DeltaFosB uravnava tek kolesa (2002)

KOMENTARJI: DeltaFosb je molekularno stikalo, ki se kopiči v možganih s kroničnim dajanjem odvisnih zdravil, visoko maščobo, visokim sladkorjem in tekom kolesa. Spremeni možgane, da povzročijo preobčutljivost za vse, kar je preveč zaužit. Je transkripcijski faktor, ki vklopi in izklopi gene, ki spremenijo strukturo in komunikacijo v nagradnem vezju možganov. Zaključek: Podatki kažejo presenetljive podobnosti med odvisnimi drogami in tekom koles in kažejo na pomembno vlogo ΔFosB pri urejanju tako naravnih kot zdravilnih učinkovin.


Journal of Neuroscience, 15 September 2002, 22 (18): 8133-8138;

Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S.

+ Povezave avtorjev

1. 1 oddelki za nevroznanost in

2. Fiziologija in farmakologija 2, Karolinska Institutet, Stockholm, S-171 77 Švedska, in

3. Oddelek za psihiatrijo 3 in Center za osnovno nevroznanost, Medicinski center Univerze v Teksasu, Dallas, Texas 75390-9070

Minimalizem

ΔFosB je transkripcijski faktor, ki se nabira v regiji specifično za možgane po kroničnih motnjah. Na primer, ponavljajoče se dajanje zdravil za zlorabo poveča ravni ΔFosB v striatumu. V tej študiji smo analizirali učinek spontanega teka kolesa, kot model za naravno obnašanje obnašanja, na nivojih ΔFosB v striatnih regijah. Poleg tega miši, ki inducibilno prekomerno izražajo ΔFosBv specifičnih subpopulacijah striatnih nevronov so bile uporabljene za preučevanje možne vloge ΔFosB o obnašanju v teku. Lewisovim podganam ad libitum dostop do tekalnih koles za 30 d pokrival tisto, kar bi ustrezalo N10 km / d in pokazalo povečano raven ΔXNUMX km / dFosB v nukleusu accumbens v primerjavi s podganami, ki so bile izpostavljene zaklenjenim kolesom. Miši, ki prekomerno izražajo ΔFosB selektivno v nevtronih, ki vsebujejo dynorphin s striatami, povečali njihovo dnevno tečenje v primerjavi s kontrolnimi legami, medtem ko miši, ki prekomerno izražajo Δ \ tFosB pretežno pri nevronih, ki vsebujejo strikaste enkefalinske kisline, je potekalo bistveno manj kot kontrolni. Podatki iz te študije kažejo, da tako kot zloraba drog, prostovoljno teka povečuje ravni ΔFosB v možganskih načinih nagrajevanja. Nadalje, prekomerno izražanje ΔFosB v izrazitem striatnem izstopu nevronske populacije poveča vedenje v teku. Ker je prejšnje delo pokazalo, da je ΔFosB prekomerna ekspresija znotraj te iste nevronske populacije poveča nagrajene lastnosti zlorabe drog, rezultati te študije kažejo, da Δ \ tFosB igrajo ključno vlogo pri nadzoru tako naravnih kot nagrad, ki jih povzroča droga.

Prejšnja OddelekNaslednji Oddelek

Predstavitev

ΔFosB spada v družino Fos transkripcijskih faktorjev in izvira iz fosb gena preko alternativnega spajanja. Za razliko od vseh drugih beljakovin podobnih Fos, ki imajo kratka razpolovna obdobja, so izoforme 35 in 37 kDa ΔFosB v možganih se kopičijo v regijah po različnih kroničnih motnjah, verjetno zaradi zelo visoke stabilnosti teh izooblik (\ tHope et al., 1994a; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Regulacija ΔFosB v striatnih regijah po večkratnem dajanju drog zlorabe je še posebej dobro raziskano (\ tHope et al., 1994b; Moratalla et al., 1996; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Mezolimbična pot dopamina ima osrednjo vlogo pri nagrajevanju zdravil (Koob et al., 1998). Izhaja iz ventralnega tegmentalnega območja srednjega možganja in se konča v ventralnem delu striatuma, ki se imenuje nucleus accumbens. Akutno dajanje kateregakoli od številnih zdravil, ki se zlorabljajo, prehodno inducira več beljakovin družine Fos v nucleus accumbens in v hrbtnem striatumu. Ti proteini tvorijo heterodimere z beljakovinami iz družine Jun, da tvorijo komplekse transkripcijskega faktorja aktivatorskega proteina-1 (AP-1) s kratkimi razpolovnimi časi. Nasprotno, po večkratnem zdravljenju z zdravili se indukcija teh takojšnjih zgodnjih genskih produktov zmanjša in namesto tega se postopno kopiči stabilno Δ \ tFosB izooblike. ΔFosB heterodimerizira pretežno z JunD in v manjši meri z JunB (Hiroi et al., 1998; Perez-Otano et al., 1998) tvoriti dolgotrajne komplekse AP-1 v specifičnih regijah možganov. Predlagano je bilo, da ti dolgotrajni kompleksi AP-1 posredujejo nekatere dolgoročne učinke zdravil zlorabe na možganske nagrajevalne poti, ki so v osnovi zasvojenosti (Nestler et al., 2001).

Vedenjske študije kažejo, da je vožnja koles pri glodalcih koristna. Ta predpostavka temelji na poskusih, ki kažejo, da podgane uporabljajo vzvod za dostop do voznih koles in prav tako razvijejo pogoje, ki so v skladu s prizadetostjo teka koles (\ tIversen, 1993; Belke, 1997; Lett et al., 2000). Poleg tega podgane, ki dnevno izvajajo velike razdalje, kažejo znake umika, kot je povečana agresivnost, ko je zavrnjen dostop do tekalnih koles (Hoffmann et al., 1987). Raziskave med zelo predanimi človeškimi tekači kažejo, da je tekanje odvisno vedenje za mnoge posameznike (Rudy in Estok, 1989; Chapman in De Castro, 1990; Furst in Germone, 1993). Dejansko prikazovanje kaže veliko meril, vključenih v Diagnostični statistični priročnik (Ameriško psihiatrično združenje, 1994) za diagnozo odvisnosti.

