Synapse. 2008 May;62(5):358-69.
Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.
zdroj
Katedra psychiatrie, Texasská juhozápadná zdravotnícka univerzita, Dallas, Texas 75390-9070, USA.
abstraktné
Transkripčný faktor DeltaFosB sa akumuluje a pretrváva v mozgu ako odpoveď na chronickú stimuláciu. Táto akumulácia po chronickej expozícii zneužívaniu liekov bola predtým demonštrovaná Western blotom najdramatickejšie v striatálnych oblastiach, vrátane dorzálneho striatu (caudate / putamen) a nucleus accumbens. V tejto štúdii sme použili imunohistochémiu na definovanie s vyššou anatomickou presnosťou indukciu DeltaFosB v celom mozgu hlodavca po chronickej liečbe liekom. Taktiež sme rozšírili predchádzajúci výskum týkajúci sa kokaínu, morfínu a nikotínu na dve ďalšie lieky zneužívania, etanol a delta (9) -tetrahydrokanabinol (Delta (9) -THC, účinná látka v marihuane). Ukazujeme sa, že chronické, ale nie akútne podanie každého zo štyroch liekov zneužívania, kokaínu, morfínu, etanolu a Delta (9) -THC robustne indukuje DeltaFosB v nucleus accumbens, hoci odlišné vzory v jadroch a shellových subregiónoch tohto jadra boli zrejmé pre rôzne lieky. Lieky sa tiež líšili vo svojom stupni indukcie DeltaFosB v dorzálnych striatách. Navyše všetky štyri lieky indukovali DeltaFosB v prefrontálnej kôre s najväčšími účinkami pozorovanými s kokaínom a etanolom a všetky lieky indukovali DeltaFosB v malom rozsahu v amygdáli. Okrem toho všetky lieky indukovali DeltaFosB v hipokampe a s výnimkou etanolu bola väčšina tejto indukcie pozorovaná v dentáte. Nižšie hladiny indukcie DeltaFosB boli pozorované v iných oblastiach mozgu v reakcii na konkrétnu liečbu liekov. Tieto zistenia poskytujú ďalšie dôkazy o tom, že indukcia DeltaFosB v nucleus accumbens je spoločným činom prakticky všetkých liekov zneužívania a že okrem nukleozidov accumbens každý liek indukuje DeltaFosB regionálne špecifickým spôsobom v mozgu.
ÚVOD
Akútna expozícia kokaínu spôsobuje prechodnú indukciu transkripčných faktorov c-Fos a FosB v striatálnych oblastiach (Graybiel et al., 1990, Hope et al., 1992, Young a kol., 1991), zatiaľ čo chronická expozícia lieku v akumulácii stabilizovaných izoforiem ΔFosB, skrátený zostrihový variant génu fosB (Hiroi a kol., 1997, Hope a kol., 1994, Moratalla a kol., 1996, Nye a kol., 1995). Akonáhle sa indukuje, ΔFosB pretrváva v týchto oblastiach niekoľko týždňov kvôli nezvyčajnej stabilite proteínu. Nedávny výskum ukázal, že stabilita ΔFosB je sprostredkovaná absenciou degronových domén nachádzajúcich sa v C-koncoch plnej dĺžky FosB a všetkých ostatných Fos rodiny (Carle et al., 2007) a fosforyláciou ΔFosB na jeho N (Ulery a kol., 2006). Na rozdiel od toho, chronické podávanie lieku nezmení splicing fosB pre-RNA na mRNA DfosB ani stabilitu mRNA (Alibhai a kol., 2007), čo ďalej naznačuje, že akumulácia proteínu ΔFosB je prevládajúcim mechanizmom.
Rastúce dôkazy naznačujú, že indukcia ΔFosB v striatálnych oblastiach, najmä ventrálny striatum alebo nucleus accumbens, je dôležitá pri sprostredkovaní aspektov závislosti. Nadmerná expresia ΔFosB v týchto oblastiach indukovaných bitransgénnych myší alebo vírusom sprostredkovaného prenosu génov zvyšuje citlivosť zvieraťa na aktivujúce a odmeňujúce účinky kokaínu a morfínu, zatiaľ čo expresia dominantného negatívneho antagonistu ΔFosB (označovaného ako Ac- Jun) má opačné účinky (Kelz a kol., 1999, McClung a Nestler, 2003, Peakman a spol., 2003, Zachariou a kol., 2006). Zdá sa, že nadmerná expresia ΔFosB zvyšuje motivačnú motiváciu kokaínu (Colby et al., 2003). Okrem toho je ΔFosB prednostne indukovaný kokaínom u adolescentných zvierat, čo môže prispieť k ich zvýšenej zraniteľnosti voči závislosti (Ehrlich a kol., 2002).
