у ΔFosB и контрольных мышей (дополнительный рис. 3A, доступный по www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Таким образом, маловероятно, что потенциальные эффекты избыточной экспрессии ΔFosB на голод или аппетит могут объяснять наблюдаемые улучшения в инструментальном реагировании.
Когда тестирование на инструментальные характеристики было завершено, избыточная экспрессия ΔFosB не изменяла базовую локомоторную активность, измеренную в течение периода времени 30 (дополнительный рис. 3B, доступный по www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Это наблюдение подтверждает мнение о том, что неспецифическое изменение активности не способствует усиленной инструментальной эффективности, наблюдаемой у этих животных. Однако сообщалось, что избыточные экспрессирующие ΔFosB мыши-переносчики проявляют повышенные локомоторные ответы на острый и повторный кокаин (Kelz et al., 1999). Поскольку мы использовали несколько иной график вывода из доксициклина для индукции экспрессии генов (недели 6 с ограничением пищи), мы решили подтвердить этот фенотип. Действительно, мыши, экспрессирующие ΔFosB, продемонстрировали значительно больший рост локомоторной активности при инъекции кокаина по сравнению с их контрольными литтерами, поддерживаемыми на доксициклине (лечение экспрессией гена, F(1,44) = 4.241; p ≤ 0.05) (дополнительный рисунок 3C, доступный по адресу www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала).
Эксперимент 3: индуцируемая избыточная экспрессия ΔFosB у битрангенных мышей; прогрессивное соотношение
Учитывая, что предыдущее воздействие лекарственного средства индуцирует полосатый ΔFosB (Nestler et al., 2001) и была найдена здесь, чтобы увеличить ответ прогрессивного отношения, затем мы проверили, является ли трансгенная стриальная избыточная экспрессия ΔFosB также повышающей производительность по прогрессивному графику распределения арматуры. Новая группа мышей обучалась на инструментальном реагировании в условиях (см. Материалы и методы), которые не приводили к существенным различиям в инструментальной производительности перед тестированием на прогрессивное соотношение (F(1,16) <1). Однако в тесте с прогрессивным соотношением мы наблюдали значительную экспрессию гена посредством рычажного взаимодействия (F(1,16) = 5.30; p ≤ 0.05) (Рис 4A) и обнаружили, что мыши, экспрессирующие ΔFosB, по сравнению с мышами-контрольными мышами, поддерживаемыми на доксициклине, увеличивали количество активных ответов (p ≤ 0.05), тогда как количество неактивных ответов от руки не отличалось. Мышцы с избыточной экспрессией ΔFosB также достигли более высокой точки разрыва (F(1,16) = 5.73; p ≤ 0.05) (Рис 4Б). Эти данные свидетельствуют о том, что, как и предыдущее воздействие психостимулятора, стриарная избыточная экспрессия ΔFosB увеличивает мотивацию. Поскольку количество неактивных ответов не было изменено у мышей с избыточной экспрессией ΔFosB, неспецифические увеличения активности вряд ли будут способствовать этим эффектам. Это мнение было дополнительно подтверждено оценками базовой локомоторной активности, при которой не было различий между мышами, сверхэкспрессирующими ΔFosB и мышами-контрольными мышами, поддерживаемыми на доксициклине. Никаких грубых различий в массе тела между ΔFosB-сверхэкспрессирующими и контрольными животными не было видно, как измерено в день испытания. Таким образом, несмотря на то, что животные с избыточным экспрессией ΔFosB будут давать больше инструментальных ответов, связанных с питанием, они, по-видимому, не потребляют больше пищи, когда они свободно доступны. Наиболее вероятным объяснением этого наблюдения является то, что, хотя мотивация определяет, насколько трудно животное будет работать, чтобы приобрести усиление, многочисленные дополнительные факторы (аппетит, сытость, метаболическое состояние и т. Д.) Влияют на поведение кормления и фактическое потребление пищи.
Рисунок 4.
Влияние индуцибельной сверхэкспрессии FosB у битрансгенных мышей на инструментальную реакцию на график прогрессивного соотношения подкрепления до и после обесценивания подкрепления, вызванного сытостью. A, B, исходный уровень: реакции рычага (A), точка разрыва (B). C, D, После девальвации подкрепления: реакции рычага (C), точка разрыва (D). Данные представлены как среднее ± SEM. * р <0.05.
Используемые здесь биотрансгенные мыши ΔFosB экспрессируют ΔFosB по всей полосе. В то время как вентральный стриатум (включая NAc) был вовлечен в мотивационные процессы, считается, что дорзальная стриатум участвует в приобретении инструментальных привычек (Yin и др., 2004; Faure и др., 2005). Хотя мы не наблюдали различий в инструментальных характеристиках на тренировочной фазе, используя график низких коэффициентов с максимальными лимитами усиления, условия, относительно устойчивые к развитию инструментальных привычек (Дикинсон, 1985), возможно, что установление привычек может повлиять на реакцию в соответствии с графиком прогрессивного соотношения. Эта возможность была проверена непосредственно, оценивая влияние девальвации подкрепления путем предварительной подачи на поступательное отношение. Такое предварительное подавление стирает эффект ΔFosB при реагировании на прогрессивные отношения, при этом не наблюдается различий в точках ответа или разрыва, наблюдаемых между мышами с избыточной экспрессией ΔFosB и контрольными мышами (F(1,16) <1) (Рис 4CD). В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что чрезмерная экспрессия стриата ΔFosB не изменяла чувствительность к изменениям стоимости вознагражденных результатов с использованием этого графика тестирования. Скорее, инструментальное реагирование, наблюдаемое в тестах с прогрессивным соотношением, представляется целенаправленным, а увеличенная точка разрыва, наблюдаемая у мышей с сверхэкспрессией ΔFosB, скорее всего, связана с усиленной мотивацией, а не с повышенной чувствительностью к привычке.
