Potenciácia vyvolaná liekmi na excitačných synapsiách vo VTA

Priekopnícka štúdia Unglessa a jeho kolegov 2001 preukázali, že jednorazová expozícia kokaínu spôsobila zvýšenie synaptickej sily pri excitačných synapsiách na neurónoch VTA DA, keď sa merali 24 h neskôr v rezoch mozgu (Ungless et al., 2001). Toto sa meralo ako zvýšenie pomeru excitačných postsynaptických prúdov sprostredkovaných AMPA oproti EPSC sprostredkovaným NMDA (pomenovaný pomer AMPA / NMDA). Ukázalo sa, že následná elektricky vyvolaná LTP bola uzavretá na excitačných syntezách VTA u myší liečených kokaínom, zatiaľ čo LTD bola zvýšená. Tieto pozorovania, ako aj množstvo ďalších elektrofyziologických opatrení ukázali, že zmena plastickosti pozorovala potenciálne zdieľané podobné mechanizmy ako synapticky vyvolaný LTP (Ungless et al., 2001). Odvtedy sa ukázalo, že podávanie iných liekov, vrátane amfetamínu, morfínu, etanolu, nikotínu a benzodiazepínov, môže tiež indukovať zvýšenie synaptickej sily VTA, čo je účinok, ktorý nie je pozorovaný u psychoaktívnych liekov, ktoré nemajú potenciál zneužitia. (Saal a kol., 2003; Gao a kol., 2010; Tan a kol., 2010). Toto pozorovanie demonštruje konvergenciu bunkových odpovedí v rámci VTA všetkými zneužívanými liekmi a poskytuje možný nervový mechanizmus, pomocou ktorého by sa mohli spustiť počiatočné neuroadaptácie závislé od závislosti.

Vplyv nekontinuálneho podávania liečiva na synaptickú plasticitu VTA je prechodne exprimovaný, trvajúci najmenej 5, ale menej ako 10 dní a ukázalo sa, že pozitívne koreluje s počiatočným vývojom behaviorálnej senzibilizácie, ale nie s jeho expresiou. (Ungless et al., 2001; Saal a kol., 2003; Borgland a kol., 2004). Ak sa kokaín podáva samostatne, výsledok je dosť odlišný, pretože plasticita VTA sa stáva perzistentnou a môže byť zistená dokonca aj 90 dní do vysadenia. (Chen et al., 2008).

Potenciacia glutamátergických synapsií na VTA DA bunkách je pravdepodobne spojená so schopnosťou abúzu liečiv zvýšiť extracelulárnu DA v NAc. (Di Chiara a Imperato, 1988) napotenciálne predstavuje iniciovanie „patologického“ odmeňovania, pri ktorom dochádza k „dupnutiu“ asociácií s drogami. Zvýšenie glutamátergickej synaptickej sily závislé od NMDA receptora bolo skutočne zaznamenané v neurónoch VTA DA počas získavania asociácie cue-pay (Stuber et al., 2008) a nedávno sa potvrdilo, že kokaín selektívne zvyšuje pomer AMPA / NMDA v neurónoch VTA, ktoré premietajú NAc na rozdiel od PFC (Lammel et al., 2011); je dobre známe, že prenos dopamínu v NAc je rozhodujúci pre získanie Pavlovianskej asociácie (Kelley, 2004). Môže sa teda stať, že potenciacia neurónov VTA DA môže predstavovať neurálne kódovanie podobné LTP, prípadne asociatívny proces učenia, ktorý môže byť nevyhnutný pre včasné reakcie na správanie vyvolané kokaínom a má schopnosť spúšťať dlhodobé adaptácie, ktoré sú základom závislosti, nepredstavuje samotný závislý štát. Ako navrhli iní, môže to byť tak, že návykové drogy spoluoptimalizujú obvody na odmeňovanie mozgov, aby „nadhodnotili“ hodnotu lieku na organizmus (Kauer a Malenka, 2007).

Pôvod príslušných glutamátergických projekcií do VTA, ktoré sa podieľajú na plasticite vyvolanej liečivom, zostáva úplne objasnený. Jedna štúdia odhalila, že glutamátergické synapsie VTA, na ktoré sa zameriavajú projekcie zo samotného VTA aj z jadra pedunculopontínu (PPN), vykazujú zvýšenú potenciáciu kokaínu, ale iba synapsie, ktoré dostávajú vstup z afinít PPN, sú potencované Δ⁹-tetrahydrokanabinol (THC) (Good a Lupica, 2010). Zdá sa teda, že konkrétne glutamátergické aferenty, ktoré sa podieľajú na potenciovaní vyvolanom liečivom, sa môžu líšiť v závislosti od príslušného liečiva a môže tiež nastať prípad, že konkrétna projekcia je spoločná pre všetky excitatívne plasticity vyvolané liečivom vo VTA; ten ešte nie je určený. TVTA dostáva rozsiahle projekcie z viacerých oblastí mozgu vrátane PFC, amygdaly a subthalamického jadra (Geisler a Wise, 2008), z ktorých mnohé ukázali, že ovplyvňujú vypálenie neurónov VTA DA (Grillner a Mercuri, 2002). Budúce experimenty využívajúce optogenetické techniky by mohli pomôcť pri určovaní konkrétnych projekcií zodpovedajúcich potencovaniu vyvolanému liečivom pri synapsech VTA pozorovaných v reakcii na rôzne lieky zneužívania, čím by sa objasnilo presný charakter tejto neuroadaptácie.

Mechanizmy, ktoré sú základom pre synaptickú plasticitu vyvolanú liečivom pri excitačnej synapse vo VTA

Ako u elektricky indukovaného LTP u neurónov stredného mozgu DA, zvýšenie synaptickej sily vo VTA indukovanej kokaínom aj nikotínom bolo preukázané ako závisia od aktivácie NMDA receptora (Bonci a Malenka, 1999; Ungless a kol., 2001; Mao a kol., 2011). Naproti tomu sa nedávno ukázalo, že udržanie potenciacie vyvolanej kokaínom vyžaduje aktivitu proteínkinázy Mζ (Ho et al., 2012), autonómne aktívna izoforma proteínkinázy C (PKC), zatiaľ čo LTP v časovo závislom LTP v neurónoch VTA DA u predtým neliečených liekov závisí od konvenčných izoforiem PKC (Luu a Malenka, 2008). V prípade nikotínu si synaptická potenciacia VTA vyžaduje excitáciu DA neurónov sprostredkovaných somatodendritickými a4p2 nikotínovými acetylcholínovými receptormi (nAChRs) (Mao et al., 2011). Zvýšenie presynaptického uvoľňovania glutamátu indukované nikotínom tiež prispieva k indukcii tejto konkrétnej synaptickej plasticity, pravdepodobne prostredníctvom zvýšenej aktivácie NMDA receptorov (Mao et al., 2011).