Napriek týmto dôkazom zostávajú dôležité otázky. Napriek tomu, že sa uvádza, že chronické podávanie niekoľkých iných zneužívajúcich liečiv, vrátane amfetamínu, metamfetamínu, morfínu, nikotínu a fencyklídínu, indukuje ΔFosB v striatálnych oblastiach (Atkins et al., 1999, Ehrlich a ďalší, 2002, McDaid a kol. 2006, Muller a Unterwald, 2005, Nye a kol., 1995, Nye a Nestler, 1996, Pich a kol., 1997, Zachariou a spol., 2006), sú k dispozícii málo alebo žiadna informácia o účinkoch etanolu a A9-tetrahydrokanabinolu (Δ9-THC, aktívna zložka v marihuane). Dve predošlé štúdie ukázali, že imunitná aktivita podobná FosB je indukovaná v hipokampe a niektorých ďalších oblastiach mozgu pri odbúravaní etanolu, ale zostáva neisté, či táto imunoreaktivita predstavuje ΔFosB alebo FosB s plnou dĺžkou (Bachtell a spol., 1999, Beckmann a kol., 1997 ). Štúdia etanolu a (Δ9-THC) je obzvlášť dôležitá, pretože ide o dva z najčastejšie používaných drog v USA (SAMHSA, 2005). niektoré iné izolované oblasti mozgu, ktoré okrem jadra accumbens a dorzálneho striatu zahŕňajú prefrontálnu kôru, amygdálnu, ventrálnu pallidum, ventrálnu tegmentálnu oblasť a hipokampus (Liu a kol., 2007, McDaid a kol., 2006a, 2006b; et al., 1995, Perrotti a kol., 2005), nedošlo k systematickému mapovaniu indukcie DFosB v mozgu ako odpoveď na chronickú expozíciu lieku.
Cieľom tejto štúdie bolo použitie imunohistochemických postupov na mapovanie indukcie ΔFosB v celom mozgu po chronickom podaní štyroch prototypických liekov zneužívania: kokaín, morfín, etanol a Δ9-THC.
MATERIÁLY A METÓDY
zver
Všetky experimenty sa uskutočnili s použitím potkanov samcov Sprague Dawley (Charles River, Kingston, 250-275 g). Zvieratá boli umiestnené dve na klietku a zvyknuté na podmienky pre zvieratá počas jedného týždňa pred začatím pokusov. Mali voľný prístup k jedlu a vode. Experimenty boli vykonané podľa protokolov, ktoré boli preskúmané Výborom pre inštitucionálne starostlivosť a používanie zvierat na University of Texas Southwestern Medical Center v Dallase.
Liečba liekov
Chronický kokaín
Potkany (n = 6 na skupinu) dostali dvakrát denne injekcie hydrochloridu kokaínu (15 mg / kg ip, National Institute on Drug Abuse, Bethesda, MD) rozpustené v 0.9% fyziologickom roztoku pre 14 dni. Kontrolné potkany (n = 6 v skupine) dostali IP injekcie 0.9% fyziologického roztoku pri rovnakom chronickom zákroku. Všetky injekcie boli podané v domácich klietkach zvierat. Ukázalo sa, že tento liečebný režim prináša robustné behaviorálne a biochemické adaptácie (pozri Hope et al., 1994).
Kokaínová samospráva
Zvieratá (n = 6 na skupinu) boli vycvičené na stlačenie páky pre pelet 45 mg sacharózy. Po tomto tréningu boli zvieratá kŕmené ad libitum a chirurgicky implantované za pentobarbitálnej anestézie s chronickým jugulárnym katétrom (Silastic tubing, Green Rubber, Woburn, MA), ako už bolo opísané (Sutton et al., 2000). Katéter prešiel subkutánne, aby opustil zadnú časť kanyly 22-gauge (Plastics One, Roanoke, VA), vložený do kranioplastického cementu a zaistený chirurgickou sieťou Marlex (Bard, Cranston, RI). Samostatná administrácia sa uskutočnila v skúšobných komorách operandov (Med Associates, St. Alban, VT), ktoré sa kontextuálne líšili od domácej klietky zvieraťa a nachádzali sa v inej miestnosti. Každá komora bola uzavretá v zvukovo oslabujúcej kabíne vybavenej zostavou infúznej pumpy, ktorá pozostávala z čerpadla Razel Model A (Stamford, CT) a sklenenej injekčnej striekačky 10 ml pripojenej k tekutinovej trubici (Instech, Plymouth Meeting, PA) , Trubica Tygon spojila natáčanie s katétrom zvieraťa a bola uzavretá kovovou pružinou. Každá zadná komora obsahovala dve páky (4 × 2 cm2, umiestnené 2 cm nad podlahou). Počas samočinného tréningu jediný pákový krúžok 20 g na aktívnej páke poskytol iv infúziu kokaínu (0.5 mg / kg na infúziu 0.1 ml) v intervale infúzie 5. Po infúzii nasledovalo časové obdobie 10, počas ktorého bolo osvetlené domové svetlo a reakcia nevyvolala žiadne naprogramované následky. Osvetlenie domového svetla signalizovalo koniec časového limitu. Páka - stlačenie neaktívnej páky neprinieslo žiadne následky. Zvieratá, ktoré si samy podávali kokaín počas 14 denných 4-h testovacích sedení (6 dní / týždeň) počas svojho tmavého cyklu; priemerný denný príjem bol ~ 50 mg / kg. Skupine jokedných zvierat sa zaobchádzalo rovnako, len keď dostávali kokaínové infúzie, keď im podávali protidrogové náplasti drogy. Skupine zvierat s kontrolným slaným účinkom sa umožnilo pákovému lisu pre infúzie fyziologického roztoku. Ukázalo sa, že tento liečebný režim spôsobuje silné behaviorálne a biochemické adaptácie (pozri Sutton et al., 2000).
Chronický morfín
Morfínové pelety (každá obsahujúca 75 mg morfínovej bázy, National Institute on Drug Abuse) boli implantované sc raz denne na 5 dni (n = 6). Kontrolné krysy podstúpili falošnú operáciu v nasledujúcich dňoch 5 (n = 6). Ukázalo sa, že tento liečebný režim prináša robustné behaviorálne a biochemické adaptácie (pozri Nye a Nestler, 1996).