Эксперимент 4: вирусная гиперэкспрессия ΔFosB в ядре NAc: инструментальная производительность
Чтобы оценить, может ли избыточное экспрессия ΔFosB в NAc учитывать поведение, наблюдаемое у битрансгенных мышей, мы вводили HSV-ΔFosB или HSV-LacZ в качестве контроля выборочно в ядро NAc крыс и изучали влияние этой манипуляции на питание - усиленная инструментальная производительность (Рис 5А, В). После обучения в журнале HSV-ΔFosB или HSV-LacZ вводили в ядро NAc 40 h до начала поведенческого тестирования. Расположение инфузии и степень экспрессии генов, опосредованных вирусом, показаны в Рисунок 6, A и B. NAc инфузии HSV-ΔFosB вызывали устойчивое увеличение количества активных реакций (экспрессия гена с помощью рычага F(1,12) = 8.534; p ≤ 0.05) (Рис 5A), которые сохранялись на протяжении всего эксперимента. Эти эффекты были избирательными, поскольку не было значительных эффектов избыточной экспрессии ΔFosB в ядре NAc на количество неактивных ответов (Рис 5B) или на исходную локомоторную активность, записанную на следующий день после завершения эксперимента (данные не показаны). Сверхэкспрессия ΔFosB в NAc, таким образом, имитировала поведенческие эффекты предыдущего воздействия препарата или чрезмерную экспрессию стриата ΔFosB.
Рисунок 5.
Эффект инфузий HSV-ΔFosB в ядро NAc до тренировки на инструментальном реагировании. A, активные ответы. B, Неактивные ответы. Данные представлены как средства ± SEM.
Рисунок 6.
A, Размещение мест вливания для вирусных векторных экспериментов. Вверх, заполненные черные круги соответствуют предполагаемому месту вливания. Только вливания, сделанные в ~0.5 мм этой области (т. Е. В ядре NAc), как указано кругом, считались приемлемыми. Животные с инфузиями, сделанными за пределами этой области, были исключены из статистического анализа. Внизу, сайт инфузии в пределах NAc у представителя животного. B, Иммуногистохимическая проверка экспрессии белка после инфузии HSV-LacZ. Верхние панели демонстрируют экспрессию β-галактозидазы в ядре NAc (увеличение 2.5 и 10 ×). Нижние панели демонстрируют отсутствие иммунофлуоресценции в соседних контрольных срезах с использованием той же иммуногистохимической процедуры без включения первичного антитела.
Эксперимент 5: вирусная гиперэкспрессия ΔFosB в ядре NAc: прогрессивное соотношение
Окончательный эксперимент непосредственно определил, была ли достаточная избыточная экспрессия ΔFosB в ядре NAc с использованием вирусного опосредованного подхода к переносу генов, чтобы повысить мотивацию у крыс. Здесь HSV-ΔFosB вводили только после завершения инструментального обучения, исключая любое потенциальное влияние избыточной экспрессии ΔFosB во время тренировки при последующем испытании прогрессивного отношения. Новая группа крыс обучалась, как и прежде, и делилась на сбалансированные экспериментальные группы, основываясь на их результатах в последние дни обучения. Впоследствии животные получали двусторонние вливания HSV-ΔFosB или HSV-LacZ в ядро NAc и тестировались на прогрессивное отношение, реагирующее после избыточной экспрессии 5 d. Статистический анализ выявил значительную экспрессию гена с помощью рычажного взаимодействия (F(1,12) = 14.91; p ≤ 0.01) (Рис 7А). Крысы, вливаемые HSV-ΔFosB, делали более активные ответы (p ≤ 0.01) по сравнению с теми, которые были введены с HSV-LacZ, тогда как реакция на неактивный рычаг не была затронута. В соответствии с этим увеличением крысы, вливаемые HSV-ΔFosB, также имели более высокую точку останова (F(1,12) = 18.849; p ≤ 0.001) (Рис 7B), чем животные, вливаемые HSV-LacZ. Не было никакого эффекта ΔFosB на базовую локомоторную активность, протестированную 1 h до теста прогрессивного отношения (дополнительная фиг. 4A, доступная по www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Также не было различий в массе тела в день тестирования прогрессивного отношения (дополнительный рис. 4B, доступный в www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Эти результаты подтверждают наши наблюдения с помощью трансгенных мышей с избыточной экспрессией ΔFosB и указывают на то, что селективная избыточная экспрессия ΔFosB в NAc является достаточной для усиления связанной с продуктом мотивации.
Рисунок 7.
Влияние инфузий HSV-ΔFosB за 5 дней до тестирования на инструментальную реакцию на график прогрессивного соотношения подкрепления. Ответы рычага. B, точка разрыва. Данные представлены как среднее ± SEM. *** p <0.001; ** р <0.01.
