DeltaFosB Регулирует колеса Запуск (2002)

КОММЕНТАРИИ: DeltaFosb - это молекулярный переключатель, который накапливается в головном мозге при хроническом приеме наркотических средств, с высоким содержанием жира, высоким содержанием сахара и бегом на колесах. Это изменяет мозг, вызывая сенсибилизацию к тому, кто чрезмерно потребляет. Это транскрипционный фактор, который включает и выключает гены, которые изменяют структуру и связь в цепи вознаграждения мозга. Вывод: данные показывают поразительное сходство между наркотиками, вызывающими привыкание, и управлением колесами, и указывают на важную роль ΔFosB в регулировании как естественных, так и вызванных лекарствами вознаграждений..

Журнал неврологии, 15 сентябрь 2002, 22 (18): 8133-8138;

Верме М, Мессер С, Олсон Л, Гилден Л, Торен П, Nestler EJ, Brené S.

+ Авторская принадлежность

1. 1 кафедры нейронауки и

2. 2 Физиология и фармакология, Karolinska Institutet, Стокгольм, S-171 77 Швеция, и

3. 3 Департамент психиатрии и Центр базовой нейронауки, Юго-западный медицинский центр Техасского университета, Даллас, Техас 75390-9070

Абстрактные

ΔFosB является фактором транскрипции, который накапливается в регионе специфическим образом в мозге после хронических нарушений. Например, повторное введение наркотиков злоупотребляет повышением уровня ΔFosB в стриатуме. В настоящем исследовании мы проанализировали влияние самопроизвольного движения колеса, как модели естественного полезного поведения, на уровни ΔFosB в полосатых регионах. Кроме того, мыши, которые индуцибельно сверхэкспрессируютFosBВ конкретных субпопуляциях полосатых нейронов были использованы для изучения возможной роли ΔFosB на беговое поведение. Льюису давали крыс вволю доступ к ходовым колесам для 30 d покрывал то, что соответствовало бы ∼10 км / день, и демонстрировал повышенные уровни ΔFosB в прилежащем ядре по сравнению с крысами, подвергшимися воздействию заблокированных ходовых колес. Мыши, которые сверхэкспрессируют ΔFosB выборочно в нейронах, содержащих стриальный динорфин, увеличивал их ежедневную работу по сравнению с контрольными однопометниками, тогда как мыши, которые сверхэкспрессировали ΔFosB преимущественно в стриальных энкефалинсодержащих нейронах было значительно меньше, чем в контроле. Данные настоящего исследования показывают, что, как и наркотики злоупотребления, добровольный бег увеличивает уровни ΔFosB в пути вознаграждения мозга. Кроме того, сверхэкспрессия ΔFosB в отчетливом стриальном потоке нейрональная популяция усиливает беговое поведение. Поскольку предыдущая работа показала, чтоFosB Сверхэкспрессия в этой же нейрональной популяции повышает полезные свойства лекарств от злоупотребления, результаты настоящего исследования показывают, что ΔFosB может играть ключевую роль в контроле как естественного, так и лекарственного вознаграждения.

Предыдущая Раздел Следующая Раздел

Введение

ΔFosB принадлежит к семейству транскрипционных факторов Fos и происходит от гена fosb посредством альтернативного сплайсинга. В отличие от всех других Fos-подобных белков, которые имеют короткие периоды полураспада, изоформы 35 и 37 кДа ΔFosB накапливаться в регионе специфическим образом в мозге после различных хронических возмущений, вероятно, из-за очень высокой стабильности этих изоформ (Хоуп и др., 1994a; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Регулирование ΔFosB в полосатых областях после многократного приема наркотиков злоупотребление особенно хорошо изучено (Hope и др., 1994b; Moratalla et al., 1996; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Мезолимбический путь допамина играет центральную роль в вознаграждении лекарств (Koob et al., 1998). Он начинается в вентральной сегментарной области среднего мозга и оканчивается в вентральной части полосатого тела, называемой прилежащим ядром. Острое введение любого из нескольких лекарственных препаратов, вызывающих злоупотребление, временно вызывает появление нескольких белков семейства Fos в прилежащем ядре и в дорсальном стриатуме. Эти белки образуют гетеродимеры с белками семейства Jun с образованием комплексов активаторный белок-1 (AP-1) с короткими периодами полураспада. Напротив, после повторного медикаментозного лечения индукция этих непосредственных ранних генных продуктов снижается и вместо этого происходит постепенное накопление стабильного ΔFosB изоформы. ΔFosB гетеродимеризуется преимущественно с JunD и в меньшей степени с JunB (Hiroi и др., 1998; Перес-Отано и др., 1998) для формирования продолжительных комплексов AP-1 в определенных областях мозга. Было высказано предположение, что эти длительные комплексы AP-1 опосредуют некоторые из долгосрочных эффектов злоупотребления наркотиками на пути вознаграждения мозга, которые лежат в основе зависимости (Nestler et al., 2001).