Cilj te študije je bil raziskati, ali so ravni ΔFosB se spremeni z naravnim nagrajevanjem, kot je vožnja in ali je induktivna prekomerna ekspresija ΔFosBv striatnih regijah lahko urejajo obnašanje v teku. Tukaj pokažemo, da kronično tečenje, kot droge, povzroča ΔFosB v nucleus accumbens; poleg tega prekomerno izražanje ΔFosB v dveh različnih podskupinah striatnih projekcijskih nevronov ima nasproten učinek na tek kolesa. Podatki kažejo presenetljive podobnosti med odvisnimi drogami in tekom koles in kažejo na pomembno vlogo ΔFosB pri urejanju tako naravnih kot nagrad, ki jih povzročajo droge.

Prejšnji odsekNaslednji razdelek

MATERIALI IN METODE

Živali. Uporabljeni so bili samci Lewis podgan (Møllegaard Breeding Center, Skansved, Danska), ki so tehtali 250 gm na začetku poskusa. Podgane so imele dostop ad libitum za vodo, hrano in tekalna kolesa. Bili so na ciklu svetlobe / temne 12 hr, pri katerih so bile luči pri 10 AM in luči ugasnjene pri 10 PM kletkah (43 × 22 × 20 cm), ki je vseboval tekaško kolo s premerom 34 cm; zato ena revolucija ustreza 1.07 m. Po 4 tednih prostovoljnega teka kolesa so podgane ubili z odrezanjem glave, tkiva pa so vzeli za Western bloting ali perfundirali s fiksativom in obdelali za imunohistokemijo in situhibridizacija.

Dve vrsti bitransgeničnih miši, ki lahko inducibno prekomerno izražajo ΔFosB selektivno v striatnih regijah pod nadzorom sistema za regulacijo tetraciklinskih genov (\ tChen et al., 1998). V eni vrstici, imenovano 11A, ΔFosB inducibilno prekomerno izražena samo v striatnih projekcijskih nevronih, ki po odstranitvi doksiciklina izražajo nevropeptidni dynorphin (Kelz et al., 1999). V drugi vrstici, imenovani 11B, ΔFosB je inducibno prekomerno izražena predvsem v striatnih projekcijskih nevronih, ki po odstranitvi doksiciklina izražajo nevropeptidni enkefalin, čeprav so nekateri izrazi vidni tudi pri nevronih dynorphina. Kontrole in ΔFosB-prekritih miši so letevci znotraj vsake linije (11A in 11B) in imajo enak bitransgenski konstrukt, ki se lahko aktivira z odstranitvijo doksiciklina. Vse miši so bile zasnovane in dvignjene na tetraciklinskem derivatu doksiciklina v odmerku 100 μg / ml v pitni vodi. Pri odraslih je bila polovica nastalih legel ohranjena na doksiciklinu (kontrolni vzorci); druga polovica je bila odstranjena iz doksiciklina (ΔFosB prekomerno izražanje) za preostanek poskusa. Šest tednov po odstranitvi doksiciklina, v tem času ΔFosB Znano je, da je izraz največji (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999), so bila tekaška kolesa odklenjena za miši na tetraciklinu (kontrole) in miši na vodi iz pipe (ΔFosB prekomerno izražanje) in prostovoljni tek. Da bi izključili možnost, da bi sam doksiciklin vplival na obnašanje koles, smo analizirali kolo, ki poteka v miših C57BL / 6 (Charles River, Uppsala, Švedska), ki so bili zdravljeni z 100 μg / ml doksiciklina za 6 tednov, preden so imeli dostop do tekalnih koles. Miši so bile nato položene v kletke ad libitum dostop do tekaških koles in ostane na tetraciklinu med celotnim poskusom. Kontrolna skupina je med celotnim poskusom dobivala normalno pitno vodo. Kletke za miške (22 × 16 × 14 cm) so vsebovale tekalno kolo s premerom 12.4 cm; zato ena revolucija ustreza 0.39 m. Podatki o potekah pri podganah in miših so bili vzorčeni na vsakih 30 min z uporabo prilagojene računalniške programske opreme.

Western bloting. Možgane so hitro odstranili iz dekapitiranih podgan in ohladili v ledeno hladnem fiziološkem pufru. Za vzorčenje tkiv iz nukleusa accumbens in medialnega in lateralnega poganjka putamena v koronalnih rezinah možganov debeline 2-mm na ravni Bregme 1 – 0.7 mm so bili uporabljeni luknjice s premerom 1.7 mm.Paxinos in Watson, 1997). Vzorci možganov so bili homogenizirani v 1% SDS in določanje beljakovin je bilo izvedeno z uporabo metode Lowry. Homogenate, ki so vsebovale med 5 in 50 μg proteina, smo naložili na SDS-poliakrilamidne gele in izpostavili elektroforezi, kot je opisano. Za kunčje anti-Fos protitelo (1: 4000; MJ Iadarola, Nacionalni inštituti za zdravje, Bethesda, MD) ali anti-FosB (N-terminalno) protitelo (1: 4000; Biotehnologija Santa Cruz, Santa Cruz, CA) je bilo uporabljeno za zaznavanje ΔFosB. Proteine ​​smo odkrili s protitelesi IgG, konjugiranimi s hrensko peroksidazo (1: 2000; Vector Laboratories, Burlingame, CA), čemur je sledila kemiluminescenca (DuPont NEN, Boston, MA). Ravni imunoreaktivnosti (IR) so bile kvantificirane na sistemu za analizo slik, ki temelji na Macintoshu, in ravni beljakovin v poskusnih vzorcih so bile primerjane s tistimi iz kontrolnih vzorcev. Bloti smo obarvali z amido črno, da bi potrdili enako polnjenje in prenos gelov. Blotovi so bili tudi imunsko označeni za nevrofilamentni protein 68 kDa, ki ni pokazal razlik med eksperimentalno in kontrolno skupino (podatki niso prikazani).

