- FULL STUDY
- scicurious vysvetlenie - Za odolnosť proti stresu poďakujte spoločnosti DeltaFosB
Nat Neurosci. 2010 jún; 13(6): 745-752. Publikované online 2010 May 16. doi: 10.1038 / nn.2551
Vincent Vialou,1 Alfred J. Robison,1, * Quincey C. LaPlant,1, * Herb E. Covington, III,1 David M. Dietz,1 Yoshinori N. Ohnishi,1 Ezekiell Mouzon,1 Augustus J. Rush, III,2 Emily L. Watts,1 Deanna L. Wallace,2, § Sergio D. Iniguez,3 Yoko H. Ohnishi,1 Michel A. Steiner,4 Brandon Warren,3 Vaishnav Krishnan,2 Rachael L. Neve,5 Subroto Ghose,2 Olivier Berton,2, § Carol A. Tamminga,2 a Eric J. Nestler1
Informácie o autorovi ► Autorské práva a licenčné informácie
Konečná upravená verzia tohto článku vydavateľa je k dispozícii na stránke Nat Neurosci
Pozri ďalšie články v PMC to citát publikovaný článok.
abstraktné
Na rozdiel od rozsiahlej literatúry o stresových účinkoch na mozog sa pomerne málo vie o molekulárnych mechanizmoch odolnosti, schopnosti niektorých jednotlivcov uniknúť škodlivým účinkom stresu. HUkážeme, že transkripčný faktor AFosB sprostredkuje esenciálny mechanizmus rezistencie u myší. Indukcia AFosB v nucleus accumbens, kľúčovej oblasti odmeňovania mozgu, ako reakcia na chronický stres sociálnej porážky je nevyhnutná a dostatočná pre odolnosť. Indukcia AFosB je tiež potrebná pre schopnosť štandardného antidepresíva fluoxetínu zvrátiť patológiu správania vyvolanú sociálnou porážkou. AFosB produkuje tieto účinky prostredníctvom indukcie podjednotky GluR2 AMPA glutamátového receptora, ktorá znižuje citlivosť neurónov nucleus accumbens na glutamát a prostredníctvom iných synaptických proteínov, Tieto zistenia spoločne vytvárajú novú molekulárnu dráhu, ktorá je základom tak odolnosti, ako aj antidepresívneho účinku.
ÚVOD
Ľudia vystavení silnému stresu vykazujú veľmi odlišné reakcie, pričom niektorí sú schopní prekonať krízu, zatiaľ čo iní rozvinú závažnú psychopatológiu, ako je depresia alebo posttraumatická stresová porucha (PTSD). Schopnosť vyrovnať sa so stresovými situáciami, tj odolnosť, závisí od vývoja adekvátnych behaviorálnych a psychologických adaptácií na chronický stres.1,2, Psychologické konštrukty, ktoré podporujú odolnosť, zahŕňajú angažovanosť, trpezlivosť, optimizmus a sebaúctu, ako aj schopnosť modulovať emócie a rozvíjať adaptívne sociálne správanie. Tieto črty implikujú obvody odmeňovania mozgu, ktoré sa javia ako rozhodujúci faktor pre vznik patologických verzus odolných fenotypov.3,4, Neurobiologické korelácie zraniteľnosti alebo odolnosti voči stresu boli u ľudí identifikované u 2u, ale rozsah, v akom sú príčinou alebo dôsledkom citlivosti, zostáva neznámy.5.
Medzi súčasnými hlodavcovými modelmi depresie a PTSD je chronický stres sociálnej porážky etologicky platným prístupom, ktorý indukuje dlhodobé fyziologické \ t6-8 a správania9-11 zmeny, vrátane sociálneho vyhýbania sa, anhedónie a symptómov podobných úzkosti, ktoré zahŕňajú aktiváciu niekoľkých nervových obvodov a neurochemických systémov12-15, Normalizácia sociálneho vyhýbania sa chronickou, ale nie akútnou antidepresívnou liečbou z neho robí hodnotný model na skúmanie aspektov depresie a PTSD u ľudí.11,16, Významný podiel (~ 30%) chronicky porazených myší sa vyhne väčšine negatívnych následkov porúch porážky.10, čo umožňuje experimentálne skúmanie pružnosti. Zatiaľ čo indukcia niekoľkých proteínov v jadre accumbens (NAc), kľúčovej oblasti odmeňovania mozgu, sa ukázala ako dôležitá pre vyjadrenie depresívneho správania po porážke.10,11,17,18, oveľa menej je známe o molekulárnej báze pružnosti sprostredkovanej touto oblasťou mozgu. Tu sme sa zaoberali touto otázkou so zameraním na ΔFosB, transkripčný faktor rodiny Fos indukovaný v NAc drogami zneužívania, prirodzenými odmenami a niekoľkými typmi stresu19-21.
VÝSLEDKY
AFosB v NAc podporuje odolnosť voči sociálnemu porážkovému stresu
Samce myší C57BL / 6J sa podrobili desiatim po sebe idúcim dňom sociálnej porážky10,11a potom rozdelené do citlivých a pružných populácií na základe miery sociálneho vyhýbania sa (Obrázok 1a), čo koreluje s niekoľkými ďalšími depresívnymi správaním10, Zistili sme zvýšenie AFosB, merané imunohistochémiou, v NAc po chronickej sociálnej porážke (Obr. 1b, c), s pružnými myšami, ktoré vykazovali najväčšiu indukciu AFosB v subregiónoch jadra aj shellu NAc (Obr. 1b, c). Okrem toho sme pozorovali silnú (p <0.01) koreláciu medzi hladinami ΔFosB a sociálnou interakciou (r = 0.80, NAc shell; r = 0.85, NAc jadro; r = 0.86, celá NAc), čo naznačuje, že stupeň indukcie ΔFosB v NAc môže byť kritickým determinantom toho, či zviera vykazuje citlivý vs. odolný fenotyp. Western blot analýza NAc disekcií obsahujúcich jadrové a škrupinové podoblasti potvrdila indukciu ΔFosB iba u odolných myší (pozri Doplnkový obrázok 1).