Relatívne viac je známych o mechanizmoch, ktoré sú základom synaptickej plasticity vyvolanej kokaínom, než je základná plasticita vyvolaná inými drogami zneužívania. Aplikácia kokaínu na rezy stredného mozgu vedie k zosilneniu prenosu NMDA receptora v priebehu niekoľkých minút a navrhuje sa, aby sa prostredníctvom inzercie NMDAR obsahujúcich NR2B do synapsií prostredníctvom mechanizmu, ktorý vyžaduje aktiváciu D₅ receptory a nová syntéza proteínov (Schilstrom et al., 2006; Argilli a kol., 2008). Ukázalo sa tiež, že orexín A je vyžadovaný ako pre rýchlu kokaínom indukovanú inzerciu receptorov obsahujúcich NR2B, tak pre zvýšené pomery AMPA / NMDA; zodpovedajúcim spôsobom orexín₁ Ukázalo sa, že SB334867 zabraňuje rozvoju senzibilizácie na kokaín (Borgland et al. 2006). Okrem zmien v expresii NMDA receptorovej podjednotky sa pozorovali zvýšené hladiny AMPA receptorov obsahujúcich GluR1 (GluR2-chýbajúce) AMAP v synapsiach hneď po podaní 3 h po expozícii kokaínu.e (Argilli et al., 2008). Toto pozorovanie v kombinácii s ďalšími nedávnymi dôkazmi viedlo k hypotéze, že synaptická inzercia vysoko vodivých receptorov s nedostatkom GluR2 prispieva k expresii synaptickej potenciácie indukovanej kokaínom vo VTA (Dong et al., 2004; Bellone a Luscher, 2006; Mameli a kol., 2007; Brown a kol., 2010; Mameli a kol., 2011), na preskúmanie pozri (Kauer a Malenka, \ t 2007; Wolf a Tseng, 2012). Táto inzercia receptorov AMPA neobsahujúcich GluR2 závisí od prenosu receptorov NMDA v neurónoch VTA DA, pretože chýba u myší bez funkčných receptorov NMDA v DA neurónoch (Engblom et al., 2008; Mameli a kol., 2009). jansertion GluR2-chýba AMPA receptorov je významný, pretože majú jedinečné vlastnosti; sú priepustné pre vápnik, majú väčšiu vodivosť jedného kanála ako receptory obsahujúce GluR2, a preto majú obrovskú schopnosť meniť synaptický prenos (Isaac et al., 2007). Preto inzercia receptorov AMPA s nedostatkom GluR2 v receptoroch VTA predstavuje možný mechanizmus, pomocou ktorého môžu lieky na zneužívanie vyvolať plastické adaptácie, ktoré sú základom počiatočných štádií užívania liekov..

Ukázalo sa, že inzercia GluR2-chýbajúcich AMPA receptorov do VTA excitačných synapsií sa vyskytuje ako odpoveď na podávanie liekov z viacerých tried, ako je nikotín a morfín, ako aj na optogenetickú aktiváciu DA VTA neurónov. (Brown a kol., 2010). Tjeho výsledkom je návrh, že inzercia receptorov AMPA, ktoré sú permeabilné pre vápnik, je univerzálnym mechanizmom, ktorý môže byť základom potencovania VTA synapsií vyvolaných liekmi (Brown a kol., 2010), hoci údaje o amfetamíne nie sú nevyhnutne v súlade s touto hypotézou (Faleiro et al., 2004). Okrem toho, pretože receptory AMPA, ktoré nemajú GluR2, sú vnútorne rektifikačné a teda vedú veľmi malý prúd pri + 40 mV, ich inzercia samotná nemôže vysvetliť zvýšenie pomeru vyvolané liečivom v pomeroch AMPA / NMDA. Nedávna štúdia, ktorá merala jednotnú synaptickú reakciu vyvolanú vysoko lokalizovaným zdrojom glutamátu (fotolýza s dvoma fotónmi v glutamáte v klietke) ukázala, okrem toho, že okrem ovplyvňovania EPSC sprostredkovaných AMPA receptorom, expozícia kokaínu tiež znížila jednotný EPSC sprostredkovaný NMDA receptorom (Mameli et a kol., 2011), čím sa poskytuje možný mechanizmus, ktorým by sa v tomto scenári mohli zvýšiť pomery AMPA / NMDA (znížením menovateľa pomeru). Toto je ešte potrebné preskúmať s inými drogami zneužívania.

Výmena GluR2-obsahujúcich liekov s receptormi GluR2, ktoré nie sú indukované liečivami, môže byť zvrátená aktiváciou receptorov mGluR1 vo VTA. (Bellone a Luscher, 2006; Mameli a kol., 2007). MGluR1 sprostredkovaná výmena AMPA receptorov teda poskytuje mechanizmus, ktorý môže vysvetliť, prečo je potenciacia VTA synapsí vyvolaná liečivom prechodná povaha, trvajúca 5, ale nie 10 dní (Ungless et al., 2001; Mameli a kol., 2007). Ak je funkcia mGluR1 vo VTA znížená pred podaním kokaínu, potom kokaín indukovaná vnútorná rektifikácia pretrváva aj po 24 dňoch (Mameli et al., 2007, 2009). Jedným možným vysvetlením, prečo pretrváva synaptické posilňovanie kokaínu vo VTA po samopodávaní kokaínu (na rozdiel od následného podania) by mohlo byť to, že samopodávanie kokaínu vedie k depresii mGluR1 signalizácie vo VTA.

Synaptická plasticita vyvolaná liečivom pri inhibičných synapsiách vo VTA

Excitatívne synapsie nie sú jediným typom synapsie v neurónoch VTA DA, ktoré sú ovplyvnené nekonvenčným podávaním liekov na zneužívanie. Inhibičné synapsie vo VTA majú tiež rozhodujúcu úlohu pri riadení rýchlosti vypaľovania DA neurónov, takže plasticita na GABAergických synapsiach má schopnosť dramaticky ovplyvniť DA prenos. Kokaín, morfín a etanol môžu skutočne ovplyvniť inhibičnú synaptickú plasticitu VTA (Melis et al., 2002; Liu a kol., 2005; Nugent a kol., 2007). Opakovaná expozícia kokaínu in vivo pre 5 – 7 dni spôsobuje redukciu amplitúdy synaptických prúdov sprostredkovaných GABA, čím sa uľahčí indukcia LTP v bunkách VTA znížením sily GABAergnej inhibície (Liu a kol., 2005). Následné štúdie odhalili mechanizmus tejto inhibície endokanabinoid-dependentný LTD na GABAergic synapses zahŕňajúce aktiváciu ERK1 / 2 (Pan et al., 2008, 2011). GABA_A receptorové synapsy na dopamínových neurónoch VTA tiež vykazujú robustný NTP závislý LTP (nazývaný LTP_GABA) v reakcii na vysokofrekvenčnú stimuláciu (Nugent et al., 2007). Tento LTP_GABA nie je prítomný vo VTA rezoch 2 a / alebo 24 h po in vivo podávanie morfínu, nikotínu, kokaínu alebo etanolu (Nugent et al., 2007; Guan a Ye, 2010; Niehaus a kol., 2010). V prípade etanolu prevencia LTP_GABA je sprostredkovaný μ-opioidným receptorom (Guan a Ye, 2010) Spolu so synaptickou potenciáciou na excitačných synapsiách táto strata LTP_GABA by mali zvýšiť vypaľovanie neurónov VTA DA po expozícii lieku.