Обсуждение
Настоящее исследование демонстрирует, что избыточная экспрессия ΔFosB внутри NAc усиливает усиленное пищевое инструментальное поведениер. Предыдущее воздействие на кокаин, амфетамин, МДМА или усиление никотина привело к продолжительному увеличению последующих инструментальных результатов. Эти лекарственные воздействия также повышали поведение, обусловленное продуктами питания, в соответствии с графиком прогрессивного соотношения арматуры. Эти эффекты предыдущего воздействия лекарственного средства были имитированы ограниченной избыточной экспрессией ΔFosB в полосатом теле, с использованием индуцибельных митохондриальных (NSE-tTA × TetOP-ΔFosB) мышей или с использованием нового вирусного вектора для экспрессии ΔFosB выборочно в NAc, Примечательно, что избыточная экспрессия ΔFosB в ядре NAc, после того, как инструментальные ответы уже были приобретены, улучшила мотивацию для продуктов питания в соответствии с графиком прогрессивного соотношения. Вместе наши результаты идентифицируют ΔFosB в ядре NAc как потенциальный медиатор индуцированных лекарственными средствами нейроадаптаций, которые могут способствовать инструментальному поведению, расширяя роль этого транскрипционного фактора, чтобы включить процессы, имеющие отношение к мотивационным влияниям на эффективность поведения, усиленного продуктами питания. Они также повышают вероятность того, что условия, которые индуцируют экспрессию ΔFosB в NAc, могут влиять на мотивационные свойства как естественного, так и лекарственного усилителей.
ΔFosB накапливается в динорфин-экспрессирующих средах колючих нейронов как NAc, так и дорсальной полосатой после хронического, но не острого воздействия наркотиков. Эта региональная модель экспрессии воспроизводится в индуцибельных битрансгенных мышах с гиперэкспрессией ΔFosB, используемых здесь. У этих мышей, повышенные уровни ΔFosB в полосатом теле повышают чувствительность животных к кокаину и морфину, измеренную по условному предпочтению места (Kelz et al., 1999; Zachariou et al., 2006). Это также увеличивает прогрессирующее соотношение, отвечающее за кокаин, предполагая, что мотивация к самообслуживанию кокаином усиливается чрезмерной экспрессией стриатальной ΔFosB (Colby et al., 2003). Здесь мы обнаружили, что избыточная экспрессия полосатого ΔFosB у этих мышей также увеличивала прогрессирующее соотношение, отвечающее за пищевое усиливающее средство, и что эти эффекты были воспроизведены с помощью ограниченной вирусной опосредованной сверхэкспрессии ΔFosB в ядре NAc у крыс. Наши данные показывают, что ΔFosB может действовать как транскрипционный модулятор мотивации для первичных артерий, будь то пища, наркотики или, возможно, упражнения, идея, согласующаяся с предварительными наблюдениями о том, что полосатая экспрессия ΔFosB увеличивается после хронического пробега колес или употребления сахарозы (McClung и др., 2004). Эти данные свидетельствуют о том, что избыточная экспрессия NAc ΔFosB может усилить мотивационное воздействие как естественного, так и лекарственного усилителей.
Субрегионы NAc утверждали, что они дифференциально опосредуют влияние павловских или инструментальных стимулирующих процессов на инструментальную производительность (Corbit et al., 2001; de Borchgrave и др., 2002), тогда как более общие мотивационные влияния на производительность инструмента могут быть закодированы другими регионами, такими как центральное ядро миндалины (Corbit и Balleine, 2005). Вместе с тем ядро NAc также было предложено стать критическим сайтом для приобретения целевого инструментального обучения (Смит-Роу и Келли, 2000; Baldwin et al., 2002a,b; Kelley, 2004). Мы показываем эквивалентные эффекты предыдущих лекарств и трансгенную стригальную избыточную экспрессию ΔFosB на усиление инструментального поведения. Вливания HSV-ΔFosB, ограниченные ядром NAc, также усиливали инструментальное реагирование, усиленное пищевыми продуктами. Хотя эти эксперименты не исключают вклада дорсального полосатого тела в эти поведения, они настоятельно указывают на то, что ΔFosB-индуцированные изменения в экспрессии генов в NAc являются достаточными для повышения реакции на питание. Поскольку ответ прогрессивного отношения также усиливался, когда ΔFosB был выражен после того, как ранее были достигнуты стабильные инструментальные характеристики, роль мотивационных влияний на инструментальное поведение представляется вероятной. Однако возможность того, что наши манипуляции также повлияет на инструментальные процессы обучения, может, однако, не быть полностью исключена. В подтверждение наших выводов увеличение эффективности инструментальных средств наблюдалось после предыдущего воздействия перорального кокаина (Miles et al., 2004), как утверждается, включают в себя мотивационные изменения, согласующиеся с способностью хронического лечения никотином повышать прогрессирующее соотношение, реагирующее на мышах (Brunzell и др., 2006). Кроме того, мышам выноса дофаминовых переносчиков, в которых увеличены уровни внеклеточного дофамина, проявляются как усиленная иммунореактивность ΔFosB, так и усиленная усилением пищи мотивация, но не измененное обучение (Cagniard и др., 2006). Более того, мы обнаружили, что избыточная экспрессия полосатого ΔFosB у мышей не влияла на производительность, когда пища была «девальвирована» путем предвыбора, Эти данные показывают, что животные были чувствительны к мотивационной ценности арматуры и что ответ был направлен направлен.
