Zaužitje saharoze povzroča hitro prodajo AMPA receptorjev (2013)

J Neurosci. Avtorski rokopis; na voljo v PMC Oct 3, 2013.
Objavljeno v končni obliki:
Založnikova končno urejena različica tega članka je na voljo brezplačno na J Neurosci
Oglejte si druge članke v PMC quote objavljeni članek.

Minimalizem

Mehanizmi, s katerimi naravne nagrade, kot je sladkor, vplivajo na sinaptični prenos in vedenje, so večinoma neraziskane. Tu raziskujemo regulacijo sinaps, ki vsebujejo jedro, z vnosom saharoze. Prejšnje študije so pokazale, da je trgovanje z receptorji AMPA glavni mehanizem za uravnavanje sinaptične moči in to in vitro, promet z receptorji AMPA, ki vsebujejo podenoto GluA1, poteka z dvostopenjskim mehanizmom, ki vključuje ekstrasynaptični in nato sinaptični transport receptorjev. Poročamo, da je pri podganah večkratno zaužitje raztopine saharoze 25% prehodno povišalo spontano gibanje in potenciralo osnovna sinapse z vključitvijo Ca2+-prepustni receptorji AMPA (CPAR), ki vsebujejo GluA1 in nimajo GluA2 receptorjev AMPA. Študije elektrofizioloških, biokemičnih in kvantitativnih elektronskih mikroskopov so pokazale, da je trening saharoze (7 dni) povzročil stabilno (> 24 ur) intraspinozno populacijo GluA1 in da je pri teh podganah en sam dražljaj saharoze hitro (5 min), a začasno (<24 ur) povišal GluA1 na ekstrasinaptičnih mestih. Potrebni so bili CPAR in dopaminski receptorji D1 in vivo za povišano gibanje po zaužitju saharoze. Pomembno je, da 7-dnevni protokol vsakodnevnega zaužitja raztopine 3% saharina, kaloričnega sladila, inducira sinaptični GluA1 podobno kot zaužitje saharoze 25%. TUgotovitve so pokazale večstopenjsko trgovino z GluA1, ki je bila prej opisana in vitro, kot mehanizem za akutno regulacijo sinaptičnega prenosa vivo z naravno nagradno nagrado. Trgovanje spodbuja kemosenzorska pot, ki ni odvisna od kalorične vrednosti saharoze.

Predstavitev

Prekomerna poraba saharoze je pomemben javnozdravstveni problem (Hu in Malik, 2010), vendar mehanizmi, s katerimi naravne, orozne nagrade, kot je saharoza, uravnavajo sinaptični prenos, da vplivajo na vedenje, niso znani. Sinaptična plastičnost v jedru jezgre, sestavni del sklopa nagrad možganov (Sesack in Grace, 2010), prispeva k številnim oblikam motiviranega vedenja, vključno z učenjem nagrajevanja (Dan in Carelli, 2007), odzivi na socialni stres (LaPlant et al., 2010) in patologije odvisnosti (Luscher in Malenka, 2011). Ponavljajoča se izpostavljenost kokainu povzroča sinaptično plastičnost v nevronih okolij in ventralno tegmentalnem območju (VTA) (Brebner in sod., 2005; Grueter et al., 2010; Mameli et al., 2009; Pascoli in sod., 2012; Thomas et al., 2001; Ungless et al., 2001). Po daljšem dostopu do uporabe kokaina, ki mu sledi daljši umik, se sinapse potencirajo z vključitvijo Ca2+-prepustni glutamatski receptorji tipa AMPA, ki jim primanjkuje GluA2 (CPARs), katerih signalizacija posreduje inkubaciji hrepenenja po kokainu (Conrad et al., 2008; McCutcheon in sod., 2011a). Podobno kot kokain tudi orozne nagrade, kot je saharoza, močno povišajo dopamin (Smith, 2004), toda indukcija nagradne plastičnosti akumulatorjev ni bila raziskana.

AMPA receptorji (AMPAR) so primarni mediatorji ekscitacijskega prenosa osrednjega živčnega sistema, njihova trgovina pa prispeva k različnim nevronskim procesom, vključno z učenjem in spominom (Nedelescu in sod., 2010; Rumpel in sod., 2005; Whitlock in sod., 2006). AMPAR so sestavljene iz štirih različnih podenot GluA1-4. AMPAR, ki vsebujejo GluA2, so Ca2+-propustna in prometno sestavljena za sinapse, medtem ko receptorji, ki primanjkujejo GluA2 (CPARs), ki so večinoma domobranci GluA1, izvajajo Ca2+ in kažejo notranje popravljanje. GluA1 je pod vplivom dejavnosti odvisen od sinaptičnega trgovanja po dvostopenjski poti, pri kateri ser 845 fosforilacija s cAMP-odvisno proteinsko kinazo (PKA) in cGMP-odvisna protein kinaza II (cGKII) spodbuja kopičenje receptorjev na ekstrasynaptičnih mestih v plazemski membrani (Esteban in sod., 2003; Serulle in sod., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005). Po lateralni difuziji v sinapsi fosforilacija Ser 818 s PKC stabilizira AMPAR v sinapsi (Boehm et al., 2006), zasidrana na postsinaptično gostoto (Ehlers et al., 2007; Oh et al., 2006; Serulle in sod., 2007). Kot2+fosforilacija ser 567 in ser 831 odvisna od kalmodulina odvisna od proteina kinaze II (CaMKII) prispeva tudi k sinaptični vključitvi in ​​ekstrasynaptičnemu targetiranju (Lu et al., 2010; Roche et al., 1996), oz. Ni pa znano, ali vivo vključitev CPAR uporablja te opisane hitre, večstopenjske mehanizme in vitro.

Za raziskovanje mehanizmov, s pomočjo katerih orozne nagrade, kot je saharoza, uravnavajo akcitivne ekscitacijske sinapse, smo uporabili paradigmo kratkega zaužitja saharoze in izmerili spremembe v sinaptičnem prenosu v nevronih. Opažamo, da ponavljajoče zaužitje saharoze potencira sinapse z vključitvijo CPAR-jev in da pri živali, trenirani s saharo, en sam dražilnik saharoze zadostuje za sprožitev hitrega prometa z GluA1 na ekstrasinaptična mesta. Ker je saharin, ne-kalorično sladilo, povzročil sinaptično trgovino podobno saharozi, je trgovanje odziv na orozne in ne kalorične poti. Poleg tega je blokada CPAR preprečila povečanje spontane lokomotorne aktivnosti, ki jo povzroča saharoza vivo, nadaljnjo identifikacijo akarnih CPAR kot pomembnih regulatorjev odzivov na naravne nagrade.

Materiali in metode

Predmeti in kirurški posegi

Preiskovanci so bili moški podgane Sprague-Dawley (Taconic; vedenjski poskusi), ki so ob prihodu tehtali grame 150 – 300, in samice podgane EXPUMX noseče podgane Sprague-Dawley (Taconic; poskusi s celičnimi kulturami). Podgane so bile nameščene 18 na kletko za vedenjske poskuse v ciklu svetlobe in temna svetloba 2h / 12h (prižgejo se pri 12: 18) in so imele dostop do hrane in vode ad libitum ves čas. Vse eksperimentalne postopke je odobril Odbor za institucionalno nego in uporabo živali Univerze v New Yorku, ki so bili izvedeni v skladu s "Načeli laboratorijske oskrbe živali" (številka publikacije NIH 85 – 23).

Trening saharoze in lokomotorne meritve

Podgane so bile v domače kletke zaporedno prepeljane v testno sobo 3 zapored dni v času 2 na dan. Četrti dan steklenice, ki vsebujejo vodo ali 25% saharozo, so bile vnesene skozi pokrov kletke 5 min. Steklenice so nato stehtali. Za vse poskuse so morale podgane v času 1 min zaužiti najmanj 5 g saharoze v roku 3 dni po začetku usposabljanja, da bi jih vključile v študijo; pravzaprav so vse podgane izpolnjevale to merilo. Po odstranitvi steklenice so podgane ostale v preskusni sobi 30 min, preden so jih odpeljali nazaj v živalski objekt. CO je na dan žrtvovanja podgane izgubil nezavest2, obglavljena z giljotino in vzorci tkiva so bili zbrani na ledu. Za lokomotorne poskuse so podgane postavili v merilne komore lokomotorja (Accuscan, Columbus, OH) skupno 35-min. Po 15-min v komori je bila skozi vrh komore vstavljena steklenica z zamaškom kroglice in stabilizirana. Stekleničko so odstranili z vrha komore po 5-min, podgane pa so po odstranitvi steklenice ostale v komori še dodatnih 15-min. Ta postopek se je ponovil enakovredno 7 zaporedne dni. Prevoženo razdaljo smo merili s sistemom VersaMax (Accuscan, Columbus, OH), ki je spremljal aktivnost živali prek mreže infrardečih žarkov 16 × 16, ki prečkajo živalsko kletko (42 × 42 × 30 cm) spredaj nazaj in od leve proti desni . Informacije o stanju žarka, skenirane s hitrostjo 100 krat na sekundo, so bile shranjene na disk. Aktivnost je bila izražena kot ambulantna razdalja, izmerjena v cm med 12 različnimi 3-min zabojniki v 35 min seji (končni koš je bil 2-min).

