Synapse. 2008 May;62(5):358-69.
Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.
vir
Oddelek za psihiatrijo, Medicinski center Univerze v Teksasu, Dallas, Texas 75390-9070, ZDA.
Minimalizem
Transkripcijski faktor DeltaFosB se kopiči in vztraja v možganih kot odgovor na kronično stimulacijo. To kopičenje po kronični izpostavljenosti drogam, ki so bile izpostavljene zlorabi, je bilo najzgodnejše dokazano z Western blotom v striatnih regijah, vključno z dorzalnim striatumom (caudate / putamen) in nucleus accumbens. V tej študiji smo uporabili imunohistokemijo, da smo z večjo anatomsko natančnostjo določili indukcijo DeltaFosB po celotnem možganu glodalcev po kroničnem zdravljenju z zdravili. Razširili smo tudi prejšnje raziskave, ki so vključevale kokain, morfij in nikotin na dva dodatna zdravila, etanol in Delta (9) -tetrahidrokanabinol (Delta (9) -THC, učinkovina v marihuani). Tukaj smo pokazali, da kronično, vendar ne akutno, dajanje vsakega od štirih zdravil zlorabe, kokaina, morfina, etanola in Delta (9) -THC, močno inducira DeltaFosB v nucleus accumbens, čeprav različni vzorci v osrednjih in lupinskih subregijah tega jedra je bilo očitno pri različnih zdravilih. Zdravila so se razlikovala tudi po stopnji indukcije DeltaFosB v hrbtnem striatumu. Poleg tega so vsa štiri zdravila inducirala DeltaFosB v prefrontalnem korteksu, pri čemer so največje učinke opazili pri kokainu in etanolu, vsa zdravila pa so v majhnem obsegu povzročila DeltaFosB v amigdali. Poleg tega so vsa zdravila inducirala DeltaFosB v hipokampusu, z izjemo etanola pa je bila večina te indukcije opažena pri dentatih. Nižje ravni indukcije DeltaFosB so bile opažene v drugih možganskih področjih kot odziv na določeno zdravljenje z zdravili. Te ugotovitve zagotavljajo nadaljnje dokaze, da je indukcija DeltaFosB v nucleus accumbens skupno dejanje skoraj vseh zlorab drog in da je, poleg nucleus accumbens, vsako zdravilo inducira DeltaFosB na način, specifičen za regijo v možganih..
UVOD
Akutna izpostavljenost kokainu povzroči prehodno indukcijo transkripcijskih faktorjev c-Fos in FosB v striatnih regijah (Graybiel et al., 1990; Hope et al., 1992; Young et al., 1991), medtem ko kronična izpostavljenost rezultatom zdravila pri kopičenju stabiliziranih izooblik ΔFosB, okrnjeni različici gena fosB (Hiroi et al., 1997; Hope et al., 1994; Moratalla et al., 1996; Nye et al., 1995). Ko je ΔFosB induciran, vztraja v teh regijah več tednov zaradi nenavadne stabilnosti proteina. Novejše raziskave so pokazale, da stabilnost ΔFosB posreduje odsotnost degronskih domen v C-koncih polne dolžine FosB in vseh drugih beljakovin družine Fos (Carle et al., 2007) in s fosforilacijo ΔFosB pri N -terminus (Ulery et al., 2006). V nasprotju s tem, kronično dajanje zdravila ne spreminja spajanja fOSB premRNA v ΔfosB mRNA niti stabilnost mRNA (Alibhai et al., 2007), kar nadalje kaže, da je akumulacija ΔFosB proteina prevladujoči mehanizem.
Vse več dokazov kaže, da je indukcija ΔFosB v striatnih regijah, zlasti v ventralnem striatumu ali nucleus accumbens, pomembna pri posredovanju vidikov zasvojenosti. Prekomerna ekspresija ΔFosB v teh regijah inducibilnih bitransgeničnih miši ali preko virusnega posredovanja genskega prenosa povečuje občutljivost živali na lokomotorno aktivirajoče in nagrajevalne učinke kokaina in morfina, medtem ko izražanje dominantnega negativnega antagonista ΔFosB (imenovano Δc- Jun) ima nasprotne učinke (Kelz et al., 1999; McClung in Nestler, 2003; Peakman et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Za prekomerno izražanje ΔFosB se je pokazalo, da povečuje spodbujevalno motivacijo za kokain (Colby et al., 2003). Poleg tega je ΔFosB prednostno induciran s kokainom pri mladostnikih, kar lahko prispeva k njihovi večji ranljivosti za zasvojenost (Ehrlich et al., 2002).