Поведенческие исследования предполагают, что бег у колес грызунов является полезным. Это предположение основано на экспериментах, показывающих, что рычажный пресс крыс для доступа к ходовым колесам, а также выработки условного предпочтения места по отношению к окружающей среде, связанной с последствиями движения колеса (Иверсен, 1993; Белке, 1997; Lett et al., 2000). Кроме того, у крыс, которые бегают на большие расстояния ежедневно, появляются признаки отмены, такие как повышенная агрессия, когда доступ к ходовым колесам запрещен (Хоффман и др., 1987). Опросы среди высококвалифицированных бегунов показывают, что бег является зависимым поведением для многих людей (Руди и Эсток, 1989; Чепмен и Де Кастро, 1990; Фёрст и Гермон, 1993). Действительно, в процессе работы отображаются многие критерии, включенные в диагностическое статистическое руководство (Американская психиатрическая ассоциация, 1994) для диагностики наркомании.

Целью настоящего исследования было выяснить, являются ли уровни ΔFosB изменяются естественным полезным поведением, таким как бег и является ли индуцибельная избыточная экспрессия ΔFosBв полосатых областях может регулировать беговое поведение. Здесь мы показываем, что, как наркотики злоупотребления, хронический бег вызываетFosB в прилежащем ядре; кроме того, сверхэкспрессия ΔFosB в двух разных подмножествах нейроны проекции в полосатом теле оказывают противоположное влияние на ход колеса. Данные показывают поразительное сходство между наркотиками зависимости и управлением колесами и указывают на важную роль для ΔFosB в регулировании как естественных, так и медикаментозных вознаграждений.

Предыдущий раздел Следующий раздел

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Животные. В начале эксперимента использовали самцов крыс Льюис (племенной центр Møllegaard, Скансвед, Дания) весом 250 г. Крысы имели доступ вволю к воде, еде и ходовым колесам. Они были в цикле свет / темнота 12 hr, с включенным освещением в 10 AM и выключенным освещением в 10 PM. В клетках (43 × 22 × 20 см) содержалось рабочее колесо диаметром 34 см; следовательно, один оборот соответствует 1.07 m. После 4 недель добровольного бега колеса крыс убивали путем обезглавливания, а ткани отбирали для вестерн-блоттинга или перфузировали фиксатором и обрабатывали для иммуногистохимии и на местегибридизация.

Две линии битрансгенных мышей, которые могут индуцибельно сверхэкспрессироватьFosB выборочно в полосатых областях под контролем системы регуляции гена тетрациклина также были использованы (Chen et al., 1998). В одной строке под названием 11A, ΔFosB индуцибельно сверхэкспрессируется исключительно в нейронах проекции полосатого тела, которые экспрессируют нейропептид динорфин после удаления доксициклина (Kelz et al., 1999). В другой строке, называемой 11B, ΔFosB индуцибельно избыточно экспрессируется преимущественно в нейронах с полосатой проекцией, которые экспрессируют нейропептид энкефалин после удаления доксициклина, хотя некоторая экспрессия наблюдается и в нейронах динорфина. Управления и ΔFosB-экспрессирующие мыши являются однопометными животными в каждой линии (11A и 11B) и имеют одинаковую битрансгенную конструкцию, которая может быть активирована удалением доксициклина. Всех мышей зачали и выращивали на производном тетрациклина доксициклин в дозе 100 мкг / мл в питьевой воде. Как взрослые, половина полученного помета поддерживалась на доксициклине (контроль); другая половина была удалена из доксициклина (ΔFosB сверхэкспрессоры) для остальной части эксперимента. Через шесть недель после удаления доксициклина, в это время ΔFosB Известно, что выражение является максимальным (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999), ходовые колеса были разблокированы как для мышей на тетрациклине (контроли), так и для мышей на водопроводной воде (ΔFosB сверхэкспрессоры), и добровольный бег начался. Чтобы исключить возможность того, что сам доксициклин влиял на поведение при движении колес, мы проанализировали ход колес у мышей C57BL / 6 (Charles River, Упсала, Швеция), получавших доксициклин 100 мкг / мл в течение 6 недель, прежде чем им был разрешен доступ к ходовым колесам. Затем мышей помещали в клетки с вволю доступ к ходовым колесам и оставшийся на тетрациклине в течение всего эксперимента. Контрольная группа получала нормальную питьевую воду в течение всего эксперимента. Клетки для мышей (22 × 16 × 14 см) содержали беговое колесо диаметром 12.4 см; следовательно, один оборот соответствует 0.39 m. Пробные данные от крыс и мышей отбирали каждые 30 мин с использованием специализированного компьютерного программного обеспечения.