Vadba saharina

Za primerjavo trgovine z GluA1, ki jo povzroča saharoza, z učinki zaužitja saharina, so bile odrasle moške podgane 12 (250 g) nameščene v živalskem objektu v ciklusu svetlobe in temnosti 12 ur. Vse podgane so nato nastanili v preskusno sobo, tako da so jih prepeljali v testno sobo, pustili ure 2 in jih prepeljali nazaj v objekt za živali. En 4th dan (po dnevih navade 3) so podgane dobile steklenice, ki vsebujejo vodo, saharozo ali saharin. Podgane 4 so imele dostop do steklenice, ki je vsebovala vodo na vrhu kletke, pri čemer je izliv strgal v kletko skozi pokrov. Čas dostopa je bil 5 minut, nato je bila steklenica odstranjena in po 15 min dodatnih podgan so bile prepeljane nazaj v objekt za živali. Podgane 4 so dobile dostop do raztopine saharoze 25%, podgane 4 pa dostop do raztopine saharina 3% (Sweet'n Low). Izmerili smo količino zaužite tekočine. Ta postopek se je ponovil 7 dni. Na 7th dan pitja, takoj po odvzemu steklenic, so podgane žrtvovali in pobrali jedro in nabrali GluA1 nivoje Western blot.

Elektrofiziologija

Podgane so trenirale saharozo, kot je opisano zgoraj, v prozornih plastičnih kletkah in po odstranitvi plastenke na dan 7 so bile anestezirane s ketaminom (100 mg / kg ip) in ksilazinom (10 mg / kg ip) in transkardno perfuzirane s hladno fiziološko raztopino (poskusi mEPSC) ali takoj obglavljeni (poskusi popravljanja). Možgani so bili hitro odstranjeni v umetni cerebrospinalni tekočini (ACSF), sestavljeni iz naslednjega (v mM): za mEPSC poskuse: NaCl (118), KCl (2.5), CaCl2 (3), MgCl2 (1), NaHCO3 (26), NaH2PO4 (1), D-glukoza (10), osmolarnost, prilagojena 325 mOsm in zračena z 95% O2/ 5% CO2 (pH 7.4); za poskuse rektifikacije: 75 saharoza, 87 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO40.5 CaCl2, 7 MgCl2 6 H2O, 25 NaHCO3, 10 dekstroza, mehurčkana z 95% O2 / 5% CO2 (pH 7.4). Koronalne rezine (debelina 300µm), ki vsebujejo jedra jedra, so z vibrotomom (Leica, VT1200S) razrezali v ledeno hladnem ACSF in jih potopljene v ACSF (ACSF, v mM: 124 NaCl, 2.5 KCl, 1.25 NaH2PO42.5 CaCl21.5 MgSO4 7H2O, 26 NaHCO3in 10 dekstroze) <30 min; nato vsaj 1 uro hranite v predinkubatorju rezin pri sobni temperaturi, da omogočite okrevanje. Za eksperimente mEPSC: posamezno rezino smo nato prenesli v snemalno komoro, v kateri je bila potopljena v najlonsko mrežo pri 32 ° C z vgrajenim grelnikom in krmilnikom TC324B (Warner Instruments, CT). Komoro je neprekinjeno perfuziral ACSF s konstantno hitrostjo 2 ml / min. Srednje trničasti nevroni iz jedrnega področja nucleus accumbens so bili identificirani pod vizualnim vodstvom z uporabo infrardeče-diferencialne interferenčne kontrastne video mikroskopije (Hamamatsu C5405) s pokončnim mikroskopom Olympus BX50WI, opremljenim s 40-kratnim vodnim potopnim ciljem. Obližne elektrode (4–6 MΩ), napolnjene z znotrajcelično raztopino pipete, sestavljeno iz (v mM): CsCl (145), HEPES (10), EGTA (0.5) in MgATP (5). Osmolarnost smo s saharozo prilagodili na 290 mOsm, s CsOH pa pH na 7.4. Miniaturni vzbujevalni post-sinaptični tokovi (mEPSC) so bili v prisotnosti bikukulina (10 μM) in tetrodotoksina (1 μM) zabeleženi z ojačevalnikom Axopatch 200B (Molecular Devices, CA) in digitalizirani s strani Digidata 1322A (Molecular Devices, CA). Za poskuse rektifikacije: rezine smo prenesli v snemalno komoro in pretočili (2.0–2.5 ml min-1) z oksigeniranim ACSF pri 33 – 35 ° C, ki vsebuje 50 μm pikrotoksin za izolacijo EPSC. Somatski celocelični posnetki so bili narejeni iz srednjih bodičastih nevronov v napetostni objemki z ojačevalnikom Multiclamp 700B (Molecular Devices) z uporabo video-mikroskopije IR-DIC. Obliži pipete (4 – 6 MΩ) so bili napolnjeni z medcelično raztopino (v mM: 125 Cs-glukonat, 2 CsCl, 5 TEA-Cl, 4 Mg-ATP, 0.3 GTP, 10 fosfokreatin, 10 XEPTA, 0.5 XEPTA, 3.5 XEPTA, -314). Podatke smo filtrirali pri 2 kHz, digitalizirali pri 10 kHz in analizirali s Clampfit 10 (Molekularne naprave). Zunajcelična stimulacija (0.01 – 1 ms, 5 – 150 μA, 0.2 Hz) je bila uporabljena z majhno stekleno bipolarno elektrodo 0.05 – 0.5 mm s snemalne elektrode. Po ~ 10 min osnovnega snemanja smo raztopino, ki vsebuje Naspm (200 μM), vlili v kopel 10 min. Spremembe amplitude EPSC so bile izmerjene pred in po uporabi zdravil pri potencialih −70, -50, -30, 0, + 20, + 40 in + 60 mV. Rektifikacijski indeks (ir) je bil izračunan s popravkom morebitnih premikov potenciala preobrata in izračunan iz naslednje enačbe: ir = (I-70 / 70) / (I+40 / 40), kjer I-70 in I+40 so amplitude EPSC, zabeležene pri –70 mV in + 40 mV.

Subcelularno frakcioniranje in Western blotting

Akumulacije so bile zbrane na ledu, kot je opisano zgoraj. Ko smo jedro in lupino ločili ločeno, smo ločitev potrdili s sondiranjem frakcij sinaptosomov za dopamin β-hidroksilazo, encim, ki ga najdemo v sponkah aksonov do lupine, ne pa v jedru (Sesack in Grace, 2010). Frakcije celih celic, sinaptosomov in PSD smo pripravili, kot je opisano prej (Jordan et al., 2004). Sinaptosomske pelete smo resuspendirali v 200 μl 25 mM Tris z 1% Triton X-100, zibali na 4 ° C za 30-min in centrifugirali pri 13,800 × g za 15-min v mikrocentrifugi do PSD-jev za pelete. Pelete, ki vsebujejo surove PSD, smo resuspendirali v 25 mM Tris z 2% SDS. Frakcije so analizirali Western blot na SDS-PAGE gelih, kot je opisano prej (Jordan et al., 2004). Uporabljena so bila naslednja protitelesa: dopamin β-hidroksilaza (1: 1,000, Abcam), GluA1 (1: 1,000, Millipore), fosfor-ser 845 GluA1 (1: 1,000, Millipore), GluAXNUMlium (XLUMXUMNUMX (2) (1: 1,000, Sigma).