Δ9-THC
D9-THC sa rozpustili v roztoku 1: 1: 18 z etanolu, emulgátora a fyziologického roztoku. Myšiam sa subkutánne injikovali dvakrát denne s A9-THC alebo vehikulom pre 15 dni. Počiatočná dávka A9-THC bola 10 mg / kg a dávka sa zdvojnásobila každé tri dni na konečnú dávku 160 mg / kg. Použili sme myši pre Δ9-THC, pretože tento režim liečby preukázal robustné behaviorálne a biochemické adaptácie u tohto druhu (Sim-Selley a Martin, 2002).
etanol
Etanol (z 95% zásob, Aaper, Shelbyville, KY) bol podávaný pomocou výživne kompletnej kvapalnej stravy. Tento štandardný etanolový postup zahŕňajúci podávanie 7% [hmotnosť / objem (hmotnosť / objem)] etanolu v diéte založenej na laktalbumíne / dextróze pre 17 dni, počas ktorých potkany konzumujú etanol v dávke 8-12 g / kg / deň dosiahnuť hladiny etanolu v krvi až do 200 mg / dl (Criswell a Breese, 1993, Frye a spol., 1981, Knapp a kol., 1998). Diéta bola výživovo kompletná (s koncentráciami vitamínov, minerálov a ďalších živín odvodených od ICN Research Diets a kaloricky vyvážených (s dextrózou) u potkanov ošetrovaných etanolom a kontrolných potkanov. objemu diéty ekvivalentnej k priemernému príjmu potkanov ošetrených etanolovou diétou predchádzajúci deň, obidve skupiny ľahko získali váhu počas expozície etanolu (nie je znázornené) Tento režim liečenia ukázal, že produkuje robustné behaviorálne a biochemické adaptácie (pozri Knapp a spol., 1998).
imunohistochémia
Od 18 do 24 h po poslednej liečbe boli zvieratá hlboko anestetizované hydrátom chlóru (Sigma, St. Louis, MO) a intrakardiálne perfundované 200 ml fyziologického roztoku s fosfátom pufrovaným fosforečnanom (PBS) 10 a potom 400 ml paraformaldehydu 4% PBS. Mozgy boli odstránené a skladované cez noc v 4% paraformaldehyde pri 4 ° C. Nasledujúce ráno boli mozgy prenesené do 20% glycerolu v roztoku 0.1 M PBS na kryoprotekciu. Koronálne rezy (40 μm) boli rezané na mraziacom mikrotóme (Leica, Bannockburn, IL) a potom spracované na imunohistochémiu. Imunoreaktivity DFosB a FosB boli detegované pomocou dvoch rôznych králičích polyklonálnych antisér. Jedno antisérum, ktoré bolo vyvolané proti C-koncu FosB, ktorý nie je prítomný v ΔFosB (aa 317-334), rozpozná úplnú dĺžku FosB, ale nie ΔFosB (Perrotti a kol., 2004). Druhé antisérum, "pan-FosB" protilátka, sa vytvorilo proti vnútornej oblasti FosB a rozpoznáva ako FosB, tak ΔFosB (sc-48, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
FosB podobné farbenie sa odhalilo použitím metódy komplexu avidín-biotín peroxidázový komplex. Pri tomto postupe boli najprv ošetrené rezy mozgu s 0.3% H2O2 na zničenie endogénnych peroxidáz a potom inkubované na 1 h v normálnom koznom sére 0.3% Triton X-100 a 3% normálneho kozieho séra, aby sa minimalizovalo nešpecifické značenie. Tkanivové rezy sa potom inkubovali cez noc pri izbovej teplote v normálnom kozím sére 1%, 0.3% Triton X-100 a protilátke pan-FosB (1: 5000). Sekcie boli premyté a umiestnené na 1.5 h v 1: 200 riedení biotinylovaného kozieho antirabbitového imunoglobulínu (DakoCytomation, Carpinteria, CA), premyté a umiestnené na 1.5 h v riedení 1: 200 komplexu avidín-biotín zo súpravy Elite Laboratories, Burlingame, CA). Peroxidázová aktivita sa vizualizovala reakciou s diaminobenzidínom (Vector Laboratories). Kódujúce sklíčka sa použili na spočítanie počtu FosB-imunoreaktívnych buniek. Kód nebol prerušený, kým analýza individuálneho experimentu nebola dokončená.
Po zistení imunoreaktivity podobnej FosB sa uskutočnilo dvojité fluorescenčné značenie s protilátkou špecifickou pre FosB (C-koniec, 1: 500) a protilátka pan-FosB (sc-48, 1: 200) ΔFosB. Bol použitý publikovaný protokol (Perrotti a kol., 2005). Proteíny sa vizualizovali pomocou CY2 a CY3 fluoroforom značených sekundárnych protilátok (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Lokalizácia proteínovej expresie sa uskutočnila na konfokálnom mikroskopu (Axiovert 100, LSM 510 s emisnými vlnovými dĺžkami META 488, 543 a 633, Zeiss, Thornwood, NY). Tu zobrazené obrázky boli zachytené na tomto systéme a predstavovali 1 μm-silnú časť v rovine Z.
Štatistická analýza
Signifikantná indukcia buniek AFosB + sa hodnotila pomocou t-testov alebo jednosmerných ANOVA, po ktorých nasledovala Newman-Keulsov test ako post hoc analýza. Všetky analýzy boli korigované na viacnásobné porovnania. Údaje sú vyjadrené ako priemer ± SEM. Štatistická významnosť bola definovaná ako P <0.05.