Вестерн-блоттинг. Мозг быстро удаляли у обезглавленных крыс и охлаждали в охлажденном на льду физиологическом буфере. Пуансоны диаметром 2 мм использовали для отбора образцов тканей из прилежащего ядра и медиального и латерального хвостатого путамена в коронарных срезах мозга толщиной 1-mm на уровне bregma 0.7-1.7 mm (Паксинос и Ватсон, 1997). Образцы мозга гомогенизировали в 1% SDS, и определения белка проводили с использованием метода Лоури. Гомогенаты, содержащие между 5 и 50 мкг белка, наносили на SDS-полиакриламидные гели и подвергали электрофорезу, как описано. Кроличье анти-Fos антитело (1: 4000; MJ Iadarola, Национальный институт здоровья, Bethesda, MD) или анти-FosB (N-терминальное) антитело (1: 4000; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA) использовали для обнаружение ΔFosB, Белки определяли с использованием конъюгированных с пероксидазой хрена антител IgG (1: 2000; Vector Laboratories, Burlingame, CA) с последующей хемилюминесценцией (DuPont NEN, Boston, MA). Уровни иммунореактивности (ИК) определяли количественно в системе анализа изображений на основе Macintosh, а уровни белка в экспериментальных образцах сравнивали с уровнями контроля. Блоты окрашивали амидо-черным, чтобы подтвердить одинаковую нагрузку и перенос гелей. Блоты были также иммуно помечены для белка нейрофиламента 68 кДа, который не показал различий между экспериментальной и контрольной группами (данные не показаны).

Immunohistochemistry. Крыс Льюиса, которые бегали в течение недель 4 и контролировали с заблокированными колесами, глубоко анестезировали пентобарбиталом и перфузировали внутрисердечно 50 мл Са²⁺-бесплатный раствор Тирода (комнатная температура), содержащий 0.1 мл гепарина. Затем добавляли 250 мл фиксатора (4% параформальдегида и 0.4% пикриновой кислоты в 0.16 м PBS, pH 7.4, при комнатной температуре). Мозг разделяли и держали в фиксаторе в течение 1 часа, а затем промывали в 0.1 м PBS с 10% сахарозой и 0.1% азида натрия несколько раз в течение 24 часов при 4 ° C для криозащиты. Мозг замораживали и собирали коронковые срезы 14 мкм на уровнях от 0.70 до 1.70 мм. Срезы промывали трижды по 10 мин в PBS перед инкубацией в течение ночи (4 ° C в камере для влажности) с первичными поликлональными анти-FosB (N-концевыми) антителами (1: 500; Santa Cruz Biotechnology) в 0.3% Triton-PBS (150 мкл на секцию). После этого следовали три промывания PBS в течение 10 минут перед инкубацией в течение 1 часа при комнатной температуре с вторичным биотинилированным антителом против кроличьего IgG (1: 200; Vector Laboratories) в 0.3% Triton-PBS (150 мкл на секцию). Еще три промывания в PBS в течение 10 минут были выполнены перед добавлением комплекса авидин-биотин (1: 100 и 1: 100, соответственно, в 0.1 м PBS; 150 мкл на срез). После трех 10-минутных промывок комплекс визуализировали после 7-минутной инкубации с субстратом в соответствии с протоколом производителя (Vector Laboratories). Затем срезы промывали трижды по 5 мин.