Elektronska mikroskopija

Na dan odvzema tkiva (dan 7 treninga saharoze) so podgane iz testnih skupin 3 (voda, saharoza / voda, saharoza; podgane / testna skupina 3) postavili v merilne komore lokomotorja za 15-min; pri 15-min steklenico uvedli skozi vrh komore. Podgane iz skupine Voda so prejele vodo, podgane v ukrozni skupini pa 25% saharoze, podgane v skupini Saharoza / Voda, ki so 25% saharozo uživale 6 dni, so prejele vodo. Podgane so globoko anestezirali z Nembutalom (50 mg / kg ip) in transkardno perfuzirali s fosfatnim pufrom 0.1 M (pH 7.4), ki vsebuje 4% paraformaldehid in 0.1% glutaraldehid s hitrostjo 50 ml / min med prvim 3-min, nato hitrost 20 ml / min za naslednja 7-min. Tkivo smo pripravili za označevanje posnetkov imunogol (PEG) in posneli slike, kot je opisano prej (Nedelescu in sod., 2010). Imuno oznake so bile razvrščene glede na njihov položaj glede na PSD na asimetričnih sinaptičnih križiščih kot "razcep", "blizu PSD" (znotraj širine 1 PSD od PSD), "pri PSD", "intraspinozno" ali "ekstrasynaptična membrana". vsaka žival, sinapsi 93 so bili vzorci iz jedra okolice. Naključno vzorčenje smo zagotovili z analizo vseh prvih 93 naključno naletelih sinaps, ko smo se sistematično pometali po mreži, nato pa združili enako število sinaps iz vsake od treh živali, ki so bile deležne enakega ante mortem zdravljenja. Opravljeni sta bili dve vrsti kvantifikacije. Eno je bilo oceniti raven imunoreaktivnosti GluR1 z izračunavanjem števila delcev PEG, ki so se pojavili na diskretnih funkcionalnih domenah hrbtenice. Drugi je bil oceniti delež sinaps, označenih na PSD, glede na poljubno število delcev PEG. Celo sinapse, ki jih je označil samo delček 1 PEG, so šteli za označene na podlagi prejšnjega dela, ki je pokazalo specifičnost postopka GluR1-PEG (Nedelescu in sod., 2010). Učinki zdravljenja na delež in raven imuno-označevanja z GluR1 so analizirali z enosmerno ANOVA s načrtovanimi post-hoc primerjavami (Fisher's LSD). Da bi odpravili eksperimentalno pristranskost, so bili podatki trikrat zaslepljeni: en eksperimentator je izvajal vadbo saharoze in vodil evidenco živali v treh testnih skupinah, drugi eksperimentator je ustvaril elektronske mikrografije in vsakemu mikrografu dodelil novo alfanumerično kodo in kodo hranil in trije dodatni eksperimentatorji so pregledali mikrografije in količinsko opredelili delce PEG. Po končani količinski določitvi PEG so eksperimentatorji sklicali, da bi razkrili identitete vsakega mikrografa.

Vsaditev kanil in intrakranialne injekcije

Za dotok Naspm in APV v jezersko jedro smo uporabili intrakranialno injekcijo. Za implantacijo kanilo, kot je opisano prej (Carr et al., 2010), podgane globoko anestezirali s ketaminom (100 mg / kg ip) in ksilazinom (10 mg / kg ip) in pooperativno injicirali z analgetičnim benaminom (1 mg / kg podkožno). Podgane so stereotaksično vsadile z dvema vodilnima kaniloma 26 (PlasticsOne, Roanoke, VA) dvostransko v jezerskem jedru s koordinatami: 1.6 mm pred bregmo; 2.9 mm bočno od sagitalnega šiva, konice usmerjene 8 ° proti srednji črti, 5.6 mm navpično do površine lobanje. Kanile so držali na mestu z zobnim akrilom, vzdržljivost pa je bila vzdrževana z okluzijskim slogom. Za intrakranialne injekcije so bile raztopine Naspm in APV naložene v dve 30 cm dolžine cevi PE-50, pritrjene na enem koncu v brizgalke Hamilton 25-μl, napolnjene z destilirano vodo, na drugem koncu pa na kapsule injektorja z merilnikom 31, ki so podaljšale 2.0 mm onstran vsadljenih vodnikov. Brizge so bile nameščene na dvojnih držalih Harvard 2272 mikroklinske črpalke, ki so v obdobju 0.5 sec oddajale volumne injekcij 100 μl. Minuto po končanem injiciranju so bile injekcije odstranjene s kanadskih injekcijskih kanil, nadomeščeni so bili in živali so bile nameščene v lokomotorne preskusne komore za vadbo saharoze. Po žrtvovanju živali so bili kriogeni odseki možganov analizirani glede lokalizacije kanil; 2 od živali 15 je bil izključen iz študije zaradi nepravilne namestitve kanile.

Statistična analiza

Za poskuse elektronske mikroskopije, imunocitokemije in biotinilacije smo uporabili enosmerno ANOVA, ki ji je sledil Fisherjev post-hoc test. Za elektrofiziologijo so bili uporabljeni dvodelni študentovi t-testi. Za poskuse hiperaktivnosti saharoze smo uporabili dvosmerno ANOVA, ki ji sledijo Fisherjevi post hoc testi.

REZULTATI

Karakterizacija paradigme zaužitja saharoze

Za raziskovanje učinkov naravne nagradne nagrade na sinaptični prenos smo uporabili paradigmo zaužite saharoze (Slika 1A). Triletne zaporedne samce so prepeljali v testno sobo. Četrti dan (prvi dan vadbe) so podgane postavili v lokomotorno merilno komoro. Po 15 minutah merjenja lokomotorne aktivnosti v komori so steklenice, ki vsebujejo vodo (za vodne živali) ali raztopino saharoze 25% (za saharozo), v luknje v pokrovu komore vnesle v merilne komore. Steklenice so odstranili po 5 minutah in merili lokomotorno aktivnost dodatnih 15 minut, preden so bile živali vrnjene v domače kletke. Ta postopek smo ponavljali več dni zapored 7. V nekaterih poskusih je bil trening saharoze razširjen na 8th dan. Ta kratek nepredviden dostop do zelo prijetne rešitve nam je omogočil, da raziščemo akutne in kumulativne učinke vnosa saharoze, saj so živali zanesljivo vsrkale saharozo med oknom dostopa v treh dneh po treningu (Slika 1B). Ti eksperimentalni pogoji so omogočili primerjavo preskusnih skupin takoj po prenehanju zaužitja. Naše merilo za vključitev v študijo je bilo, da podgane v treh dneh po začetku treninga začnejo v obdobju dostopa zaužiti vsaj en gram saharoze; iz študije na podlagi tega merila ni bila izključena nobena žival.

Slika 1  

Ponavljajoče zaužitje saharoze povzroči prehodno zvišanje spontanega gibanja.

Opazili smo, da so v treh dneh po treningu živali saharoze zaužile bistveno več raztopine saharoze, kot vodene živali, ki so zaužile vodo (Slika 1B). Poleg tega opazimo, da v dneh usposabljanja 1 – 6 niso opazili bistvenih razlik v spontanem premikanju (podatki niso prikazani), vendar smo v treh minutah po odvzemu plastenke na dan 7 opazili znatno višino celotne prevožene razdalje pri živalih saharoze v primerjavi z vodnimi živalmi (Slika 1D), ta razlika pa je bila prisotna tudi na dan 8 (Slika 1E). V treh minutah pred vnosom steklenice v katerem koli od testnih dni niso opazili razlik v skupni prevoženi razdalji med vodnimi in saharoznimi živalmi (Slika 1C), kar kaže na povečano gibanje, je bil akutni odziv na zaužitje saharoze, značilno za podgana, trenirana s saharozo, in ne pogojen odziv na lokomotorno komoro. V skladu s to možnostjo je obstajala pomembna pozitivna korelacija med količino porabljene saharoze in skupno prevoženo razdaljo (Slika 1F). Ni bilo razlike v masi živali med skupinami Suharoza in Voda pred ali po dnevih vadbe 7 (podatki niso prikazani).

Zaužitje saharoze povzroči vključitev CPAR

Trening saharoze je pripeljal do prehodnega dviga lokomocije na zadnji dan treninga. Da bi ugotovili, ali so to posledico zaužitja saharoze spremljale elektrofiziološke spremembe v jedru jedra, območja, ki uravnava vedenje nagrajevanja, smo pripravili rezine nukleusnih akumulacij takoj po odvzemu steklenice na dan 7 in jih posneli iz nevronov jezerskega jedra (Slika 2A). Osrednja podregija je vključena v lokomotorne odzive na nagrajevanje dražljajev (Sesack in Grace, 2010). Ugotovili smo, da sta bila amplituda in pogostost spontanih miniaturnih ekscitatorskih postinaptičnih tokov (mEPSC) v akumulacijskem jedru sukroznih živali bistveno večja v primerjavi z vodnimi živalmi (Slika 2B). To je pokazalo, da lahko ponavljajoče uživanje saharoze pozitivno uravnava sinaptični prenos v jedru jedra jedra. Da bi ugotovili, ali je vključitev CPAR imela vlogo pri potenciranju po saharozi, smo z merjenjem EPSC-jev pri različnih membranskih potencialih določili popravljalne indekse za akumulirane jedrne nevroneŠtevilke 2C, 2D in 2E). CPAR se navznoter usmerijo na depolarizirane potenciale zaradi blokade endogene poliamine. V posnetkih z nevronov živali saharoze smo opazili veliko popravljanje, kar kaže nelinearnost v I / V razmerju v primerjavi z vodnimi živalmi (Slika 2E) poleg občutnega povečanja indeksa popravljanja (Slika 2F).

Slika 2  

Po večkratnem zaužitju saharoze se potencirajo jedrne sinapse akumulacij.

