(L) návykový výskum: CREB (2007)

Poznámky: Dva molekulárne prepínače hrajú popredné úlohy vo všetkých závislostiach, vrátane závislostí na správaní. Jeden zdôrazňujem, nazývaný DeltaFosB, druhý je CREB, ktorý je predmetom tohto článku.


20 rokmi, vedci dostali závislý na jeden transkripčný faktor, ktorý reaguje na rad drog zneužívania. Vedie ich práca k liečbe?

Účinky závislosti na poruche sú spôsobené zmenami v nervových bunkáchKerry Grens

Stephen Mague, absolvent univerzity v Pensylvánii, kolesami vozíkom nabitým klietkami pre myši vchádza do miestnosti veľkej ako veľký šatník. Izba pripomína laboratórium vyvíjajúce fotografiu, osvetlené iba červeným svetlom a preplnené malými pracovnými lavicami a zavesenými čiernymi závesmi. Na chodbe zobrazuje televízna obrazovka pohľad z vnútornej strany na videokameru a pozerá sa dole na rad krabičiek z plexiskla.

Jedna po druhej sa na obrazovku objaví ruka v latexových rukaviciach a do každej škatule vloží hnedú myš. Zvieratá sa motajú okolo a skúmajú kúty; pár prestávok uprostred komory a energicky sa upravovať. Mague upravuje zvieratá tak, aby si drogu spájali s jednou stranou komory nad druhou, napríklad tou, ktorá má namiesto pevných stien pruhované steny. Pridanie drogy ako kokaínu do komôr robí prácu neuveriteľne ľahkou. Urobí to iba jedna expozícia tejto drogy, hovorí absolventka Jess Cleck: „Raz som nechal myš sedieť 13 minút a 30 sekúnd na strane, kde predtým dostal kokaín.“

V priebehu času vedie expozícia lieku u zvierat aj u ľudí k závislosti, túžbe a stiahnutiu, keď sa liek užíva. Úzkosť a depresia sú čoraz častejšie a všetky ostatné zdroje odmeny strácajú na atraktivite, pretože droga sa stáva primárnym zdrojom motivácie. Fyziologické zmeny u ľudí so závislosťou sú zarážajúce. „Nie je to tak, že sú viac alebo menej citliví na drogu, sú to rôzni ľudia,“ hovorí Eric Nestler z juhozápadného lekárskeho centra University of Texas v Dallase. "Hlboko meníš povahu nervových buniek."

Špirála smerom nadol od prvej návalu k trvalej závislosti zahŕňa mnohé neurobiologické adaptácie: dlhodobú depresiu pri synapsiách, neurodegeneráciu a trvalé modifikácie v expresii génov. Žiadne dve drogy nie sú podobné, pretože každý má svoje vlastné idiosynkrázie. Napríklad stimulanty ako amfetamín a kokaín zvyšujú vetvenie neurónov v nucleus accumbens, zatiaľ čo morfín má opačný účinok.

Klasický popis účinku lieku na mozog je zameraný na systém odmien, najmä na neuróny, ktoré vychádzajú ventrálne z ventrálnej tegmentálnej oblasti (VTA) do nucleus accumbens. Tieto neuróny uvoľňujú dopamín a nadmerné užívanie alkoholu a drog ich priamo alebo nepriamo vzrušuje. Keď sa dopamín dodáva do nucleus accumbens, stimuluje to potešenie.

Problém začína, keď sa časom začne tento systém erodovať a vyvinie sa tolerancia. Rovnaké množstvo liečiva indukuje menšie dopamínové reakcie, neuróny VTA sa môžu zmenšovať, synaptické spojenia sa rozpadajú, mení sa hustota receptorov a zvyšuje sa expresia určitých génov, najmä tých, ktoré súvisia s úzkosťou a depresiou. To je podľa Georga Kooba z Salkovho inštitútu v La Jolla v Kalifornii „temná stránka závislosti“, keď závislý pokračuje v užívaní drogy iba na zmiernenie zlých pocitov závislosti.

Julie Blendy, hlavná vyšetrovateľka Mague na Pennsylvánskej univerzite, Nestler a ďalší, preosievajú nespočetnými molekulárnymi zmenami, ktoré sprevádzajú expozíciu drogou a závislosť, aby presne zaklincovali to, čo sa deje transkripčne v mozgu. Už takmer dve desaťročia sledujú vedci zaoberajúci sa závislosťou aktivitu jedného transkripčného faktora: proteínu viažuceho sa na odozvu cAMP (CREB). Tento proteín reaguje na rôzne návykové látky, vrátane kokaínu, morfínu, alkoholu, amfetamínu a nikotínu. Napriek tomu všetkému však hovorí Nestler: „Sme stále na špici ľadovca, aby sme identifikovali gény CREB target“. Dúfajú, že nájdu spôsoby, ako týmto zmenám zabrániť alebo ich opraviť.