На месте гибридизация. Для комбинированной иммуногистохимии ина месте эксперименты по гибридизации, срезы мозга, которые были обработаны для иммуногистохимии, были немедленно подвергнутына месте гибридизация, которая была выполнена по существу, как описано ранее (Seroogy et al., 1989; Дагерлинд и др., 1992). Сорок восемь мерных ДНК-олигонуклеотидных зондов, специфичных для динорфина (296 – 345) (Дуглас и др., 1989) и энкефалин (235 – 282) (Zurawski et al., 1986) мРНК были радиоактивно помечены [α-³⁵S] dATP (DuPont NEN) в их 3 'заканчивается с использованием терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы (Invitrogen, Сан-Диего, Калифорния) до специфической активности ∼1 × 10⁹ cpm / мг. Коктейль для гибридизации содержал 50% формамида, 4 × SSC (1 × SSC - 0.15 м NaCl и 0.015 цитрата натрия, pH 7.0), 1 × раствор Денхардта, 1% саркозила, 0.02 мНа.₃PO₄, pH 7.0, 10% декстрансульфат, 0.06 м дитиотреитол и 0.1 мг / мл сдвинутой ДНК спермы лосося. Гибридизацию проводили в течение 18 ч во влажной камере при 42 ° C. После гибридизации срезы промывали четыре раза по 20 min каждый в 1 × SSC при 60 ° C. После этого срезы промывали в автоклавированной воде в течение 10 с, обезвоживали в спирте и сушили на воздухе. Наконец, эмульсию NTB2 для ядерных треков (разбавленную 1: 1 водой; Kodak, Rochester, NY) наносили погружением. После недель воздействия 2 – 4 слайды были разработаны с помощью D19 (Kodak) и зафиксированы с помощью Unifix (Kodak).

Количество клеток, положительных по FosB-IR и клетки, колокализующие FosB-IR и мРНК динорфина или мРНК энкефалина у крыс после 4 недель бега (n = 8) и в элементах управления (n = 8) были выполнены на одном слайде на животное независимым наблюдателем, слепым к плану эксперимента. Анализ проводился на уровне брегма 1.2 мм (Паксинос и Ватсон, 1997).

Статистические процедуры. Проанализировать разницу в ΔFosB уровни между контролями и бегунами в экспериментах по вестерн-блоттингу и иммуногистохимии, t испытания были выполнены. Эффект сверхэкспрессии ΔFosB Поведение бега у трансгенных мышей анализировали с использованием двухстороннего ANOVA с повторными измерениями, анализируя внутригрупповые и межгрупповые эффекты (версия Statistica 99; StatSoft, Tulsa, OK).

Предыдущий раздел Следующий раздел

РЕЗУЛЬТАТЫ

Регулирование ΔFosB в ядре прилежит бегом колеса

Крысы Льюиса, помещенные в клетки с бегущими колесами, увеличивали количество ежедневного бега линейно до дня 13, когда они стабилизировались на 10.210 ± 590 м / д (среднее значение ± SEM). Этот уровень приблизительно поддерживался в течение дня 32, когда животных использовали для биохимического анализа. Во время последнего 4 d крысы запускали 8.910 ± 900 m / d. Это беговое поведение у крыс Льюиса похоже на наблюдаемое ранее (Werme и др., 1999). Впоследствии уровни ΔFosB анализировали с помощью вестерн-блоттинга в прилежащем ядре и в медиальном и латеральном хвостатом путамене при беге (n = 7) и контроль (n = 7) крысы. Как показано на рисунке 1ход колес увеличенFosB уровни изоформ 37 и 35 кДа в прилежащем ядре (p <0.05). Напротив, разницы в ΔFosB уровни между бегунами и контрольной группой в медиальном или латеральном хвостатом путамене (данные не показаны).

Просмотреть увеличенную версию:

Скачать как слайд PowerPoint

Рис. 1.

Регулирование ΔFosB на колесе Уровни изоформ 35 – 37 кДа ΔFosB измеряли в прилежащем ядре с использованием вестерн-блоттинга у контрольных крыс (C) и у крыс, которые прошли 4 недели добровольного бега колеса (R). ТоповоеПредставитель полосы из кляксы. Данные выражены как среднее ± SEM (обе группы, n = 7). *p <0.05.