Kljub tem dokazom ostajajo pomembna vprašanja. Čeprav so poročali, da kronično dajanje več drugih zlorab, vključno z amfetaminom, metamfetaminom, morfinom, nikotinom in fenciklidinom, inducira ΔFosB v striatnih regijah (Atkins et al., 1999; Ehrlich et al., 2002; McDaid et al. 2006b; Muller in Unterwald, 2005; Nye et al., 1995; Nye in Nestler, 1996; Pich et al., 1997; Zachariou et al., 2006), je na voljo malo ali nič informacij o delovanju etanola in Δ9-tetrahidrokanabinola (Δ9-THC, učinkovina v marihuani). Dve predhodni študiji sta pokazali, da se imunoreaktivnost, podobna FosB, povzroči v hipokampusu in nekaterih drugih možganskih področjih med odvzemom etanola, vendar ostaja negotovo, ali ta imunoreaktivnost predstavlja ΔFosB ali FosB polne dolžine (Bachtell et al., 1999; Beckmann et al., 1997; Beckmann et al., 9; ). Študija etanola in (Δ2005-THC sta še posebej pomembna, ker sta to danes dva najbolj razširjena zdravila za zlorabo v ZDA (SAMHSA, 2007)), čeprav je bilo dokazano, da stimulativne ali opiatne droge povzročajo ΔFosB v nekatere druge izolirane regije možganov, ki poleg nukleusa accumbens in dorsal striatum vključujejo prefrontalni korteks, amigdalo, ventralno palidum, ventralno tegmentalno območje in hipokampus (Liu et al., 2006; McDaid et al., 2006a, 1995b; et al., 2005, Perrotti et al., XNUMX), ni bilo sistematičnega preslikavanja indukcije ΔFosB v možganih kot odziv na kronično izpostavljenost zdravilu.
Cilj te študije je bil uporabiti imunohistokemične postopke za preslikavo indukcije ΔFosB v možganih po kroničnem dajanju štirih prototipnih drog: kokaina, morfina, etanola in Δ9-THC.
MATERIALI IN METODE
živali
Vsi poskusi so bili izvedeni z uporabo samcev podgan Sprague Dawley (Charles River, Kingston, 250-275 g). Živali so bile nameščene dve na kletko in se teden dni pred začetkom poskusov prilagodile na sobne pogoje živali. Imeli so prost dostop do hrane in vode. Poskusi so bili izvedeni v skladu s protokoli, ki jih je pregledal Odbor za institucionalno oskrbo živali in uporabo na ameriškem univerzitetnem medicinskem centru v Dallasu.
Zdravljenje z zdravili
Kronični kokain
Podgane (n = 6 na skupino) so dobivali injekcije kokaina hidroklorida dvakrat na dan (15 mg / kg ip; Nacionalni inštitut za zlorabo drog, Bethesda, MD), raztopljene v 0.9% fiziološki raztopini za 14 dni. Kontrolne podgane (n = 6 na skupino) so prejele ip injekcije 0.9% fiziološke raztopine pod enak kronični postopek. Vse injekcije so bile dane v domače kletke živali. Pokazalo se je, da ta režim zdravljenja proizvaja robustne vedenjske in biokemijske prilagoditve (glej Hope et al., 1994).
Samoupravljanje kokaina
Živali (n = 6 na skupino) smo izurili, da pritisnemo vzvod za pelet 45 mg saharoze. Po tem treningu so živali hranili ad libitum in kirurško vsadili pod pentobarbitalno anestezijo s kroničnim jugularnim katetrom (Silastic tubing, Green Rubber, Woburn, MA), kot je opisano prej (Sutton et al., 2000). Kateter je podkožno prešel skozi hrbtno stran 22-merilne kanile (Plastics One, Roanoke, VA), vgrajen v kranioplastični cement in zavarovan s kirurško mrežo Marlex (Bard, Cranston, RI). Samoupravljanje je potekalo v operantnih testnih komorah (Med Associates, St. Alban, VT), ki so bile kontekstualno ločene od domače kletke živali in se nahajajo v drugi sobi. Vsaka komora je bila zaprta v zvočno izolirno komoro, opremljeno s sestavo infuzijske črpalke, ki je sestavljena iz črpalke Razel Model A (Stamford, CT) in steklene brizge 10 ml, ki je bila priključena na teflonsko cevko za tekočino (Instech, Plymouth Meeting, PA). . Tygon cevje je povezalo vrtenje s sklopom katetra živali in je bilo zaprto s kovinsko vzmetjo. Vsaka operantna komora je vsebovala dve ročici (4 × 2 cm2, ki se nahaja 2 cm od tal). Med usposabljanjem za samoinjiciranje je en vzvod 20 g na aktivni ročici omogočil infuzijo kokaina (0.5 mg / kg na infuzijo 0.1 ml) v infuzijskem intervalu 5. Infuziji je sledilo časovno obdobje 10-a, med katerim je bila hišna svetloba ugasnjena in odzivanje ni povzročilo nobenih programiranih posledic. Osvetlitev hišne svetlobe je signalizirala konec časovne omejitve. Ročica na neaktivni ročici ni povzročila nobenih posledic. Živali, ki so si kokain uporabljali med 14 dnevnimi testi 4-h (6 dni / teden) med temnim ciklom; povprečni dnevni vnos je bil 50 mg / kg. Skupina jogičnih živali je bila obravnavana enako, le da so prejeli kokainske infuzije, ko so njihovi samostojni partnerji prejeli drogo. Skupini živali, ki so bile pod nadzorom slanice, je bilo dovoljeno, da pritisnejo za slane infuzije. Pokazalo se je, da ta režim zdravljenja proizvaja robustne vedenjske in biokemijske prilagoditve (glej Sutton et al., 2000).