Nedávno sa ukázalo, že pomalý prenos GABA je ovplyvnený zneužívaním drog, Jedna dávka metamfetamínu alebo kokaínu teda postačuje na významné oslabenie schopnosti GABA_B na kontrolu VTA GABA neurónov pri meraní ex vivo 24 h neskôr (Padgett et al., 2012). Strata pomalého inhibičného postsynaptického potenciálu vyvolaného metamfetamínom (IPSC) vyplýva zo zníženia GABA_B prúdy rektifikovaného draslíkového kanála (GIRK) spojeného s proteínom receptora-G, spôsobené zmenami v prenose proteínov, a je sprevádzaný významným znížením citlivosti presynaptickej GABA_B receptory v GABA neurónoch VTA. Na rozdiel od liekov vyvolaných vplyvmi na GABA_A synapsuje túto depresiu GABA_BSignalizácia R-GIRK pretrváva niekoľko dní po injekcii (Padgett et al., 2012).

Behaviorálne koreluje potenciaciu vyvolanú liečivom vo VTA DA bunkách

Ako už bolo spomenuté skôr, účinok nekontinuálneho podávania liečiva na synaptickú plasticitu v neurónoch VTA DA je prechodne exprimovaný, trvajúci aspoň 5, ale menej ako 10 dní a ukázalo sa, že pozitívne koreluje s počiatočným vývojom behaviorálnej senzibilizácie, ale nie s jeho expresiou. (Ungless et al., 2001; Saal a kol., 2003; Borgland a kol., 2004). Na podporu hypotézy, že potenciacia VTA synapsí vyvolaná liečivom predstavuje indukciu behaviorálnej senzibilizácie, podávanie intra-VTA antagonistov glutamátu znižuje a vírusom sprostredkovaná GluR1 up-regulácia zvyšuje lokomotoricky senzibilizujúce vlastnosti liekov (Carlezon et al., 1997; Carlezon a Nestler, 2002). Silný dôkaz zapojenia NMDA receptora obsahujúceho NR2A a B je zabezpečený pozorovaním, že farmakologická inhibícia buď zabraňuje tak rozvoju senzibilizácie, ako aj asociovanému zvýšeniu pomerov AMPA / NMDA vyvolaných kokaínom (Schumann et al., 2009). Avšak myši s cielenou deléciou NR1 alebo GluR1 (selektívne voči neurónom stredného mozgu) alebo globálnou deléciou GluR1 vykazujú intaktnú behaviorálnu senzibilizáciu a napriek tomu vykazujú zhoršené prúdy AMPA receptora po liečbe kokaínom (Dong et al., 2004; Engblom a kol., 2008). Ďalším zákrutom je pozorovanie, že CPP a kondicionované lokomotorické správanie nie je prítomné u GluR1 knockout myší (Dong et al., 2004) a extinkcia kokaínového CPP chýba u myší s GluR1 deléciou zameranou na DA neuróny stredného mozgu (Engblom et al., 2008), zatiaľ čo v NR1 knockoutovaných myšiach je oslabenie CPP kokaínu a expresia senzibilizácie správania behaviorálne oslabená (Engblom et al., 2008; Zweifel a kol., 2008). Je teda možné, že aj pri upozornení na potenciálnu vývojovú kompenzáciu u mutantných myší a / alebo možnú neúplnú deléciu je možné, že nervové procesy riadiace potenciovanie DA neurónov vyvolané liečivom a behaviorálna senzibilizácia sú disociované. Skôr to môže byť to, že potenciacia synapsií VTA môže prispieť k prisudzovaniu stimulačnej závažnosti podnetom spojeným s drogami.

Meranie synaptických zmien po nekontrolovanom podávaní lieku je obmedzené vzhľadom na informovanie o aktuálnom stave ochorenia. Relevantnejšie pre stav človeka sú štúdie, pri ktorých sa merajú zmeny synaptickej plasticity po kontingentnom podávaní liečiva, napr. V tomto ohľade je synaptické posilňovanie VTA DA buniek indukované vlastným podávaním kokaínu jedinečne perzistentné, trvá 3 mesiacov do abstinencie a ukázalo sa, že je rezistentné na extinkčný tréning (Chen et al., 2008). Hoci sa pôvodne predpokladalo, že ide o prechodnú udalosť, zdá sa, že plasticita vyvolaná liekmi vo VTA má schopnosť byť dlhodobá, čo dokazuje, že metóda administrácie (kontingent versus non-contingent) je kritickým faktorom jej dlhovekosti , Toto je podporené pozorovaním, že kontroly v tejto štúdii nevyvolali podobné zvýšenie pomeru AMPA / NMDA; navrhnúť to je učenie cue-odmeny alebo akcie-výsledok združenia, ktorá je hnacou silou plasticity. Na rozdiel od toho, samopodávanie potravy alebo sacharózy za podobných parametrov vedie k zvýšeniu pomerov AMPA / NMDA, ktoré pretrvávajú pre 7, ale nie pre 21 dni do abstinencie, preukázateľne prechodné v porovnaní s tým, čo je vyvolané kokaínom (Chen et al., 2008). Nedostatok pretrvávajúcej potravinovej plasticity demonštruje, že zmena synaptickej sily vyvolanej kokaínom nie je len neurálnou reprezentáciou inštrumentálnych alebo cue-pay vzdelávacích procesov, ktoré sú súčasťou paradigmy operatívnej samosprávy. sama o sebeskôr špecifický účinok na liek, ktorý potenciálne predstavuje patologické posilnenie asociácií liečiv. Ako už bolo spomenuté vyššie, zistilo sa, že podnety predpovedajúce odmenu spôsobujú zvýšenie pomeru AMPA / NMDA vo VTA, aj keď nie tak perzistentné, čo podporuje úlohu tejto modifikácie excitačnej synaptickej funkcie v odmeňovaní (Stuber et al., 2008).

Je zaujímavé, že veľkosť nárastu pomeru AMPA / NMDA je podobná bez ohľadu na počet injekcií (jednorazová vs. násobná)., administračný protokol (kontingent vs. nekontingent) a dĺžka prístupu (obmedzený prístup vs. rozšírený prístup) (Borgland et al., 2004; Chen a kol., 2008; Mameli a kol., 2009). To naznačuje, že zvýšenie pomeru AMPA / NMDA pozorované vo VTA DA bunkách je potenciálne permisívna udalosť, možno signalizujúca „salienciu“ na rozdiel od toho, že predstavuje iniciovanie základnej neuropatológie, ktorá by sa pravdepodobne zvyšovala s pokračujúcou expozíciou.