Иммуногистохимия выявила наличие ΔFosB-положительные клетки в прилежащем ядре контроля (n = 8) и работает (n = 8) крысы. Подсчет ΔFosB-положительные клетки в ядре и оболочке выявили увеличение числа клеток, экспрессирующих ΔFosB-IR в основном (p <0.05), но не в оболочке прилежащего ядра после бега (рис.2). Комбинированная иммуногистохимия для ΔFosB-IR и на месте Гибридизация мРНК энкефалина или динорфина в ядре accumbens была впоследствии использована для идентификации типа клеток в этой области мозга, в которой ΔFosB вызывается бегом (рис.3). В то время как количество клеток, экспрессирующих как мРНК динорфина, так и FosB-IR, было выше у бегунов (n = 8), чем в элементах управления (n = 8) (Таблица1), среднее число клеток, экспрессирующих как мРНК энкефалина, так и FosB-IR у бегунов, было ниже, чем в контролях (таблица 1). Эти эффекты были очевидны в основном подразделении этой области мозга (таблица 1). Эти результаты показывают, что индукция ΔFosB в результате бега происходит преимущественно в динорфинсодержащем подмножестве ядерных прилежащих нейронов.

Просмотреть увеличенную версию:

Скачать как слайд PowerPoint

Рис. 2.

Ход колеса влияет на число ΔFosB-положительные клетки в прилежащем ядре.Топовое, Репрезентативные микрофотографии срезов головного мозга крысы, демонстрирующие увеличение числа ΔFosB-положительные клетки в ядре прилежат ядро при бегунах (Run) сравнивали с контрольной группой (Ctr). асаПередняя спайка передняя.Дно, Гистограмма числа клеток, положительных по ΔFosB-IR в медиальных аспектах ядра и оболочки ядра, прилежащего у контрольных крыс и у крыс, которые прошли 4 в течение недель добровольного бега колеса. Данные выражены как среднее ± SEM (обе группы, n = 8). *p <0.05.

Просмотреть увеличенную версию:

Скачать как слайд PowerPoint

Рис. 3.

Клеточная специфичность ΔFosBиндукция по ходу колеса. Репрезентативные микрофотографии срезов головного мозга крыс от восьми особей, демонстрирующие колокализацию ΔFosB-IR (окрашенные в коричневый цвет ядра) и мРНК динорфина (черные зерна) (a) или ΔFosB-Р и мРНК энкефалина в ядре прилежащего ядра (b).

Просмотрите эту таблицу:

Таблица 1.

ΔFosB в клетках динорфина и энкефалина в прилежащем ядре

Эффект ΔFosB на колесах

Изучить возможную роль ΔFosB при регулировании работы колеса мы использовали две линии битрансгенных мышей, которые индуцибельно избыточно экспрессировали ΔFosB в полосатых областях взрослых животных (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Битрансгенная линия 11A может индуцибельно сверхэкспрессироватьFosB только в нейронах, содержащих динорфин в полосатом теле (Kelz et al., 1999), тогда как битрансгенная линия 11B может индуцибельно сверхэкспрессироватьFosB преимущественно в энкефалинсодержащих нейронах в этом регионе, причем некоторая экспрессия наблюдается и в нейронах динорфина (рис. 4). Обе линии мышей были задуманы и выращены на доксициклине для сохранения ΔFosBвыражение выключено (рис. 4) (Kelz et al., 1999), и половина однопометников была удалена из доксициклина как взрослые, чтобы включить ΔFosB выражение.

Просмотреть увеличенную версию:

Скачать как слайд PowerPoint

Рис. 4.

Выражение ΔFosB у мышей 11B. Срезы мозга были проанализированы на ΔFosB-IR (окрашенные в коричневый цвет ядра) с последующим на месте гибридизация для мРНК динорфина (A) или мРНК энкефалина (B) (черные зерна). Обратите внимание на преимущественное выражение ΔFosB-IR в энкефалин-положительных, но не динорфин-положительных клетках. 214 ΔFosB-положительные клетки, подсчитанные у трех мышей 11B, 73 ± 11% были также энкефалин-положительными, а 22 ± 6% были также динорфинами-положительными. Двойная маркировка не была замечена между ΔFosB и маркеры интернейронов.