Za potrditev zvišanja ravni CPAR po drugi metodi smo posneli iz osrednjih nevronov po vključitvi specifičnega blokatorja CPAR, 1-naftilacetil spermina (Naspm) v kopel. Ugotovili smo, da je Naspm znatno zmanjšal amplitudo EPSC v posnetkih nevronov iz saharoze, ne pa vodnih živali (Številke 3A – C). Poleg tega je po zdravljenju z Naspm razmerje I / V v nevronih živali iz saharoze postalo linearno, kar odraža inhibicijo CPAR v sinapsah saharoze živali, medtem ko po Naspm zdravljenju pri nevronih vodnih živali niso opazili pomembnega učinka na I / V razmerje (Številke 3D). Ti rezultati kažejo, da ponavljajoče zaužitje saharoze sproži vključitev CPAR-jev v sinapsi jedra pristalnice.

Slika 3  

Zaužitje saharoze povzroči vključitev Ca2 + -prepustnih AMPA receptorjev.

Zaužitje saharoze povzroči trgovino z GluA1

CPAR so receptorji AMPA, ki nimajo podenote receptorjev GluA2 AMPA. Tako sinaptična vključitev CPAR najpogosteje vključuje trgovanje s sinaptično aktivnostjo podenote GluA1 (He et al., 2009; Isaac et al., 2007; Liu in Zukin, 2007; Plant in sod., 2006). Da bi potrdili vključitev sinaptičnega CPAR po treningu saharoze, smo raziskali, ali zaužitje saharoze poveča sinaptično izražanje GluA1. Podgane so imele dostop do saharoze, kot je opisano zgoraj, več dni v zaporedju 7. Na dneve 1, 3, 5 in 7 smo izolirali frakcije celotne celice, sinaptosome in postsinaptične gostote (PSD) iz treh možganskih regij: acumbens core (jedro), acumbens shell (lupina) in somatosensory cortex (cortex). Analizirali smo frakcije celotne celice in PSD z Western blotom za izražanje GluA1 in GluA2.

V pregledanih preskusnih dneh nismo ugotovili sprememb v GluA1 ali GluA2 v celovitih celičnih frakcijah akumulacijskih lizatov, kar kaže, da ponavljajoče se uživanje saharoze ne uravnava skupnih ravni teh beljakovin (Številke 4A – C). Vendar pa se je v frakcijah PSD GluA1 na dan 7 v jedru, vendar ne v lupini, znatno povečal, medtem ko se GluA2 v nobeni frakciji ni bistveno spremenil (Številke 4D – 4F in podatki niso prikazani). V prejšnjih preskusnih dneh nismo opazili večjega povečanja GluA1 v akumulacijskih jedrnih PSD frakcijah (Številke 4D – F) in GluA1 ali GluA2 se v nobenem od testnih dni niso spremenile frakcije korteksa PSD (podatki niso prikazani). Zvišan GluA1, zlasti v primerjavi z GluA2, v akumuliranih jedrnih PSD po ponavljajočem se zaužitju saharoze, je v skladu s povečano rektifikacijo, opaženo v akumuliranih jedrnih nevronih, kot je opisano zgoraj.

Slika 4  

Postinaptična gostota GluA1, vendar ne GluA2, se po zaužitju saharoze poveča v jedru jedrnih jezgrov.

Pokazalo se je, da promet z GluA1, odvisen od dejavnosti, prispeva k sinaptični plastičnosti in vitro in tudi vivo (Lu in Roche, 2011). Dokazan je bil hiter večstopenjski mehanizem za trgovino z GluA1 in vitro (Serulle in sod., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005). Do zdaj pa je prispevek tega večstopenjskega mehanizma k sinaptični akumulaciji GluA1 vivo ni bil preizkušen. Da bi ugotovili, ali treniranje saharoze sproži trgovino z GluA1 akutno s pomočjo večstopenjskega mehanizma, smo lokalizirali GluA1 na nukleusih, v katerih so bile shranjene sinapse saharoze in vode, trenirane s pomočjo kvantitativne elektronske mikroskopije. Osrednje tkivo nakopičenih snovi je bilo odvzeto sedmi dan treninga saharoze iz 3 testnih skupin podgan. To so bile podgane, ki: 1) je uživalo vodo za 7 dni (voda), 2) je uživalo saharozo za 7 dni (saharoza) in 3), ki je uživalo saharozo za dneve 6 in vodo na dan 7 (saharoza / voda). Podgane so bile žrtvovane na 7th dan, 5 minut po zaužitju saharoze ali vode. Tako je primerjava dveh testnih skupin, saharoze / vode in saharoze, med seboj in vodnih živali, pokazala časovni razpon postinaptičnih sprememb, ki jih povzroča uživanje saharoze pri podganah, treniranih s saharozo. Izmerili smo GluA1 z oznako imunogold (PEG) v 5 različnih postinaptičnih oddelkih: dendritični citosol hrbtenice (intraspinozni), ekstrasynaptična membrana v plazmi (membrana), PSD, blizu PSD in sinaptična razcepka, pri čemer so zadnji tri oddelke združeni skupaj kot PSD '(Slika 5A). Da bi odpravili pristranskost eksperimentatorjev, so bile identitetne preizkusne skupine elektronskih mikrografov trojno zaslepljene.

Slika 5  

Elektronska mikroskopija razkriva indukcijo večstopenjske trgovine z GluA1 z zaužitjem saharoze.

Tako pri saharozi kot pri saharozi / vodni živali so bile značilno povišane intraspinozne GluA1 glede na vodne živali (Sl. 5B in 5C). To kaže na to, da kronično uživanje saharoze poveča znotrajcelični bazen receptorjev AMPA, ki vsebujejo GluA1, v bližini sinaptičnih mest, receptorjev, ki so lahko na voljo za sinaptično trgovino, in, kar je pomembno, da lahko ta znotrajcelični bazen vztraja več ur 24 po končni porabi saharoze . Nato smo raziskali pomembno vprašanje, ali lahko akutni dražljaj saharoze sproži hitro trgovanje z GluA1. Opazili smo, da se je pri živalih saharoze ekstrahinaptična plazemska membrana GluA1 znatno povečala v primerjavi s saharozo / vodo in vodnimi živalmi (Številki 5B in 5D). Ta ugotovitev kaže, da lahko naravna orosensorna nagrada, ki jo zagotavlja en sam dražljaj saharoze, hitro (<5 min), a prehodno (čas razpada <24 h) dvigne ekstrasinaptično populacijo receptorjev AMPA, ki vsebujejo GluA1, in ustvari labilen bazen, iz katerega receptorji lahko promet do sinapse.

Pomembno, in vitro Študije kažejo, da sinaptična vključitev AMPA receptorjev poteka v korakih 2. Prvič, fosforilacija ser 845, odvisna od glutamata ali dopamina, poviša raven receptorjev na ekstrasynaptičnih mestih v plazemski membrani (Esteban in sod., 2003; Serulle in sod., 2007; Sun et al., 2008; Sun et al., 2005), medtem ko v drugem fosforilacija Ser 818 spodbuja sinaptično inkorporacijo (Boehm et al., 2006). Naša elektronska mikroskopska primerjava živali saharoze z saharozo / vodo in vodnimi živalmi kaže, da je bil prvi korak trgovine z GluA1 opažen in vitro (Makino in Malinow, 2009) poteka tudi hitro trgovanje z ekstrasynaptično membrano vivo po zagotovitvi nagrade za ocenjevanje.

PEG EM je v skladu z zgoraj opisanimi elektrofiziološkimi in biokemijskimi rezultati pokazal, da je vnos saharoze sprožil tudi drugi korak pri vstopu GluA1 v promet receptorja GluA1 v sinago, saj je bila raven imunoreaktivnosti GluA1 pri PSD znatno večja za saharozo v primerjavi z vodnimi podganami, in opazili smo trend povečanja GluA1 v saharozi / vodi v primerjavi z vodnimi podganami (Številki 5B in 5E). Povečanje vrednosti saharoze / vode v živalih je skladno s hitro vključitvijo GluA1, ki razpade s sinaptičnim razpolovnim časom ~ 24 hr, ali s hitro vključitvijo GluA1 in nadomeščanjem s sinaptičnim GluA1 / 2 v podobnem časovnem obdobju. Odstotek sinaps, ki izražajo GluA1 v PSD, je bil bistveno večji tudi pri podganah saharoze v primerjavi z vodnimi podganami (Slika 5F), kar kaže na to, da je GluA1 preprodajal v sinapse, ki prej niso imele GluA1. To tudi nakazuje, da je povečanje amplitude mEPSC, opaženo pri saharoznih podganah, posledica povečanja sinaptičnega GluA1 in da je povečanje frekvence mEPSC lahko posledica rekrutiranja GluA1 v prej tihe kopične sinapse, čeprav potenciranja sproščanja glutamata ni mogoče zavreči. Izmerili smo tudi število sinaps v vsaki od treh testnih skupin, da bi ugotovili, ali je sinaptogeneza povzročila zaužitje saharoze; med tremi testnimi skupinami ni bilo razlik (podatki niso prikazani). Sklepamo, da večkratno zaužitje saharoze dvigne stabilen (> 24 ur) intraspinozni bazen GluA1, en sam saharozni dražljaj paroha, ki je treniran za saharozo (6 dni), pa zadostuje za hitro (5 minut) dvigovanje GluA1 v ekstrasinaptični plazemski membrani, potencialno risanje receptorjev iz intraspinoznega bazena. Predlagamo, da je del teh ekstrasinaptičnih receptorjev stabilno vključen v PSD, kar vodi do opaženega indeksa rektifikacije in sprememb PSD GluA1, preden se zunajsunaptični bazen vrne na izhodišče po 24 urah po stimulaciji. Ti rezultati razkrivajo, da lahko naravna nagrada akutno povzroči hitro trgovanje z GluA1 pri izurjeni živali.