VÝSLEDKY
Indukcia ΔFosB v mozgu
Priamym porovnaním vzorcov indukcie DFosB v mozgu v reakcii na rôzne typy liekov zneužívania sme podali štyri prototypové lieky, kokaín, morfín, etanol a Δ9-THC a vyšetrili expresiu ΔFosB 18-24 h po poslednej expozícii lieku , Použili sme štandardné liečebné režimy, ktoré boli v literatúre preukázané na vyvolanie behaviorálnych a biochemických následkov chronickej expozície lieku (pozri časť Materiály a metódy). Úrovne ΔFosB sa kvantifikovali pomocou imunohistochémie so zameraním na oblasť stredného mozgu a v oblasti pred mozgom, ktoré sa podieľali na odmeňovaní a závislosti od drog. Toto jemné mapovanie indukcie ΔFosB sa uskutočňovalo s pan-FosB protilátkou, ktorá rozpoznáva ako ΔFosB, tak celú dĺžku FosB. Vieme však, že všetka pozorovaná imunoreaktivita pre každé z liečiv je spôsobená iba ΔFosB, pretože protilátka selektívna pre FosB s plnou dĺžkou (pozri časť Materiál a metódy) nezistil žiadne pozitívne bunky. Navyše sa všetka imunoreaktivita detegovaná pan-FosB protilátkou stratila u fosB knockout myší, čo potvrdzuje špecificitu tejto protilátky na génové produkty fosB, na rozdiel od iných proteínov rodiny Fos. Tieto kontroly sú uvedené pre kokaín na obrázku 1, ale boli pozorované aj pre všetky ostatné lieky (nie sú uvedené). Tieto zistenia nie sú prekvapujúce, pretože v časovom bode 18-24 h použitom v tejto štúdii by sa celá dĺžka FosB, indukovaná posledným podaním liečiva, mala očakávať degradácia, takže stabilnejší ΔFosB ako jediný fosB gén zostávajúci produkt (pozri Chen a kol., 1995, Hope a kol., 1994).
Obr. 1
Dvojité značenie fluorescenčnej imunohistochémie s použitím anti-FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) alebo anti-FosB (C-koniec) protilátky cez nucleus accumbens zvierat liečených akútnym alebo chronickým kokaínom a kontrolnou krysou. Farebné protilátky pan-FosB (viac ...)
Zhrnutie celkových zistení tejto štúdie je uvedené v tabuľke I. Zistilo sa, že každé zo štyroch liekov významne indukuje ΔFosB v mozgu, hoci s čiastočne odlišnými indukčnými vzormi pre každú liečivo.
Tabuľka I
Indukcia ΔFosB v mozgu drogami zneužívania
Indukcia ΔFosB v striatálnych oblastiach
Najdramatickejšia indukcia ΔFosB bola pozorovaná v nucleus accumbens a dorzálny striatum (caudate / putamen), kde všetky štyri lieky indukovali proteín (obrázok 2 - obrázok 4). Toto je kvantitatívne uvedené na obrázku 5. Indukcia ΔFosB bola pozorovaná v jadrových aj shellových subregiónoch jadrových buniek, s okrajovo väčšou indukciou v jadre pre väčšinu liekov. Robustná indukcia ΔFosB bola pozorovaná aj v chrbtovej striate pre väčšinu liekov. Výnimkou bol Δ9-THC, ktorý významne neindukoval ΔFosB v jadrovej štruktúre nucleus accumbens alebo dorzálny striatum napriek silným trendom (pozri obrázok 4, tabuľka I). Zaujímavé je, že etanol produkoval najväčšiu indukciu ΔFosB v nucleus accumbens jadre v porovnaní s inými spôsobmi liečby.
Obr. 2
Indukcia ΔFosB v nucleus accumbens potkana u kontrolnej krysy (A) alebo po chronickom pôsobení etanolu (B), morfínu (C) alebo kokaínu (D). Hladiny imunoreaktivity podobné FosB sa analyzovali imunohistochémiou s použitím protilátky pan-FosB. (viac ...)
Obr. 4
Indukcia ΔFosB v myšom mozgu po chronickom pôsobení A9-THC. Úrovne imunoreaktivity podobné FosB sa analyzovali imunohistochémiou s použitím protilátky pan-FosB u kontrolných (A, C, E) a chronických A9-THC (B, D, F) zvierat. Poznámka (viac ...)
Obr. 5
Kvantifikácia indukcie ΔFosB v striatálnych oblastiach po liečbe chronickým morfínom, A9-THC, etanolom a kokaínom. Stĺpcové grafy ukazujú priemerný počet buniek ΔFosB + u kontrolných zvierat a u zvierat vystavených chronickému morfínu (viac ...)
Indukcia ΔFosB pomocou vôle oproti nútenej expozícii lieku
Vzhľadom na dramatickú indukciu ΔFosB v striatálnych oblastiach sme sa zaujímali o to, či schopnosť lieku indukovať proteín v týchto regiónoch sa líšila ako funkcia vôle oproti nútenej expozícii lieku. Na vyriešenie tejto otázky sme študovali skupinu potkanov, ktoré samy podávali kokaín v 14 dňoch a porovnali indukciu ΔFosB u týchto zvierat tým, ktorí dostali jokedné infúzie kokaínu a tie, ktoré dostali len soľný roztok. Ako je znázornené na obrázku 6, samotný podávaný kokaín robustne indukoval ΔFosB v nucleus accumbens (obidvoch jadrových a shellových subregiónoch) a dorzálny striatum, s ekvivalentnými stupňami indukcie, ktoré sa pozorovali pri liečení podávaného v porovnaní s jódom. Rozsah indukcie ΔFosB pozorovanej u týchto dvoch skupín zvierat bol väčší ako u IP injekcií kokaínu (pozri obrázok 5), pravdepodobne v dôsledku omnoho väčšieho množstva kokaínu v samoadaptívnom experimente (denné dávky: 50 mg / kg iv vs. 30 mg / kg ip).