11A мыши, которые сверхэкспрессируют ΔFosB (без доксициклина) (n = 7) было обнаружено, что они увеличивают ежедневную дистанцию бега в течение первых недель 3 по сравнению с контрольной группой однопометных животных (с учетом доксициклина) (n = 8), что показало плато в их скорости бега после недель 2 (рис.5 A). В противоположность этому мыши 11B со сверхэкспрессиейFosB (n = 7) показал значительно меньшую беговую активность в течение недель 2 и 3, чем их контроли для однопометников (n = 6) (рис. 5 B). Чтобы исследовать возможность того, что сам доксициклин может изменить поведение при беге, мы сравнили ход колес у мышей C57BL / 6 с доксициклином и без него в питьевой воде. Различий между группами не обнаружено (данные не показаны).

Просмотреть увеличенную версию:

Скачать как слайд PowerPoint

Рис. 5.

Эффект ΔFosB Сверхэкспрессия при движении колес у битрансгенных мышей. AБитрансгенные мыши, пьющие водопроводную воду, имеют индуцибельную сверхэкспрессиюFosB в нейронах стриатального динорфина (воды) и показал увеличенный пробег (расстояние в день) в течение первых 3 недель доступа к ходовым колесам. Напротив, генетически идентичные контроли однопометных клеток с доксициклином в их питьевой воде не сверхэкспрессируютFosB (DOX) показал увеличенный пробег только в первые недели 2. BДругая линия битрансгенного штамма мышей, названная 11B, с индуцибельной сверхэкспрессией ΔFosB прежде всего в нейронах полосатого энкефалина (воды) продемонстрировали значительно меньшую подвижность в течение своих недель 2 и 3 по сравнению с генетически идентичными однопометниками, которые не сверхэкспрессируют ΔFosB (DOX). # указывает на увеличение бега (дистанция в неделю) в группе. * указывает на разницу в беге между ΔFosBсверхэкспрессоры (воды) и элементы управления (DOX). Вертикальные линии указать границы между неделями 1 и 2, а также неделями 2 и 3. Горизонтальные линии с символом # опишите статистические различия между еженедельным бегом внутри группы. Данные выражены как среднее значение (11A dox,n = 8; Вода 11A, n = 7; 11B dox, n = 6; Вода 11B, n = 7).^# p <0.05;^## p <0.01;^### p <0.001; *p<0.05.

Предыдущий раздел Следующий раздел

ОБСУЖДЕНИЕ

В этом исследовании мы показываем, что, как и при повторном воздействии наркотиков, хроническое движение колес, естественное полезное поведение, вызывает ΔFosB в прилежащем ядре критическая часть путей вознаграждения мозга. Мы также показываем, что сверхэкспрессия ΔFosB в нейронах полосатого динорфина у взрослых животных усиливается беговое поведение, тогда как ΔFosB Экспрессия преимущественно в нейронах стриатального энкефалина имеет противоположный эффект. Эти данные подтверждают мнение, что ΔFosB критически участвует в долгосрочных последствиях естественных и вызванных наркотиками вознаграждений и подчеркивает важную роль ΔFosB в регуляции стриатальной функции.

Подобные молекулярные ответы на наркотики и бега

Наркотики злоупотребления, такие как психостимуляторы, опиаты, алкоголь, никотин и фенциклидин, повышают уровни ΔFosB в прилежащем ядре (Hope и др., 1994b; Nye et al., 1995; Nye и Nestler, 1996; Nestler et al., 1999), и здесь мы показываем, что хроническое поведение при беге приводит к аналогичной реакции. Хронический кокаин и бег вызывают дополнительные общие адаптации, например, индукцию мРНК динорфина в определенных областях полосатого тела (Werme и др., 2000). Как отмечалось ранее для кокаина (Hiroi и др., 1997), индукция ΔFosB при беге сильнее в ядре, чем в делении оболочки ядра прилежащего. Однако ΔFosBиндукция при беге ограничивается прилежащим ядром, тогда как наркотики, вызывающие злоупотребление, индуцируют белок также в хвостатом путамене. Предыдущие исследования показали, что ΔFosB экспрессируется исключительно в проекционных нейронах стриатума, и что хронический кокаин увеличивает ΔFosB преимущественно в субпопуляции проекционных нейронов, которые экспрессируют динорфин (Moratalla et al., 1996). В настоящем исследовании, с использованием комбинированной иммуногистохимии ина месте гибридизации на тех же срезах ткани, мы показали, что ход колеса также вызывает ΔFosB преимущественно в нейронах динорфина.