Indukcia AFosB v NAc sociálnou porážkou sprostredkováva odolnosť
Na testovanie funkčných dôsledkov indukcie AFosB sme použili bitransgénne myši, ktoré indukovali nadmerne expresiu AFosB špecificky v dospelej NAc a dorzálnej striate.22, Tieto myši vykazovali znížený sklon k rozvoju sociálneho vyhýbania sa po štyroch alebo desiatich dňoch sociálnej porážky (Obr. 1d), čo naznačuje, že AFosB vykazuje ochranný účinok proti sociálnemu stresu. Na druhej strane sme použili bitransgénne myši, ktoré indukovali nadmerne exprimovali ACJun, transkripčne inaktívny skrátený mutant cJun, ktorý antagonizuje aktivitu AFosB23,24, Na rozdiel od myší nadexprimujúcich AFosB sú myši nadmerne exprimujúce ACJun náchylnejšie na chronickú sociálnu porážku ako kontrolné súrodenci a vykazujú maximálne vyhýbavé správanie po 4 dňoch porážky (Obr. 1e). Myši ApJun tiež vykazovali zvýšenú nehybnosť pri jednodňovom teste s núteným plávaním, ako aj zníženú preferenciu sacharózy, pričom obidva tieto účinky sa interpretovali ako zvýšené správanie podobné depresii (Doplnkový obrázok 2a, b). Nadmerná expresia AFosB alebo ACJun však nemenila niekoľko základných meraní lokomotorickej aktivity alebo správania podobného úzkosti (Doplnkový obrázok 2c – f). Tieto zistenia spoločne naznačujú, že znížená aktivita AFosB v NAc a dorzálnom striate znižuje pozitívne, adaptívne reakcie, odvodené ako „zvládanie7K chronickému stresu.
Redukovaný AFosB v NAc podporuje citlivosť na stres
Aby sme získali ďalší pohľad na behaviorálne pôsobenie AFosB po chronickom strese, využili sme predĺženú dobu sociálnej izolácie v dospelosti, ktorá indukuje abnormality podobné depresii u myší.25 a je hlavným rizikovým faktorom klinickej depresie. Pozorovali sme znížené hladiny AFosB u NAc sociálne izolovaných myší (Obr. 2a, b). Tiež sme zistili, že izolácia robí myši dramaticky zraniteľnejšími na sociálnu porážku a že táto izolácia indukovaná zraniteľnosť bola úplne zvrátená vírusovo nadmernou expresiou AFosB selektívne v NAc (Obr. 2c). Na druhej strane blokáda funkcie AFosB v NAc, vírusovou nadmernou expresiou AJunD, u kontrolných myší umiestnených v skupine podporovala citlivosť na sociálnu porážku (Obr. 2c). AJunD, podobne ako ACJun, je N-terminálny skrátený mutant, ktorý pôsobí ako dominantne negatívny antagonista AFosB (Doplnkový obrázok 3)23, Tieto zistenia priamo ovplyvňujú bazálne hladiny AFosB v NAc v stresovej zraniteľnosti.
Vplyv sociálnej izolácie na AFosB a na citlivosť na sociálnu porážku
Na štúdium klinickej významnosti týchto zistení boli hladiny AFosB merané vo vzorkách postmortem u ľudských NAc získaných od pacientov s depresiou a rozsiahlych kontrol. Zistili sme ~ 50% zníženie hladín AFosB u depresívnych pacientov (Obr. 2d), podporujúce úlohu AFosB v ľudskej depresii. Analyzovaní depresívni ľudia zahrnovali jednotlivcov buď na alebo mimo antidepresív v čase ich smrti (Doplnková tabuľka 1) a nezistili sme žiadnu koreláciu medzi hladinami AFosB a expozíciou antidepresíva. Vo svetle nášho pozorovania, že antidepresívna liečba zvyšuje hladiny AFosB v myšacom NAc (pozri nižšie), tieto zistenia naznačujú, že zlyhanie indukcie AFosB v NAc môže byť dôležitým determinantom pre nedostatok antidepresívnych reakcií u ľudí.
AFosB v NAc sprostredkováva antidepresívny účinok
Chronická antidepresívna liečba zvracia porážku vyvolanú sociálnu elimináciu pozorovanú u citlivých myší11, Preto sme skúmali, či indukcia AFosB v NAc môže byť mechanizmom nielen pre pružnosť, ale aj pre antidepresívny účinok. Neodborné kontrolné myši liečené fluoxetínom počas 20 dní neodhalili žiadne zmeny v sociálnom správaní, ale vykazovali akumuláciu AFosB v NAc škrupine (Obr. 3a, b) a jadro (Doplnkový obrázok 4). Liečba fluoxetínom u vnímavých myší zvrátila ich sociálne vylúčenie (Obrázok 3a), ako sa uvádza vyššie, a ďalej zosilnené hladiny AFosB v NAc (Obr. 3b, Doplnkový obrázok 4).
Indukcia AFosB v NAc sprostredkováva antidepresívny účinok fluoxetínu
Na priame testovanie zapojenia takejto indukcie AFosB do behaviorálnych účinkov fluoxetínu sme vírusovo nadmerne exprimovali samotný AJunD alebo GFP (ako kontrolu) v NAc predtým porazených myší. Polovica myší v každej skupine potom bola liečená tri ďalšie týždne fluoxetínom alebo vehikulom. Ako sa očakávalo, liečba fluoxetínom u myší s nadmernou expresiou GFP v NAc ukázala reverziu sociálneho vyhýbania indukovaného chronickou sociálnou porážkou. Naopak, nadmerná expresia AJunD blokovala tento terapeutický účinok fluoxetínu (Obr. 3c), podporujúc hypotézu, že indukcia AFosB v NAc je potrebná pre antidepresívny účinok. Okrem toho, nadmerná expresia AFosB sprostredkovaná vírusmi u NAc u potkanov spôsobila významný účinok podobný antidepresívom, meraný zníženou dobou imobility v deň 2 testu núteného plávania (Doplnkový obrázok 5a). Ďalšia analýza správania počas tohto testu odhalila zvýšenie indukcie FosB pri plávaní a šplhaní (Doplnkový obrázok 5b – d), vlastnosti súvisiace so zmenami serotonergných a noradrenergných mechanizmov26, Zaujímavé je, že potkany nadmerne exprimujúce AFosB v NAc tiež ukázali zníženie času nehybnosti v prvý deň testu, interpretované ako pro-motivačný účinok (pozri Online metódy a Doplnkový obrázok 5e – h).