Obr. 6
Kvantifikácia indukcie ΔFosB v striatálnych oblastiach po chronickom podávaní kokaínu. Stĺpcové grafy ukazujú priemerný počet buniek ΔFosB + u kontrolných zvierat a u zvierat podrobených kokaínovým liečeniam, v jadre a (viac ...)
Indukcia ΔFosB v iných oblastiach mozgu
Okrem striatálneho komplexu vyvolalo ΔFosB v niekoľkých ďalších mozgových oblastiach chronické podávanie zneužívaných liekov (pozri tabuľku I). Mali by sme zdôrazniť, že údaje uvedené v tabuľke I sú semikvantitatívne a nepredstavujú presnú kvantifikáciu indukcie ΔFosB, ktorá sa vykonáva pre striatálne oblasti (obr. 5 a obr. 6). Sme si však istí indukciou ΔFosB v týchto nestratiatických oblastiach: ΔFosB je v týchto oblastiach za bazálnych podmienok prakticky nedetegovateľný, takže konzistentná detekcia ΔFosB po chronickej expozícii liekom je štatisticky významná (P <0.05 x χ2).
Robustná indukcia všetkými liečivami sa pozorovala v prefrontálnej kôre, pričom morfin a etanol mali zdanlivo najsilnejší účinok vo väčšine vrstiev (obr. 4 a obrázok 7). Všetky štyri lieky tiež spôsobili nízke hladiny indukcie ΔFosB v jadre lôžka stria terminalis (BNST), intersticiálnemu jadru zadnej končatiny prednej komise (IPAC) a v komplexe amygdaly (obrázok 8). Boli pozorované aj ďalšie účinky špecifické pre konkrétne lieky. Kokaín a etanol, ale nie morfín alebo Δ9-THC, zrejme indukovali nízke hladiny ΔFosB v bočnej septa bez indukcie videnej v strednej septa. Všetky lieky indukovali ΔFosB v hipokampe a s výnimkou etanolu bola väčšina tejto indukcie pozorovaná v dentátovom gyre (tabuľka I a obrázok 9). Na rozdiel od toho, etanol vyvolal veľmi malý ΔFosB v dentátovom gyre a namiesto toho indukoval vysoké hladiny proteínu v podpoliach CA3-CA1. Kokaín, morfín a etanol, ale nie Δ9-THC, spôsobili nízke hladiny indukcie ΔFosB v periaqueduktálnej šedej, zatiaľ čo iba kokaín indukoval ΔFosB v ventrálnej tegmentálnej oblasti bez indukcie videnej v substatike nigra (pozri tabuľku I ).
Obr. 7
Indukcia ΔFosB v prefrontálnom kortexe u kontrolnej krysy (A) alebo po chronickom pôsobení etanolu (B), morfínu (C) alebo kokaínu (D). Hladiny imunoreaktivity podobné FosB sa analyzovali imunohistochemicky s použitím protilátky pan-FosB. Označenie (viac ...)
Obr. 8
Indukcia ΔFosB v bazálnych laterálnych a centrálnych mediálnych jadrách amygdaly kontrolných potkanov (A) alebo u potkanov liečených chronickým etanolom (B), morfínom (C) alebo kokaínom (D). Úrovne imunoreaktivity podobné FosB boli analyzované imunohistochemicky (viac ...)
Obr. 9
Indukcia ΔFosB v hipokampe kontrolnej krysy (A) alebo u potkanov liečených chronickým etanolom (B), morfínom (C) alebo kokaínom (D). Hladiny imunoreaktivity podobné FosB sa analyzovali imunohistochemicky s použitím protilátky pan-FosB. Označenie (viac ...)
DISKUSIA
Početné štúdie preukázali, že chronické podávanie viacerých druhov drog, vrátane kokaínu, amfetamínu, metamfetamínu, morfínu, nikotínu a fencyklídínu, indukuje transkripčný faktor, ΔFosB, v nucleus accumbens a dorzálny striatum (pozri úvodnú časť pre referencie, recenzované v McClung et al., 2004, Nestler a kol., 2001). Indukcia ΔFosB v striatálnych oblastiach sa pozorovala aj po chronickej spotrebe prírodných odmien, ako je správanie behúňa (Werme a kol., 2002). Okrem toho sa vyskytlo niekoľko hlásení o nižších úrovniach indukcie ΔFosB v niektorých iných oblastiach mozgu, vrátane prefrontálneho kortexu, amygdaly, ventrálnej pallidum, ventrálnej tegmentálnej oblasti a hipokampu (Liu a spol., 2007, McDaid a kol., 2006a, 2006b, Nye a kol., 1996, Perrotti a kol., 2005), v reakcii na niektoré z týchto liekov zneužívania však nikdy nedošlo k systematickému mapovaniu indukcie DFosB v mozgu liekom. Navyše, napriek vyšetrovaniu väčšiny zneužívajúcich liekov neboli doteraz skúmané dve z najpoužívanejších látok, etanol a A9-THC, pokiaľ ide o ich schopnosť indukovať ΔFosB. Cieľom tejto štúdie bolo uskutočniť počiatočné mapovanie ΔFosB v mozgu ako odpoveď na chronické podanie štyroch prototypových liekov zneužívania: kokaín, morfín, etanol a Δ9-THC.