Обнаружение, что лекарственное вознаграждение и естественное вознаграждение вызывают одинаковую молекулярную адаптацию (индукция ΔFosB) внутри одного и того же типа нейрональных клеток можно предположить, что они могут действовать по какому-то общему механизму. Одним из вероятных общих механизмов является усиление дофаминергической передачи в прилежащее ядро. Запуск и острое введение наркотических средств увеличивает внеклеточные уровни дофамина в этой области мозга (Освобожденный и Ямамото, 1985; Ди Чиара и Императо, 1988; Уилсон и Марсден, 1995). Повторное лечение с D₁ агонист допаминовых рецепторов (+/-) - 6-хлор-7,8-дигидрокси-1-фенил-2,3,4,5-тетрагидро-1H-3-гидробромид бензазепина в отдельности или в комбинации с D₂ Агонист рецептора квинпирол будет увеличивать уровни ΔFosB в прилежащем ядре и дорсальном полосатом теле (Nye et al., 1995). Психостимуляторные наркотики, такие как кокаин и амфетамин, которые являются косвенными агонистами допамина, также увеличивают ΔFosB уровни в полосатых областях (Jaber и др., 1995; Nye et al., 1995). Кроме того, хроническое введение специфического антагониста переносчика допамина 1- [2- (бис [4-фторфенил] метокси) этил] -4- (3-гидрокси-3-фенилпропил) пиперазинил деканоат, но не серотонин- или норэпинефрина селективные ингибиторы транспорта, индуцирует ΔFosB в этих областях мозга (Nye et al., 1995). Эти данные показывают, что индукция ΔFosB в полосатом теле после различных обработок зависит от дофамина.

Противоположные эффекты ΔFosB Сверхэкспрессия в нейронах стриатального динорфина в сравнении с энкефалиновыми

Битрансгенные мыши с ΔFosB Сверхэкспрессия, вызванная удалением доксициклина у взрослых животных, не обнаруживает явных нарушений развития. У мышей, у которых ΔFosBСверхэкспрессия является селективной для нейронов стриатального динорфина, поведение бега увеличивается в течение первых недель 3 бега, а не первых недель 2, как это наблюдается у контрольных однопометников. В отличие от мыши, сверхэкспрессирующей ΔFosB в основном в стриальных энкефалиновых нейронах меньше, чем у их контрольных подстилок в течение недель 2 и 3 бега. Интересно, что две линии битрансгенных мышей, изученных здесь, также показывают различные поведенческие реакции на наркотики злоупотребления. Принимая во внимание, что сверхэкспрессия ΔFosB в нейронах динорфина усиливается эффект кокаина и морфина (Kelz et al., 1999; Nestler et al., 2001), сверхэкспрессия ΔFosB В первую очередь в энкефалиновых нейронах не изменяется полезное действие этих препаратов.

Противоположные эффекты на беговое поведение, наблюдаемые у двух линий мышей, могут быть объяснены дифференциальной схемой этих двух различных субпопуляций стриатальных нейронов. Более 90% стриатальных нейронов являются нейронами со средним колючим проецированием, которые используют ГАМК в качестве нейротрансмиттера. Приблизительно половина этих нейронов также экспрессирует высокие уровни динорфина и вещества P (и в некоторой степени D₁ дофаминовый рецептор) (Gerfen и др., 1990; Le Moine и др., 1991) и проецировать прямо на средний мозг. Другая половина выражает высокий уровень энкефалина (и D₂дофаминовый рецептор) (Gerfen и др., 1990; Le Moine и др., 1990) и проецируется опосредованно в средний мозг через бледный шар и субталамическое ядро. Активация прямого пути увеличивает локомоцию, тогда как активация косвенного пути уменьшает локомоцию. Таким образом, взаимные изменения в беговом поведении проявляются двумя линиями ΔFosB-экспрессирующие мыши, используемые в этих экспериментах, могут отражатьFosB-индуцированные изменения возбудимости прямого и непрямого пути. В этой связи интересно предположить, что снижение бега колеса наблюдается у мышей со сверхэкспрессией.FosB в первую очередь в энкефалиновых нейронах может соответствовать факту, что антипсихотические препараты первого поколения, которые снижают двигательную активность, индуцируют ΔFosB выборочно в пределах этой нейрональной субпопуляции (Hiroi и Graybiel, 1996; Atkins и др., 1999).