Kronični morfij
Morfinske pelete (vsaka vsebuje 75 mg morfinske baze; Nacionalni inštitut za zlorabo drog) so implantirali sc enkrat na dan za 5 dni (n = 6). Kontrolni podgani so bili podvrženi lažno operacijo za 5 zaporednih dni (n = 6). Pokazalo se je, da ta režim zdravljenja ustvari robustne vedenjske in biokemijske prilagoditve (glej Nye in Nestler, 1996).
Δ9-THC
Δ9-THC smo raztopili v raztopini etanola, emulforja in fiziološke raztopine 1: 1: 18. Mišem smo subkutano injicirali dvakrat dnevno z Δ9-THC ali vehiklom za 15 dni. Začetni odmerek Δ9-THC je bil 10 mg / kg, odmerek pa se je vsak tri dni podvojil do končnega odmerka 160 mg / kg. Uporabili smo miši za Δ9-THC, ker se je pokazalo, da ta režim zdravljenja pri tej vrsti proizvaja robustne vedenjske in biokemične prilagoditve (Sim-Selley in Martin, 2002).
Etanol
Etanol (iz zalog 95%; Aaper, Shelbyville, KY) smo dajali s prehransko popolno tekočo dieto. Ta standardni postopek z dietnim etanolom vključuje dajanje 7% [masa / prostornina (wt / vol)] etanola v prehrani na osnovi laktalbumina / dekstroze za 17 dni, medtem ko podgane običajno uživajo etanol pri 8 – 12 g / kg / dan in doseganje ravni etanola v krvi do 200 mg / dl (Criswell in Breese, 1993; Frye et al., 1981; Knapp et al., 1998). Prehrana je bila popolna (s koncentracijami vitaminov, mineralov in drugih hranil, pridobljenih iz ICN Research Diets in kalorično uravnoteženimi (z dekstrozo) med podganami in kontrolnimi podganami, ki so jih zdravili z etanolom. Obseg prehrane, ki je enakovreden povprečnemu vnosu podgan, ki so jih zdravili z etanolno dieto dan prej.Obe skupini sta se med zdravljenjem z etanolom (ni prikazano) hitro povečali te teže zdravljenja, ki je pokazala, da proizvaja robustne vedenjske in biokemične prilagoditve (glej Knapp et al., 1998).
Imunohistokemija
Osemnajst do 24 h po zadnji obdelavi so bile živali globoko anestezirane s kloralhidratom (Sigma, St. Louis, MO) in intracardialno perfuzirane z 200 ml 10 mM fosfatno pufrene slanice (PBS), ki ji je sledil 400 ml 4% paraformaldehida v PBS. Mase smo odstranili in shranili preko noči v 4% paraformaldehidu pri 4 ° C. Naslednje jutro so bili možgani preneseni v 20% glicerol v raztopini 0.1 M PBS za krioprotekcijo. Koronalni odseki (40 µm) smo razrezali na zamrzovalni mikrotom (Leica, Bannockburn, IL) in nato obdelali za imunohistokemijo. Imunoreaktivnosti ΔFosB in FosB smo odkrili z uporabo dveh različnih kunčjih poliklonskih antiserumov. En antiserum, dvignjen proti C-terminalu FosB, ki je odsoten v ΔFosB (aa 317 – 334), prepozna FosB polne dolžine, ne pa ΔFosB (Perrotti et al., 2004). Drugi antiserum, "pan-FosB" protitelo, smo dvignili proti notranji regiji FosB in prepoznali FosB in ΔFosB (sc-48; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
FosB-podobno barvanje smo odkrili z uporabo kompleksa avidin-biotin peroksidaza. Za ta postopek so bili možganski odseki najprej obdelani z 0.3% H2O2, da bi uničili endogene peroksidaze in nato inkubirali za 1 h v 0.3% Triton X-100 in 3% normalnem serumu koz za zmanjšanje nespecifičnega označevanja. Tkivne dele nato inkubiramo čez noč pri sobni temperaturi v 1% normalnem kozjem serumu, 0.3% Triton X-100 in pan-FosB protitelesu (1: 5000). Odseki so bili oprani, postavljeni za 1.5 h v 1: razredčenje 200 biotiniliranega kozje-antirabbitnega imunoglobulina (DakoCytomation, Carpinteria, CA), oprane in postavljene za 1.5 h v 1: razredčenje 200 kompleksa avidin-biotin iz kompleta Elite (Vector Laboratoriji, Burlingame, CA). Aktivnost peroksidaze smo vizualizirali z reakcijo z diaminobenzidinom (Vector Laboratories). Kodirani preparati so bili uporabljeni za štetje števila FosB-imunoreaktivnih celic. Koda ni bila prekinjena, dokler analiza posameznega poskusa ni bila končana.