Regulácia AMPA receptora v NAc sprostredkováva odolnosť
AFosB reguluje transkripciu mnohých génov v NAc24,27, Jedným zavedeným cieľovým génom je podjednotka GluR2 podjednotky glutamátového receptora AMPA: myši nadexprimujúce AFosB v NAc majú zvýšené hladiny GluR2, bez účinkov na iné podjednotky glutamátového receptora22, Táto selektívna upregulácia GluR2 v NAc bola spojená so zvýšením liečiva a prirodzenej odmeny22,28, Aby sme riešili možnosť, že modulácia GluR2 prispieva aj k pro-resiliencii AFosB, študovali sme expresiu GluR2 v NAc po chronickej sociálnej poruche. Citlivé myši vykazovali signifikantný pokles hladín GluR2 v tejto oblasti mozgu v porovnaní s kontrolami, zatiaľ čo rezistentné myši vykazovali zvýšené hladiny GluR2 (Obrázok 4a). Zatiaľ čo mechanizmus, ktorý je základom supresie expresie GluR2 u citlivých myší, zostáva neznámy, zdá sa, že indukcia GluR2 pozorovaná u pružných myší odráža priamy účinok AFosB na gén GluR2, pretože sme zistili zvýšenú väzbu AFosB na promótor GluR2 použitím imunoprecipitácia chromatínu (ChIP) (Obr. 4b) a kvantitatívna PCR (qPCR) odhalila trvalú indukciu hladín mRNA GluR2 u NAc rezistentných myší (Obr. 4c), ktorý je paralelný s predĺženou indukciou AFosB. Zaujímavé je, že GluR1 bol opačne regulovaný po sociálnej poruche: pozorovali sme zvýšenú expresiu u citlivých myší a zníženú expresiu u pružných myší (Obrázok 4a). V expresii mRNA GluR1 však neboli pozorované žiadne zodpovedajúce zmeny, čo naznačuje post-translačné mechanizmy. Okrem toho chronická liečba fluoxetínom u neporazených myší zvýšila hladiny GluR2 v NAc (Obr. 4d) a analýza ľudského postmortálneho NAc tkaniva u depresívnych pacientov ukázala zníženie hladín GluR2 v porovnaní s kontrolami (\ tObr. 4e). V úrovniach GluR1 neboli zistené žiadne zmeny (Obr. 4e).
Pro-odolnosť, antidepresívny účinok GluR2 v NAc
Prítomnosť GluR2u má výrazný vplyv na receptory AMPA: receptory AMPA, ktoré nemajú GluR2, sú Ca2+- odolné a vykazujú vyššiu vodivosť receptora a silné dovnútra usmerňujúce prúdy v porovnaní s receptormi obsahujúcimi GluR229, Na doplnenie našich biochemických výsledkov sme preto uskutočnili celobunečné napäťové svorky stredne ostnatých neurónov v NAc neporazených myší a po sociálnej poruche u odolných aj vnímavých zvierat. Vzťahy prúd - napätie vyvolané excitačnými postsynaptickými prúdmi sprostredkovanými AMPA (EPSC) ukázali významne väčšiu vnútornú rektifikáciu u citlivých myší (Obr. 5a – c) v porovnaní s kontrolami v súlade so zvýšeným pomerom GluR1: GluR2 pozorovaným za týchto podmienok. Hoci stupeň rektifikácie v bunkách zaznamenaných z citlivých myší bol variabilný, pozorovali sme veľmi významnú zmenu v rektifikácii v porovnaní s kontrolnými a rezistentnými skupinami. Konzistencia tohto zistenia je indikovaná skutočnosťou, že stupeň rektifikácie všetkých buniek z citlivých myší prekročil priemernú hodnotu pozorovanú pre kontrolné bunky. Okrem toho sme zistili, že úroveň nápravy nepriamo korelovala so sociálnym vyhýbaním (Obr. 5d), čo naznačuje, že zmeny v pomere GluR1: GluR2 môžu čiastočne ovplyvniť toto správanie. Na potvrdenie väčšej prevalencie receptorov bez GluR2-u u citlivých myší sme inkubovali rezy z kontrolných a citlivých myší s 1-naftylacetylsperimínom (NASPM), selektívnym blokátorom receptorov AMPA neobsahujúcich GluR2. Evokované EPSC v neurónoch zaznamenaných u citlivých myší (Obr. 5e – f) boli významne znížené pomocou NASPM, čo dokazuje, že receptory AMPA, ktorým chýba GluR2, významne prispievajú k glutamátergnému prenosu u citlivých myší ako kontroly. Je potrebné poznamenať, že účinok NASPM u citlivých myší bol menší, ako sa predpokladalo vzhľadom na väčšiu zmenu pozorovanú pri rektifikácii. Táto divergencia však nie je bezprecedentná30 a môžu byť výsledkom post-translačných modifikácií alebo interakcií proteín-proteín zahŕňajúcich GluR2 (pozri Diskusia), alebo jednoducho rozsah expozície NASPM. Stresom indukované zvýšenie vnútornej rektifikácie pozorované u citlivých myší chýbalo u pružných myší (Obr. 5a – d), v súlade s pozorovaným poklesom GluR1 a zvýšením GluR2u za týchto podmienok. V porovnaní s kontrolami sme však nezaznamenali zníženie vnútornej rektifikácie u pružných myší (pozri Diskusiu).