Целевые гены регулируются ΔFosB

Эффекты ΔFosB на функции нейронов предположительно опосредуются через регуляцию других генов. Учитывая, что многие гены содержат консенсусные сайты для комплексов AP-1 в их промоторных областях, вполне вероятно, что действия ΔFosB На нейроны вовлечены комплексные воздействия на многочисленные гены. На сегодняшний день выявлено только несколько. Субъединица рецептора глутамата AMPA 2 (GluR2) активируется ΔFosB в прилежащем ядре эффект, не видимый в дорсальном полосатом теле (Kelz et al., 1999). Циклинзависимая киназа 5 (Cdk5) активируется как в прилежащем ядре, так и в дорсальном стриатуме (Bibb et al., 2001). Эти эффекты могут быть опосредованы через сайты AP-1, присутствующие в промоторных областях этих генов (Брен и др., 2000; Chen et al., 2000). Ожидается, что регуляция GluR2 изменит электрическую возбудимость стриатальных нейронов путем изменения их чувствительности к рецептору AMPA. Регуляция Cdk5 может также изменить возбудимость этих нейронов через путь, включающий дофамин и цАМФ-регулируемый фосфопротеин-32, который высоко обогащен колючими нейронами в полосатой средеБрен и др., 1994; Bibb et al., 1999). Однако необходима дальнейшая работа, чтобы определить точные молекулярные пути, по которым ΔFosBизменяя экспрессию других генов, изменяет функциональное состояние нейронов стриатального динорфина и энкефалина.

Выводы

Данные о том, что подобные молекулярные адаптации происходят в прилежащем ядре в естественных и вызванных лекарствами ситуациях вознаграждения, позволяют предположить, что общие нейробиологические механизмы могут контролировать оба типа полезного поведения. Одним из основных сходств между этими видами поведения является их зависимость. ΔFosB индуцируется обоими видами поведения и усиливает оба поведения, когда независимо сверхэкспрессируется в нейронах полосатого динорфина. Возможно ΔFosBпри экспрессии в этих нейронах сенсибилизирует нервный контур, связанный с компульсивным поведением. Хотя спекулятивные, растущие знания о ΔFosB предполагает, что он или различные молекулярные пути, которые он регулирует, может быть подходящей мишенью для разработки фармакологических методов лечения ряда расстройств. Примерами этого могут быть компульсивное поведение, включая не только наркоманию, но также расстройства пищевого поведения, патологическую азартную игру, чрезмерные физические нагрузки и, возможно, даже обсессивно-компульсивное расстройство.

Предыдущий раздел Следующий раздел

Сноски

Получен январь 29, 2002.
Версия получила июнь 11, 2002.
Принято в июне 12, 2002.

Эта работа была поддержана Шведским исследовательским советом (03185, 11642 и 04762), Центром по идентификации (CIF 86 / 01), Национальным институтом по борьбе со злоупотреблением наркотиками и Национальный институт по проблемам старения, Мы благодарим Карин Пернольд и Карин Лундстрёмер за отличную техническую помощь.
Переписка должна быть адресована Стефану Брене, Департамент нейробиологии, Karolinska Institutet, Стокгольм, S-171 77 Швеция. Эл. адрес: [электронная почта защищена].

Предыдущий раздел

Ссылки

↵
1. Американская психиатрическая ассоциация

(1994) Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам, под ред. 4. (Американская психиатрия, Вашингтон, округ Колумбия).

↵
1. Аткинс Дж. Б.,
2. Chlan-Fourney J,
3. Nye HE,
4. Hiroi N,
5. Carlezon WA Jr.,
6. Nestler EJ

(1999) Специфичная для региона индукция ΔFosB путем многократного введения типичных и атипичных антипсихотических препаратов. Синапс 33: 118 – 128.

Полезное