Imunohistokemija. Lewis podgane, ki so tekle za 4 tedne, in kontrole z zaklenjenimi kolesi so bile globoko anestezirane s pentobarbitalom in perfundirane intrakardialno z 50 ml Ca.2+-prosta raztopina Tyrode (sobna temperatura), vključno z 0.1 ml heparina. Sledilo je 250 ml fiksirnega sredstva (4% paraformaldehida in 0.4% pikrične kisline v 0.16 m PBS, pH 7.4, pri sobni temperaturi). Možgane smo razdelili in hranili 1 uro v fiksirnem sredstvu, nato pa jih nekajkrat sprali v 0.1 m PBS z 10% saharoze in 0.1% natrijevega azida v 24 urah pri 4 ° C za krio zaščito. Možgani so bili zamrznjeni in 14 μm koronalnih odsekov je bilo zbranih na nivojih med bregma 0.70 in 1.70 mm. Odseke smo trikrat spirali 10 minut v PBS pred inkubacijo čez noč (4 ° C v vlažni komori) s primarnim poliklonalnim protitelesom proti FosB (N-terminal) (1: 500; biotehnologija Santa Cruz) v 0.3% Triton-PBS (150 μl na odsek). Sledila so tri izpiranja s PBS 10 minut pred inkubacijo 1 uro pri sobni temperaturi s sekundarnim biotiniliranim protiteljem IgG proti zajcem (1: 200; Vector Laboratories) v 0.3% Triton-PBS (150 μl na odsek). Pred dodajanjem kompleksa avidin-biotin (10: 1 oziroma 100: 1 v 100 m PBS; 0.1 μl na odsek) so bila izvedena še tri izpiranja v PBS 150 minut. Po treh 10-minutnih izpiranjih smo kompleks vizualizirali po 7-minutni inkubaciji s podlago v skladu s proizvajalčevim protokolom (Vector Laboratories). Odseke smo nato trikrat sprali po 5 minut.

Situ hibridizacija. Za kombinirano imunohistokemijo in. \ Tsitu Hibridizacijski poskusi so bili takoj izpostavljeni možganskim odsekom, ki so bili obdelani za imunohistokemijositu hibridizacije, ki je bila izvedena v bistvu, kot je opisano prej (Seroogy et al., 1989; Dagerlind et al., 1992). Štirideset osem mer oligonukleotidov DNA, specifičnih za dynorphin (296 – 345) (Douglass et al., 1989) in enkephalin (235 – 282) (Zurawski et al., 1986) mRNA so radioaktivno označene z [α-35S] dATP (DuPont NEN) v njihovih 3 using konča s terminalno deoksinukleotidil transferazo (Invitrogen, San Diego, CA) za specifično aktivnost N1 × 109 cpm / mg. Hibridizacijski koktajl je vseboval 50% formamida, 4 × SSC (1 × SSC je 0.15 m NaCl in 0.015 natrijevega citrata, pH 7.0), 1 × Denhardtova raztopina, 1% sarkozil, 0.02 mNa3PO4, pH 7.0, 10% dekstran sulfat, 0.06 m ditiotreitol in 0.1 mg / ml strižena DNK sperme lososa. Hibridizacija je bila izvedena za 18 h v vlažni komori pri 42 ° C. Po hibridizaciji smo sekance spirali štirikrat za 20 min vsak v 1 × SSC pri 60 ° C. Nato sekcije speremo v avtoklavirani vodi za 10 sek, dehidriramo v alkoholu in sušimo na zraku. Končno smo nanesli z potapljanjem NTB2 emulzijo jedrske sledi (razredčeno 1: 1 z vodo; Kodak, Rochester, NY). Po 2 – 4 tednih izpostavljenosti so bili diapozitivi razviti z D19 (Kodak) in fiksirani z Unifix (Kodak).

Število celic pozitivno za FosB-IR in celice, ki izločajo FosB-IR in dynorphin mRNA ali enkefalinske mRNA pri podganah po 4 tednih teka (n = 8) in v kontrolnikih (n = 8) je bil izveden na en diapozitiv na žival s strani neodvisnega opazovalca, ki je bil zaslepljen z eksperimentalno zasnovo. Analiza je bila izvedena na ravni bregma 1.2 mm (Paxinos in Watson, 1997).

Statistični postopki. Za analizo razlike v ΔFosB med kontrolami in tekači v Western blot in imunohistokemijskih poskusih, \ t t testov. Učinek prekomernega izražanja ΔFosB o obnašanju v transgenih miših smo analizirali z dvosmerno ANOVA s ponovljenimi meritvami, analiziranjem učinkov znotraj skupine in med skupinami (različica Statistica 99; StatSoft, Tulsa, OK).

Prejšnji odsekNaslednji razdelek

REZULTATI

Regulacija ΔFosB v nucleus accumbens s kolesom

Lewis podgane, nameščene v kletke s tekočimi kolesi, so povečale svojo količino dnevnega tečenja linearno do dneva 13, ko so se stabilizirale pri 10.210 ± 590 m / d (srednja vrednost ± SEM). Ta raven je bila grobo vzdrževana skozi dan 32, ko so bile živali uporabljene za biokemijsko analizo. Med zadnjim 4 d so podgane tekle s 8.910 ± 900 m / d. To vedenje v teku pri podganah Lewisa je podobno predhodnemu (\ tWerme et al., 1999). Nato stopnje ΔFosB analizirali z Western blotingom v nucleus accumbens in v medialnem in lateralnem caudatnem putamenu v teku (n = 7) in nadzor (n = 7) podgan. Kot je prikazano na sliki 1, povečanje teka kolesa ΔFosB ravni 37 in 35 kDa izooblik v nucleus accumbens (p <0.05). V nasprotju s tem ni bilo razlike v ΔFosB ravni med tekači in kontrolami v medialnem ali lateralnem repnem putamenu (podatki niso prikazani).

Fig. 1.

Ogled večje različice:

Fig. 1.

Regulacija ΔFosB s kolesom. Ravni izooblik XDNXX-35 kDa ΔFosB so bile izmerjene v nucleus accumbens z uporabo Western blotinga v kontrolnih podganah (C) in pri podganah, ki so preživele 4 tednov prostovoljnega teka kolesa (R). VrhPredstavnik vozne pasove iz blotov. Podatki so izraženi kot povprečje ± SEM (obe skupini, n = 7). *p <0.05.