Kompozícia AMPA receptora je diferencovane regulovaná u citlivých a pružných myší
Antidepresívne účinky blokády AMPA receptora v NAc
Tieto údaje naznačujú, že zvýšená funkcia AMPA receptora (zvýšený pomer GluR1: GluR2) u NAc vnímavých myší podporuje sociálne vyhýbanie sa, zatiaľ čo znížená funkcia AMPA (znížený pomer GluR1: GluR2) prispieva k odolnosti. Na testovanie tejto hypotézy sme infúziou antagonistu AMPA receptora NBQX priamo do NAc porazených myší bezprostredne pred testom na sociálne vylúčenie. NBQX zvýšil čas sociálnej interakcie (Obr. 4f), čo dokazuje, že blokáda rýchleho excitačného vstupu do NAc je proti vyjadreniu tohto škodlivého účinku chronického sociálneho stresu. NBQX nemenil všeobecnú lokomotorickú aktivitu (Doplnkový obrázok 6). Okrem toho antidepresívny účinok jednej infúzie NBQX na sociálne vylúčenie bol dlhodobý, pretože myši znovu testované jeden týždeň neskôr vykazovali ďalšie zlepšenie sociálnej interakcie.
Ďalej sme vírusovo nadmerne exprimovali GluR2 selektívne v NAc citlivých myší. Expresia GluR2 úplne zvrátila sociálne vyhnutie vyvolané chronickou sociálnou porážkou (Obr. 4g), podporujúc názor, že GluR2 upregulácia v NAc je kľúčovým mechanizmom odolnosti. Je zaujímavé, že účinok nadmernej expresie GluR2u pretrvával najmenej 10 dní po operácii (Obr. 4g), keď sa expresia GluR2 sprostredkovaná vírusom úplne rozptýlila. Naopak, u resilientných myší nadmerná expresia neupravenej verzie GluR2, GluR2Q, ktorá sa podobá GluR1u vo funkčných štúdiách, spôsobila, že myši boli náchylnejšie na sociálnu porážku (Obr. 4g), podporujúc názor, že zvýšená funkcia AMPA receptora v NAc prispieva k citlivosti.
SC1, ďalší cieľ AFosB, je tiež mediátorom resiliencie
Na identifikáciu ďalších cieľových génov AFosB, ktoré prispievajú k pružnosti, sme porovnávali súbory údajov génovej expresnej sústavy, ktoré boli získané z NAc bitransgénnych myší nadexprimujúcich AFosB a z myší C57Bl / 6J 48 hodín po chronickej sociálnej poruche, ktorá vykazovala pružný vs. citlivý fenotyp10,24. Obrázok 6a ukazuje značné (> 75%) prekrytie medzi génmi indukovanými v NAc ako ΔFosB, tak aj pružnosťou. Medzi týmito génmi (uvedené v Doplnková tabuľka 2), sme vybrali na ďalšiu analýzu SC1, založenú na veľkosti jeho indukcie ako v resilizii, tak na nadmernej expresii AFosB. SC1, tiež známy ako Sparc (vylučovaný proteín, kyslý, bohatý na cysteín) - ako 1 alebo hevin, je anti-adhezívna matricová molekula, ktorá je vysoko exprimovaná v dospelých mozgoch, kde sa lokalizuje v postsynaptickej hustote a je zapojená do synaptických plastickosť31, Na priame posúdenie potenciálnej úlohy SC1 v resiliencii sme vírusovo nadmerne exprimovali SC1 u NAc vnímavých myší. SC1 významne zvrátil sociálne vyhýbanie sa vyvolané chronickou sociálnou porážkou (Obr. 6b). Nadmerná expresia SC1 tiež vyvolala antidepresívny účinok v deň 2 testu potkaního núteného plávania (Obr. 6c a Doplnkový obrázok 7a – c), ale nemal žiadny vplyv na bazálnu pohybovú aktivitu a správanie súvisiace s úzkosťou (\ tDoplnkový obrázok 7d – g). Okrem toho sme zistili silný trend poklesu SC1 hladín v ľudskom postmortem NAc tkanive u depresívnych pacientov (Obr. 6d).
Pro-odolnosť, antidepresívne účinky SC1 v NAc
DISKUSIA
Výsledky tejto štúdie poskytujú prvý dôkaz molekulárnych adaptácií vyskytujúcich sa v stredných ostnatých neurónoch NAc, ktoré sú základom pružných reakcií na chronický stres a ktoré prispievajú k terapeutickým účinkom chronickej antidepresívnej liečby. Ukázali sme, že bazálne hladiny AFosB v NAc určujú počiatočnú zraniteľnosť jednotlivca voči stresu zo sociálnej porážky a že stupeň indukcie AFosB v reakcii na chronický stres určuje citlivé reakcie voči tomuto stresu. Ďalej ukazujú, že úspešné zvrátenie abnormalít správania indukovaných u citlivých zvierat chronickým podávaním fluoxetínu vyžaduje indukciu lieku AFosB v tejto oblasti mozgu. Tieto zistenia ukazujú, že indukcia AFosB v NAc je nevyhnutným aj dostatočným mechanizmom pružnosti a antidepresívnych reakcií. Zistenie nižších hladín AFosB v NAc depresívnych ľudí podporuje význam týchto pozorovaní v myších modeloch pre klinickú depresiu. AFosB reguluje funkciu NAc indukciou alebo represiou mnohých cieľových génov24,27, Identifikujeme dva z jeho cieľových génov, podjednotku AMPA receptora GluR2 a SC1, proteín extracelulárnej matrice, a priamo ich implikujeme pri sprostredkovaní odolnosti voči sociálnemu porážkovému stresu.