Hlavné zistenia našej štúdie spočívajú v tom, že etanol a Δ9-THC, rovnako ako všetky ostatné drogy zneužívania, indukujú vo veľkej miere vysoký obsah ΔFosB vo vnútri striatálneho komplexu. Tieto výsledky ďalej stanovujú indukciu ΔFosB v týchto regiónoch ako bežnú, chronickú adaptáciu na prakticky všetky drogy zneužívania (McClung a kol., 2004). Vzor indukcie v striatálnom komplexe sa pre rôzne lieky trochu líšil. Všetky robustne indukované ΔFosB v nucleus accumbens jadre, zatiaľ čo všetky liečivá - s výnimkou Δ9-THC - významne indukovali ΔFosB v jadrovo-jadrovom obale a dorzálny striatum a existovali silné trendy pre Δ9-THC na dosiahnutie podobných účinkov v týchto regiónoch. Jadro accumbens jadro a shell sú dôležitými oblasťami odmeňovania mozgu, ktoré sa ukázali byť kritickými sprostredkovateľmi odmeňovania zlých drog. Podobne hrudný striatum súvisí s kompulzívnou alebo zvyčajnou povahou konzumácie liekov (Vanderschuren et al., 2005). V skutočnosti sa ukázalo, že indukcia ΔFosB v týchto regiónoch zvyšuje odmeňovanie odpovedí na kokaín a morfín a zvyšuje reakcie na prirodzené odmeny, ako je správanie behúňa a príjmu potravy (Colby et al., 2003, Kelz et al., 1999, Olausson a kol., 2006, Peakman a kol., 2003, Werme a kol., 2003, Zachariou a kol., 2006). Je potrebná ďalšia práca na určenie toho, či indukcia ΔFosB v týchto regiónoch sprostredkováva podobné funkčné adaptácie v citlivosti jednotlivca na odmeňujúce účinky iných liekov zneužívania.
Indukcia ΔFosB v striatálnych oblastiach nie je funkciou voličného príjmu liečiva, Preto sme ukázali, že samo-podávanie kokaínu indukovalo rovnaký stupeň DFosB v nucleus accumbens a dorzálny striatum, ako bolo zistené u zvierat, ktoré dostali ekvivalentné, viazané injekcie lieku. Tieto výsledky dokazujú, že indukcia AFosB v striate predstavuje farmakologický účinok liekov zneužívania, nezávisle od toho, či je zviera kontrolované nad expozíciou liečiva. V nápadnom kontraste nedávno preukázali, že samotné podanie kokaínu indukuje niekoľkonásobne vyššie hladiny ΔFosB v orbitofronálnej kôre v porovnaní s podávaným kokaínom (Winstanley et al., 2007). Tento účinok bol špecifický pre orbitofronálnu kôru, pretože v týchto dvoch liečebných podmienkach boli pozorované ekvivalentné úrovne indukcie ΔFosB v prefrontálnej kôre. Hoci indukcia ΔFosB nesúvisí s voľnou kontrolou nad príjmom liečiva v striatálnych oblastiach, zdá sa, že je ovplyvnená takými motivačnými faktormi v niektorých vyšších kortikálnych centrách.
Predložili sme semikvantitatívne údaje, že všetky štyri drogy zneužívania indukujú ΔFosB v niekoľkých oblastiach mozgu mimo striatálneho komplexu, hoci vo všeobecnosti v menšom rozsahu. Tieto ďalšie oblasti mozgu zahŕňali prefrontálnu kôru, amygdálnu, IPAC, BNST a hipokampus, Drogová indukcia ΔFosB v prefrontálnej kôre a hipokampe môže súvisieť s niektorými účinkami zneužívania liekov na kognitívnu výkonnosť, aj keď to ešte treba priamo preskúmať. Amygdala, IPAC a BNST boli všetky zapojené do regulácie reakcií jednotlivca na averzívne podnety. To vyvoláva možnosť, že indukcia ΔFosB v týchto oblastiach po chronickom podávaní drog zneužíva sprostredkúva reguláciu emočného správania nad rámec odmeny. Bude zaujímavé preskúmať tieto možnosti v budúcich vyšetrovaniach.
Štyri sledované lieky na zneužívanie spôsobili aj niektoré účinky špecifické pre drogy. Kokaín jednoznačne indukoval ΔFosB vo ventrálnej tegmentálnej oblasti, ako už bolo uvedené (Perrotti et al., 2005). Podobne kokaín a etanol jednoznačne indukovali nízke hladiny ΔFosB v bočnej septa. Δ9-THC bol jedinečný pre menej dramatické účinky na indukciu ΔFosB v porovnaní s inými zneužívajúcimi liekmi v jadrovej škrupine a hrudnom striáni, ako už bolo spomenuté. D9-THC bol tiež jedinečný v tom, že chronická expozícia tomuto lieku, na rozdiel od všetkých ostatných, nevyvolala nízke hladiny ΔFosB v periaqueduktálnej šedej. Vzhľadom na úlohu hipokampu a septum v kognitívnej funkcii a úlohu týchto oblastí, ako aj periaqueduktálnej šedej pri regulovaní reakcie zvieraťa na stresové situácie by regionálne a drogovo špecifické indukovanie ΔFosB v týchto regiónoch mohlo sprostredkovať dôležité aspekty účinok lieku na mozog.