Plastom vyvolaná plasticita na excitačných synapsiach v NAc

Na rozdiel od VTA jediná injekcia kokaínu nespôsobuje zvýšenie synaptickej sily v NAc pri meraní 24 h neskôr (Thomas a kol., 2001; Kourrich a kol., 2007). Toto pozorovanie a obojsmerný časový harmonogram, ktorý nasleduje s opakovaným podávaním a odňatím dpotvrdzuje, že plastickosť vyvolaná liečivom v NAc sa výrazne líši od plastickosti pozorovanej vo VTA, Naozaj, keď sa podávajú opakované injekcie kokaínu (aby sa indukovala behaviorálna senzibilizácia), pozoruje sa pokles pomeru AMPA / NMDA na synapsiách NAc shell pri meraní 24 h po poslednom podanín (Kourrich et al., 2007). Zdá sa, že táto synaptická depresia z opakovaného kokaínu súvisí s plasticitou VTA; po selektívnom narušení funkcie mGluR1 vo VTA je potom potrebná jediná injekcia kokaínu na vyvolanie rovnakej depresie NAc synapsií (Mameli et al., 2009). Tautori tejto štúdie predpokladajú, že zvýšená excitácia VTA projekcií môže uľahčiť súčasné uvoľnenie DA a glutamátu v NAc prostredníctvom zvýšeného uvoľňovania DA, To môže potom posunúť prah pre indukciu lokálnej plasticity v NAc ovplyvnením excitability obvodu alebo integráciou intracelulárnych signálnych procesov (Mameli et al., 2009).

Funkčný význam depresie NAc synapsií počas akútneho vysadenia je v tomto štádiu nejasný. Jedným možným vysvetlením môže byť, že depresia stredne ťažkých neurónov NAc (MSN) znižuje ich reakciu na prirodzené odmeňovanie stimulov, a tým prispieva k anhedónii, ktorá sa vyskytla počas akútneho vysadenia. Môže sa tiež stať, že pokles pozorovaný v pomere AMPA / NMDA môže byť výsledkom membránovej inzercie NMDA receptorov obsahujúcich NR2B (čím sa zvýši menovateľ pomeru), pretože sa zistí, že nové nové tiché synapsy sa vyskytujú v NAc škrupine pri vystavení kokaínu. (Huang a kol., 2009). Silentné glutamátergické synapsie, ktoré exprimujú funkčné prúdy sprostredkované NMDA receptormi v neprítomnosti prúdov sprostredkovaných receptorom AMPA, majú zvýšenú schopnosť podstúpiť zosilnenie synaptického prenosu (Isaac et al., 1995). Akonáhle sú tieto tiché synapsie vytvorené, môžu uľahčiť prijímanie AMPA receptorov, čím sa zvyšuje excitačný synaptický prenos. To poskytuje možný mechanizmus na vysvetlenie zvýšenia povrchovej hladiny receptorov AMPA a následného pomeru AMPAR / NMDAR pozorovaného v NAc počas protrahovaného vysadenia. (Boudreau a Wolf, 2005; Boudreau a kol., 2007; Kourrich a kol., 2007; Conrad a kol., 2008). NMDA receptory obsahujúce NR2B v NAc sa tiež mohli podieľať na vytváraní asociácií medzi liečivom a kontextom, pretože knockdown tejto podjednotky siRNA zabraňuje CPF morfínu u myší, ale nie senzibilizácii na správanie (Kao et al., 2011).

Na rozdiel od kokaínu vedie opakovaný režim intermitentnej expozície etanolu k potenciovaniu synapsií v reakcii na predtým stimulačný protokol indukujúci LTD, keď sa meria 24 h po poslednej expozícii (Jeanes et al., 2011). Táto potenciacia závislá od NMDA je prechodná, pretože po ďalšom odobratí 48 h sa stratila a LTP ani LTD sa nemohli indukovať (Jeanes et al., 2011). Autori interpretujú takéto výrazné zmeny v plasticite NAc ako indikátor potenciálnej dôležitosti tohto procesu v etanolom indukovaných neuroadaptáciách. Okrem toho, na rozdiel od psychostimulancií, etanol môže pôsobiť na receptory NMDA, a preto má schopnosť priamo ovplyvňovať glutamátergickú signalizáciu.

Synaptická potenciácia pozorovaná v NAc po období vysadenia

Na rozdiel od depresie pozorovanej počas akútneho vysadenia sa potenciacia synapsií NAc shell pozoruje po 10 – 14 dňoch vysadenia z opakovaného podávania kokaínu alebo morfínu (Kourrich et al., 2007; Wu a kol., 2012). Okrem toho, po podaní 7 dní po jednorazovom podaní kokaínu sa zistilo zvýšenie amplitúdy mEPSC, ako aj strata LTP indukovaného vysokofrekvenčnou stimuláciou (HFS) v jadrových i shell NAc neurónoch exprimujúcich dopamín D₁ receptor (Pascoli et al., 2012). Tjeho zmena v schopnosti indukovať synaptickú plasticitu sa označuje ako metaplasticita. Metaflasticita vyvolaná kokaínom sa pozoruje aj po vysadení z kokaínového samoinjikovania. Potkany, ktoré majú kokaín podaný samostatne, po ktorom nasleduje 3 týždne buď extinkcie alebo abstinencie, sa vyznačujú in vivo deficitu v schopnosti vyvinúť LTP v jadre NAc po stimulácii PFC. Toto pozorovanie bolo sprevádzané posunom vľavo vo vstupno-výstupnej krivke, čo naznačuje zosilnenie amplitúdy fEPSP (Moussawi et al., 2009). Potenciacia NAc synapsií je tiež pozorovaná vo forme zvýšených prúdov sprostredkovaných AMPA po dlhšom období abstinencie po samopodaní (Conrad et al., 2008). Tieto údaje naznačujú, že synaptická potenciácia v NAc sa vyvíja buď ako funkcia trvania vysadenia, alebo ako funkcia času od prvého podania kokaínu. Nedávna štúdia podporuje túto interpretáciu, pretože podobné zvýšenie frekvencie mEPSC bolo pozorované v D₁ receptory exprimujúce MSN u myší napriek absencii alebo prítomnosti protrahovanej ochrannej lehoty po opakovanom podávaní kokaínu (Dobi et al., 2011). Zdá sa teda, že udalosti, ktoré vedú k zmenám v glutamátergickom prenose v NAc, si vyžadujú určitý čas na vývoj.