Blendy si presne pamätá, kedy sa narodili jej prvé myši s nedostatkom CREB. „Majú 15 rokov,“ hovorí so smiechom, „porodila som svoju dcéru [v júni] a o dva týždne neskôr sa im narodil prvý mutant.“ V tom čase bola Blendy postdoktorátom v laboratóriu Gunthera Schutza v Nemeckom výskumnom centre pre rakovinu v Heidelbergu. Nad knockoutovou technológiou panovalo veľké nadšenie. Ostatné skupiny sa dožadovali použitia myší.

To sa však všetko zastavilo, keď Schutzova skupina začala charakterizovať myši. "Uvedomili sme si, že sme nedosiahli úplný knockout," hovorí Blendy. Mutované zvieratá mali alternatívne formy spojenia génu CREB, ale ukázalo sa, že to bola náhodná náhoda. CREB vyradené zvieratá neprežijú perinatálne obdobie. Iba malé množstvo CREB umožnilo týmto mutantom prežiť až do dospelosti s funkčnými zmenami, ktoré by výskumníkom umožnili preskúmať úlohu CREB v mnohých neurologických aspektoch vrátane učenia, pamäti, porúch nálady a závislosti.

Do tejto doby, v polovici 90. rokov, bol už transkripčný faktor cieľom výskumu závislostí. Začalo to v 1970. rokoch 1. storočia enzýmom adenylyl cykláza v locus ceruleus, modrasto vyzerajúcej oblasti mozgového kmeňa, ktorá dodáva norepinefrín do mnohých častí mozgu. Adenylylcykláza syntetizuje cAMP, ktorý následne aktivuje CREB. Laureát Nobelovej ceny Marshall Nirenberg a jeho kolegovia poskytli v neurónoch locus ceruleus dôkazy o „bunkovej tolerancii“ k morfínu. Ukázali, že zatiaľ čo aktivita adenylylcyklázy klesá po vystavení morfínu, keď sa liečivo nechá inkubovať s bunkami dlhšie ako jeden deň, aktivita adenylylcyklázy sa odrazí späť.XNUMX Po odstránení liečiva došlo k zvýšeniu aktivity enzýmu, čo autori interpretujú ako bunkové stiahnutie sa zo závislosti: „Tento jav možno prirovnať k abstinenčnému syndrómu u zvierat.“

"Hlboko meníš povahu nervových buniek." -Eric Nestler

Až po viac ako desiatich rokoch, na začiatku 1990. rokov, Nestler, potom na Yale University, jeho skupina replikovala výsledky in vivo a presunula dva kroky od adenylyl cyklázy k aktivácii CREB. Ukázali, že dávka morfínu zhoršuje fosforyláciu CREB (marker aktivácie CREB), ale táto aktivita sa po dlhšej expozícii lieku vráti do normálu.2 „V rovnakom čase,“ pripomína Nestler, „sme sa pýtali: Lokus ceruleus je iba modelovým systémom pre opiátový systém, reagujú však iné neuróny? “ Obrátil sa k jadru accumbens, skupine neurónov, ktoré dostávajú dopaminergné vstupy z ventrálnej tegmentálnej oblasti a ktoré sú zapojené do systému odmien v mozgu. Tam Nestler našiel podobné výsledky: Chronické užívanie morfínu zvyšuje aktivitu CREB.

CREB-deficitné myši v Schtzovom laboratóriu predstavovali príležitosť merať, či je CREB v procese závislosti nevyhnutná. S Rafaelom Maldonadom, ktorý bol v tom čase na parížskej univerzite, Blendy v roku 1996 ukázala, že jej mutovaným myšiam chýbali príznaky abstinencie morfínu, ktoré vykazujú normálne zvieratá.3 „Závislosť podľa definície znamená prítomnosť abstinenčného syndrómu po odstránení lieku. , “Hovorí Blendy. "Otázkou je, či vôbec neboli zvieratá nikdy závislé od drogy?" Blendy dospel k záveru, že CREB je dôležitý pri vzniku závislosti. Ale také jednoduché vysvetlenie bolo príliš dobré na to, aby to bola pravda.