Imunohistokemija je pokazala prisotnost ΔFosBpozitivne celice v nucleus accumbens kontrol (n = 8) in teče (n = 8) podgan. Štetje ΔFosBpozitivne celice v jedru in lupini so pokazale povečanje števila celic, ki izražajo ΔFosB-IR v jedru (p <0.05), vendar ne v lupini nucleus accumbens po teku (sl.2). Kombinirana imunohistokemija za ΔFosB-IR in situ hibridizacija za enkefalin ali dynorphin mRNA v nucleus accumbens je bila nato uporabljena za identifikacijo tipa celic v tej možganski regiji, v kateri je ΔFosB povzroča teka (sl.3). Medtem ko je bilo število celic, ki izražajo tako dynorphin mRNA kot FosB-IR, večje pri tekačih (n = 8) kot v kontrolnikih (n = 8) (tabela1), je bilo povprečno število celic, ki izražajo enkefalinsko mRNA in FosB-IR v tekačah, manjše kot v kontrolnih 1). Ti učinki so bili vidni v osrednji delitvi te možganske regije (tabela 1) 1). Ti rezultati kažejo, da je indukcija ΔFosB s tekom poteka pretežno v podskupini nukleusa accumbens, ki vsebuje dynorphin.

Fig. 2.

Ogled večje različice:

Fig. 2.

Vožnja kolesa vpliva na število ΔFosBpozitivne celice v nucleus accumbens.Vrh, Reprezentativne fotomikrografije možganskih odsekov podgan, ki kažejo povečanje števila ΔFosBpozitivne celice v jedru nucleus accumbens, ko tekači (Run) so bili primerjani s kontrolami (Ctr). aca, Zgornja sprednja komisija.Bottom, Bar graf števila celic, pozitivnih za ΔFosB-IR v medialnih vidikih jedra in lupine jedra nucleus accumbens v kontrolnih podganah in pri podganah, ki so preživele 4 tednov prostovoljnega teka kolesa. Podatki so izraženi kot povprečje ± SEM (obe skupini, n = 8). *p <0.05.

Fig. 3.

Ogled večje različice:

Fig. 3.

Celična specifičnost ΔFosBindukcijo s kolesom. Reprezentativne fotomikrografije možganskih odsekov podgan iz osmih posameznikov, ki kažejo kolokalizacijo ΔFosB-IR (rjavo obarvano jedro) in dynorphin mRNA (črna zrna) (a) ali ΔFosB-IR in mRNA enkefalina v jedru nucleus accumbens (b).

Oglejte si to tabelo:

Tabela 1.

ΔFosB v celicah dynorphina in enkefalina v nucleus accumbens

Učinek ΔFosB na kolesu

Proučiti možno vlogo ΔFosB pri regulaciji teka koles smo uporabili dve liniji bitransgenskih miši, ki induktivno prekomerno izražajo ΔFosB v striatnih regijah odraslih živali (\ tChen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Linija bitransgenskega 11A lahko inducibno prekomerno izraža ΔFosB izključno znotraj nevronov, ki vsebujejo dynorphin, v striatumu (Kelz et al., 1999), medtem ko lahko bitransgenična linija 11B inducibno prekomerno izraža ΔFosB pretežno v nevronih, ki vsebujejo enkefalin, v tej regiji, pri čemer je bila izražena tudi ekspresija v nevronih dinorfina (sl. 4). Obe vrstici miši sta bili zasnovani in vzgojeni na doksiciklinu, da bi ohranili ΔFosBizraz je izklopljen (sl. 4) (Kelz et al., 1999), in polovica legel je bila odstranjena iz doksiciklina kot odrasli, da bi vklopili ΔFosB izraz.

Fig. 4.

Ogled večje različice:

Fig. 4.

Izraz ΔFosB pri miših 11B. Razdelke možganov smo analizirali za ΔFosB-IR (rjavo obarvana jedra), ki mu sledi situ hibridizacija za dynorphin mRNA (A) ali enkefalinska mRNA (B) (črna zrna). Upoštevajte prednostno izražanje ΔFosB-IR v enkefalin-pozitivnih, toda ne v dynorphin-pozitivnih celicah. Od 214 ΔFosBpozitivne celice, preštete v treh miših 11B, 73 ± 11% so bile pozitivne tudi na enkefalin, 22 ± 6% pa je bil tudi dynorphin pozitiven. Med Δ ni bilo opaziti dvojnega označevanjaFosB in interneuronski označevalci.

11A miši, ki prekomerno izražajo ΔFosB (brez doksiciklina) (n = 7) je bilo ugotovljeno, da povečujejo svojo dnevno razdaljo med prvimi 3 tedni v primerjavi z nadzorom, pridobljenim z \ tn = 8), ki je pokazal plato v stopnji njihovega teka po 2 tednih (sl.5 A). V presenetljivem nasprotju so miši 11B, ki prekomerno izražajo ΔFosB (n = 7) je pokazal precej manj tekoče aktivnosti v tednih 2 in 3, kot njihove kontrole na leglo (n = 6) (sl. 5 B). Da bi raziskali možnost, da bi sam doksiciklin lahko spremenil obnašanje v teku, smo primerjali vožnjo koles miši C57BL / 6 z in brez doksiciklina v njihovi pitni vodi. Razlike med skupinami niso bile ugotovljene (podatki niso prikazani).

Fig. 5.

Ogled večje različice:

Fig. 5.

Učinek ΔFosB prekomerno izražanje obnašanja pri vožnji koles pri bitransgenskih miših. A, Bitransgenske miši, ki pijejo vodo iz pipe, imajo inducibilno prekomerno izražanje ΔFosB v striatnih nevronih dynorphina (voda) in je pokazal povečano vožnjo (razdalja na dan) za prvih 3 tednov dostopa do voznih koles. Nasprotno pa genetsko enake kontrole s smetnjakom z doksiciklinom v njihovi pitni vodi, ki ne prekomerno izražajo Δ \ tFosB (DOX) se je povečalo samo za prvih 2 tednov. B, Druga linija bitransgenskega seva miši, imenovana 11B, z inducibilno prekomerno ekspresijo ΔFosB predvsem v striatnih nevronih enkefalina (voda) se je v tednih dramatično zmanjšal, medtem ko so v tednih 2 in 3 primerjali z genetsko identičnimi potomci, ki ne prekomerno izražajo Δ.FosB (DOX). # označuje povečanje poteka (razdalje na teden) v skupini. * označuje razliko med vožnjo med ΔFosBprekomerno izražanje (voda) in kontrole (DOX). Navpične črte označuje meje med tedni 1 in 2, kot tudi tedne 2 in 3. Vodoravne črte s simbolom # opisujejo statistične razlike med tedenskim tekom v skupini. Podatki so izraženi kot povprečje (11A dox,n = 8; 11A voda, n = 7; 11B dox, n = 6; 11B voda, n =# p <0.05;## p <0.01;# # # p <0.001; *p<0.05.