Súhrnne, indukcia ΔFosB v regiónoch striatálneho odmeňovania mozgu bola široko demonštrovaná ako spoločná chronická adaptácia na drogy zneužívania. Túto myšlienku sme rozšírili a ukázali sme, že dve ďalšie a bežne zneužívané lieky, etanol a Δ9-THC, tiež indukujú ΔFosB v týchto oblastiach mozgu, Identifikujeme aj niekoľko ďalších oblastí mozgu, ktoré sa podieľajú na kognitívnych funkciách a stresových odpovediach, ktoré ukazujú rôzne stupne indukcie ΔFosB ako odpoveď na chronickú expozíciu lieku. Niektoré z týchto reakcií, ako napríklad indukcia ΔFosB v striatálnych oblastiach, sú bežné pri všetkých sledovaných liekoch, zatiaľ čo reakcie v iných oblastiach mozgu sú viac špecifické pre drogy. Tieto zistenia teraz nasmerujú budúce vyšetrovanie na charakterizáciu úlohy indukcie ΔFosB v týchto iných oblastiach mozgu. Pomáhajú tiež definovať potenciálnu využiteľnosť antagonistov ΔFosB ako bežnej liečby syndrómov drogovej závislosti.
Obr. 3
Indukcia ΔFosB v kaudáte potkana potkana u kontrolnej krysy (A) alebo po chronickom pôsobení etanolu (B), morfínu (C) alebo kokaínu (D). Hladiny imunoreaktivity podobné FosB sa analyzovali imunohistochémiou s použitím protilátky pan-FosB. (viac ...)
Poďakovanie
Sponzor zmluvných grantov: Národný ústav pre zneužívanie drog.
REFERENCIE
1. Alibhai IN, Green TA, Nestler EJ. Regulácia expresie fosB a ΔfosB mRNA: Štúdie in vivo a in vitro. Brain Res. 2007, 11: 4322-4333.
2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Regionálna špecifická indukcia ΔFosB opakovaným podávaním typických versus atypických antipsychotík. Synapsie. 1999; 33 :. 118-128 [PubMed]
3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. Pri pití alkoholu dochádza k selektívnym zmenám mozgovej oblasti v expresii indukovateľných transkripčných faktorov. Brain Res. 1999; 847 :. 157-165 [PubMed]
4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. Aktivita väzby AP-1 a Egr DNA sa zvyšuje v mozgu potkanov počas vysadenia etanolu. J Neurochem. 1997; 69 :. 306-314 [PubMed]
5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteazómovo závislé a nezávislé mechanizmy na destabilizáciu FosB: Identifikácia FosB degron domén a dôsledky pre stabilitu ΔFosB. Eur J Neurosci. 2007; 25 :. 3009-3019 [PubMed]
6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hope BT, Nestler EJ. Regulácia proteínov typu ΔFosB a FosB pomocou elektrokonvulzívneho záchvatu (ECS) a kokaínu. Mol Pharmacol. 1995; 48 :. 880-889 [PubMed]
7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB zvyšuje motiváciu kokaínu. J Neurosci. 2003; 23 :. 2488-2493 [PubMed]
8. Criswell HE, Breese GR. Podobné účinky etanolu a flumazenilu pri získaní odozvy na vyhýbanie sa kyvadlovej schránky počas stiahnutia z chronického etanolového ošetrenia. Br J Pharmacol. 1993, 110: 753-760. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Periadolescentné myši vykazujú zvýšenú reguláciu ΔFosB v reakcii na kokaín a amfetamín. J Neurosci. 2002; 22 :. 9155-9159 [PubMed]
10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Účinky akútnej a chronickej liečby 1,3-butandiolom na funkciu centrálneho nervového systému: porovnanie s etanolom. J Pharmacol Exp Ther. 1981; 216 :. 306-314 [PubMed]
11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. Amfetamín a kokaín indukujú aktivitu špecifickej pre liek c-fos génu v oddelených priestoroch a limbických subdivíziách striatu. Proc Natl Acad Sci USA. 1990, 87: 6912-6916. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
12. Hiroi N, Brown J., Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. FosB mutantné myši: Strata chronickej indukcie kokaínu proteínov súvisiacich s Fos a zvýšená citlivosť na psychomotorické a odmeňujúce účinky kokaínu. Proc Natl Acad Sci USA. 1997, 94: 10397-10402. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
13. Hope BT, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulácia okamžitej včasnej expresie génov a väzby AP-1 v krysách nucleus accumbens chronickým kokaínom. Proc Natl Acad Sci US A. 1992; 89: 5764-5768. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
14. Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Indukcia dlhodobého AP-1 komplexu pozostávajúceho z pozmenených proteínov typu Fos v mozgu chronickým kokaínom a inými chronickými liečeniami. Neurón. 1994; 13 :. 1235-1244 [PubMed]
15. Kelz MB, Chen JS, Carlezon WA, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch R, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ , Expresia transkripčného faktora ΔFosB v mozgu riadi citlivosť na kokaín. Nature. 1999; 401 :. 272-276 [PubMed]
16. Knapp DJ, Duncan GE, posádky FT, Breese GR. Indukcia Fos-podobných proteínov a ultrazvukových vokalizácií počas abstinencie z etanolu: ďalší dôkaz úzkosti indukovanej odstupom. Alcohol Clin Exp. 1998; 22 :. 481-493 [PubMed]
17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. Mikroinjekcia M (5) antisense oligonukleotidu muskarínového receptora do VTA inhibuje expresiu FosB v NAc a hipokampus heroínom senzitizovaných potkanov. Neurosci Bull. 2007; 23 :. 1-8 [PubMed]