Za povečano gibanje po zaužitju saharoze je potrebna CPAR aktivnost

Srednje bodičasti nevroni prejemajo tako dopaminergične kot glutamatergične vnose (Calabresi in sod., 1992). Da bi ocenili vpletenost glutamatne signalizacije v povišano spontano gibanje, ki smo ga opazili po zaužitju saharoze pri podganah s treniranimi sakrozami, smo implantirali kanile v prisilno jedro podgan in usposobili živali v lokomotornih merilnih komorah, kot je opisano zgoraj. Na dan 8 vadbe za saharozo smo vbrizgali Naspm v jedro pred namestitvijo v testno komoro lokomotorja. Vbrizgavanje je zmanjšalo skupno prevoženo razdaljo živali iz saharoze in odpravilo razliko med saharozo in vodnimi živalmi, opaženo takoj po odvzemu plastenke (Slika 6A). Da bi preverili, da stres zaradi ravnanja z živalmi ni vplival na odziv saharoze, smo naslednji dan (dan 9 treninga saharoze) vbrizgali fiziološko raztopino v jedro; ponovno so opazili pomembno hiperaktivnost pri živalih saharoze takoj po odvzemu plastenke (Slika 6B). To dokazuje, da je Naspm posebej zaviral dvig lokomocije, ki ga povzroča saharoza. Vbrizganje antagonista NMDAR, APV, v jedro v naslednjih dneh je odpravilo tudi razliko med saharozo in vodnimi živalmi (Slika 6C), kar dokazuje, da so NMDAR potrebni tudi za dvig spontane lokomocije po zaužitju saharoze. Da bi ugotovili, ali je pogojni odziv na preskusno komoro imel vlogo pri indukciji hiperaktivnosti, so bile živali nameščene v komoro 35 min, ne da bi vstavili steklenico; niso opazili nobenih razlik v prevoženi razdalji med saharoznimi in vodnimi živalmi (Slika 6D). Naspm in APV nista vplivala na porabo saharoze (Slika 6E), kar dokazuje, da jedro CPAR in NMDAR niso potrebni za močan vnos saharoze. Živali, pri katerih kanelule niso bile postavljene v živahno jedro (2 od živali 15), kot je bilo ocenjeno po žrtvovanju (Slika 6F), niso bili vključeni v študijo. Na koncu ti podatki skupaj dokazujejo, da poraba saharoze, ki jo podgana, trenirana s saharo, povzroči sinaptično trgovino z GluA1 v minutah 5 in da blokada signalnih mehanizmov, ki nadzorujejo to trgovino, prepreči povečanje spontane lokomotorne aktivnosti po saharozi.

Slika 6  

Povečano spontano gibanje po zaužitju saharoze zahteva CPAR in NMDAR.

Predvideni sta dve poti za signalizacijo saharoze. Ena, strogo kemosenzorična ali orosensorna pot, se začne s vezavo saharoze na receptor za sladek okus, ki ustreza kompleksu receptorjev s heteromernimi G proteini, T1R2 / T2R3 (Kitagawa in sod., 2001; Max in sod., 2001; Nelson et al., 2001; Sainz in sod., 2001). Kalorije, bogate s hranili, lahko tudi uravnavajo delovanje možganov s presnovnimi potmi, neodvisnimi od okusa, čeprav mehanizmi niso dobro razumljeni (de Araujo et al., 2008). Da bi razlikovali med tema dvema možnostoma za pot GluA1, ki jo povzroča saharoza, smo ponovili protokol treninga s tremi skupinami podgan (4 podgane / skupina), ki so imele dostop do 5 minut do steklenic, ki vsebujejo vodo, raztopino saharoze 25%. ali 3% saharina (sladko in nizko). Steklenice so odstranili in podgane so v vadbeni kletki ostale dlje minute 15. Treningi so se ponavljali 7 dni. Količine tekočine, ki so jih zaužile testne skupine saharoze in saharina, se med seboj niso bistveno razlikovale in obe sta bili večji od porabe vodne skupine, kar je skladno z nagrajevanjem obeh sladkih snovi (Slika 7A). Na 7th dan pitja, takoj po odvzemu steklenic, so bile podgane žrtvovane, jedro tkiva acumbens je bilo pobrano in zbrano za vsako preskusno skupino, izolirana frakcija PSD in nivo GluA1, ki ju je preizkusil Western blot (Slika 7B). Kot prej, so tudi živali, ki so uživale saharozo, povišane vrednosti GluA1 v deležu PSD glede na vodno skupino (Slika 7C). Pomembno je bilo, da je bil GluA1 povišan tudi v deležu PSD živali, ki so uživale saharin. Ni bilo nobene pomembne razlike v deležih GluA1 v frakcijah celih celic iz živalskega jedra vode, saharoze in saharina, kar kaže na to, da je povečanje GluA1 značilno za sinaptično frakcijo (Slika 7D). Ker saharin stimulira enak kompleks heteromernih beljakovin, povezanih z okusom, kot saharoza (Masuda in sod., 2012; Nelson et al., 2001), vendar mu primanjkuje kalorične vrednosti, sklepamo, da je stimulacija receptorja za sladek okus zadostna za sprožitev signalizacije, ki zviša ravni GluA1 v jedru, ki obdaja jedro sinaps.

Slika 7  

Vadba saharina povzroča povečanje sinaptičnega gluhaxnumxa, podobno kot vadba za saharozo.

Razprava

Pokazali smo, da lahko nagrajevanje orozne energije, ponavljajoče se uživanje saharoze, akutno sproži vključitev sinaptike GluA1 prek večstopenjskega mehanizma za trgovanje, ki je bil prej opisan in vitro. Ponavljajoča se poraba saharoze v dnevih 6 – 7 potencira akumulirano jedro sinapse elektrofiziološko z vstavitvijo CPAR-jev. Ta učinek je spremljalo kopičenje GluA1, vendar ne GluA2 v PSD jedra, in je bilo regionalno in časovno specifično, saj pred vadbenim dnevom 7 v jedru ni bilo nobenih sprememb, sprememb v lupini ali v somatosenzorična skorja. Elektronsko mikroskopska analiza je pokazala, da je ponavljajoče zaužitje saharoze zvišalo relativno stabilno (t1/2 > 24 ur) populacija intraspinoznih receptorjev, ki vsebujejo GluA1. Saharoza tudi hitro (5 min) in prehodno (t1/2 <24 ur) povišane ravni receptorjev, ki vsebujejo GluA1, na ekstrasinaptičnih mestih pri živalih, izurjenih s saharozo, kar poveča populacijo AMPAR, ki lahko bočno difundirajo v sinapso. Sinaptični GluA1, kot ga predstavlja frakcija PSD in kot ga zazna PEG-EM, se je pri saharozi znatno povečal v primerjavi z vodnimi živalmi. Iz teh rezultatov predlagamo, da je bil predhodno opisan dvostopenjski mehanizem ekstrasinaptične eksocitoze, ki mu sledi sinaptična trgovina za sinaptično vstavitev AMPAR. in vitro (Boehm et al., 2006; Makino in Malinow, 2009; Oh et al., 2006; Serulle in sod., 2007; Sun et al., 2005) se lahko hitro začne vivo z naravno, orosensko nagrado.