Ko je bila odkrita FosB podobna imunoreaktivnost, je bilo izvedeno dvojno fluorescenčno označevanje s FosB-specifičnim (C-terminus; 1: 500) protitelesom in pan-FosB protitelesom (sc-48; 1: 200), da se ugotovi, ali je inducirani protein resnično ΔFosB. Uporabljen je bil objavljen protokol (Perrotti et al., 2005). Proteine smo vizualizirali s pomočjo CY2 in CY3 fluorofor označenih sekundarnih protiteles (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Lokalizacijo ekspresije beljakovin smo izvedli na konfokalnem mikroskopu (Axiovert 100; LSM 510 z META valovnimi dolžinami 488, 543 in 633; Zeiss, Thornwood, NY). Podobe, predstavljene tukaj, so bile zajete na tem sistemu in predstavljajo presek 1 µm skozi Z-ravnino.
Statistična analiza
Pomembno indukcijo celic ΔFosB + smo ocenili z uporabo t-testov ali enosmernih ANOVA, ki jim je sledil Newman-Keulsov test kot post hoc analiza. Vse analize so bile popravljene za več primerjav. Podatki so izraženi kot povprečje ± SEM. Statistični pomen je bil opredeljen kot P <0.05.
REZULTATI
Indukcija ΔFosB v možganih
Da bi neposredno primerjali vzorce indukcije ΔFosB v možganih kot odgovor na različne vrste zlorab, smo uporabili štiri prototipne droge, kokain, morfin, etanol in Δ9-THC, ter pregledali ΔFosB izražanje 18 – 24 h po zadnji izpostavljenosti zdravilu. . Uporabili smo standardne sheme zdravljenja z zdravili, ki smo jih v literaturi dokazali za nastanek vedenjskih in biokemičnih posledic kronične izpostavljenosti zdravilom (glej poglavje Materiali in metode). Ravni ΔFosB so bile kvantificirane z imunohistokemijo, s poudarkom na srednjih in pred-možganskih regijah, ki so bile vpletene v nagrado za zdravilo in odvisnost. To fino kartiranje ΔFosB indukcije je bilo izvedeno s pan-FosB protitelesom, ki prepozna tako ΔFosB kot FosB polne dolžine. Vendar pa vemo, da je vsa opažena imunoreaktivnost za vsako od zdravil posledica samo ΔFosB, ker protitelesa, selektivna za celotno dolžino FosB (glej oddelek Material in metode), niso odkrila pozitivnih celic. Še več, vsa imunoreaktivnost, ki jo je odkrila pan-FosB protitelo, je bila izgubljena pri fosB miših za izločanje, kar potrjuje specifičnost tega protitelesa za genske produkte fosB v nasprotju z drugimi proteini družine Fos. Te kontrole so prikazane za kokain na sliki 1, vendar so bile opažene tudi za vsa druga zdravila (ni prikazano). Te ugotovitve niso presenetljive, ker se je v časovni točki 18 – 24, ki se uporablja v tej študiji, pričakovati, da se bo celoten FosB polne dolžine, induciran z zadnjim dajanjem zdravila, razgradil, tako da bo stabilnejši ΔFosB edini fosB gen preostali produkt (glej Chen et al., 1995; Hope et al., 1994).
Slika 1
Dvojno označevanje fluorescenčne imunohistokemije z uporabo protiteles proti FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) ali protitelesu proti FosB (C-terminus) skozi nakopičeno jedro živali, zdravljenih z akutnim ali kroničnim kokainom in kontrolno podgano. Madeži protiteles pan-FosB (več ...)
Povzetek splošnih ugotovitev te študije je podan v tabeli I. Ugotovljeno je bilo, da vsaka od štirih zdravil bistveno inducira ΔFosB v možganih, čeprav z delno različnimi vzorci indukcije za vsako zdravilo.