Takáto pro-pružná úloha AFosB v kontexte chronického stresu je zaujímavá vzhľadom na množstvo dôkazov o zapojení AFosB do regulácie reakcií na drogy zneužívania a prirodzené odmeny, ako sú potraviny, sex a cvičenie.19, AFosB je indukovaný v NAc liečivom a prirodzenými odmenami a zvyšuje odozvu na tieto stimuly. Je teda zapojený ako sprostredkovateľ určitých aspektov drogovej závislosti. Súčasné zistenia v stresových modeloch poskytujú zásadne nový pohľad na úlohu tohto proteínu v regulácii komplexného emocionálneho správania. Za normálnych podmienok je AFosB exprimovaný v najvyšších hladinách v NAc v porovnaní so všetkými ostatnými oblasťami mozgu19, Predpokladáme, že hladiny AFosB v NAc hrajú dôležitú úlohu pri určovaní úrovne motivácie jednotlivca a pri orientovaní motivovaného správania smerom k prominentným stimulom. Odstránenie environmentálnej stimulácie počas predĺženej izolácie znižuje bazálne hladiny AFosB u myší NAc, čo zhoršuje ich motiváciu a zvyšuje ich zraniteľnosť voči chronickému sociálnemu stresu, ako sa tu ukazuje. Pozorovaný pokles hladín AFosB u postmortem uc depresívnych pacientov je v súlade s touto hypotézou a navrhuje úlohu AFosB v zhoršenej motivácii a odmene pozorovanej u mnohých ľudí s depresiou. Naopak, schopnosť indukovať AFosB v NAc v reakcii na chronický stres umožňuje jedincovi zvýšiť motiváciu a prirodzenú odmenu napriek pretrvávajúcemu stresu, hypotézu zhodnú so súčasnými názormi na odolnosť u ľudí.1,2, Ďalej predpokladáme, že indukcia AFosB v NAc chronickou expozíciou drogám zneužívania, ktorá je oveľa väčšia v porovnaní so stresom alebo prirodzenými odmenami19Výsledkom je patologický stupeň zvýšenej motivácie spôsobom, ktorý poškodzuje obvody odmeňovania smerom k silnejšiemu stimului.
Je zrejmé, že špecifické črty tejto hypotézy vyžadujú ďalšie skúmanie. Očakáva sa, že indukcia AFosB v NAc chronickým stresom alebo fluoxetínom zvýši odmenu za liek. Komorbidita depresie a závislosti je u ľudí dobre zavedená a u hlodavcov sa preukázala krížová senzibilizácia medzi liekmi zneužívania a stresu.32-34, Na druhej strane depresia a závislosť sú vysoko komplexné, heterogénne syndrómy a väčšina ľudí s depresiou nemá závislosť a naopak, Okrem toho fluoxetín nevykazuje jasné účinky na reakcie na drogy u zvierat, ani nie je účinnou liečbou závislosti u závislých, ktorí tiež nie sú v depresii. V súlade s touto komplexnosťou sme zistili, že náchylné myši, nie odolné myši, v sociálnej paradigme porážky vykazujú zvýšené reakcie na lieky zneužívania.10, To by naznačovalo, že zvýšená zraniteľnosť náchylných myší na drogy zneužívania je sprostredkovaná mnohými ďalšími adaptáciami indukovanými v NAc a inde, ako napríklad jeden príklad, BDNF, ktorý je indukovaný u citlivých, nie pružných myší v NAc a zlepšuje mechanizmy odmeňovania liekov.vidieť 10.
Interpretácia, že AFosB podporuje aspekty závislosti, zatiaľ čo podporuje odolnosť voči stresu, nie je prekvapujúca vzhľadom na komplexné vzťahy pozorované medzi úlohou daného proteínu v NAc v modeloch závislosti na depresii. Niektoré proteíny (napr. BDNF) podporujú reakcie na drogy zneužívania a stresu, zatiaľ čo mnohé iné proteíny vykazujú opačné účinky za týchto dvoch podmienok: napr. CREB v NAc produkuje pro-depresívny fenotyp, ale otupujúce reakcie na lieky zneužívania vidieť 4,10.
Tieto zistenia zdôrazňujú potrebu ďalšieho výskumu pri vymedzovaní molekulárnych základov komplexného emocionálneho správania a dôležitosti používania čo najširšieho spektra behaviorálnych testov pri takýchto vyšetrovaniach. Výsledky tiež ukazujú, že ako by sa dalo očakávať, že samotný AFosB nedokáže vysvetliť úplné javy depresie a závislosti, skôr je kľúčovým regulátorom mechanizmov odmeňovania závislých od NAc, a preto je dôležitý pri sprostredkovaní určitých aspektov oboch podmienok..
Hlavnou výhradou tejto diskusie sú však rôzne typy buniek v NAc, v ktorých je AFosB indukovaný v stresových a závislostných modeloch. Lieky zneužívania a prirodzených odmien indukujú AFosB primárne v podtriede stredných ostnatých neurónov v NAc, ktoré exprimujú D1 dopamínové receptory19,22, zatiaľ čo stres indukuje AFosB približne rovnako v rámci D1 a D2 stredne ostré neuróny obsahujúce receptor20, Táto diferenciálna indukcia by mohla mať dramatické funkčné následky, pretože schopnosť AFosB zvýšiť odmenu bola preukázaná pre D1 triedy19.
Identifikácia GluR2 ako cieľového génu podieľajúceho sa na sprostredkovaní AF-proB-pro-pružného účinku vplýva na tieto úvahy. Ukázali sme, že citlivosť u myší a ľudská depresia sú spojené so zvýšením pomeru GluR1: GluR2 v NAc, čo naznačuje zvýšenú excitabilitu stredných ostnatých neurónov v reakcii na glutamát..