Príspevok špecifických podjednotiek AMPA receptora k tejto zmene sa líši v závislosti od štádia abstinencie a spôsobu podávania; 10 – 21 dní do vysadenia z pasívneho aj samodávkového podávania AMPA receptory obsahujúce GluR2 sa zdajú byť zodpovedné za zmeny v prenose AMPA (Boudreau a Wolf, 2005; Boudreau a kol., 2007; Kourrich a kol., 2007; Ferrario a kol., 2010) zatiaľ čo po 21 dňoch sa do synapsií pridávajú GluR2-chýba AMPA receptory. Zdá sa, že tento posledný nález nastáva len vtedy, keď sa kokaín podáva samostatne (Conrad et al., 2008; McCutcheon a kol., 2011), hoci pozri (Mameli et al., 2009). Vzhľadom na zvýšenú vodivosť receptorov AMPA, ktorým chýba GluR2, sa môže stať, že k ich zavedeniu dochádza v reakcii na depresiu synapsií NAc spôsobených vlastným podávaním kokaínu, čo má za následok zvýšenú citlivosť MSN na excitačné vstupy, ktoré spúšťajú hľadanie kokaínu v budúcnosti. Blokovanie receptorov AMPA s nedostatkom GluR2 v NAc skutočne zabraňuje expresii inkubovaného kokaínového testu indukovaného cue (Conrad et al., 2008) a vyhľadávanie kokaínu indukované buď AMPA alebo kokaínom je tiež blokované injekciami antisense oligonukleotidov mRNA GluR1 do NAc (Ping et al., 2008).

Drogová výzva po odňatí vracia synaptickú potenciáciu na depresiu

Zvýšenie synaptickej sily a povrchová expresia AMPA receptorových podjednotiek indukovaných kokaínom v NAc po vysadení z nekontingentného podávania je následne zvrátené po podaní ďalších injekcií kokaínu (re-challenge) (Thomas et al., 2001; Boudreau a kol., 2007; Kourrich a kol., 2007; Ferrario a kol., 2010). Synaptická depresia je teda opäť pozorovaná v NAc shell pri meraní 24 h po tejto injekcii kokaínu (Thomas et al., 2001), hoci pozri (Pascoli et al., 2012). Zdá sa, že toto správanie koreluje s expresiou senzibilizácie a aspoň v prípade amfetamínu sa ukázalo, že je sprostredkovaný klatrínom a závisí od endocytózy závislej od GluR2 postsynaptických receptorov AMPA (Brebner et al., 2005). Zníženie povrchovej expresie AMPA receptorov po kokaínovej výzve je prechodné, pretože v priebehu dní 7 sa povrchová expresia obnoví na hladiny porovnateľné s potkanmi bez predchádzajúcej liečby kokaínom (Ferrario et al., 2010). Zdá sa teda, že história vystavenia kokaínu a jeho vysadenia môže ľahko zmeniť smer synaptickej plasticity v NAc.

Nedávno sa uskutočnila priama súvislosť medzi potenciáciou kortikoakobných synapsií na D₁ buniek pozitívnych na receptory po odňatí 7 dní a expresii senzibilizácie. Ako bolo uvedené vyššie, po 7 dňoch, kedy došlo k vysadeniu jediného podávania kokaínu, sa zistilo, že tieto synapsy sú potencované tak v jadre, ako aj v škrupine (meranej zvýšením amplitúdy mEPSC) a LTP indukované HFS je znížené. To isté nebolo nájdené pre synapsie na D₂ receptorom pozitívnych buniek (Pascoli et al., 2012). Keď sa optogeneticky obráti in vivo pomocou protokolu, ktorý je známy tým, že indukuje LTD, kortiko-akumulačné synapsie na D₁Bunky pozitívne na receptory vykazovali redukované mEPSC a zabránili expresii lokomotorickej senzibilizácie. Dôležité je, že schopnosť HFS indukovať LTP bola obnovená do týchto neurónov (Pascoli et al., 2012), čo dokazuje priamu súvislosť medzi touto konkrétnou synaptickou adaptáciou v kortikoakobných synapsiach a prejavom senzibilizácie na kokaín.

Transkripčné faktory

Transkripčné faktory sú proteíny, ktoré sa viažu na špecifické sekvencie DNA na reguláciu transkripcie génu interakciou s komplexom RNA polymerázy II (Mitchell a Tjian, 1989). Transkripčné faktory môžu byť indukované alebo potlačené v reakcii na environmentálne stimuly, čo vedie k zmenám v génovej expresii a nakoniec k neurónovej funkcii. Mnohé transkripčné faktory boli identifikované pre ich potenciálnu úlohu v závislosti, pretože ich expresia a aktivácia je regulovaná v mezokortikolimbickej dráhe pri vystavení drogám zneužívania. AFosB je jeden taký transkripčný faktor, ktorému bola venovaná zvláštna pozornosť v dôsledku jeho nezvyčajnej stability. AFosB je skrátený variant zostrihu génu FosB a zdieľa homológiu s inými členmi rodiny Fos, vrátane c-Fos, FosB, Fra1 a Fra2, ktoré všetky heterodimerizujú s proteínmi Jun rodiny (c-Jun, JunB alebo JunD) za vzniku transkripčné faktory aktivačného proteínu-1 (AP-1) (Morgan a Curran, 1995). Tieto ďalšie členy rodiny Fos sú rýchlo indukované v striate v reakcii na akútne podávanie psychostimulancií, avšak kvôli ich nestabilite je táto expresia prechodná a v priebehu hodín sa vracia na základné hodnoty (Graybiel et al., 1990; Young a kol., 1991; Hope a kol., 1992). Naopak, AFosB sa akumuluje v striate po chronickom podávaní liečiva a jeho expresia pretrváva niekoľko týždňov po poslednej expozícii lieku (Hope et al., 1994; Nye a kol., 1995; Nye a Nestler, 1996; Pich a kol., 1997; Muller a Unterwald, 2005; McDaid a kol., 2006). Údaje z behaviorálnych experimentov podporujú úlohu AFosB v niektorých trvalých účinkoch spôsobených drogami zneužívania. Nadmerná expresia AFosB v striate vedie k zvýšeným lokomotorickým reakciám na akútny aj chronický kokaín a zvyšuje zosilňujúce vlastnosti kokaínu a morfínu (Kelz et al., 1999; Colby a kol., 2003; Zachariou a kol., 2006), zatiaľ čo inhibícia AFosB spôsobuje opačné účinky na správanie (Peakman et al., 2003). Vzhľadom na jeho schopnosť zvýšiť motivačnú motivačnú schopnosť liekov na zneužívanie, tento transkripčný faktor bol navrhnutý tak, aby predstavoval „molekulárny prepínač“, ktorý uľahčuje prechod na závislosť (Nestler, 2008).