Tabela I
Indukcija ΔFosB v možganih z zlorabo drog
Indukcija ΔFosB v striatnih regijah
Najbolj dramatična indukcija ΔFosB je bila opažena v nucleus accumbens in dorsal striatum (caudate / putamen), kjer so vse štiri droge povzročile protein (sl. 2 - sl. 4). To je prikazano kvantitativno na sliki 5. Indukcija ΔFosB je bila opažena v jedrih in lupinskih subregijah nucleus accumbens, pri čemer je bila večina indukcije vidna v jedru za večino zdravil. Robustna indukcija ΔFosB je bila opažena tudi pri dorzalnem striatumu za večino zdravil. Izjema je bila Δ9-THC, ki kljub močnim trendom ni bistveno inducirala ΔFosB v lupini nucleus accumbens ali dorzalnem striatumu (glej sliko 4; tabela I). Zanimivo je, da je etanol proizvedel največjo indukcijo ΔFosB v jedru nucleus accumbens v primerjavi z drugimi zdravljenji.
Slika 2
Indukcija ΔFosB v podganjem jedru se kopiči pri kontrolni podgani (A) ali po kroničnem zdravljenju z etanolom (B), morfinom (C) ali kokainom (D). Ravni FosB podobne imunoreaktivnosti smo analizirali z imunohistokemijo z uporabo pan-FosB protiteles. (več…)
Slika 4
Indukcija ΔFosB v mišjih možganih po kroničnem zdravljenju z Δ9-THC. Ravni FosB podobne imunoreaktivnosti smo analizirali z imunohistokemijo z uporabo protiteles pan-FosB pri kontrolnih (A, C, E) in kroničnih Δ9-THC (B, D, F) živalih. Opomba (več…)
Slika 5
Kvantifikacija indukcije ΔFosB v striatalnih regijah po zdravljenju s kroničnim morfinom, Δ9-THC, etanolom in kokainom. Črtkasti grafi kažejo povprečno število celic ΔFosB + pri kontrolnih živalih in pri živalih, ki so bile izpostavljene kroničnemu morfiju, (več…)
Indukcija ΔFosB z izpostavljenostjo volji proti prisilnemu drogam
Glede na dramatično indukcijo ΔFosB v striatnih regijah, nas je zanimalo, ali je sposobnost zdravila za induciranje beljakovin v teh regijah variirala kot funkcija volumne proti prisiljeni izpostavljenosti zdravilu. Za obravnavo tega vprašanja smo preučevali skupino podgan, ki so dali kokain za 14 dni in primerjali indukcijo ΔFosB pri teh živalih s tistimi, ki so prejemali vbrizgane kokainske in tiste, ki so prejemali samo slanico. Kot je prikazano na sliki 6, je samokopirni kokain močno induciral ΔFosB v nucleus accumbens (tako v podregijah jedra kot v lupini) in hrbtnem striatumu, z enakovrednimi stopnjami indukcije, ki so jih opazili pri samozdravljivih zdravilih. Obseg indukcije ΔFosB, opaženega pri teh dveh skupinah živali, je bil večji od tistega, opaženega pri ip injekcijah kokaina (glej sliko 5), verjetno zaradi veliko večjih količin kokaina v poskusu samoinjiciranja (dnevne doze: 50). mg / kg iv glede na 30 mg / kg ip).
Slika 6
Kvantifikacija indukcije ΔFosB v striatalnih regijah po kroničnem samo-dajanju kokaina. Črtkasti grafi kažejo povprečno število celic ΔFosB + pri kontrolnih živalih in pri živalih, ki so bile obdelane s kokainom, v jedru in (več…)
Indukcija ΔFosB v drugih regijah možganov
Poleg striatalnega kompleksa je ΔFosB zaradi številnih drugih možganskih področij povzročalo kronično dajanje drog (glej tabelo I). Poudariti moramo, da so podatki, predstavljeni v tabeli I, polkvantitativni in ne predstavljajo natančne kvantifikacije indukcije ΔFosB, kot je bilo izvedeno za striatalne regije (sliki 5 in sliki 6). Kljub temu smo prepričani o indukciji ΔFosB v teh nestriatalnih regijah: ΔFosB v teh regijah v bazalnih razmerah skoraj ni mogoče zaznati, tako da je dosledno odkrivanje ΔFosB po kronični izpostavljenosti zdravilu statistično pomembno (P <0.05 z χ2).
Robustna indukcija vseh zdravil je bila opažena v prefrontalnem korteksu, pri čemer se zdi, da morfin in etanol povzročata najmočnejše učinke v večini plasti (slika 4 in slika 7). Vse štiri droge so prav tako povzročile nizko raven indukcije ΔFosB v nukleusu plasti strije terminalis (BNST), intersticijskega jedra zadnjega okončine sprednje komisije (IPAC) in po celotnem kompleksu amigdale (sl. 8). Opazili so tudi dodatne učinke, specifične za posamezne droge. Kokain in etanol, vendar ne morfij ali Δ9-THC, se zdi, da inducirata nizke ravni ΔFosB v lateralnem septumu, brez indukcije v medialnem septumu. Vsa zdravila so inducirala ΔFosB v hipokampusu, z izjemo etanola pa je bila večina te indukcije vidna v zobatem girusu (tabela I in slika 9). V nasprotju s tem je etanol povzročil zelo malo ΔFosB v dentatnem gyrusu in je namesto tega povzročil visoke ravni proteina v podpoljih CA3-CA1. Kokain, morfij in etanol, vendar ne Δ9-THC, so povzročili nizko raven indukcije ΔFosB v perikveduktalni sivi, medtem ko je le kokain povzročil ΔFosB v ventralnem tegmentalnem območju, brez indukcije, ki bi jo opazili v substantiji nigra (glej tabelo I). ).