Prejšnji odsekNaslednji razdelek

DISKUSIJA

V tej študiji smo pokazali, da podobno ponavljajoča se izpostavljenost drogam, kroničnemu tekanju koles, naravnemu nagrajevanju, povzroča ΔFosB v nucleus accumbens, kritični del poti nagrajevanja možganov. Pokazali smo tudi, da je prekomerno izražanje ΔFosB v striatnih dynorphin nevronih odraslih živali poveča obnašanje v teku, medtem ko ΔFosB izražanje predvsem v striatnih nevronih enkefalina ima nasprotni učinek. Ti podatki podpirajo mnenje, da je ΔFosB je kritično vključen v dolgoročne učinke naravnih nagrad in nagrad, ki jih povzročajo droge, in poudarja pomembno vlogo ΔFosB v regulaciji striatne funkcije.

Podobni molekularni odzivi na zlorabe in tekajoče droge

Droge zlorabe, ki so tako različne, kot so psihostimulanti, opiati, alkohol, nikotin in fenciklidin, povečujejo ravni Δ \ tFosB v nucleus accumbens (Hope et al., 1994b; Nye et al., 1995; Nye in Nestler, 1996; Nestler et al., 1999), in tukaj pokazamo, da kronično obnašanje v teku povzroči podoben odziv. Kronični kokain in tek teče induciranje dodatnih skupnih prilagoditev, na primer indukcije mNK dinorfina v določenih regijah striatuma (Werme et al., 2000). Kot je bilo že omenjeno za kokain (Hiroi et al., 1997), indukcija ΔFosB s tekom je v jedru močnejši kot v lupini lupine nucleus accumbens. Vendar pa ΔFosBindukcija s tekanjem je omejena na nucleus accumbens, medtem ko droge povzročajo beljakovino tudi v repnem putamenu. Prejšnje študije so pokazale, da ΔFosB se izraža izključno v projekcijskih nevronih striatuma in kronični kokain poveča ΔFosB prednostno pri subpopulaciji projekcijskih nevronov, ki izražajo dynorphin (Moratalla et al., 1996). V tej študiji z uporabo kombinirane imunohistokemije in. \ Tsitu Hibridizacija na istih delih tkiva je pokazala, da tekanje koles povzroča tudi ΔFosB prednostno znotraj dynorphin nevronov.

Ugotovitev, da nagrada za zdravilo in naravna nagrada sprožita isto molekularno prilagoditev (indukcija ΔFosB) znotraj istega tipa nevronskih celic kaže, da lahko obe delujeta prek nekega skupnega mehanizma. Eden od verjetnih skupnih mehanizmov je povečanje dopaminergičnega prenosa na nucleus accumbens. Tek in akutno dajanje zdravil, ki povzročajo zasvojenost, povečata zunajcelično raven dopamina v tej možganski regiji (Freed in Yamamoto, 1985; Di Chiara in Imperato, 1988; Wilson in Marsden, 1995). Ponavljajoče se zdravljenje z D1 agonist dopaminskega receptorja (+/−) - 6-kloro-7,8-dihidroksi-1-fenil-2,3,4,5-tetrahidro-1H-3-benzazepin hidrobromid sam ali v kombinaciji z D2 agonist receptorja quinpirol bo povečal ravni ΔFosB v nucleus accumbens in dorzalni striatum (Nye et al., 1995). Psihostimulantne zasvojevalne droge, kot so kokain in amfetamin, ki so posredni agonisti dopamina, prav tako povečajo Δ \ tFosB ravni v striatnih regijah (\ tJaber et al., 1995; Nye et al., 1995). Poleg tega kronično dajanje specifičnega antagonista dopaminskega transporterja 1- [2- (bis [4-fluorofenil] metoksi) etil] -4- (3-hidroksi-3-fenilpropil) piperazinildekanoat, ne pa tudi serotonin- ali norepinefrin- selektivni inhibitorji transporterja, povzroči ΔFosB v teh regijah možganov (Nye et al., 1995). Te ugotovitve kažejo, da je indukcija ΔFosB v striatumu po različnih postopkih je odvisen od dopamina.

Nasprotni učinki ΔFosB preveliko izražanje pri striatnem dynorphinu v primerjavi z enkefalinskimi nevroni na obnašanje kolesa

Bitransgenske miši z AFosB prekomerna ekspresija, ki jo povzroča odstranitev doksiciklina iz odraslih živali, ne kaže očitnih razvojnih nepravilnosti. Pri miših, v katerih je ΔFosBprekomerna ekspresija je selektivna za striatne nevrone dynorphina, obnašanje pri tekanju se je povečalo v prvih 3 tednih tekanja, namesto v prvih 2 tednih, kot so opazili pri kontrolnih leglih. Z izrazitim kontrastom miši prekomerno izražajo ΔFosB predvsem v striatnih enkefalinih nevronih, ki so v tednih 2 in 3 tekali manj kot njihovi kontrolni littermatesi. Zanimivo je, da sta obe vrstici bitransgenskih miši, ki so bili preučeni tukaj, prav tako pokazali različne vedenjske odzive na zlorabo drog. Ker prekomerno izražanje ΔFosB nevronov dynorphina poveča koristne učinke kokaina in morfina (Kelz et al., 1999; Nestler et al., 2001), prekomerno izražanje ΔFosB v nevronih enkefalina ne spremeni nagrajevanja teh zdravil.