Proteín viažuci element cAMP (CREB) je ďalším transkripčným faktorom, na ktorý sa zameriava značné množstvo výskumov kvôli jeho navrhovanej úlohe v plasticite vyvolanej liečivom (McPherson a Lawrence, 2007). CREB je exprimovaný všadeprítomne v mozgu a môže byť aktivovaný množstvom intracelulárnych signálnych dráh, ktoré kulminujú jeho fosforyláciou na seríne 133 (Mayr a Montminy, 2001). Fosforylovaný CREB (pCREB) stimuluje získavanie CREB-viažuceho proteínu (CBP), ktorý uľahčuje transkripciu rôznych down-stream génov (Arias et al., 1994). pCREB sa rýchlo indukuje v striate po vystavení psychostimulanciám (Konradi et al., 1994; Kano a kol., 1995; Walters a Blendy, 2001; Choe a kol., 2002) a predpokladá sa, že predstavuje homeostatický mechanizmus, ktorý pôsobí proti behaviorálnym reakciám na drogy zneužívania (McClung a Nestler, 2003; Dong a kol., 2006). V súlade s tým, nadmerná expresia CREB v NAc škrupine znižuje odmeňujúce vlastnosti kokaínu v paradigme podmieneného miesta preferencie (CPP), zatiaľ čo opak je pozorovaný pri inhibícii CREB v tejto oblasti (Carlezon et al., 1998; Pliakas a kol., 2001). Podobne, genetické knockdown alebo inhibícia CREB v dorzálnom striatum poskytuje zvýšenú citlivosť na lokomotorické aktivačné vlastnosti psychostimulancií, čím sa pridáva ďalšia podpora tejto hypotéze (Fasano et al., 2009; Madsen a kol., 2012).

Zatiaľ čo údaje z experimentov CPP podporujú myšlienku, že CREB pôsobí ako negatívny modulátor odmeňovania drog, aspoň pokiaľ ide o kokaín, môže ísť o nadmerné zjednodušenie. Mnohé štúdie využívajúce rôzne techniky na zmenu funkcie CREB v NAc škrupine ukázali, že inhibícia CREB znižuje zosilnenie kokaínu v paradigme self-administration (Choi et al., 2006; Green a kol., 2010; Larson a kol., 2011), zatiaľ čo posilňovanie kokaínu je zosilnené nadmernou expresiou CREB v tomto regióne (Larson et al., 2011). Tieto odlišné zistenia sú pravdepodobne spôsobené základnými rozdielmi medzi inštrumentálnymi a Pavlovovskými kondičnými postupmi, ako aj dobrovoľnými vs, nedobrovoľné podávanie liekov. CPP zahŕňa procesy asociatívneho učenia a predpokladá sa, že je nepriamym meradlom hedonických vlastností liečiva namiesto posilňovania liečiva sama o sebe (Bardo a Bevins, 2000). Dobrovoľné podávanie liekov môže byť ovplyvnené množstvom emocionálnych faktorov a schopnosťou CREB aktivity v NAc znížiť reakcie na anxiogénne stimuly (Barrot et al., 2002) a zmierniť depresívne správanie (Pliakas et al., 2001) by mohli ovplyvniť sklon k podávaniu drogy samostatne. Zaujímavé je, že delécia CREB z PFC vedie k zníženej motivácii samo-podania kokaínu (McPherson et al., 2010), čo dokazuje, že účinok manipulácie CREB na správanie sa líši aj pre rôzne oblasti mozgu. Toto možno nie je prekvapujúce, pretože transkriptóm CREB sa výrazne líši podľa typu bunky (Cha-Molstad et al., 2004) a preto by bolo dôležité identifikovať zmeny v expresii génov, ktoré sa vyskytujú v smere CREB, ktoré prispievajú k týmto fenotypom. Ďalšie komplikácie sú pozorovania, že CREB v NAc škrupine je nevyhnutný pre nikotín CPP (Brunzell et al., 2009), čo poukazuje na to, že mechanizmy, ktoré sú základom podmienenej odmeny za nikotín, sa odlišujú od mechanizmov, ktoré sú základom kokaínu a morfínu, ktoré sú obe zosilnené inhibíciou CREB v NAc škrupine (Carlezon et al., 1998; Pliakas a kol., 2001; Barrot a kol., 2002).

Epigenetické mechanizmy

Epigenetika má celý rad definícií, ale v neurovedy sa bežne definuje ako zmeny v expresii génov, ku ktorým dochádza prostredníctvom modulácie chromatínu, ktoré nie sú spôsobené zmenami v základnej sekvencii DNA (McQuown a Wood, 2010). Chromatín opisuje stav DNA, keď je zabalený v bunke. Základnou opakujúcou sa jednotkou chromatínu je nukleozóm, ktorý sa skladá z párov báz 147 DNA obalených okolo oktaméru zloženého z párov štyroch jadier histónov (H2A, H2B, H3 a H4) (Luger et al., 1997). Amíno-terminálne konce týchto histónových jadier môžu podstúpiť rad post-translačných modifikácií vrátane acetylácie, metylácie, fosforylácie, ubikvitinácie a sumoylácie (Berger, 2007). Prídavok a odstránenie týchto funkčných skupín z histónových zvyškov sa uskutočňuje veľkým množstvom enzýmov modifikujúcich histón, vrátane acetyltransferáz, deacetyláz, metyltransferáz, demetyláz a kináz (Kouzarides, 2007). Tieto modifikácie histónov slúžia na signalizáciu náboru transkripčných faktorov a iných proteínov podieľajúcich sa na transkripčnej regulácii a na zmenu konformácie chromatínu tak, aby DNA bola viac alebo menej prístupná transkripčnému zariadeniu (Strahl a Allis, 2000; Kouzarides, 2007; Taverna a kol., 2007). Epigenetické mechanizmy preto predstavujú dôležitý prostriedok, ktorým môžu stimuly pre životné prostredie regulovať expresiu génov a nakoniec správanie.

Modifikácia chromatínu bola nedávno uznaná ako dôležitý mechanizmus, ktorý je základom zmien plastickosti a správania vyvolaných liečivami (Renthal a Nestler, 2008; Bredy a kol., 2010; McQuown a Wood, 2010; Bludisko a Nestler, 2011; Robison a Nestler, 2011). Prvým dôkazom toho boli pokusy Kumara a kolegov, ktorí použili chromatínovú imunoprecipitačnú skúšku (ChIP) na preukázanie, že kokaín indukuje modifikácie histónov v špecifických promótoroch génov v striate (Kumar et al., 2005). Konkrétne akútne podávanie kokaínu viedlo k hyperacetylácii H4 cFos promótor, zatiaľ čo chronické podávanie malo za následok hyperacetyláciu H3 BDNF a Cdk5 promotéri. Acetylácia histónov zahŕňa enzymatický prenos acetylovej skupiny na základný N-koncový koniec histónu, ktorý neutralizuje elektrostatickú interakciu medzi histónom a negatívne nabitou DNA, čím sa stáva prístupnejšou pre transkripčný aparát (Loidl, 1994). To je v súlade so schopnosťou kokaínu zvýšiť expresiu Fos rodiny transkripčných faktorov akútne (Graybiel et al., 1990; Young a kol., 1991), zatiaľ čo BDNF a Cdk5 sú indukované len pri chronickej expozícii (Bibb et al., 2001; Grimm a kol., 2003).