Предыдущее повторное лекарственное воздействие также может усилить поведенческий контроль, обусловленный условными раздражителями, связанными с естественным усилителем, измеряемым павловским подходом (Хармер и Филлипс, 1998; Тейлор и Джентс, 2001; Olausson и др., 2003), условное усиление (Тейлор и Хоргер, 1999; Olausson и др., 2004) и павловско-инструментальный перевод (Вивелл и Берридж, 2001). Теперь есть убедительные доказательства того, что ядро NAc, в отличие от оболочки, участвует в контроле над воздействием на наркотики поведения с помощью павловских условных раздражителей (Parkinson и др., 1999, 2002; Hall и др., 2001; Dalley и др., 2002; Ito et al., 2004). Наши результаты могут свидетельствовать о том, что индуцированная лекарством индукция ΔFosB в NAc может быть одним из механизмов, посредством которого поведенческий контроль усиливается в этих процедурах. Также возможно, что павловские условные раздражители, выступая в качестве условных усилителей, способствуют нынешним поведенческим эффектам. Усиленный контроль над поведением с помощью таких условных раздражителей, опосредованных увеличением полосатого ΔFosB, также может способствовать влиянию белка на вызванное лекарством условное предпочтение (Kelz et al., 1999; Zachariou et al., 2006) и прогрессивное соотношение, отвечающее за кокаин (Colby et al., 2003). Предполагалось, что изменения в мотивационных процессах способствуют развитию и поддержанию привыкания к привыканию (Робинсон и Берридж, 1993; Jentsch и Taylor, 1999; Роббинс и Эверитт, 1999; Nestler, 2004). Настоящие данные также согласуются с другими теориями, которые подчеркивают многочисленные инструментальные и павловские процессы в аддиктивном поведении (Эверитт и Роббинс, 2005). В настоящее время требуется дополнительная работа, чтобы определить роль индуцированных лекарственными средствами и ΔFosB нейроадаптаций в NAc и других лимбико-полосатых субрегионах в отношении конкретных ассоциативных или мотивационных факторов, которые могут способствовать результативности инструмента и способствовать компульсивному поведению.
Хотя точные молекулярные механизмы, с помощью которых изменения внутри NAc влияют на поведение, мотивированные первичными или условными усилителями, неизвестны (Келли и Берридж, 2002), GABAergic-средние колючие нейроны NAc считаются критическим субстратом для пластичности, зависящей от лекарств и опыта. Здесь дофаминергический вход от брюшной тегментальной области и глутаматергический вход от кортиколимбических афферентов сходятся на общие дендриты и дендритные шипы (Sesack и Pickel, 1990; Смит и Болам, 1990). Хроническое воздействие психостимулятора увеличивает плотность таких шипов на нейронах в оболочке NAc и сердцевине (Робинсон и Колб, 1999; Робинсон и др., 2001; Li et al., 2003, 2004). В последнее время индукция поведенческой сенсибилизации была связана конкретно с увеличением дендритных шипов в ядре NAc (Li et al., 2004). Примечательно, что увеличение плотности костей, вызванное кокаином, сохраняется только в D1-положительные нейроны, которые сосуществуют ΔFosB (Робинсон и Колб, 1999; Lee et al., 2006). Таким образом, ΔFosB в ядре NAc может способствовать прочной синаптической пластичности, которая может повлиять на инструментальное поведение. Действительно, критическая роль для нейротрансмиссии допамин-глутамата (Смит-Роу и Келли, 2000), активность протеинкиназы А (Baldwin et al., 2002a) и синтез белка de novo (Эрнандес и др., 2002) в ядре NAc по инструментальным характеристикам ранее сообщалось. Теперь мы идентифицируем ΔFosB как фактор транскрипции, который может постоянно усиливать усиление питания, реагируя при избыточной экспрессии в ядре NAc. Специфические гены или белки, участвующие в этих эффектах, еще предстоит точно определить. ΔFosB регулирует экспрессию нескольких белков в NAc, участвующих в нейропластичности (McClung и Nestler, 2003). Недавний анализ микрочипов характеризовал образцы экспрессии генов в NAc битрансгенных мышей, экспрессирующих ΔFosB, используемые здесь, и идентифицировал подмножество генов, которые регулировались относительно кратковременным выражением ΔFosB (McClung и Nestler, 2003). BDNF был одним из таких генов, и BDNF в этой нейронной цепи, как известно, усиливает реакцию на рецепторы, связанные с лекарствами и продуктами питания (Horger и др., 1999; Grimm и др., 2003; Lu et al., 2004). Дополнительный ген, представляющий интерес, циклинзависимая киназа 5 (Bibb et al., 2001), который также индуцируется ΔFosB, и может регулировать как структурную пластичность, вызванную кокаином (Норрхольм и др., 2003) и мотивация, измеренная прогрессивным соотношением, отвечающим за естественные или лекарственные усилители (JR Taylor, неопубликованные наблюдения). Еще дополнительными кандидатами являются субъединица GluR2 рецепторов глутамата AMPA (Kelz et al., 1999) и транскрипционный фактор NFκB (ядерный фактор κB) (Ang и др., 2001). Было бы важно оценить эти и другие регулируемые белки в субрегионах NAc в качестве кандидатов для опосредования поведенческих эффектов ΔFosB на инструментальную производительность и мотивацию.