Bill Carlezon, ktorý je teraz docentom psychiatrie v Harvardovej nemocnici McLean v Belmonte v Massachusetts, bol postdoktorátom v Nestlerovej laboratóriu v polovici 1990. rokov 4. storočia a študoval kokaín v nucleus accumbens. V tom čase neexistoval dobrý spôsob priameho zacielenia na CREB, takže Nestlerova skupina vyvinula vírusový vektor s mutantnou formou CREB, ktorý konkuruje endogénnemu CREB a blokuje jeho aktivitu. Keď dostali mutantné zvieratá kokaín, preukázali zvýšenú preferenciu tejto drogy, zatiaľ čo pri nadmernej expresii CREB u zvierat sa u nich prejavila averzia.

Blendy našla podobné výsledky po tom, čo sa v roku 1997 presťahovala na pennsylvánsku univerzitu pomocou línie myší s nedostatkom CREB. Keď boli týmto zvieratám podané nízke dávky kokaínu (dávky dosť malé na to, aby boli nerozoznateľné od fyziologického roztoku pre zvieratá divokého typu), zvieratá vykazovali silnú preferenciu na strane boxu, kde dostávali kokaín. 5 „CREB-deficient animals preukázať zvýšenie odmeny za kokaín, “hovorí Blendy.

Aj keď údaje Blendy súhlasili s výsledkami Nestlera a Carlezona, išlo o zistenia, ktoré sa zdali byť v rozpore s jej výsledkami pre morfín. Aj keď sa zdalo, že nedostatok CREB spôsobuje, že sa zvieratá viac zaujímajú o kokaín, pôsobil opačne s morfínom. Blendy má podozrenie, že nesúlad súvisí s rôznymi oblasťami mozgu, na ktoré každý liek účinkuje. Aj keď všetky návykové látky skončia zvyšovaním dopamínu v nucleus accumbens, pôsobia rôznymi mechanizmami: Kokaín blokuje transportéry dopamínu v nucleus accumbens, zatiaľ čo morfín dezinhibuje dopamínové bunky vo ventrálnej tegmentálnej oblasti.

Zložitosť molekulárnych zmien, ktoré sa podieľajú na drogovej závislosti, sa tým nekončí. Alkohol a nikotín pôsobia na CREB inak ako kokaín a morfín. Ďalší transkripčný faktor, DFosB, je navyše regulovaný podobným spôsobom ako CREB, aj keď s opačnými účinkami na správanie.

Odpoveď DFosB na lieky môže byť rovnako dôležitá ako závislosť od CREB, najmä pokiaľ ide o dlhodobé zmeny. Podľa Nestlera, CREB v podstate prináša negatívnu spätnú väzbu od drog, a PHOSB podporuje odmeňujúce účinky liekov.

„Na DFosB sa dá v mnohých ohľadoch pozerať ako na konverzáciu s CREB,“ hovorí Nestler. Napriek tomu s ohromujúcou zložitosťou môžu byť oba transkripčné faktory nadregulované v tej istej bunke. „Niektoré bunky vykazujú aktiváciu CREB, niektoré indukujú DFosB a niektoré sa prekrývajú,“ vysvetľuje Nestler. "Je to veľmi zložitý proces, ktorý je potrebné vypracovať."

Napriek týmto medzerám vo vedomostiach si vedci do 1990. rokov XNUMX. storočia boli istí, že CREB je dôležitý pri regulácii účinkov zneužívania drog. Tiež si však uvedomili, že to zjavne nebol univerzálny marker pre všetky lieky vo všetkých oblastiach mozgu, nehovoriac o liečbe. "CREB nikdy nebude terapeutickým cieľom." Je to príliš dôležité, je to príliš všadeprítomné, “hovorí Blendy.

Rozhodla sa odbočiť po prúde. Jej skupina sleduje expresiu množstva cieľových génov CREB počas procesu drogovej závislosti, od počiatočnej expozície cez závislosť až po abstinenčné príznaky. "Dúfame, že niektoré z cieľových [génov], za ktoré je zodpovedný, budú ideálne."