Nasprotni učinki na obnašanje v teku, ki jih vidimo v dveh linijah miši, lahko razložimo z diferencialnim vezjem teh dveh ločenih subpopulacij striatnih nevronov. Več kot 90% striatnih nevronov je srednjeprostorski nevron, ki uporablja GABA kot nevrotransmiter. Približno polovica teh nevronov prav tako izraža visoke ravni dinorfina in snovi P (do določene mere pa tudi D).1 receptor za dopamin) (Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1991) in se usmerijo neposredno v srednji možgani. Druga polovica izraža visoke ravni enkefalina (in D2receptor za dopamin) (Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1990) in projekt posredno preko središča možganov preko globus pallidus in subtalamičnega jedra. Aktivacija neposredne poti povečuje lokomocijo, medtem ko aktivacija posredne poti zmanjšuje lokomocijo. Tako sta se vzajemni spremembi obnašanja v teku pokazali z dvema vrsticama ΔFosB-sekspresivne miši, uporabljene v teh poskusih, lahko odražajo ΔFosBnastale spremembe v razdražljivosti neposredne in posredne poti. Na teh linijah je zanimivo špekulirati, da je zmanjšanje teka koles pri miših, ki prekomerno izražajo ΔFosB predvsem v enkefalinskih nevronih, je lahko v skladu z dejstvom, da antipsihotična zdravila prve generacije, ki zmanjšujejo lokomotorno aktivnost, inducirajo ΔFosB selektivno znotraj te nevronske subpopulacije (Hiroi in Graybiel, 1996; Atkins et al., 1999).

Ciljni geni, ki jih regulira ΔFosB

Učinki ΔFosB na funkcijo nevronov verjetno posredujemo preko regulacije drugih genov. Glede na to, da številni geni vsebujejo konsenzna mesta za komplekse AP-1 v njihovih promotorskih regijah, je verjetno, da je delovanje ΔFosB o nevronih vključujejo kompleksne učinke na številne gene. Do danes je bilo ugotovljenih le nekaj. AMPA glutamatna podenota 2 (GluR2) je regulirana z ΔFosB nukleusa accumbens, učinek, ki ga dorzalni striatum ni opazil (Kelz et al., 1999). Cyclin-odvisna kinaza 5 (Cdk5) je regulirana tako v nucleus accumbens kot v dorzalnem striatumu (Bibb et al., 2001). Ti učinki so lahko posredovani prek AP-1 mest, ki so prisotni v promotorskih regijah teh genov (Brene et al., 2000; Chen et al., 2000). Za ureditev GluR2-a bi se pričakovalo, da spremeni električno vzburljivost striatnih nevronov s spremembo občutljivosti receptorjev AMPA. Regulacija Cdk5 lahko spremeni tudi razdražljivost teh nevronov s pomočjo poti, ki vključuje dopamin in cAMP-reguliran fosfoprotein-32, ki je visoko obogaten v striatnih srednjih živčnih nevronih (Brene et al., 1994; Bibb et al., 1999). Vendar pa je potrebno nadaljnje delo za določitev natančnih molekularnih poti, po katerih je ΔFosBs spremembami v izražanju drugih genov spremeni funkcionalno stanje striatnih dynorphina in enkefalinskih nevronov.

Sklepi

Ugotovitve, da se podobne molekularne prilagoditve pojavljajo v jedru nucleus accumbens v naravnih in z zdravili povzročenih nagradnih situacijah, kažejo, da lahko skupni nevrobiološki mehanizmi nadzorujejo obe vrsti nagrajenega vedenja. Ena od osrednjih podobnosti med temi vedenjem je njihova zasvojenost. ΔFosB povzroča oba obnašanja in izboljša oba obnašanja, kadar sta neodvisno prekomerno izražena v striatnih nevronih dynorphina. Mogoče ΔFosBko se izraža v teh nevronih, senzibilizira nevronski krog, povezan z kompulzivnim vedenjem. Čeprav je špekulativno, se povečuje znanje o ΔFosB meni, da je lahko to ali različne molekularne poti, ki jih ureja, ustrezen cilj za razvoj farmakološkega zdravljenja za številne motnje. Primeri za to so lahko kompulzivno vedenje, ki vključuje ne le odvisnost od drog, ampak tudi motnje hranjenja, patološko igranje na srečo, pretirano vadbo in morda celo obsesivno-kompulzivno motnjo.

Prejšnji odsekNaslednji razdelek

Opombe

  • Prejeto januarja 29, 2002.
  • Revizija je bila sprejeta junija 11, 2002.
  • Sprejeto junij 12, 2002.
  • To delo so podprli Švedski raziskovalni svet (03185, 11642 in 04762), Centrum för idrottsforskning (CIF 86 / 01), Nacionalni inštitut za zlorabo drog in Nacionalni inštitut za staranje. Zahvaljujemo se Karin Pernold in Karin Lundströmer za odlično tehnično pomoč.
  • Korespondenca je treba nasloviti na Stefan Brené, oddelek za nevroznanost, Karolinska Institutet, Stockholm, S-171 77 Sweden. E-naslov: [e-pošta zaščitena].
  • Copyright © Družba za nevroznanost 2002

Prejšnji odsek

 

VIRI

    1. Ameriško psihiatrično združenje

(1994) Diagnostični in statistični priročnik duševnih motenj, Ed 4. (American Psychiatric, Washington, DC).

    1. Atkins JB,
    2. Chlan-Fourney J,
    3. Nye HE,
    4. Hiroi N,
    5. Carlezon WA Jr.
    6. Nestler EJ

(1999) Regulacijsko specifična indukcija ΔFosB z večkratnim dajanjem značilnih proti atipičnim antipsihotičnim zdravilom. Synapse 33: 118 – 128.

CrossRefMedline

    1. Belke TW

(1997) Tek in odziv je okrepljen z možnostjo teka: učinek trajanja okrepitve. J Exp Anal Behav 67: 337 – 351.

CrossRefMedline

    1. Bibb JA,
    2. Snyder GL,
    3. Nishi A,
    4. Yan Z,
    5. Meijer L,
    6. Fienberg AA,
    7. Tsai LH,
    8. Kwon YT,
    9. Girault JA,
    10. Czernik AJ,
    11. Huganir RL,
    12. Hemmings HC Jr.
    13. Nairn AC,
    14. Greengard P

(1999) Fosforilacija DARPP-32 z Cdk5 modulira dopaminsko signalizacijo v nevronih. Narava 402: 669 – 671.

CrossRefMedline

    1. Bibb JA,
    2. Chen J,
    3. Taylor JR,
    4. Svenningsson P,
    5. Nishi A,
    6. Snyder GL,
    7. Yan Z,
    8. Sagawa ZK,
    9. Ouimet CC,
    10. Nairn AC,
    11. Nestler EJ,
    12. Greengard P

(2001) Učinke kronične izpostavljenosti kokainu regulira nevronski protein Cdk5. Narava 410: 376 – 380.