Slika 7
Indukcija ΔFosB v predfrontalni skorji pri kontrolni podgani (A) ali po kroničnem zdravljenju z etanolom (B), morfinom (C) ali kokainom (D). Ravni FosB podobne imunoreaktivnosti smo analizirali z imunohistokemijo z uporabo pan-FosB protiteles. Označevanje (več ...)
Slika 8
Indukcija ΔFosB v bazalnih stranskih in srednjih medialnih jedrih amigdale kontrolne podgane (A) ali pri podganah, ki so prejemale kronični etanol (B), morfij (C) ali kokain (D). Ravni FosB podobne imunoreaktivnosti smo analizirali z imunohistokemijo (več ...)
Slika 9
Indukcija ΔFosB v hipokampusu kontrolne podgane (A) ali pri podganah, ki so prejemale kronični etanol (B), morfij (C) ali kokain (D). Ravni FosB podobne imunoreaktivnosti smo analizirali z imunohistokemijo z uporabo pan-FosB protiteles. Označevanje (več ...)
DISKUSIJA
Številne študije so pokazale, da kronično dajanje več vrst zlorab, vključno s kokainom, amfetaminom, metamfetaminom, morfinom, nikotinom in fenciklidinom, povzroči transkripcijski faktor ΔFosB, in nucleus accumbens in dorzalni striatum (Glej uvodni del za reference; pregledan v McClung et al., 2004; Nestler et al., 2001). Indukcija ΔFosB v striatnih regijah je bila opažena tudi po kroničnem uživanju naravnih koristi, kot je obnašanje pri vožnji s kolesi. (Werme et al., 2002). Poleg tega je bilo več poročil o nižjih nivojih indukcije ΔFosB v nekaterih drugih regijah možganov, vključno s prefrontalnim korteksom, amigdalo, ventralnim pallidumom, ventralnim tegmentalnim območjem in hipokampusom (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1996; Perrotti et al., 2005), vendar v odgovor na nekatera od teh drog zlorab ni bilo nikoli sistematičnega kartiranja indukcije ΔFosB v možganih. Še več, kljub preiskavi večine zlorab drog, dve od najbolj zlorabljenih snovi, etanol in Δ9-THC, doslej nista bili proučeni, da bi lahko inducirali ΔFosB. Cilj te študije je bil izvesti začetno kartiranje ΔFosB v možganih kot odziv na kronično dajanje štirih prototipnih zdravil: kokain, morfij, etanol in Δ9-THC.
Najpomembnejše ugotovitve naše študije so, da etanol in Δ9-THC, tako kot vsa druga zlorabljena zdravila, sprožijo visoke ravni ΔFosB široko znotraj striatnega kompleksa. Ti rezultati nadalje določajo indukcijo ΔFosB v teh regijah kot skupno, kronično prilagoditev skoraj vsem zlorabam (McClung et al., 2004). Vzorec indukcije znotraj striatnega kompleksa se je nekoliko razlikoval pri različnih zdravilih. Vse robustno inducirano ΔFosB v jedru nucleus accumbens, medtem ko so vsa zdravila, razen Δ9-THC, znatno inducirala ΔFosB v lupini nucleus accumbens in dorzalni striatum, in so bili močni trendi, da bi Δ9-THC povzročili podobne učinke v zadnje regije. Jedro in lupina nucleus accumbens so pomembne regije za nagrajevanje možganov, za katere se je izkazalo, da so kritični posredniki pri nagrajevanju zlorab drog. Prav tako je bil dorzalni striatum povezan s kompulzivno ali navadno naravo uživanja drog (Vanderschuren et al., 2005). Pokazalo se je, da indukcija ΔFosB v teh regijah povečuje koristne odzive na kokain in morfij ter povečuje odziv na naravne koristi, kot so obnašanje pri vožnji s kolesi in vnos hrane (Colby et al., 2003; Kelz). et al., 1999; Olausson et al., 2006; Peakman et al., 2003; Werme et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Nadaljnje delo je potrebno, da se ugotovi, ali indukcija ΔFosB v teh regijah posreduje podobne funkcionalne prilagoditve pri posameznikovi občutljivosti na nagrajevanje učinkov drugih drog zlorab.