Spremembe v sinaptičnem nivoju GluA1 smo opazili šele po treningih 7, kar kaže, da je za potenciranje potreben večdnevni postopek. V biokemijskih poskusih vivo, v dnevih 1, 1 in 3 treninga saharoze nismo opazili znatnega povečanja koncentracije glukoze PSD GluA5; šele po dnevu treninga saharoze 7 je bil GluA1 v PSD znatno povišan. Pri eksperimentih z elektronsko mikroskopijo smo opazili, da so živali saharoze / vode, ki so bile saharoze usposobljene za 6 dni, vendar v 24 urah niso dobile dražljaja saharoze, kazale trend povečanja PSD GluA1. Tudi te živali so pokazale povišan intraspinozni GluA1 v primerjavi z vodnimi živalmi, vendar v ekstrasynaptični membrani GluA1 niso opazili sprememb. Iz teh rezultatov lahko sklepamo na tri zaključke. Prvič, receptorji AMPA, ki vsebujejo GluA1, se kopičijo intraspinozno z zaporednimi stimulacijami saharoze. Glede na to, da so prejšnje študije pokazale, da zaužitje saharoze povzroči sproščanje dopamina v okolju (Cacciapaglia et al., 2012; McCutcheon et al., 2012; Rada et al., 2005) in da D1R lahko poganjajo lokalni prevod GluA1 v dendrite (Smith et al., 2005), sproščanje dopamina po zaužitju saharoze lahko sproži lokalno sintezo GluA1, kar vodi do intraspinoznega kopičenja GluA1. Intraspinozno povečanje lahko odraža trgovino z GluA1 z distalnih mest. Verjetno bo eksocitotična trgovina iz tega povišanega intraspinoznega bazena prispevala k ekstrasynaptičnemu bazenu v plazemski membrani. Drugič, opažanje povečanja ekstrasynaptične membrane GluA1 v saharozi, ne pa pri živalih saharoze / vode ali vode kaže na to, da se ekstrasinaptični receptorji bodisi premaknejo skozi drugi korak v sinapsijo ali pa se endocitozirajo znotraj 24 hr po porabi saharoze, zaradi česar ekstrasynaptični bazen prehoden. Tretjič, zvišanje vrednosti sladkorne celice PSD GluA1 v primerjavi z vodnimi živalmi, ne pa tudi saharoza / vodne živali, kaže tudi na to, da se receptorji po vsakem dražljaju saharoze premikajo bočno v sinapsijo iz bazena receptorjev, ki jih hitro preusmerijo v ekstrasinaptično plazemsko membrano. Ne moremo izključiti, da GluA1 prehaja neposredno iz intraspinoznega bazena v sinago. Vendar se takšna pot zdi malo verjetna glede na študije, ki kažejo, da je GluA1 vstavljen ekstrasinaptično (Boehm et al., 2006; Makino in Malinow, 2009; Oh et al., 2006; Serulle in sod., 2007; Sun et al., 2005). Te ugotovitve predstavljajo prvi dokaz, da so opazili časovni potek trgovine z GluA1 (<5 min) in pot in vitro so tudi opaženi vivo. Poleg tega naši rezultati kažejo, da ponavljajoči se nagrajevalni dražljaji spremenijo zmožnost potenciranja sinapse s povečanjem baze intraspinoznih receptorjev, ki jih je mogoče trgovati z ljudmi.

Ker je saharin povzročil promet z GluA1 podobno kot saharoza, kalorična vsebnost saharoze ni potrebna. Saharin stimulira enak receptor sladkega okusa, T1R2 / T2R3, kot saharoza (Masuda in sod., 2012; Nelson et al., 2001), sUdarna aktivacija tega receptorja verjetno sproži vključitev GluA1 v MSN sinapse. Saharoza poveča nepovratne snovi dopamina v okoliščinahCacciapaglia et al., 2012; McCutcheon et al., 2012; Rada et al., 2005) lizmikajoči se površinski trgovini GluA1. Tako je pot, ki povezuje receptor za sladek okus z VTA, osrednja v plastičnosti, ki je bila raziskana tukaj.

Verjetno ima hitra trgovina z GluA1 po zaužitju saharoze pomembno vlogo pri uravnavanju spontanega gibanja. Dejansko je pri živalih, treniranih s saharo, inhibicija CPAR preprečila povečanje spontane lokomotorne aktivnosti takoj po zaužitju saharoze. Skupna prevožena razdalja podgan po porabi saharoze, izmerjena zaporednih dni, je bila znatno povišana samo za obdobje 3 min takoj po uživanju saharoze na sedmi dan treninga. Povečanje aktivnosti takoj po saharozi so opazili od začetka dneva 3 vadbe, vendar se ni bistveno razlikovalo do dne 7. Ta časovni potek aktivnosti je v korelaciji s časovnim potekom kopičenja GluA1 v akumulacijskih jedrnih dendritih. Povečana lokomotiva je bila funkcionalna posledica CPAR trgovine s sinapsami MSN v pristopnem jedru, ker je Naspm injiciranje v jedro zaviralo povečanje aktivnosti. Preprečevanje povečanega gibanja z zaviralci receptorjev NMDA je pokazalo, da je za povečanje lokomotorne aktivnosti potrebno glutamatno signaliziranje prek receptorjev NMDA in CPAR. Vendar zaužitje saharoze ni vplivalo na blokado glutamatne signalizacije, v skladu s prejšnjimi študijami, ki kažejo, da je akrobensko jedro vključeno v orkestracijo motoričnih odzivov, povezanih z nagrajevanjem oroserije, ne pa s samo porabo (Smith, 2004). O razvoju podobne hiperaktivnosti so poročali o podobnem časovnem poteku za razvoj hiperlokomocije pri živalih, ki so hranile svoj dnevni obrok v značilnem okolju (Matthews et al., 1996). Če pa bi bil ta odziv pogojena hiperaktivnost, ki izhaja iz združevanja konteksta in saharoze, bi šlo pred oddajo saharoze, česar ni bilo opaziti. Možno je, da preiskovanci izkazujejo raziskovalno vzburjenje. Nadaljnji poskusi bi morali ugotoviti, ali je povišano gibanje po zaužitju saharoze vzbujanje raziskovanja v nasprotju z obliko motorične preobčutljivosti ali drugim vedenjem. Vsekakor je za dvig spontane lokomotive potrebna glutamatna signalizacija in vsaj deloma posledica vključitve CPAR-jev v jezersko jedro.

Povečana lokomotorna aktivnost po zaužitju saharoze lahko izhaja neposredno iz opazovanega potenciranja osrednjih sinaps lesa, saj povečan izhod iz neposrednih bazalnih ganglijskih poti spodbuja gibanje z razkrojem motoričnega talamusa (Sesack in Grace, 2010). Tpotencirane sinapse najverjetneje prebivajo na osrednjih nevronih, ki izražajo direktno pot, ki izražajo D1R. Potenciacija sinapsov nevronov na neposredni poti bi povzročila, če bi aktivnost D1R povzročila promet z AMPAR-ji, ki vsebujejo GluA1, v sinapse v teh nevronih po močnem sproščanju dopamina. Posledično potenciranje bi povečalo aktivnost pri zaviralnih projekcijah nevronov neposredne poti do izhodnih jeder bazalnih ganglijev in tako razkužilo motorični talamus in pospešilo delovanje motorične skorje (Gerfen in Surmeier, 2011; Kravitz et al., 2010; Sesack in Grace, 2010). Sinaptično potenciranje, ki ga opazimo po večkratnem zaužitju saharoze, se najverjetneje odvija posebej v nevronih z neposrednimi potmi, ker dopamin, ki deluje preko D1 receptorja, lahko povzroči fosforilacijo GluA1 S845, kar vodi v površinsko trgovino.

Številne študije so preučile učinke ponavljajočega spodbujanja s kokainom, ki mu sledi umik, zdravljenje, ki močno vpliva na delovanje sistema nagrajevanja in sčasoma privede do preobčutljivosti na kokain, za katero je značilen povišan motorični odziv na kokain, hrepenenje po drogah in ponovitev bolezni (Kalivas et al., 1998). Ponavljajoče injiciranje IP s kokainom za dneve 5 – 10, ki mu je sledilo umik, je povzročilo postopno povečanje površinskih AMPA receptorjev, ki vsebujejo GluA14, v več kot 2 dneh (Boudreau et al., 2007; Kourrich et al., 2007). Vendar pa je bilo pri odvzemu 45 dni po 10 d samo dajanja opaziti veliko povečanje indeksa popravljanja pri MSN-jih podgan. (McCutcheon in sod., 2011b) kar kaže na povečanje CPAR-jev. Tako je bilo opaženo trgovanje s CPAR po zaužitju saharoze, v trenutnem delu in samem dajanju kokaina, čeprav pod zelo različnimi pogoji zdravljenja. Ker neposredne posledice same uporabe ali injiciranja kokaina (npr. V 5 minutah po objavi) niso znane, delovanja kokaina ni mogoče neposredno primerjati s trenutnim delovanjem saharoze. Prav tako ni znano, ali CPAR vztrajajo v MSN sinapsah živali, ki so bile trenirane s saharozo, po prenehanju treniranja saharoze ali če takšne živali kažejo preobčutljivost za saharozo po dolgotrajnem umiku.