CrossRefMedline

    1. Brene S,
    2. Lindefors N,
    3. Ehrirch M,
    4. Taubes T,
    5. Horiuchi A,
    6. Kopp J,
    7. Hala H,
    8. Sedvall G,
    9. Greengard P,
    10. Persson H

(1994) Ekspresija mRNA, ki kodira ARPP-16 / 19, ARPP-21 in DARPP-32 v človeškem možganskem tkivu. J Neurosci 14: 985 – 998.

Minimalizem

    1. Brene S,
    2. Messer C,
    3. Okado H,
    4. Hartley M,
    5. Heinemann SF,
    6. Nestler EJ

(2000) Regulacija aktivnosti promotorja GluR2 z nevrotrofnimi faktorji preko elementa dušilca, ki omejuje nevrone. Eur J Neurosci 12: 1525 – 1533.

CrossRefMedline

    1. Chapman CL,
    2. De Castro JM

(1990) Tekajoča odvisnost: merjenje in povezane psihološke značilnosti. J Sports Med Phys Fitness 30: 283 – 290.

Medline

    1. Chen J,
    2. Kelz MB,
    3. Hope BT,
    4. Nakabeppu Y,
    5. Nestler EJ

(1997) Kronični antigeni, povezani s Fos: stabilne variante ΔFosB, inducirane v možganih s kroničnim zdravljenjem. J Neurosci 17: 4933 – 4941.

Povzetek / prosti tekst

    1. Chen J,
    2. Kelz MB,
    3. Zeng G,
    4. Sakai N,
    5. Steffen C,
    6. Shockett PE,
    7. Picciotto MR,
    8. Duman RS,
    9. Nestler EJ

(1998) Transgene živali z inducibilno, ciljno izraženo gensko ekspresijo v možganih. Mol Pharmacol 54: 495-503.

Povzetek / prosti tekst

    1. Chen J,
    2. Zhang Y,
    3. Kelz MB,
    4. Steffen C,
    5. Ang ES,
    6. Zeng L,
    7. Nestler EJ

(2000) Indukcija ciklin-odvisne kinaze 5 v hipokampusu s kroničnimi elektrokonvulzivnimi napadi: vloga ΔFosB. J Neurosci 20: 8965 – 8971.

Povzetek / prosti tekst

    1. Dagerlind A,
    2. Friberg K,
    3. Bean AJ,
    4. Hökfelt T

(1992) Občutljiva detekcija mRNA z neomejenim tkivom: kombinirana radioaktivna in neradioaktivna histokemija hibridizacije in situ. Histokemija 98: 39 – 49.

CrossRefMedline

    1. Di Chiara G,
    2. Imperato A

(1988) Zdravila, ki jih ljudje zlorabljajo, prednostno povečajo koncentracije sinaptičnih dopamina v mezolimbičnem sistemu prosto gibljivih podgan. Proc Natl Acad Sci ZDA 85: 5274 – 5278.

Povzetek / prosti tekst

    1. Douglass J,
    2. McMurray CT,
    3. Garrett JE,
    4. Adelman JP,
    5. Calavetta L

(1989) Karakterizacija gena za podgane prodynorphin. Mol Endocrinol 3: 2070 – 2078.

Povzetek / prosti tekst

    1. Sproščen CR,
    2. Yamamoto BK

(1985) Regionalni metabolizem dopaminskih možganov: marker za hitrost, smer in držo premikajočih se živali. Znanost 229: 62 – 65.

Povzetek / prosti tekst

    1. Furst DM,
    2. Germone K

(1993) Negativna odvisnost pri moških in ženskah tekačev in vaditeljih. Percept Mot Skills 77: 192 – 194.

Medline

    1. Gerfen CR,
    2. Engber TM,
    3. Mahan LC,
    4. Susel Z,
    5. Chase TN,
    6. Monsma FJ Jr.
    7. Sibley DR

(1990) D1 in D2 dopaminsko-regulirano gensko izražanje striatonigral in striatopalidnih nevronov. Znanost 250: 1429 – 1432.

Povzetek / prosti tekst

    1. Hiroi N,
    2. Graybiel AM

(1996) Atipična in tipična nevroleptična zdravljenja povzročajo različne programe izražanja transkripcijskega faktorja v striatumu. J Comp Neurol 374: 70 – 83.

CrossRefMedline

    1. Hiroi N,
    2. Brown JR,
    3. Haile CN,
    4. Ye H,
    5. Greenberg ME,
    6. Nestler EJ

(1997) Mutirane miši FosB: izguba kronične indukcije kokaina proteinov, povezanih s Fosom, in povečana občutljivost na psihomotorne in koristne učinke kokaina. Proc Natl Acad Sci USA 94: 10397–10402.

Povzetek / prosti tekst

    1. Hiroi N,
    2. Marek GJ,
    3. Brown JR,
    4. Ye H,
    5. Saudou F,
    6. Vaidya VA,
    7. Duman RS,
    8. Greenberg ME,
    9. Nestler EJ

(1998) Bistvena vloga gena fosB v molekularnem, celičnem in vedenjskem delovanju kroničnih elektro konvulzivnih napadov. J Neurosci 18: 6952 – 6962.

Povzetek / prosti tekst

    1. Hoffmann P,
    2. Thorén P,
    3. Ely D

(1987) Vpliv prostovoljne vadbe na vedenje na odprtem polju in na agresijo pri spontano hipertenzivnih podganah (SHR). Behav Neural Biol 47: 346 – 355.

CrossRefMedline

    1. Hope BT,
    2. Kelz MB,
    3. Duman RS,
    4. Nestler EJ

(1994a) Zdravljenje kronične elektrokonvulzivne epileptične napade (ECS) ima za posledico izražanje dolgotrajnega kompleksa AP-1 v možganih s spremenjeno sestavo in značilnostmi. J Neurosci 14: 4318 – 4328.

Minimalizem

    1. Hope BT,
    2. Nye HE,
    3. Kelz MB,
    4. Self DW,
    5. Iadarola MJ,
    6. Nakabeppu Y,
    7. Duman RS,
    8. Nestler EJ

(1994b) Indukcija dolgotrajnega kompleksa AP-1, ki ga sestavljajo spremenjeni Fos-podobni proteini v možganih s kroničnim kokainom in drugimi kroničnimi zdravljenji. Nevron 13: 1235 – 1244.