Indukcija ΔFosB v striatnih regijah ni funkcija vnosa zdravila. Tako smo pokazali, da je samo-dajanje kokaina povzročilo enako stopnjo ΔFosB v nucleus accumbens in dorzalni striatum, kot smo jih opazili pri živalih, ki so prejele enakovredne injekcije zdravila. Ti rezultati kažejo, da indukcija ΔFosB v striatumu predstavlja farmakološko delovanje drog zlorabe, neodvisno od nadzora živali nad izpostavljenostjo zdravilu. V presenetljivem nasprotju smo nedavno dokazali, da samo-dajanje kokaina povzroči večkrat višje ravni ΔFosB v orbitofrontalnem korteksu v primerjavi z dajanjem kokaina (Winstanley et al., 2007). Ta učinek je bil specifičen za orbitofrontalni korteks, ker so bile v teh dveh pogojih zdravljenja pri prefrontalnem korteksu ugotovljene enakovredne ravni indukcije ΔFosB. Čeprav indukcija ΔFosB ni povezana z voljnim nadzorom nad vnosom drog v striatne regije, se zdi, da na takšne motivacijske dejavnike vplivajo v nekaterih višjih kortikalnih centrih.
Predstavljamo tudi polkvantitativne podatke, da vsa štiri zdravila zlorabe povzročajo ΔFosB v več regijah možganov zunaj striatnega kompleksa, čeprav na splošno v manjši meri. Ta druga možganska področja so vključevala prefrontalni korteks, amigdalo, IPAC, BNST in hipokampus.. Indukcija zdravil ΔFosB v prefrontalnem korteksu in hipokampusu je lahko povezana z nekaterimi učinki zlorabe drog na kognitivno delovanje, čeprav to še ni neposredno raziskano. Amigdala, IPAC in BNST so bili vpleteni v reguliranje odziva posameznika na averzivne dražljaje. To sproža možnost, da indukcija ΔFosB v teh regijah po kroničnem dajanju zdravila zlorabi posreduje uravnavanje drog čustvenega vedenja, ki presega nagrado. Zanimivo bo preučiti te možnosti v prihodnjih preiskavah.
Štirje preučevani zlorabi drog so prav tako povzročili nekatere učinke, povezane z zdravili. Kokain je edinstveno induciral ΔFosB v ventralnem tegmentalnem območju, kot je bilo predhodno opisano (Perrotti et al., 2005). Podobno so kokain in etanol edinstveno povzročili nizke vrednosti ΔFosB v lateralnem septumu. Δ9-THC je bil edinstven za manj dramatične učinke na indukcijo ΔFosB, v primerjavi z drugimi zlorabami, v lupini nucleus accumbens in dorsal striatum, kot smo že omenili. Δ9-THC je bil tudi edinstven v tem, da kronična izpostavljenost temu zdravilu, v nasprotju z vsemi ostalimi, ni povzročila nizke ravni ΔFosB v perikveduktalni sivi. Glede na vlogo hipokampusa in septuma v kognitivni funkciji in vloge teh regij, kot tudi perikvadktualne sive pri uravnavanju odzivov živali na stresne situacije, lahko indukcija ΔFosB, specifičnih za regijo in zdravilo, posreduje v pomembnih vidikih delovanje drog na možgane.
Če povzamemo, indukcija ΔFosB v striatnih regijah za nagrajevanje možganov je bila široko dokazana kot skupna kronična prilagoditev na droge zlorabe. Ta pojem smo razširili tako, da smo tukaj pokazali, da dva dodatna in široko zlorabljena zdravila, etanol in Δ9-THC, prav tako inducirata ΔFosB v teh regijah možganov.. Prav tako identificiramo več drugih področij možganov, ki so vpleteni v kognitivne funkcije in odzive na stres, ki kažejo različne stopnje indukcije ΔFosB kot odziv na kronično izpostavljenost zdravilu. Nekateri od teh odgovorov, kot je indukcija ΔFosB v striatnih regijah, so pogosti pri vseh preiskovanih drogah, medtem ko so odzivi v drugih možganskih področjih bolj odvisni od drog. Te ugotovitve bodo zdaj usmerjale prihodnje raziskave za opredelitev vloge indukcije ΔFosB v teh drugih možganskih področjih. Prav tako pomagajo opredeliti potencialno uporabnost antagonistov ΔFosB kot skupnega zdravljenja sindromov odvisnosti od drog.
Slika 3
Indukcija ΔFosB v podganah prekriva putamen pri kontrolni podgani (A) ali po kroničnem zdravljenju z etanolom (B), morfinom (C) ali kokainom (D). Ravni FosB podobne imunoreaktivnosti smo analizirali z imunohistokemijo z uporabo pan-FosB protiteles. (več…)
Priznanja
Sponzor dotacije: Nacionalni inštitut za zlorabo drog.