Razumevanje, kako nagrajujoči dražljaji uravnavajo plastičnost in vedenje akumulatorjev, so ključnega pomena za reševanje odvisnosti, hiperfagije, patoloških iger na srečo in drugih vedenjskih motenj (Basar in sod., 2010; Berridge, 2009; Luscher in Malenka, 2011). Prekomerna poraba sladkorja prispeva k epidemiji debelosti (Hu in Malik, 2010) in čeprav je potencialno podobna zlorabi drog (Avena et al., 2008), njegov mehanizem ni bil podrobno raziskan. Sedanje ugotovitve vzpostavljajo osnovne elemente plastičnosti, ki jo prinaša nagrada, na podlagi katerih bodoče študije lahko obravnavajo uravnavanje kompleksnega vedenja, kar lahko prinese nove možnosti za spopadanje s patologijami, povezanimi z nagradami.

Priznanja

Zahvaljujemo se članom laboratorija Ziff, nekdanjim in sedanjim, za tehnično pomoč in koristne razprave, vključno s H. Girmo, L. Lee in dr. B. Fernholz, B. Jordan, W. Lu, G. Rameau, S. Restituito in Y. Serulle. To delo sta podprla preddoktorska štipendija Nacionalnega inštituta za duševno zdravje F31MH76617-01 in NIH Grant 5T32DC000063 za New York University Training Program in the Neurosciences (DST), R01NS061920 Nacionalnega inštituta za nevrološke motnje in možgansko kap (EBZ), 1R21MH091445- 01 z Nacionalnega inštituta za duševno zdravje in Urada za raziskave o zdravju žensk, programa donacij družine Klarman za raziskave motenj hranjenja, Sklada za izzive za raziskave NYU in P30EY13079 (CA), donacije Nacionalnega inštituta za zlorabo drog DA003956 in nagrade neodvisnega raziskovalca NARSAD (KDC), Nacionalni inštitut za gluhost in druge motnje komunikacije dodeli DC009635 RCF in z donacijo za seme v Centru odličnosti za zasvojenost Medicinskega centra Univerze v New Yorku Langone.

Opombe

Konflikt interesov: Avtorji ne izjavljajo o konkurenčnih finančnih interesih.