Ассоциация настоящая серия экспериментов свидетельствует о том, что чрезмерная экспрессия ΔFosB внутри NAc может усилить поведение, обусловленное продуктами питания, и тем самым регулировать инструментальные показатели, как это было ранее показано для вознаграждения за наркотики. Эти данные дают новые доказательства того, что ΔFosB может выступать в качестве общего молекулярного переключателя, связанного с улучшением мотивационных аспектов усилителей при целенаправленном поведении. Наши результаты повышают вероятность того, что индукция NAc ΔFosB, например, наркотиками, стрессом или, возможно, высокопродуктивными продуктами, может быть критическим механизмом, при котором дисфункциональные мотивационные состояния приводят к психическим расстройствам, связанным с компульсивным поведением.
Сноски
o Получен Март 15, 2006.
o Версия получила июнь 23, 2006.
o Принимается август 2, 2006.
Эта работа была поддержана грантами Национального института борьбы со злоупотреблением наркотиками, Национального института психического здоровья и Национального института алкогольной зависимости и алкоголизма. Мы с благодарностью признаем ценную помощь Дили Крюгер, Дрю Кирали, доктора Ральфа ДиЛеоне, Роберта Сирса и д-ра Джонатана Хоммеля в Отделе психиатрии Йельского университета. Мы также благодарны доктору Дженнифер Куинн и доктору Паулю Хиткотту за полезные замечания по этой рукописи.
Корреспонденция должна быть адресована Джейн Р. Тейлор, Отделу психиатрии, Отделу молекулярной психиатрии, Медицинской школе Йельского университета, Исследовательским учреждениям Ribicoff, Центру психического здоровья Коннектикута, 34 Park Street, Нью-Хейвену, CT 06508.[электронная почта защищена]
Copyright © 2006 Общество неврологии 0270-6474 / 06 / 269196-09 $ 15.00 / 0
Рекомендации
1. ↵
1. Ang E,
2. Chen JS,
3. Zagouras P,
4. Magna H,
5. Holland J,
6. Schaeffer E,
7. Nestler EJ
(2001) Индукция NFκB в ядре accumbens путем хронического введения кокаина. J Neurochem 79: 221-224.
2. ↵
1. Болдуин А.Е.,
2. Sadeghian K,
3. Holahan MR,
4. Келли А.Е.
(2002a). Аппетитное инструментальное обучение нарушается ингибированием цАМФ-зависимой протеинкиназы в ядре accumbens. Neurobiol Learn Mem 77: 44-62.
3. ↵
1. Болдуин А.Е.,
2. Sadeghian K,
3. Келли А.Е.
(2002b) Аппетитное инструментальное обучение требует совпадения активации NMDA и допамина D1 рецепторов в медиальной префронтальной коре. J Neurosci 22: 1063-1071.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
4. ↵
1. Balleine B,
2. Killcross S
(1994). Влияние поражений ibotenic кислоты ядра accumbens на инструментальное действие. Behav Brain Res 65: 181-193.
5. ↵
1. Berke JD,
2. Hyman SE
(2000) Наркомания, допамин и молекулярные механизмы памяти. Neuron 25: 515-532.
6. ↵
1. Berridge KC,
2. Робинсон Т.Е.
(2003) Парсинг. Тенденции Neurosci 26: 507-513.
7. ↵
1. Bibb JA,
2. Чэнь Дж,
3. Тейлор Дж. Р.,
4. Svenningsson P,
5. Ниши А,
6. Снайдер ГЛ,
7. Ян З,
8. Сагава ЗК,
9. Ouimet CC,
10. Nairn AC,
11. Nestler EJ,
12. Greengard P
(2001). Влияние хронического воздействия на кокаин регулируется белком нейронов Cdk5. Природа 410: 376-380.
8. ↵
1. Brunzell DH,
2. Chang JR,
3. Шнайдер Б,
4. Олауссон П.,
5. Тейлор Дж. Р.,
6. Picciotto MR
(2006) beta2-Subunit-содержащие никотиновые ацетилхолиновые рецепторы участвуют в индуцированном никотином увеличении условного усиления, но не прогрессирующем соотношении, отвечающем за питание у мышей C57BL / 6. Психофармакология (Berl) 184: 328-338.
9. ↵
1. Cagniard B,
2. Бальзам PD,
3. Brunner D,
4. Чжуан X
(2006) Мыши с хронически повышенным дофамином проявляют повышенную мотивацию, но не учатся, для получения пищи. Нейропсихофармакология 31: 1362-1370.
10. ↵
1. Carlezon WA Jr.,
2. Том J,
3. Олсон В.Г.,
4. Лейн-Лэдд С.Б.,
5. Бродкин Е.С.,
6. Hiroi N,
7. Думан Р.С.,
8. Neve RL,
9. Nestler EJ
(1998) Регулирование вознаграждения кокаина CREB. Наука 282: 2272-2275.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
11. ↵
1. Чэнь Дж,
2. Kelz MB,
3. Надежда Б.Т.,
4. Nakabeppu Y,
5. Nestler EJ
(1997) Хронические связанные с Fos антигены: стабильные варианты ΔFosB, индуцированные в мозге при хронических методах лечения. J Neurosci 17: 4933-4941.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
12. ↵
1. Чэнь Дж,
2. Kelz MB,
3. Zeng G,
4. Сакаи N,
5. Steffen C,
6. Shockett PE,
7. Picciotto MR,
8. Думан Р.С.,
9. Nestler EJ
Трансгенные животные с индуцируемой, целевой экспрессией генов в мозге. Mol Pharmacol 54: 495-503.