NAc prijíma glutamátergické vstupy z niekoľkých oblastí mozgu, najmä prefrontálny kortex, amygdala a hippocampus35, Takýto glutamátergický vstup moduluje valenciu a významnosť odmeňovania a averzívnych podnetov a tým riadi motivované správanie.36-38, Nedávne štúdie sú v súlade s našou hypotézou, že zvýšená NAc excitabilita môže podporiť stresovú zraniteľnosť. Nútený plávací stres zvyšuje synaptickú silu a funkciu AMPA receptora v NAc39, zatiaľ čo infúzia glutamátu do NAc znižuje správanie pri plávaní v teste núteného plávania, čo je účinok podobný depresii40, Všeobecnejšie povedané, zvýšenie NAc streľby kóduje averzívne stavy na niekoľkých zvieracích modeloch41, U pacientov s veľkou depresiou boli pozorované zmeny v NAc aktivite42 a v špeciálnych jednotkách vojaci vopred vybraní a vyškolení, aby boli odolní voči ťažkej traume43, Podobne hlboká mozgová stimulácia subgenálneho cingulárneho kortexu alebo NAc (hlavný cieľ subgenálneho cingulárneho kortexu), intervencia, ktorá má za cieľ znížiť excitabilitu stimulovanej mozgovej oblasti, zmierňuje depresívne symptómy u pacientov refraktérnych na liečbu.3,44.
Podobne ako stresové modely, zvýšená citlivosť na glutamátergiu v NAc sa tiež podieľa na drogovej závislosti30,45-47, To zahŕňa zvýšenie receptorov AMPA bez GluR2 v tejto oblasti mozgu30,47, podobné tomu, čo tu uvádzame pre citlivosť na stres. Tieto pozorovania spoločne vyvolávajú zaujímavú možnosť, že zvýšený glutamátergický prenos v NAc podporuje zraniteľnosť voči závislosti a depresii. Opačná zmena, to znamená redukovaný pomer GluR1: GluR2, ukázaný tu v NAc pružných myší, naznačuje, že znížená glutamátergická funkcia môže byť protektívna proti škodlivým účinkom chronického stresu. Toto je v súlade s pozorovaniami, ktoré zvýšili aktivitu GluR2u alebo znížili aktivitu GluR1u, v NAc zvyšuje odmenu a motiváciu28,37,48, Schopnosť fluoxetínu podobne indukovať expresiu GluR2 v NAc zvyšuje možnosť, že znížená inervácia glutamátu v tejto oblasti mozgu môže tiež prispieť k antidepresívnym reakciám. Skutočne sa tu ukázalo, že inhibícia funkcie AMPA receptora v NAc produkuje silnú a dlhodobú antidepresívnu odpoveď.
Zatiaľ čo zmeny, ktoré sme demonštrovali pri expresii AMPA receptora v NAc vnímavých myší, sú v súlade s našimi elektrofyziologickými pozorovaniami, zmeny pozorované v pružnosti sú zložitejšie. Nezískali sme elektrofyziologický dôkaz zníženia GPAR2-chýbajúcich AMPA receptorov v NAc rezistentných myší v porovnaní s kontrolami. Predpokladáme, že indukcia GluR2 sprostredkovaná AFosB v pružnosti je len jednou z mnohých adaptácií, ktoré sa vyskytujú v NAc, ktoré ovplyvňujú glutamátergickú transmisiu, a že aj keď táto adaptácia postačuje na zvrátenie nadmernej funkcie AMPA receptora pozorovanej v citlivosti, nevyvoláva čisté zmeny v opačnom smere. Naše údaje skutočne odhaľujú komplexnú reguláciu glutamátergického prenosu v NAc po chronickom strese zo sociálnej porážky. Opačné zmeny v expresii GluR1 v tejto oblasti mozgu v citlivosti verzus odolnosť nie sú pozorované na úrovni mRNA, ani nie sú znížené hladiny GluR2 v citlivosti pozorované na úrovni mRNA. To je v súlade s post-translačnými modifikáciami, vrátane zmien v obchodovaní s AMPA receptormi, tiež hrajú dôležitú úlohu, ako sa pozorovalo v modeloch zneužívania drog30,47.
Komplexná regulácia glutamátergického prenosu v NAc chronickým stresom je zdôraznená naším objavom SC1 ako ďalšieho cieľového génu pre AFosB, ktorý, podobne ako indukcia GluR2, sprostredkováva pružnosť. Je známe, že SC1 reguluje synaptickú plasticitu31, V dôsledku svojich anti-adhezívnych vlastností môže indukcia SC1 v NAc viesť k viac permisívnemu prostrediu pre štrukturálne zmeny, ktoré sprevádzajú plasticitu glutamátergických synapsií, ktoré sa javia ako rozhodujúce pre odolnosť. Nedávne dôkazy napríklad ukazujú, že odstránenie extracelulárnej matrice umožňuje difúziu receptorov AMPA a tým podporuje synaptickú plasticitu49.
V súhrne, naše výsledky podporujú schému, kde AFosB v NAc sprostredkováva odolnosť tvárou v tvár chronickému stresu čiastočne indukovaním formy synaptickej plasticity, ktorá pôsobí proti silnému negatívnemu asociatívnemu učeniu u citlivých myší. Ukázalo sa napríklad, že zvýšenie receptorov AMPA s nedostatkom GluR2 v NAc, ktoré vidíme u citlivých myší, zhoršuje reakcie na podnety súvisiace s kokaínom, ktoré podporujú túžbu a relaps v modeloch závislosti.30,47, Naproti tomu, tlmenie glutamátergického tónu v pružných myšiach, prostredníctvom zvýšenia GluR2 a možno indukcie SC1, môže spôsobiť výrazný stimul, ako je nová myš v paradigme sociálnej porážky, menej schopný aktivovať NAc neuróny, a tým umožniť cieľ -smerované správanie pokračovať aj napriek stresu. Naše génové polia naznačujú pravdepodobnú účasť mnohých ďalších cieľov AFosB, ktoré prispievajú aj k odolnosti. Dominantnú úlohu, ktorú zohráva AFosB a jeho ciele v schopnosti jednotlivca pozitívne sa prispôsobiť chronickému stresu, vznikajú zásadne nové cesty vývoja nových antidepresív.
METÓDY
Metódy a súvisiace odkazy sú k dispozícii v online verzii príspevku na adrese http://www.nature.com/natureneuroscience/.