18. McClung CA, Nestler EJ. Regulácia génovej expresie a odmeňovania kokaínom CREB a ΔFosB. Nat Neurosci. 2003; 6 :. 1208-1215 [PubMed]
19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: molekulový prepínač pre dlhodobú adaptáciu v mozgu. Mol Brain Res. 2004; 132 :. 146-154 [PubMed]
20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, Napier TC. Zmeny v akumbalovom a pallidovom pCREB a ΔFosB u morfín-senzitizovaných potkanov: Korelácie s receptorom vyvolanými elektrofyziologickými opatreniami vo ventrálnom pallidum. Neuropsychofarmakologie. 2006; 31: 1212-1226. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
21. McDaid J., Graham MP, Napier TC. Metamfetamínom indukovaná senzibilizácia odlišne mení pCREB a Δ-FosB v celom limbickom okruhu cicavčieho mozgu. Mol Pharmacol. 2006b; 70 :. 2064-2074 [PubMed]
22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Zmeny na úrovni siete v expresii indukovateľných proteínov Fos-Jun v striatúch počas chronickej liečby a odvykania od kokaínu. Neurón. 1996; 17 :. 147-156 [PubMed]
23. Muller DL, Unterwald EM. D1 dopamínové receptory modulujú indukciu ΔFosB v kryse striatum po intermitentnom podávaní morfínu. J Pharmacol Exp Ther. 2005; 314 :. 148-154 [PubMed]
24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: Trvalý molekulárny prepínač závislosti. Proc Natl Acad Sci USA. 2001, 98: 11042-11046. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
25. Nye HE, Nestler EJ. Indukcia chronických Fos-súvisiacich antigénov v mozgu potkanov pomocou chronického podávania morfínu. Mol Pharmacol. 1996; 49 :. 636-645 [PubMed]
26. Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmakologické štúdie regulácie kokaínu pri chronickej indukcii Fra (Fos-related antigen) indukcie v striate a nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995; 275 :. 1671-1680 [PubMed]
27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R., Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB v nucleus accumbens reguluje inštrumentálne správanie a motiváciu. J Neurosci. 2006; 26 :. 9196-9204 [PubMed]
28. Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, Stock JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Indukovateľná expresia dominantného negatívneho mutantu c-Jun v transgénnych myšiach špecifických pre mozgovú oblasť znižuje citlivosť na kokaín. Brain Res. 2003; 970 :. 73-86 [PubMed]
29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Indukcia ΔFosB v mozgových štruktúrach súvisiacich s odmeňovaním po chronickom strese. J Neurosci. 2004; 24 :. 10594-10602 [PubMed]
30. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S, Ulery PG, Wallace D, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. ΔFosB sa po liečbe psychostimulantom akumuluje v populácii GABAergických buniek v zadnom chvoste ventrálnej tegmentálnej oblasti. Eur J Neurosci. 2005; 21 :. 2817-2824 [PubMed]
31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Bežné nervové substráty pre návykové vlastnosti nikotínu a kokaínu. Science. 1997; 275 :. 83-86 [PubMed]
32. SAMHSA. O. o. A. Štúdie, Národný informačný úrad pre informácie o alkohole a drogách. Rockville, MD: séria NSDUH H-28; 2005. Výsledky z národného prieskumu 2004 o užívaní drog a zdraví: národné zistenia.
33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Účinok chronického podávania metánsulfonátu kyseliny R - (+) - [2,3-dihydro-5-metyl-3 - [(morfolinyl) metyl] pyrolo [1,2, 3-de] -1,4-bzoxazo-zinyl- (1-naftalenyl) (WIN55,212-2) alebo delta (9) -tetrahydrokanabinolu na adaptáciu kanabinoidného receptora u myší. J Pharmacol Exp Ther. 2002, 303: 36-44. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Faktory, ktoré určujú tendenciu k chovaniu pri hľadaní kokaínu počas abstinencie u potkanov. Neuropsychofarmakologie. 2000; 22 :. 626-641 [PubMed]
35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Regulácia stability ΔFosB fosforyláciou. J Neurosci. 2006; 26 :. 5131-5142 [PubMed]
36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Zapojenie chrbtového striatu v hľadaní kokaínu riadeného cue. J Neurosci. 2005; 25 :. 8665-8670 [PubMed]
37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB reguluje chod motocyklov. J Neurosci. 2002; 22 :. 8133-8138 [PubMed]
38. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DEH, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone FJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. Indukcia ΔFosB v orbitofronálnej kôre sprostredkováva toleranciu k kokaínom indukovanej kognitívnej dysfunkcii. J Neurosci. 2007; 27 :. 10497-10507 [PubMed]
39. Young ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. Kokaín indukuje striatálne c-fos-imunoreaktívne proteíny prostredníctvom dopaminergných receptorov D1. Proc Natl Acad Sci USA. 1991, 88: 1291-1295. [PMC bezplatný článok] [PubMed]
40. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, DiLeone RJ, Kumar A, Nestler EJ. ΔFosB: Základná úloha pre ΔFosB v nucleus accumbens v morfínovom akcii. Nat Neurosci. 2006; 9 :. 205-211 [PubMed]
;