13. ↵
1. Colby CR,
2. Whisler K,
3. Steffen C,
4. Nestler EJ,
5. Self DW
(2003) Повышенная экспрессия стриарных клеток типа ΔFosB повышает стимул для кокаина. J Neurosci 23: 2488-2493.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
14. ↵
1. Корбит LH,
2. Balleine BW
(2005) Двойная диссоциация базалотеральных и центральных миндалевидных поражений на общих и конечных видах павлово-инструментального переноса. J Neurosci 25: 962-970.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
15. ↵
1. Корбит LH,
2. Muir JL,
3. Balleine BW
(2001) Роль ядра accumens в инструментальной кондиции: свидетельство функциональной диссоциации между ядром и краем акцепнов. J Neurosci 21: 3251-3260.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
16. ↵
1. Dalley JW,
2. Чудасама Y,
3. Theobald DE,
4. Pettifer CL,
5. Fletcher CM,
6. Robbins TW
(2002) Nucleus accumbens dopamine и метод распознанного подхода: интерактивные эффекты повреждений 6-гидроксидопамина и системного введения апоморфина. Психофармакология (Berl) 161: 425-433.
17. ↵
1. de Borchgrave R,
2. Rawlins JN,
3. Дикинсон А,
4. Balleine BW
(2002). Эффекты цитотоксических поражений оккумбиса ядра на инструментальное кондиционирование у крыс. Exp Brain Res 144: 50-68.
18. ↵
1. Ди Чиано П,
2. Everitt BJ
(2004a) Прямые взаимодействия между базолатеральной амигдалой и ядром acumbens ядро лежат в основе поведения кокаина в поисках крыс. J Neurosci 24: 7167-7173.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
19. ↵
1. Ди Чиано П,
2. Everitt BJ
(2004b) Условные усиливающие свойства стимулов в сочетании с самодействующим кокаином, героином или сахарозой: последствия для сохранения привыкания. Нейрофармакология 47 ([Suppl 1]) 202-213.
20. ↵
1. Дикинсон А
(1985) Действия и привычки: развитие поведенческой автономии. Philos Trans R Lond B Biol Sci 308: 67-78.
21. ↵
1. Everitt BJ,
2. Robbins TW
(2005) Нейронные системы арматуры для наркомании: от действий к привычкам к принуждению. Nat Neurosci 8: 1481-1489.
22. ↵
1. Faure A,
2. Haberland U,
3. Conde F,
4. El Massioui N
(2005). Повреждение допорядной системы догомина нарушает стимуляцию реакции-ответа. J Neurosci 25: 2771-2780.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
23. ↵
1. Grimm JW,
2. Lu L,
3. Хаяси Т,
4. Надежда Б.Т.,
5. Su TP,
6. Shaham Y
(2003) Зависимое от времени увеличение уровней белка нейротрофического фактора мозга в мезолимбической допаминовой системе после выхода из кокаина: последствия для инкубации кокаиновой тяги. J Neurosci 23: 742-747.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
24. ↵
1. Зал J,
2. Паркинсон Ю.А.,
3. Коннор ТМ,
4. Дикинсон А,
5. Everitt BJ
(2001). Вовлечение центрального ядра ядра миндалин и ядро accumbens в опосредовании павловских влияний на инструментальное поведение. Eur J Neurosci 13: 1984-1992.
25. ↵
1. Harmer CJ,
2. Phillips GD
(1998) Улучшение аппетитного кондиционирования после повторной предварительной обработки d-амфетамином. Behav Pharmacol 9: 299-308.
26. ↵
1. Эрнандес П. Дж.
2. Sadeghian K,
3. Келли А.Е.
(2002) Ранняя консолидация инструментального обучения требует синтеза белка в ядре accumbens. Nat Neurosci 5: 1327-1331.
27. ↵
1. Hommel JD,
2. Sears RM,
3. Georgescu D,
4. Симмонс Д.Л.,
5. DiLeone RJ
(2003) Локальный локальный геном в мозге с использованием вирусно-опосредованной РНК-интерференции. Nat Med 9: 1539-1544.
28. ↵
1. Хоргер Б.А.,
2. Шелтон К,
3. Schenk S
(1990) Предэкспозиция повышает чувствительность крыс к полезным эффектам кокаина. Pharmacol Biochem Behav 37: 707-711.
29. ↵
1. Хоргер Б.А.,
2. Джайлс М.К.,
3. Schenk S
(1992) Предрасположенность к амфетамину и никотину предрасполагает крыс к самоуправлению низкой дозы кокаина. Психофармакология (Berl) 107: 271-276.
30. ↵
1. Хоргер Б.А.,
2. Iyasere CA,
3. Berhow MT,
4. Messer CJ,
5. Nestler EJ,
6. Taylor JR
(1999) Повышение двигательной активности и условное вознаграждение кокаину за счет нейротрофического фактора мозга. J Neurosci 19: 4110-4122.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
31. ↵
1. Ито Р,
2. Роббинс Т.В.,
3. Everitt BJ
(2004) Дифференциальный контроль над кокаиноподобным поведением ядра и оболочки ядра. Nat Neurosci 7: 389-397.
32. ↵
1. Jentsch JD,
2. Taylor JR
(1999) Импульсивность, возникающая в результате лобовой стенокардии при злоупотреблении наркотиками: последствия для контроля поведения посредством стимулов, связанных с вознаграждением. Психофармакология (Berl) 146: 373-390.
33. ↵
1. Келли А.Е.
(2004) Вентральный полосатый контроль аппетитной мотивации: роль в пищевом поведении и обучение, связанное с наградами. Neurosci Biobehav Rev 27: 765-776.