Reference

  1. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Dokazi za zasvojenost s sladkorjem: vedenjski in nevrokemični učinki intermitentnega, prekomernega vnosa sladkorja. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20 – 39. [PMC brez članka] [PubMed]
  2. Basar K, Sesia T, Groenewegen H, Steinbusch HW, Visser-Vandewalle V, Temel Y. Nucleus accumbens in impulsivity. Prog Neurobiol. 2010; 92: 533 – 557. [PubMed]
  3. Berridge KC. Nagrade za »všečkanje« in »hočejo«: možganski substrati in vloga pri prehranjevalnih motnjah. Fiziologija in vedenje. 2009; 97: 537–550. [PMC brez članka] [PubMed]
  4. Boehm J, Kang MG, Johnson RC, Esteban J, Huganir RL, Malinow R. Sinoptična vključitev AMPA receptorjev med LTP je pod nadzorom fosforilacije PKC na GluR1. Neuron. 2006; 51: 213 – 225. [PubMed]
  5. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovič M, Wolf ME. AMPA receptorji celične površine v jedru podgane se med odtegnitvijo kokaina povečajo, vendar se po izzivu kokaina internalizirajo v povezavi s spremenjeno aktivacijo proteinov, ki se aktivirajo z mitogenom. J Nevrosci. 2007; 27: 10621 – 10635. [PMC brez članka] [PubMed]
  6. Brebner K, Wong TP, Liu L, Liu Y, Campsall P, Grey S, Phelps L, Phillips AG, Wang YT. Jedro prihaja do dolgotrajne depresije in izražanja vedenjske preobčutljivosti. Znanost. 2005; 310: 1340 – 1343. [PubMed]
  7. Cacciapaglia F, poslanec Saddoris, Wightman RM, Carelli RM. Diferencialna dinamika sproščanja dopamina v jedru vsebuje jedro in lupino, ki ločijo različne vidike ciljno usmerjenega vedenja za saharozo. Nevrofarmakologija 2012 [PMC brez članka] [PubMed]
  8. Calabresi P, Maj R, Pisani A, Mercuri NB, Bernardi G. Dolgotrajna sinaptična depresija v striatumu: fiziološka in farmakološka karakterizacija. J Nevrosci. 1992; 12: 4224 – 4233. [PubMed]
  9. Carr KD, Chau LS, Cabeza de Vaca S, Gustafson K, Stouffer M, Tukey DS, Restituito S, Ziff EB. Podenota receptorja AMPA GluR1 navzdol od stimulacije dopaminskih receptorjev D-1 v lupinah jeder posreduje povečan obseg nagrajevanja z zdravili pri podganah s hrano. Nevroznanost. 2010; 165: 1074 – 1086. [PMC brez članka] [PubMed]
  10. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y, Marinelli M, Wolf ME. Oblikovanje akumulatorjev AMPA receptorjev, ki jih primanjkuje GluR2, posreduje inkubacija hrepenenja po kokainu. Narava. 2008; 454: 118 – 121. [PMC brez članka] [PubMed]
  11. Dan JJ, Carelli RM. Nukleus accumbens in Pavlovsko nagradno učenje. Nevroznanstvenik. 2007, 13: 148 – 159. [PMC brez članka] [PubMed]
  12. de Araujo IE, Oliveira-Maia AJ, Sotnikova TD, Gainetdinov RR, Caron MG, Nicolelis MA, Simon SA. Nagrada za hrano, če ni signala za receptorje okusa. Neuron. 2008; 57: 930 – 941. [PubMed]
  13. Ehlers MD, Heine M, Groc L, Lee MC, Choquet D. Difuzna lova receptorjev GluR1 AMPA z vhodno-specifičnim sinaptičnim delovanjem. Neuron. 2007; 54: 447 – 460. [PMC brez članka] [PubMed]
  14. Esteban JA, Shi SH, Wilson C, Nuriya M, Huganir RL, Malinow R. PKA fosforilacija podenot receptorskih receptorjev AMPA nadzoruje sinaptično trgovanje z osnovno plastičnostjo. Nat Neurosci. 2003; 6: 136 – 143. [PubMed]
  15. Gerfen CR, Surmeier DJ. Modulacija striatalnih projekcijskih sistemov z dopaminom. Letni pregled nevroznanosti. 2011; 34: 441 – 466. [PMC brez članka] [PubMed]
  16. Grueter BA, Brasnjo G, Malenka RC. Postinaptična TRPV1 sproži dolgoročno depresijo celic, značilno za tip celic, v jedru. Naravna nevroznanost. 2010; 13: 1519 – 1525. [PMC brez članka] [PubMed]
  17. He K, Song L, Cummings LW, Goldman J, Huganir RL, Lee HK. Stabilizacija Ca2 + -propustnih AMPA receptorjev na perisinaptičnih mestih s fosforilacijo GluR1-S845. Proc Natl Acad Sci US A. 2009; 106: 20033 – 20038. [PMC brez članka] [PubMed]
  18. Hu FB, Malik VS. Sladkorne pijače in tveganje za debelost in diabetes tipa 2: epidemiološki dokazi. Fiziologija in vedenje. 2010; 100: 47–54. [PMC brez članka] [PubMed]
  19. Isaac JT, Ashby MC, McBain CJ. Vloga podenote GluR2 v funkciji receptorjev AMPA in sinaptični plastičnosti. Neuron. 2007; 54: 859 – 871. [PubMed]
  20. Jordan BA, Fernholz BD, Boussac M, Xu C, Grigorean G, Ziff EB, Neubert TA. Identifikacija in preverjanje novih proteinov postinaptične gostote glodavcev. Mol celična proteomika. 2004; 3: 857 – 871. [PubMed]
  21. Kalivas PW, Pierce RC, Cornish J, Sorg BA. Vloga za preobčutljivost pri hrepenenju in ponovnem pojavu odvisnosti od kokaina. J Pharmacol. 1998; 12: 49 – 53. [PubMed]
  22. Kitagawa M, Kusakabe Y, Miura H, Ninomiya Y, Hino A. Molekularno genetska identifikacija kandidata za receptorski gen za sladek okus. Biokemijska in biofizikalna raziskovalna sporočila. 2001; 283: 236 – 242. [PubMed]
  23. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ. Izkušnja s kokainom nadzira dvosmerno sinaptično plastičnost v jedru jedra. J Nevrosci. 2007; 27: 7921 – 7928. [PubMed]
  24. Kravitz AV, Freeze BS, Parker PR, Kay K, Thwin MT, Deisseroth K, Kreitzer AC. Uravnavanje motoričnega vedenja parkinsonov z optogenetskim nadzorom vezja bazalnih ganglijev. Narava. 2010; 466: 622 – 626. [PMC brez članka] [PubMed]
  25. LaPlant Q, Vialou V, Covington HE, 3rd, Dumitriu D, Feng J, Warren BL, Maze I, Dietz DM, Watts EL, Iniguez SD, et al. Dnmt3a uravnava čustveno vedenje in plastičnost hrbtenice v jedrih. Nat Neurosci. 2010; 13: 1137 – 1143. [PMC brez članka] [PubMed]
  26. Liu SJ, Zukin RS. Ca2 + -propustni AMPA receptorji v sinaptični plastičnosti in smrti nevronov. Trendi v nevroznanosti. 2007; 30: 126 – 134. [PubMed]
  27. Lu W, Isozaki K, Roche KW, Nicoll RA. Sinaptično ciljanje AMPA receptorjev uravnava mesto CaMKII v prvi medcelični zanki GluA1. Proc Natl Acad Sci US A. 2010; 107: 22266 – 22271. [PMC brez članka] [PubMed]
  28. Lu W, Roche KW. Posttranslacijska ureditev prometa in delovanja receptorjev AMPA. Trenutno mnenje o nevrobiologiji 2011 [PMC brez članka] [PubMed]
  29. Luscher C, Malenka RC. Sinoptična plastičnost odvisnosti, ki jo povzroča droga, od odvisnosti: od molekulskih sprememb do remodeliranja vezja. Neuron. 2011; 69: 650 – 663. [PMC brez članka] [PubMed]
  30. Makino H, Malinow R. Vključitev AMPA receptorjev v sinapse med LTP: vloga bočnega gibanja in eksocitoze. Neuron. 2009; 64: 381 – 390. [PMC brez članka] [PubMed]
  31. Mameli M, Halbout B, Creton C, Engblom D, Parkitna JR, Spanagel R, Luscher C. Sinaptična plastičnost, ki jo povzroča kokain: obstojnost v VTA sproži prilagoditve v NAc. Nat Neurosci. 2009; 12: 1036 – 1041. [PubMed]
  32. Masuda K, Koizumi A, Nakajima K, Tanaka T, Abe K, Misaka T, Ishiguro M. Karakterizacija načinov vezave med človeškim receptorjem sladkega okusa in sladkimi spojinami z nizko molekulsko maso. PloS ena. 2012; 7: e35380. [PMC brez članka] [PubMed]
  33. Matthews K, Wilkinson LS, Robbins TW. Ponavljajoča se ločitev podgan s podhladitvijo mater zmanjšuje vedenjske odzive na primarne in pogojene spodbude v odrasli dobi. Physiol Behav. 1996; 59: 99 – 107. [PubMed]
  34. Max M, Shanker YG, Huang L, Rong M, Liu Z, Campagne F, Weinstein H, Damak S, Margolskee RF. Tas1r3, ki kodira nov kandidatni receptor za okus, je primeren za lokus odzivnosti sladkega odziva. Naravna genetika. 2001; 28: 58 – 63. [PubMed]
  35. McCutcheon JE, Beeler JA, Roitman MF. Naznake za saharozo napovedujejo večje fazično sproščanje dopamina kot saharin prediktivne naloge. Sinopsija. 2012; 66: 346 – 351. [PMC brez članka] [PubMed]
  36. McCutcheon JE, Wang X, Tseng KY, Wolf ME, Marinelli M. Receptorji AMPA, ki prepuščajo kalcij, so prisotni v sinapsah jedrnih baterij po dolgotrajnem umiku iz kokaina, ki ne daje kokaina. Časopis za nevroznanost: uradna revija Društva za nevroznanost. 2011a; 31: 5737 – 5743. [PMC brez članka] [PubMed]
  37. McCutcheon JE, Loweth JA, Ford KA, Marinelli M, Wolf ME, Tseng KY. Aktivacija mGluR skupine I razveljavi kopičenje kokaina prepustnih AMPA receptorjev v jedrnih akumbenssinapsih prek mehanizma, odvisnega od protein kinaze. J Nevrosci. 2011b; 31: 14536 – 14541. [PMC brez članka] [PubMed]
  38. Nedelescu H, Kelso CM, Lazaro-Munoz G, Purpura M, Cain CK, Ledoux JE, Aoki C. Endogeni AMPA receptorji, ki vsebujejo GluR1, se v zgodnji fazi nastajanja strahu spomina preselijo v asimetrične sinapse: elektronski mikroskopski imunocitos študij. Časopis za primerjalno nevrologijo. 2010; 518: 4723 – 4739. [PMC brez članka] [PubMed]
  39. Nelson G, Hoon MA, Chandrashekar J, Zhang Y, Ryba NJ, Zuker CS. Receptorji sladkega okusa za sesalce. Celica. 2001; 106: 381 – 390. [PubMed]
  40. Oh MC, Derkach VA, Guire ES, Soderling TR. Trgovina z ekstrasynaptično membrano, ki jo uravnava GluR1 serinski 845 fosforilacijski primer AMPA receptorjev za dolgotrajno potenciranje. J Biol Chem. 2006; 281: 752 – 758. [PubMed]
  41. Pascoli V, Turiault M, Luscher C. Preobrazba sinaptičnega potenciala, ki ga povzroča kokain, ponazarja prilagodljivo vedenje, ki ga povzroča droga. Narava. 2012; 481: 71 – 75. [PubMed]
  42. Plant K, Pelkey ​​KA, Bortolotto ZA, Morita D, Terashima A, McBain CJ, Collingridge GL, Isaac JT. Prehodna vključitev avtohtonih receptorjev AMPA, ki jim primanjkuje GluR2, med dolgotrajnim potenciranjem hipokampa. Nat Neurosci. 2006; 9: 602 – 604. [PubMed]
  43. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. Vsakodnevno pivanje sladkorja večkrat sprošča dopamin v lupini. Nevroznanost. 2005; 134: 737 – 744. [PubMed]
  44. Roche KW, O'Brien RJ, Mammen AL, Bernhardt J, Huganir RL. Karakterizacija več mest fosforilacije na podenoti GluR1 receptorja AMPA. Neuron. 1996; 16: 1179 – 1188. [PubMed]
  45. Rumpel S, LeDoux J, Zador A, Malinow R. Trgovanje s postsinaptičnimi receptorji, na katerem temelji asociativno učenje. Znanost. 2005; 308: 83 – 88. [PubMed]
  46. Sainz E, Korley JN, Battey JF, Sullivan SL. Identifikacija novega člana družine T1R domnevnih okusnih receptorjev. Časopis za nevrokemijo. 2001; 77: 896 – 903. [PubMed]
  47. Serulle Y, Zhang S, Ninan I, Puzzo D, McCarthy M, Khatri L, Arancio O, Ziff EB. Interakcija GluR1-cGKII uravnava promet z receptorji AMPA. Neuron. 2007; 56: 670 – 688. [PMC brez članka] [PubMed]
  48. Sesack SR, Grace AA. Mreža nagrad Cortico-Basal Ganglia: mikrocirkurija. Neuropsychopharmacology: uradna publikacija American College of Neuropsychopharmacology. 2010; 35: 27 – 47. [PMC brez članka] [PubMed]
  49. Smith GP. Akumulirani dopamin posreduje spodbuden učinek stimulacije orozne snovi s saharozo. Apetit 2004; 43: 11 – 13. [PubMed]
  50. Smith WB, Starck SR, Roberts RW, Schuman EM. Dopaminergična stimulacija lokalne sinteze beljakovin poveča površinsko izražanje GluR1 in sinaptični prenos v hipokampalnih nevronih. Neuron. 2005, 45: 765 – 779. [PubMed]
  51. Sun X, Milovanovič M, Zhao Y, Wolf ME. Akutna in kronična stimulacija dopaminskih receptorjev modulira promet z receptorji AMPA v jedru, v katerem živijo nevroni, sokulturani z nefronom predfrontalne skorje. Časopis za nevroznanost: uradna revija Društva za nevroznanost. 2008; 28: 4216 – 4230. [PMC brez članka] [PubMed]
  52. Sonce X, Zhao Y, Wolf ME. Stimulacija dopaminskih receptorjev modulira sinaptično vstavitev receptorjev AMPA v nefone predfrontalne skorje. J Nevrosci. 2005; 25: 7342 – 7351. [PubMed]
  53. Thomas MJ, Beurrier C, Bonci A, Malenka RC. Dolgotrajna depresija v jedru je: nevronski korelat vedenjske preobčutljivosti za kokain. Nat Neurosci. 2001; 4: 1217 – 1223. [PubMed]
  54. Ungless MA, Whistler JL, Malenka RC, Bonci A. Enkratna izpostavljenost kokainu in vivo povzroči dolgotrajno potenciranje dopaminskih nevronov. Narava. 2001; 411: 583 – 587. [PubMed]
  55. Whitlock JR, Heynen AJ, Shuler MG, Bear MF. Učenje inducira dolgoročno potenciranje v hipokampusu. Znanost. 2006, 313: 1093 – 1097. [PubMed]