Hyperacetylovaný stav histónu môže byť tiež dosiahnutý experimentálne podaním inhibítorov históndeacetylázy (HDAC) a tieto lieky boli použité na skúmanie účinkov globálneho zvýšenia acetylácie histónov na behaviorálne reakcie na drogy zneužívania. Systémové podávanie HDAC inhibítorov synergicky zvyšuje hyperacetyláciu pozorovanú v odpovedi na kokaín v striate (Kumar et al., 2005), a to potencuje kokaínom indukovanú lokomóciu a odmenu za kokaín (Kumar et al., 2005; Sun a kol., 2008; Sanchis-Segura a kol., 2009). Inhibícia HDAC môže tiež zvýšiť lokomotorickú senzibilizáciu na etanol a morfín a uľahčiť morfín CPP (Sanchis-Segura et al., 2009Zistilo sa však, že inhibítory HDAC tiež zabraňujú vzniku senzibilizácie na jedinú expozíciu morfínu (Jing et al., 2011), a znížiť motiváciu samoregulácie kokaínu (Romieu et al., 2008). Tieto kontrastné nálezy môžu odrážať rozdiely v aplikačných protokoloch, a čo je dôležité, demonštrujú, že inhibítory HDAC neprispôsobujú bez ohľadu na správanie reakcie na lieky za všetkých podmienok.

Vzhľadom na ich permisívny účinok na transkripciu génu môžu inhibítory HDAC tiež pôsobiť na uľahčenie určitých typov učenia (Bredy et al., 2007; Lattal a kol., 2007). Nedávno sa preukázalo, že podávanie inhibítora HDAC po opätovnom vystavení sa prostrediu, ktoré bolo predtým kokaínom spárované prostredie, môže uľahčiť extinkciu CPP indukovaného kokaínom, a to pravdepodobne súvisí so zvýšenou acetyláciou histónového H3 v NAc (Malvaez et al., 2010). Infúzia inhibítora HDAC suberoylanilid kyseliny hydroxámovej (SAHA) priamo do NAc počas fázy kondicionovania CPP zvyšuje podmienenú odmenu za kokaín (Renthal et al., 2007), čo naznačuje, že inhibícia HDAC v tejto oblasti môže uľahčiť učenie sa učenia a extinkcie súvisiace s odmenou v závislosti od kontextu, v ktorom sa liek podáva. Ďalšie experimenty odhalili úlohu HDAC5 a endogénneho HDAC exprimovaného vysoko v NAc pri modulácii odmeny kokaínu. Podávanie kokaínu zvyšuje funkciu HDAC5 reguláciou jeho defosforylácie a následného jadrového dovozu a defosforylácia HDAC5 v NAc zhoršuje vývoj kokaínového CPP (Taniguchi et al., 2012). Podobne, nadmerná expresia HDAC5 v NAc počas fázy kondicionovania CPP zmierňuje odmenu kokaínu a tento účinok je zvrátený po expresii mutantnej formy HDAC5 v NAc (Renthal et al., 2007). Je možné, že HDAC5 uplatňuje tieto účinky inhibíciou transkripcie génu indukovanej liečivom, ktorá normálne zvyšuje odmeňujúce vlastnosti kokaínu.

Analýzou chromatínových modifikácií, ktoré sa vyskytujú v NAc v dôsledku vystavenia kokaínu v celej genóme, sa zistilo množstvo chromatínových modifikácií v promótorových oblastiach génov v smere prúdu CREB a AFosB (Renthal et al., 2009). Táto analýza tiež odhalila up-reguláciu dvoch sirtuínov, SIRT1 a SIRT2, čo sú proteíny, ktoré majú HDAC aktivitu a môžu tiež deacetylovať iné bunkové proteíny (Denu, 2005). Indukcia SIRT1 a SIRT2 je spojená so zvýšenou acetyláciou H3 a zvýšenou väzbou AFosB na ich génových promótoroch, čo naznačuje, že ide o downstream ciele AFosB (Renthal et al., 2009). Predpokladá sa, že up-regulácia SIRT1 a SIRT2 má behaviorálny význam; sirtuíny znižujú excitabilitu NAc MSN in vitroa farmakologická inhibícia sirtuínov znižuje odmenu za kokaín, zatiaľ čo ich aktivácia zvyšuje odmeňovanie reakcií na kokaín (Renthal et al., 2009).

Okrem funkčnej úlohy HDAC genetické štúdie tiež odhalili úlohu histón acetyltransferáz (HAT) pri sprostredkovaní niektorých behaviorálnych reakcií na drogy zneužívania. Pravdepodobne najdôležitejším mechanizmom, ktorým je CBP schopný zvýšiť transkripciu génu, je jeho vlastná aktivita HAT (Bannister a Kouzarides, 1996), a nedávne zistenia implikujú HAT aktivitu CBP v niektorých epigenetických zmenách, ktoré vyplývajú z expozície lieku. V reakcii na akútny kokaín sa CBP rekrutuje do. \ T FosB promótor, kde acetyluje histón H4 a zvyšuje expresiu FosB (Levine et al., 2005). U myší, ktoré sú pre CBP nedostatočné, sa do promótora získa menej CBP, čo vedie k zníženej acetylácii histónov a expresii FosB. To tiež zodpovedá menšej akumulácii AFosB v striate a nie je prekvapujúce, že tieto myši vykazujú zníženú senzibilizáciu v reakcii na kokaínovú výzvu (Levine et al., 2005). V poslednom čase skúmali pri použití rekombinačného systému cre-lox Malvaez a jeho kolegovia úlohu aktivity CBP, ktorá sa špecificky nachádza v NAc pri transkripcii a správaní génov vyvolanom kokaínom (Malvaez et al., 2011). Bolo publikované, že cielená delécia CBP v NAc viedla k zníženej acetylácii histónov a expresii c-Fos a zhoršenej lokomotorickej aktivácii v reakcii na akútny aj chronický kokaín (Malvaez et al., 2011). U týchto myší sa tiež inhibovala kompenzovaná odmena kokaínu, čo poskytlo prvý dôkaz, že CBP aktivita v NAc je dôležitá pre tvorbu spomienok spojených s liečivami (Malvaez et al., 2011).