34. ↵
1. Келли А.Е.,
2. Berridge KC
(2002) Нейронаука естественных наград: актуальность для наркотических веществ. J Neurosci 22: 3306-3311.
35. ↵
1. Kelz MB,
2. Чэнь Дж,
3. Carlezon WA Jr.,
4. Whisler K,
5. Gilden L,
6. Бекманн А.М.,
7. Steffen C,
8. Чжан Юй,
9. Marotti L,
10. Self DW,
11. Tkatch T,
12. Баранаускас G,
13. Surmeier DJ,
14. Neve RL,
15. Думан Р.С.,
16. Picciotto MR,
17. Nestler EJ
(1999) Экспрессия фактора транскрипции ΔFosB в мозге контролирует чувствительность к кокаину. Природа 401: 272-276.
36. ↵
1. Konradi C,
2. Cole RL,
3. Heckers S,
4. Hyman SE
(1994) Амфетамин регулирует экспрессию генов в стриатуме крысы с помощью транскрипционного фактора CREB. J Neurosci 14: 5623-5634.
37. ↵
1. Lee KW,
2. Ким Й,
3. Ким А,
4. Helmin K,
5. Nairn AC,
6. Greengard P
(2006) индуцированное кокаином образование дендритного позвоночника в D1 и D2, содержащих дофаминовые рецепторы, в среде колючих нейронов в ядре accumbens. Proc Natl Acad Sci USA 103: 3399-3404.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
38. ↵
1. Li Y,
2. Kolb B,
3. Робинсон Т.Е.
(2003). Расположение постоянных изменений, вызванных амфетамином, в плотности дендритных шипов на средних колючих нейронах в ядре accumbens и caudate-putamen. Нейропсихофармакология 28: 1082-1085.
39. ↵
1. Li Y,
2. Acerbo MJ,
3. Робинсон Т.Е.
(2004). Индукция поведенческой сенсибилизации связана с структурной пластичностью, вызванной кокаином, в сердцевине (но не оболочке) ядра accumbens. Eur J Neurosci 20: 1647-1654.
40. ↵
1. Lu L,
2. Демпси Дж,
3. Лю СЮ,
4. Bossert JM,
5. Shaham Y
(2004). Однократное вливание мозгового нейротрофического фактора в брюшную тегментальную область вызывает долговременное потенцирование кокаина, ищущего после отмены. J Neurosci 24: 1604-1611.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
41. ↵
1. McClung CA,
2. Nestler EJ
(2003) Регулирование экспрессии генов и вознаграждение кокаина CREB и ΔFosB. Nat Neurosci 6: 1208-1215.
42. ↵
1. McClung CA,
2. Ulery PG,
3. Перротти Л.И.,
4. Захариу V,
5. Бертон О,
6. Nestler EJ
(2004) ΔFosB: молекулярный переключатель для долговременной адаптации в головном мозге. Brain Res Mol Brain Res 132: 146-154.
43. ↵
1. Майлз Ф. Дж.
2. Everitt BJ,
3. Dalley JW,
4. Дикинсон А
(2004) Условная активность и инструментальная арматура после длительного перорального потребления кокаина крысами. Behav Neurosci 118: 1331-1339.
44. ↵
1. Nestler EJ
(2004) Молекулярные механизмы наркомании. Нейрофармакология 47 ([Suppl 1]) 24-32.
45. ↵
1. Nestler EJ,
2. Баррот М,
3. Self DW
(2001) ΔFosB: устойчивый молекулярный переключатель для наркомании. Proc Natl Acad Sci USA 98: 11042-11046.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
46. ↵
1. Norrholm SD,
2. Bibb JA,
3. Nestler EJ,
4. Ouimet CC,
5. Тейлор Дж. Р.,
6. Greengard P
(2003). Кокаин-индуцированная пролиферация дендритных шипов в ядре accumbens зависит от активности циклин-зависимой киназы-5. Neuroscience 116: 19-22.
47. ↵
1. Nye HE,
2. Надежда Б.Т.,
3. Kelz MB,
4. Iadarola M,
5. Nestler EJ
(1995). Фармакологические исследования регуляции хронической FOS-связанной антигенной индукции кокаином в стриатуме и ядре accumbens. J Pharmacol Exp Ther 275: 1671-1680.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
48. ↵
1. Олауссон П.,
2. Jentsch JD,
3. Taylor JR
(2003) Повторное воздействие никотина усиливает обучение, основанное на наградах у крысы. Нейропсихофармакология 28: 1264-1271.
49. ↵
1. Олауссон П.,
2. Jentsch JD,
3. Taylor JR
(2004) Повторяющееся воздействие никотина усиливает реакцию условного усиления. Психофармакология (Berl) 173: 98-104.
50. ↵
1. Паркинсон Ю.А.,
2. Olmstead MC,
3. Burns LH,
4. Роббинс Т.В.,
5. Everitt BJ
(1999) Диссоциация в эффектах поражений ядра и оболочки ядра при аппетитном павловском подходе и потенцировании условного подкрепления и локомоторной активности с помощью d-амфетамина. J Neurosci 19: 2401-2411.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
51. ↵
1. Паркинсон Ю.А.,
2. Dalley JW,
3. Кардинал Р.Н.,
4. Bamford A,
5. Fehnert B,
6. Lachenal G,
7. Rudarakanchana N,
8. Халкеронстон К.М.,
9. Роббинс Т.В.,
10. Everitt BJ
(2002) Недостаток дофамина в нуклеусах припадает, как при сборе, так и при аппетитном павловском подходе: последствия для функции дофамина мезоакбенса. Behav Brain Res 137: 149-163.