Doplnkový materiál
Suppl
Kliknite tu pre zobrazenie.(1024K, doc)
Kliknite tu pre zobrazenie.(136K, pdf)
Poďakovanie
Táto práca bola podporená grantmi Národného ústavu duševného zdravia a výskumnou alianciou s AstraZeneca. Ďakujeme Drs. P. McKinnon a H. Russell pre veľkorysý dar cDNA SC1. Ďakujeme aj I. Mazeovi, Drs. R. Oosting, S. Gautron a D. Vialou za užitočnú diskusiu a komentáre k rukopisu.
poznámky pod čiarou
Príspevky od autorov VV a EJN boli zodpovedné za celkový dizajn štúdie. QL a VV navrhli, uskutočnili a analyzovali RNA a ChIP experimenty. AJ Robison navrhol, uskutočnil a analyzoval elektrofyziologické štúdie. HEC a VV navrhli a uskutočnili farmakologické experimenty NBQX. QL, DMD, ELW a VV uskutočňovali stereotaxické operácie. YNO klonovala cDNA SC1 do vektora HSV. YHO uskutočnil test AP1 luciferázy. QL, DMD, DW a VV navrhli a uskutočnili experimenty sociálnej izolácie. VV, ELW a AJ Rush vykonali testy sociálnych porúch a imunohistochemickú kvantifikáciu. SI, QL, BW a VV vykonávali a analyzovali operáciu potkanov a test núteného plávania. EM a RN poskytli vírusové vektory pre vírusovú transgenézu. MAS, VK a OB vyškolili VV v sociálnej poruche a biochemickej analýze a poskytli kontrolu kvality nad údajmi o sociálnych porážkach. SG a CAT poskytli ľudské post-mortem mozgové tkanivo. VV a EJN napísali príspevok za pomoci ostatných autorov.
Informácie o autorovi Informácie o tlači a povoleniach sú k dispozícii na adrese www.nature.com/reprints.
dodatočný Doplnková informácia je prepojená s online verziou dokumentu na adrese www.nature.com/natureneuroscience/.
Referencie
1. McEwen BS. Fyziológia a neurobiológia stresu a adaptácie: ústredná úloha mozgu. Physiol Rev. 2007, 87: 873 – 904. [PubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psychobiológia a molekulárna genetika odolnosti. Nat Rev Neurosci. 2009, 10: 446-457. [Článok bez PMC] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Zameranie abnormálnych nervových obvodov na poruchy nálady a úzkosti: z laboratória na kliniku. Nat Neurosci. 2007, 10: 1116-1124. [Článok bez PMC] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. Molekulárna neurobiológia depresie. Nature. 2008, 455: 894-902. [Článok bez PMC] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Vypracovanie programu translačných štúdií odolnosti a zraniteľnosti po traumatickej expozícii. Ann NY Acad Sci. 2006, 1071: 379-396. [PubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Dlhodobé poškodenie autonómnych cirkadiánnych rytmov po krátkom prerušovanom sociálnom strese. Physiol Behav. 1993, 53: 983-993. [PubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Časová dynamika stresovej reakcie. Neurosci Biobehav Rev. 1997, 21: 775 – 782. [PubMed]
8. De Kloet ER. Hormóny a stresovaný mozog. Ann NY Acad Sci. 2004, 1018: 1-15. [PubMed]
9. Rygula R a kol. Anhedónia a motivačné deficity u potkanov: vplyv chronického sociálneho stresu. Behav Brain Res. 2005, 162: 127-134. [PubMed]
10. Krishnan V. a kol. Molekulárne adaptácie, ktoré sú základom náchylnosti a odolnosti voči sociálnej porážke v regiónoch odmeňovania mozgu. Bunka. 2007, 131: 391-404. [PubMed]
11. Berton O, et al. Základná úloha BDNF v mezolimbickej dopamínovej dráhe v sociálnom porážkovom strese. Science. 2006, 311: 864-868. [PubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Získavanie kokaínovej samosprávy po sociálnom strese: úloha akumulovaného dopamínu. Psychofarmakológia (Berl) 1997, 130: 203 – 212. [PubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mapovanie mozgovej odpovede na sociálny stres u hlodavcov s expresiou c-fos: prehľad. Stres. 2002, 5: 3-13. [PubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Diferenciálna expresia c-fos mRNA v neurocircuits mužských škrečkov vystavených akútnej alebo chronickej porážke. J Neuroendokrinol. 1999, 11: 547-559. [PubMed]
15. Becker C a kol. Zvýšené kortikálne extracelulárne hladiny materiálu podobného cholecystokinínu v modeli predvídania sociálnej porážky u potkanov. J Neurosci. 2001, 21: 262-269. [PubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Účinky fluoxetínu na poruchy správania vyvolané chronickým sociálnym stresom u potkanov. Behav Brain Res. 2006, 174: 188-192. [PubMed]
17. Wilkinson MB a kol. Liečba imipramínom a odolnosť vykazujú podobnú reguláciu chromatínu v myšom jadre accumbens v modeloch depresie. J Neurosci. 2009, 29: 7820-7832. [Článok bez PMC] [PubMed]
18. Covington HE, 3rd a kol. Antidepresívne účinky inhibítorov histón deacetylázy. J Neurosci. 2009, 22: 11451-11460. [Článok bez PMC] [PubMed]
19. Nestler EJ. Preskúmanie. Transkripčné mechanizmy závislosti: úloha DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008, 363: 3245-3255. [Článok bez PMC] [PubMed]
20. Perrotti LI a kol. Indukcia deltaFosB v mozgových štruktúrach súvisiacich s odmenou po chronickom strese. J Neurosci. 2004, 24: 10594-10602. [PubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr Dlhodobá zmena mezokortikolimbických štruktúr po opakovanom strese zo sociálnych porúch u potkanov: časový priebeh mRNA opioidného receptora mu a opičí imunoreaktivity FosB / DeltaFosB. Eur J Neurosci. 2008, 27: 2272-2284. [Článok bez PMC] [PubMed]
22. Kelz MB a kol. Expresia transkripčného faktora deltaFosB v mozgu reguluje citlivosť na kokaín. Nature. 1999, 401: 272-276. [PubMed]