CrossRefMedline

    1. Iversen IH

(1993) Tehnike za določanje urnikov s kolesi, ki potekajo kot ojačitev pri podganah. J Exp Anal Behav 60: 219 – 238.

CrossRefMedline

    1. Jaber M,
    2. Cador M,
    3. Dumartin B,
    4. Normand E,
    5. Stinus L,
    6. Bloch B

(1995) Akutna in kronična amfetaminska zdravljenja različno uravnavata nivoje nevropeptidnih RNA in Fos imunoreaktivnost v striatnih nevronih podgan. Nevroznanost 65: 1041 – 1050.

CrossRefMedline

    1. Kelz MB,
    2. Chen J,
    3. Carlezon WA Jr.
    4. Whisler K,
    5. Gilden L,
    6. Beckmann AM,
    7. Steffen C,
    8. Zhang YJ,
    9. Marotti L,
    10. Self DW,
    11. Tkatch T,
    12. Baranauskas G,
    13. Surmeier DJ,
    14. Neve RL,
    15. Duman RS,
    16. Picciotto MR,
    17. Nestler EJ

(1999) Izražanje transkripcijskega faktorja ΔFosB v možganih nadzoruje občutljivost na kokain. Narava 401: 272 – 276.

CrossRefMedline

    1. Koob GF,
    2. Sanna PP,
    3. Bloom FE

Nevroznanost zasvojenosti. Nevron 1998: 21 – 467.

CrossRefMedline

    1. Le Moine C,
    2. Normand E,
    3. Guitteny AF,
    4. Fouque B,
    5. Teoule R,
    6. Bloch B

(1990) Ekspresija genov dopaminskih receptorjev z enkefalinskimi nevroni v predelu možganov podgan. Proc Natl Acad Sci ZDA 87: 230 – 234.

Povzetek / prosti tekst

    1. Le Moine C,
    2. Normand E,
    3. Bloch B

(1991) Fenotipska karakterizacija nevronov striatnih striatov, ki izražajo gen D1 dopaminskega receptorja. Proc Natl Acad Sci ZDA 88: 4205 – 4209.

Povzetek / prosti tekst

    1. Lett BT,
    2. Grant VL,
    3. Byrne MJ,
    4. Koh MT

(2000) Seznanjanje posebne komore s posledicami teka kolesa povzroči, da se preferenčno mesto postavi. Apetit 34: 87 – 94.

CrossRefMedline

    1. Moratalla R,
    2. Elibol B,
    3. Vallejo M,
    4. Graybiel AM

(1996) Spremembe na ravni omrežja pri izražanju inducibilnih proteinov Fos-Jun v striatumu med kroničnim zdravljenjem in odvzemom kokaina. Nevron 17: 147 – 156.

CrossRefMedline

    1. Nestler EJ,
    2. Kelz MB,
    3. Chen J

(1999) ΔFosB: molekularni posrednik dolgotrajne nevronske in vedenjske plastičnosti. Brain Res 835: 10 – 17.

CrossRefMedline

    1. Nestler EJ,
    2. Barrot M,
    3. Self DW

(2001) ΔFosB: trajno molekularno stikalo za zasvojenost. Proc Natl Acad Sci ZDA 98: 11042 – 11046.

Povzetek / prosti tekst

    1. Nye HE,
    2. Nestler EJ

(1996) Indukcija kroničnih Fos-povezanih antigenov v možganih podgan s kroničnim dajanjem morfina. Mol Pharmacol 49: 636-645.

Minimalizem

    1. Nye HE,
    2. Hope BT,
    3. Kelz MB,
    4. Iadarola M,
    5. Nestler EJ

(1995) Farmakološke študije regulacije kronične indukcije antigena, povezane s FOS, s kokainom v striatumu in nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther 275: 1671 – 1680.

Povzetek / prosti tekst

    1. Paxinos G,
    2. Watson C

(1997) Podganji možgani v stereotaksičnih koordinatah, Ed 3. (Akademski, Sydney).

Išči Google Učenjak

    1. Perez-Otano I,
    2. Mandelzys A,
    3. Morgan JI

(1998) MPTP-parkinsonizem spremlja trajna ekspresija ΔFosB podobnega proteina v dopaminergičnih poteh. Brain Res Mol Brain Res 53: 41 – 52.

Medline

    1. Rudy EB,
    2. Estok PJ

(1989) Merjenje in pomen negativnih odvisnosti pri tekačih. West J Nurs Res 11: 548 – 558.

Brezplačno polno besedilo

    1. Seroogy K,
    2. Schalling M,
    3. Brené S,
    4. Dagerlind A,
    5. Chai SY,
    6. Hökfelt T,
    7. Persson H,
    8. Brownstein M,
    9. Huan R,
    10. Dixon J,
    11. Filer D,
    12. Schlessinger D,
    13. Goldstein M

(1989) Prenosne RNA holekistokinina in tirozin hidroksilaze v nevronih mezencefalona podgan: študije soobstoja peptida / monoamina z uporabo hibridizacije in situ v kombinaciji z imunocitokemijo. Exp Brain Res 74: 149 – 162.

Medline

    1. Werme M,
    2. Thoren P,
    3. Olson L,
    4. Brene S

(1999) Lewis, vendar ne Fischer podgane, ki so nagnjeni k zasvojenosti, razvijejo kompulzivno tekanje, ki sovpada z regulacijo inducibilnega živčnega faktorja-B in nevronskega orfanskega receptorja 1. J Neurosci 19: 6169 – 6174.

Povzetek / prosti tekst

    1. Werme M,
    2. Thoren P,
    3. Olson L,
    4. Brene S

(2000) Tekanje in kokain obe navzgor uravnavata dynorphin mRNA v medialnem repnem putamenu. Eur J Neurosci 12: 2967 – 2974.

CrossRefMedline

    1. Wilson WM,
    2. Marsden CA

(1995) Ekstracelularni dopamin v jedru accumbens podgane med tekom tekalne steze. Acta Physiol Scand 155: 465 – 466.

CrossRefMedline

    1. Zurawski G,
    2. Benedik M,
    3. Kamb BJ,
    4. Abrams JS,
    5. Zurawski SM,
    6. Lee FD

(1986) Aktivacija mišjih T-pomožnih celic inducira bogato sintezo prepronekefalinske mRNA. Znanost 232: 772 – 775.

Povzetek / prosti tekst

Členi, ki navajajo ta člen