Jedným z následných cieľových génov, ktorý preukázal najdramatickejšie výsledky v diferenciálnej expresii cez tieto fázy, je faktor uvoľňujúci kortikotropín (CRF, tiež označovaný ako hormón uvoľňujúci kortikotropín, CRH). CRF je dôležitý pri sprostredkovaní stresových reakcií, ale podieľa sa aj na Koobovej odvrátenej stránke závislosti. „To, čo zisťujeme,“ hovorí Koob, „a to platí najmä pre alkohol a opiáty a nikotín, a možno o niečo menej pre kokaín - keď zvieratá užijú veľa drog, systém CRF sa zapojí a prispieva k nadmernému užívaniu drog. - užívanie. “

Markus Heilig, klinický riaditeľ Národného ústavu pre zneužívanie alkoholu a alkoholizmus, tvrdí, že upregulácia systému CRF sa javí ako trvalá. "V minulom roku séria článkov zaklincovala hlodavce, že ak máte dlhú históriu závislosti na alkohole a cykly intoxikácie a odvykania, spôsobí to pozoruhodne dlhotrvajúce zmeny v endogénnom systéme [CRF]," povedal Heilig hovorí.

Koob najnovšie ukázal, že zvieratá závislé od alkoholu pijú počas abstinencie menej, keď dostanú antagonistu receptora CRF1 „Dalo by sa predpovedať, že [antagonista receptora CRF7] by mohol byť skvelým liekom na stiahnutie,“ hovorí Nestler. Nájsť antagonistu bezpečného na použitie u ľudí však bolo ťažké. Klinické štúdie s jedným liekom, NBI 1, boli prerušené pred niekoľkými rokmi po tom, čo sa u dvoch pacientov vyvinula zvýšená hladina pečeňových enzýmov.30775 Koob a Heilig, okrem iného, ​​pracujú na nájdení antagonistu receptora CRF8, ktorý by sa dal bezpečne použiť na liečbu závislosti.

V marci tohto roku Heilig publikoval sľubné výsledky v potkanoch závislých od alkoholu, čo dokazuje, že liek zastavil závislé zvieratá v hľadaní alkoholu, keď boli vystavené stresor.9 Ak by sa antagonista receptora CRF1 mohol vyvinúť na liek, hovorí Koob, najpravdepodobnejšia aplikácia by bola počas akútneho vysadenia.

"CREB nikdy nebude terapeutickým cieľom." Je to príliš dôležité, príliš všadeprítomné. “- Julie Blendy

Asi 300 míľ severne od Blendyho laboratória Penn, podobne oblečený vedec v rukaviciach a obutý v Harvardskej nemocnici McLean, vozí po chodbe vozík so zvieratami. Jedná sa o Carlezonove experimentálne krysy, z ktorých každá je vybavená anténou podobnou elektródou, ktorá je chirurgicky pripevnená k temenu hlavy. Elektróda dodáva príjemnú stimuláciu vo forme pulzov štvorcového vlnenia elektrického prúdu do centra odmien v mozgu. V Carlezonovej kancelárii prehráva videozáznam myši, ktorá neustále točí kolieskom, aby získala prúd poskytujúci potešenie. "Pravdepodobne sa cítim ako najlepšia vec vôbec." Zvieratá si to vyberú pred drogami, jedlom, sexom - čokoľvek, “hovorí.

V určitom okamihu myš prestane točiť kolieskom, keď prúd poklesne pod frekvenciu, pri ktorej sa odmena zníži, hovorí Carlezon. Keď zvieratá prechádzajú odvykaním od kokaínu, stúpa minimálne množstvo prúdu, pre ktoré sú ochotné pracovať - ​​ich „prahová hodnota“ .10 „Pretože stimulácia nie je počas odvykania taká obohacujúca, myši potrebujú na ich získanie vyššie frekvencie. pracovať [pre stimuláciu]. “ Carlezonov záver: „Myslíme si, že vyrábajú viac dynorfínu.“

Dynorphin je endogénny opioid, ktorý pôsobí na k-opioidné receptory a je downstream cieľovým génom CREB. Carlezon ukázal, že keď je funkcia CREB alebo dynorfínu zvýšená v nucleus accumbens, kokaín je menej odmeňovaný a niekedy dokonca averzívny. Ale keď sú blokované k-receptory, účinok zmizne. 4 Carlezon teraz experimentuje s podávaním antagonistov k-opioidných receptorov potkanom, ktorí zažívajú abstinenčný stav kokaínu, a meria, či tieto lieky môžu udržiavať stabilné prahy odmeňovania. Ak antagonisti pracujú, Carlezon hovorí, že by mohli byť kandidátmi na liečbu symptómov vysadenia liekov.