23. Peakman MC, et al. Inducibilná expresia dominantného negatívneho mutanta c-Jun v transgénnych myšiach špecifická pre mozgovú oblasť znižuje citlivosť na kokaín. Brain Res. 2003, 970: 73-86. [PubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Regulácia génovej expresie a odmeňovania kokaínu CREB a DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003, 6: 1208-1215. [PubMed]
25. Wallace DL a kol. Regulácia CREB excitability nukleus accumbens sprostredkováva sociálne deficity vyvolané sociálnou izoláciou. Nat Neurosci. 2009, 12: 200-209. [Článok bez PMC] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Aktívne správanie pri teste núteného plávania u potkanov odlišne produkované serotonergnými a noradrenergnými antidepresívami. Psychofarmakológia (Berl) 1995, 121: 66 – 72. [PubMed]
27. Renthal W a kol. Analýza génovej regulácie chromatínu kokaínom odhalila úlohu sirtuínov. Neurón. 2009, 62: 335-348. [Článok bez PMC] [PubMed]
28. Todtenkopf MS a kol. Odmena mozgu regulovaná podjednotkami receptora AMPA v jadre nucleus accumbens. J Neurosci. 2006, 26: 11665-11669. [PubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. Prenos AMPA receptora na excitačných synapsiach. Neurón. 2003, 40: 361-379. [PubMed]
30. Conrad KL a kol. Tvorba akumulovaných receptorov GluR2-AMPA receptory sprostredkovávajú inkubáciu túžby po kokaíne. Nature. 2008, 454: 118-121. [Článok bez PMC] [PubMed]
31. Lively S, Brown IR. Proteín extracelulárnej matrice SC1 / hevin sa lokalizuje do excitačných synapsií po stave epilepticus v modeli potkaniaho lítium-pilokarpínového záchvatu. J. Neurosci Res. 2008, 86: 2895-2905. [PubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr, Miczek KA. Dlhodobá behaviorálna a neuronálna skrížená senzibilizácia na amfetamín vyvolaná opakovaným krátkym sociálnym porážkovým stresom: Fos vo ventrálnej tegmentálnej oblasti a amygdala. Neuroscience. 2004, 123: 857-865. [PubMed]
33. Koob GF. Úloha pre systémy stresu v mozgu v závislosti. Neurón. 2008, 59: 11-34. [Článok bez PMC] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Sociálny stres zvyšuje získavanie samoliečby kokaínu u samcov a samíc potkanov. Brain Res. 1995, 698: 46-52. [PubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia odmeňuje sieť: mikroobvod. Neuropsychofarmakologie. 2010, 35: 27-47. [Článok bez PMC] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Nezvládnuteľná motivácia v závislosti: patológia v prefrontálnom akumulovanom glutamátovom prenose. Neurón. 2005, 45: 647-650. [PubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Glutamátové motivačné súbory v nucleus accumbens: rastrocaudálne gradienty strachu a kŕmenia. Eur J Neurosci. 2003, 17: 2187-2200. [PubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regulácia vypaľovania dopaminergných neurónov a kontrola cieleného správania. Trends Neurosci. 2007, 30: 220-227. [PubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Stresom vyvolané zmeny v Nucleus Accumbens Glutamate Synaptic Plasticity. J. Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P, a kol. Uvoľňovanie glutamátu v nucleus accumbens sa zúčastňuje na behaviorálnej depresii počas testu plávania PORSOLT. Neuroscience. 2003, 119: 557-565. [PubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Nucleus accumbens neuróny sú prirodzene vyladené na odmeňovanie a averzívne chuťové podnety, kódujú ich prediktory a sú spojené s motorickým výstupom. Neurón. 2005, 45: 587-597. [PubMed]
42. Tremblay LK a kol. Funkčné neuroanatomické substráty so zmeneným spracovaním odmien pri závažnej depresívnej poruche odhalené dopaminergnou sondou. Arch Gen Psychiatry. 2005, 62: 1228-1236. [PubMed]
43. Vythilingam M., et al. Odmeňovanie obvodov v odolnosti voči ťažkej traume: vyšetrenie fMRI odolných vojakov špeciálnych síl. Psychiatry Res. 2009, 172: 75-77. [Článok bez PMC] [PubMed]
44. Schlaepfer TE a kol. Hlboká mozgová stimulácia na odmeňovanie obvodov zmierňuje anhedóniu pri refraktérnej veľkej depresii. Neuropsychofarmakologie. 2008, 33: 368-377. [PubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. Opakovaný kokaín mení hladiny glutamátových receptorových podjednotiek v nucleus accumbens a ventrálnej tegmentálnej oblasti potkanov, u ktorých sa vyvinula behaviorálna senzibilizácia. J Neurochem. 1999, 72: 2397-2403. [PubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Receptory AMPA na povrchu buniek v jadre potkana sa počas abstinencie kokaínu zvyšujú, ale internalizujú po kokaínovej stimulácii v spojení so zmenenou aktiváciou proteínkináz aktivovaných mitogénom. J Neurosci. 2007, 27: 10621-10635. [Článok bez PMC] [PubMed]
47. Anderson SM a kol. CaMKII: biochemický most spájajúci akumulátory dopamínu a glutamátu v kokaíne. Nat Neurosci. 2008, 11: 344-353. [PubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Inhibície neurónov nucleus accumbens kódujú gating signál pre správanie orientované na odmenu. J Neurosci. 2006, 26: 217-222. [PubMed]
49. Frischknecht R, et al. Extracelulárna matrica mozgu ovplyvňuje laterálnu mobilitu AMPA receptora a krátkodobú synaptickú plasticitu. Nat Neurosci. 2009, 12: 897-904. [PubMed]
50. Chen J a kol. Transgénne zvieratá s indukovateľnou, cielenou expresiou génu v mozgu. Mol Pharmacol. 1998, 54: 495-503. [PubMed]
;