Nedávno experimenty z laboratória Kandel odhalili, že epigenetické mechanizmy môžu byť základom hypotetickej schopnosti nikotínu pôsobiť ako „vstupná droga“. Myši chronicky predbežne ošetrené nikotínom pred expozíciou kokaínu vykazovali zvýšenú pohybovú senzibilizáciu a odmenu za kokaín v porovnaní s myšami, ktoré neboli predtým liečené nikotínom (Levine et al., 2011). Okrem toho predliečenie nikotínom viedlo k zvýšenej depresii LTP v excitačných synapsiách v jadre NAc vyvolanej kokaínom, čo je účinok, ktorý nebol pozorovaný u samotného nikotínu. Analýza modifikácií histónov indukovaná expozíciou 7-dňovým nikotínom odhalila zvýšenú acetyláciu H3 a H4 pri FosB promótor v striate, účinok, ktorý nebol taký výrazný v reakcii na 7-denné podávanie kokaínu. Aktivita HDAC bola znížená v striate myší liečených nikotínom, ale nezmenená u myší liečených kokaínom. Je pozoruhodné, že infúzia inhibítora HDAC priamo do NAc dokázala napodobniť účinky predbežnej liečby nikotínom pri zosilnení účinkov kokaínu. Žiadna z týchto zmien sa nepozorovala, keď sa myši pred nikotínom liečili kokaínom, čo potvrdzuje časovú špecifickosť týchto účinkov. Táto elegantná sada experimentov priniesla možné epigenetické vysvetlenie, prečo fajčenie cigariet takmer vždy predchádza užívaniu kokaínu v ľudskej populácii (Kandel, 1975; Kandel a kol., 1992).

Okrem acetylácie histónov bola nedávno tiež rozpoznaná histónová metylácia ako behaviorálne relevantná chromatínová modifikácia indukovaná návykovými látkami (Laplant et al., 2010; Maze a kol., 2010, 2011). Metylácia histónu zahŕňa enzymatické pridanie jednej, dvoch alebo troch metylových skupín k lyzínovým alebo arginínovým zvyškom na N-konci histónových koncov a je spojené buď s transkripčnou aktiváciou alebo represiou, v závislosti od povahy modifikácie (Rice a Allis). , 2001). Prvé štúdie skúmajúce metyláciu histónov indukovanú kokaínom viedli k identifikácii dvoch histónových metyltransferáz, G9a a proteínu podobného G9a (GLP), ktoré boli trvalo znížené v NAc 24 h po expozícii kokaínu a kokaínu samostatne. - podávanie (Renthal et al., 2009; Maze a kol., 2010). Táto down-regulácia bola spojená s podobným poklesom histónového H3 lyzínu 9 (H3K9) a 27 (H3K27) metylácie. Následne sa preukázalo, že nadmerná expresia G9a v NAc znižuje expresiu vybraných génov indukovanú kokaínom, znižuje odmenu kokaínu meranú CPP a inhibuje zvýšenie dendritickej hustoty chrbtice normálne pozorované v reakcii na opakovaný kokaín (Maze et al., 2010). Opak nastal, keď bola inhibovaná expresia G9a v NAc, čo viedlo k zvýšenej dendritickej hustote chrbtice a zvýšenej odmene kokaínu. Existujú dôkazy, že tieto kokaínom indukované zmeny v expresii G9a a následné zníženie H3K9 a H3K27 sú regulované AFosB (Maze et al., 2010). Tieto experimenty spoločne identifikovali dôležitú úlohu metylácie histónov G9ou v niektorých dlhodobých behaviorálnych a biochemických dôsledkoch opakovanej expozície kokaínu.

Nedávno sa ukázalo, že trimetylácia histónu H3 lyzínu 9 (H3K9me3), ktorý bol predtým považovaný za relatívne stabilnú heterochromatickú značku, bola dynamicky regulovaná v NAc akútnou a chronickou expozíciou kokaínu (Maze et al., 2011). Opakovaný kokaín vyústil do pretrvávajúcich poklesov väzby represívneho H3K9me3, ktorý bol obzvlášť obohatený v nekódujúcich genómových oblastiach (Maze et al., 2011). Tieto počiatočné zistenia naznačujú, že opakovaná expozícia kokaínu môže viesť k vylúčeniu určitých retrotranspozovateľných prvkov v neurónoch NAc a bolo by veľmi zaujímavé zistiť, aké sú tieto nové epigenetické adaptácie.

Vzhľadom na pretrvávajúci charakter závislosti nedávny výskum skúmal aj úlohu metylácie DNA, ktorá je stabilnejšou epigenetickou adaptáciou v porovnaní s modifikáciou histónov. Metylácia DNA zahŕňa pridanie metylových skupín k cysteínovým bázam v DNA a je všeobecne asociovaná s transkripčnou represiou (Stolzenberg et al., 2011). Analýza mozgov potkanov, ktorí dostali pasívne injekcie kokaínu počas 7 dní, alebo že kokaín podávaný samostatne počas dní 13 odhalil down-reguláciu DNA metyltransferázy DNMT3a v NAc 24 h po poslednej expozícii kokaínu (Laplant et al., 2010). Naopak, po väčšej chronickej expozícii kokaínu (ako pasívnej, tak aj samoliečivej počas 3 týždňov alebo viac) a 28 deň vysadenia, \ t dnmt3a Zistilo sa, že mRNA bola významne zvýšená v NAc (Laplant et al., 2010). Inhibícia metylácie DNA / DNMT3a špecificky v NAc ukázala, že zvyšuje CPP aj lokomotorickú senzibilizáciu na kokaín, zatiaľ čo opak bol pozorovaný po nadmernej expresii DNMT3a v tejto oblasti. Inhibícia DNMT3a v NAc tiež zabraňovala zvýšeniu dendritickej hustoty chrbtice vyvolanej kokaínom (Laplant et al., 2010). Význam behaviorálnych zmien kokaínom indukovaných zmien v hustote NAc chrbtice ešte nie je celkom známy. Manipulácie, ktoré inhibujú indukciu indukcie vyvolanú liečivom, ukázali, že znižujú odmeňujúce vlastnosti kokaínu (Russo et al., 2009; Maze a kol., 2010); iné štúdie však zistili, že inhibícia spinogenézy zvyšuje odmenu kokaínu (Pulipparacharuvil et al., 2008; Laplant a kol., 2010). Zdá sa, že kokaín vyvoláva vysoko komplexnú reguláciu rôznych dendritických spinov v priebehu expozície a vysadenia (Shen et al., 2009) sa predpokladá, že tieto rozdiely môžu závisieť od typu dendritických spinov, ktoré sú zmenené (Laplant et al., 2010).

Z experimentov opísaných v tomto texte je zrejmé, že regulácia transkripčného potenciálu buniek indukovaná liečivom je kľúčovým mechanizmom ovplyvňujúcim behaviorálne reakcie na drogy a učenie súvisiace s odmenou. Dôležitým ďalším krokom by bolo identifikovať, ktoré z týchto epigenetických zmien sú najvýznamnejšie pre stav závislosti od ochorenia u ľudí. Vzhľadom na to, že samotná expozícia drogám je nedostatočná na to, aby vyvolala „závislosť“ u ľudí aj zvierat, začlenenie modelov, ktoré viac merajú behaviorálne znaky závislosti, ako napríklad nutkavé užívanie drog a relaps, budú mať významnú hodnotu.