52. ↵
1. Paxinos G,
2. Watson C
(1986) мозг крысы в стереотаксических координатах (Academic, Sydney).
53. ↵
1. Перротти Л.И.,
2. Hadeishi Y,
3. Ulery PG,
4. Баррот М,
5. Monteggia L,
6. Думан Р.С.,
7. Nestler EJ
(2004) Индукция ΔFosB в структурах головного мозга, связанных с повреждением после хронического стресса. J Neurosci 24: 10594-10602.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
54. ↵
1. Piazza PV,
2. Deminiere JM,
3. le Moal M,
4. Саймон Х
(1990) Повышенная стресс- и фармакологически обусловленная поведенческая сенсибилизация повышает уязвимость к приобретению амфетаминового самообслуживания. Brain Res 514: 22-26.
55. ↵
1. Pich EM,
2. Pagliusi SR,
3. Тессари М,
4. Talabot-Ayer D,
5. Hooft van Huijsduijnen R,
6. Chiamulera C
(1997) Общие нейронные субстраты для аддиктивных свойств никотина и кокаина. Наука 275: 83-86.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
56. ↵
1. Роббинс Т.В.,
2. Everitt BJ
(1999) Наркомания: вредные привычки складываются. Природа 398: 567-570.
57. ↵
1. Робинсон Т.Э.,
2. Berridge KC
(1993) Нейронная основа тяги к наркотикам: теория склонности к сенсибилизации. Brain Res Brain Res Rev 18: 247-291.
58. ↵
1. Робинсон Т.Э.,
2. поршень Б
(1999) Изменения в морфологии дендритов и дендритных шипов в ядре accumbens и префронтальной коре после повторного лечения амфетамином или кокаином. Eur J Neurosci 11: 1598-1604.
59. ↵
1. Робинсон Т.Э.,
2. Gorny G,
3. Миттон Е,
4. поршень Б
(2001) Самоуправление кокаином изменяет морфологию дендритов и дендритных шипов в ядре accumbens и неокортексе. Synapse 39: 257-266.
60. ↵
1. Sesack SR,
2. Pickel VM
(1990). В крысином срединном ядре accumbens, гиппокампальные и катехоламинергические терминалы сходятся на колючих нейронах и находятся в приложении друг к другу. Brain Res 527: 266-279.
61. ↵
1. Shaw-Lutchman TZ,
2. Империя S,
3. Storm D,
4. Nestler EJ
(2003) Регулирование CRE-опосредованной транскрипции в мозге мыши амфетамином. Synapse 48: 10-17.
62. ↵
1. Smith AD,
2. Bolam JP
(1990) Нейронная сеть базальных ганглиев, выявленная при исследовании синаптических связей идентифицированных нейронов. Тенденции Neurosci 13: 259-265.
63. ↵
1. Smith-Roe SL,
2. Келли А.Е.
(2000) Совпадение активации NMDA и допамина D1 рецепторы в ядре acumbens core необходимы для аппетитного инструментального обучения. J Neurosci 20: 7737-7742.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
64. ↵
1. Тейлор Дж. Р.,
2. Horger BA
(1999) Усиленное реагирование на условное вознаграждение, получаемое внутривенным амфетамином, усиливается после сенсибилизации кокаина. Психофармакология (Berl) 142: 31-40.
65. ↵
1. Тейлор Дж. Р.,
2. Jentsch JD
(2001) Повторное прерывистое введение психомоторных стимуляторов приводит к изменению поведения павловского подхода у крыс: дифференциальные эффекты кокаина, d-амфетамина и 3,4-метилендиоксиметамфетамина («экстази») Biol Psychiatry 50: 137-143.
66. ↵
1. Везина П.,
2. Lorrain DS,
3. Арнольд Г.М.,
4. Остин Дж. Д.,
5. Suto N
(2002) Сенсибилизация реактивности дофаминовых нейронов среднего мозга способствует погоне за амфетамином. J Neurosci 22: 4654-4662.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
67. ↵
1. Верме М,
2. Messer C,
3. Olson L,
4. Gilden L,
5. Thoren P,
6. Nestler EJ,
7. Brene S
(2002) ΔFosB регулирует работу колеса. J Neurosci 22: 8133-8138.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
68. ↵
1. Wyvell CL,
2. Berridge KC
(2001) Интенсивная сенсибилизация с использованием предшествующего воздействия амфетамина: повышенное «желание» для получения сахарозы. J Neurosci 21: 7831-7840.
Аннотация / БЕСПЛАТНО Полный текст
69. ↵
1. Инь Х.Х.,
2. Knowlton BJ,
3. Balleine BW
(2004). Повреждения дорсолатеральной стриатумы сохраняют ожидаемый исход, но нарушают формирование привычки в инструментальном обучении. Eur J Neurosci 19: 181-189.
70. ↵
1. Захариу V,
2. Bolanos CA,
3. Selley DE,
4. Theobald D,
5. Кэссиди М.П.,
6. Kelz MB,
7. Шоу-Лутчман Т,
8. Бертон О,
9. Sim-Selley LJ,
10. Dileone RJ,
11. Кумар А,
12. Nestler EJ
(2006) Существенная роль ΔFosB в прилежании ядра при действии морфина. Nat Neurosci 9: 205-211.
;