Koob a Brendan Walker, tiež v spoločnosti Scripps, použili antagonistu k-opioidného receptora nor-binaltorfimín u potkanov závislých od etanolu a zistili, že pijú menej. U zvierat, ktoré neboli závislé, sa ich pitné správanie nezmenilo. Walker tvrdí, že podporuje myšlienku, že systém dynorfín-k-opioid je zapojený do „temnej stránky“ závislosti11. „Všeobecne,“ hovorí Walker, „je to hypotéza, že keď sú zvieratá závislé a vy si odstránite alkohol, zvýšený negatívny vplyv spôsobuje, že chcú piť viac alkoholu. Vyzerá to, že ak dokážeme zablokovať tento systém, môžeme v určitom zmysle zablokovať motiváciu konečníka nadmerne konzumovať alkohol. “

Charles O'Brien, podpredseda psychiatrie na Pensylvánskej univerzite a riaditeľ Centra pre štúdium závislostí, tvrdí, že výskum antagonistov dynorfínu a CRF1 receptora sa javí ako sľubný, ale aby sa mohla skutočne liečiť závislosť, musí byť cieľom centrum pamäti mozgu , ktoré môžu, ale nemusia zahŕňať CREB.

"Závislosť je nutkavé správanie pri hľadaní drog," hovorí O'Brien. „Nejde o zmeny, ktoré vyvoláva samotný alkohol, kokaín alebo heroín. Je to skutočnosť, že potom, čo droga zmizne, existuje učenie, pamäťová stopa, ktorá vyvoláva túžbu, ktorá vedie k hľadaniu drog a relapsu. “ Nestler hovorí, že tieto spomienky sú na celý život. "Ako dieťa sme sa dotkli horúceho sporáka a spomenuli sme si, že nikdy nestojí za to experimentovať s horúcim sporákom ...." Spomienky na drogy môžu byť rovnako silné ako tieto spomienky. “

Či učenie závislosti zahrnuje CREB, je neisté. Nestler napriek tomu tvrdí, že manipulácia s cieľovými génmi CREB na zmiernenie abstinenčných príznakov môže pomôcť pri iných metódach liečby závislostí, ako je napríklad kognitívno-behaviorálna terapia, ktorá môže mať vplyv na spomienky. "Podľa môjho názoru, čím skôr dostanete tieto [potenciálne lieky] do ľudských subjektov, tým lepšie," hovorí O'Brien. "Zvieracie modely môžu ukazovať cestu, ale skôr alebo neskôr ich musíte dostať do ľudských bytostí."

Referencie

1. SK Sharma a kol., „Duálna regulácia adenylátcyklázy zodpovedá za narkotickú závislosť a toleranciu“, Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]

2. X. Guitart a kol., „Regulácia fosforylácie proteínu viažuceho sa na proteíny AMP (CREB) akútnou a chronickou morfiou v mieste potkana locus ceruleus,“ J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]

3. R. Maldonado et al., „Redukcia abstinencie morfínu u myší s mutáciou v géne kódujúcom CREB,“ Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]

4. WA Carlezon, Jr. a kol., „Regulácia kokaínovej odmeny CREB“, Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]

5. CL Walters, JA Blendy, „Rôzne požiadavky na proteín viažuci prvok odozvy na cAMP pri pozitívnych a negatívnych posilňujúcich vlastnostiach zneužívaných drog“, J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]

6. EJ Nestler, „Existuje spoločná molekulárna cesta pre závislosť?“ Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [ZVEREJNENÉ]

7. CK Funk et al., „Antagonisty faktora 1 uvoľňujúce kortikotropín selektívne znižujú samopodanie etanolu u potkanov závislých od etanolu,“ Biol Psych, 61: 78-86, 2007. [PUBMED]

8. C. Chen, DE Grigoriadis, „NBI 30775 (R121919), orálne aktívny antagonista receptora typu 1 na uvoľňovanie kortikotropínu (CRF) na liečbu úzkosti a depresie,“ Drug Dev Res, 65: 216- 26., 2005. [ZVEREJNENÉ]

9. DR Gehlert a kol., „3- (4-chlór-2-morfolín-4-yltiazol-5-yl) -8- (1-etylpropyl) -2,6-dimetylimidazo [1,2] -b] pyridazín: nový do mozgu prenikajúci, orálne dostupný antagonista receptora 1 uvoľňujúceho kortikotropín s účinnosťou na zvieracích modeloch alkoholizmu, “J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]

10. I. Goussakov a kol., „LTP v laterálnej amygdale počas odňatia kokaínu“, Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]

11. Walker BM a Koob GF, „Farmakologické dôkazy motivačnej úlohy ?? - opioidných systémov v závislosti na etanole“, Neuropsychopharmacology, online publikácia 2. mája 2007. [PUBMED]

Čítať ďalej: Návykový výskum - Vedec - Časopis vied o živote http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n