VIRI
1. Alibhai IN, Zelena TA, Nestler EJ. Ureditev izražanja fosB in ΔfosB mRNA: In vivo in in vitro študije. Brain Res. 2007, 11: 4322 – 4333.
2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Regionalno specifična indukcija ΔFosB z večkratnim dajanjem značilnih proti atipičnim antipsihotičnim zdravilom. Synapse. 1999; 33: 118 – 128. [PubMed]
3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. Pitje alkohola povzroči selektivne spremembe v možganih v izražanju inducibilnih transkripcijskih faktorjev. Brain Res. 1999; 847: 157 – 165. [PubMed]
4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. Aktivnost AP-1 in Egr DNA-vezave se poveča v možganih podgane med odvzemom etanola. J Neurochem. 1997; 69: 306 – 314. [PubMed]
5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteasomsko odvisni in neodvisni mehanizmi za destabilizacijo FosB: Identifikacija FosB degronskih domen in posledice za stabilnost ΔFosB. Eur J Neurosci. 2007; 25: 3009 – 3019. [PubMed]
6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hope BT, Nestler EJ. Regulacija ΔFosB in FosB podobnih beljakovin z elektrokonvulzivnimi epileptičnimi napadi (ECS) in zdravljenjem s kokainom. Mol Pharmacol. 1995; 48: 880 – 889. [PubMed]
7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB povečuje spodbude za kokain. J Neurosci. 2003; 23: 2488 – 2493. [PubMed]
8. Criswell HE, Breese GR. Podobni učinki etanola in flumazenila pri pridobivanju odziva na izogibanje škatlici med odvzemom kronične obdelave z etanolom. Br J Pharmacol. 1993, 110: 753 – 760. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Periadolescentne miši kažejo izboljšano regulacijo ΔFosB v odzivu na kokain in amfetamin. J Neurosci. 2002; 22: 9155 – 9159. [PubMed]
10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Učinki zdravljenja z akutnim in kroničnim 1,3-butandiolom na funkcijo centralnega živčnega sistema: primerjava z etanolom. J Pharmacol Exp Ther. 1981; 216: 306 – 314. [PubMed]
11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. Amfetamin in kokain inducirata specifično aktivacijo c-fos gena v razdelkih strio-nekaterih matriksov in limbičnih delitev striatuma. Proc Natl Acad Sci ZDA. 1990, 87: 6912 – 6916. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
12. Hiroi N, Brown J, Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. FosB mutantne miši: Izguba kronične indukcije kokaina s sorodnimi beljakovinami Fos in povečana občutljivost na psihomotorične in nagrajevalne učinke kokaina. Proc Natl Acad Sci ZDA. 1997, 94: 10397 – 10402. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
13. Hope BT, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulacija neposredne zgodnje genske ekspresije in vezave AP-1 v podganah nukleusa accumbens s kroničnim kokainom. Proc Natl Acad Sci US A. 1992, 89: 5764-5768. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
14. Hope BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Indukcija dolgotrajnega kompleksa AP-1, sestavljenega iz spremenjenih Fos-podobnih beljakovin v možganih s kroničnim kokainom in drugimi kroničnimi zdravljenji. Neuron. 1994; 13: 1235 – 1244. [PubMed]
15. Kelz MB, Chen JS, Carlezon WA, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch R, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ . Izražanje transkripcijskega faktorja ΔFosB v možganih nadzoruje občutljivost na kokain. Narava. 1999; 401: 272 – 276. [PubMed]
16. Knapp DJ, Duncan GE, Crews FT, Breese GR. Indukcija Fos-podobnih beljakovin in ultrazvočnih vokalizacij med odvzemom etanola: nadaljnji dokazi za anksioznost, ki jo povzroča umik. Alkohol Clin Exp Res. 1998; 22: 481 – 493. [PubMed]
17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. Mikroinekcioniranje antisense oligonukleotida M (5) muskarinskega receptorja v VTA inhibira ekspresijo FosB v NAc in hipokampus podgane, ki so senzibilizirani za heroin. Neurosci Bull. 2007; 23: 1 – 8. [PubMed]
18. McClung CA, Nestler EJ. Regulacija izražanja genov in kokainskega nagrajevanja s strani CREB in ΔFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208 – 1215. [PubMed]
19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: molekularno stikalo za dolgoročno prilagoditev v možganih. Mol Brain Res. 2004; 132: 146 – 154. [PubMed]
20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, TC Napier. Spremembe akumbalnega in pallidnega pCREB in ΔFosB pri podganah, občutljivih na morfij: Korelacije z elektrofiziološkimi ukrepi, ki jih povzroča receptor, v ventralnem pallidumu. Nevropsihofarmakologija. 2006a, 31: 1212 – 1226. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
21. McDaid J, poslanec Graham, Napier TC. Preobčutljivost zaradi metamfetamina različno spreminja pCREB in Δ-FosB v celotnem limbičnem vezju možganov sesalcev. Mol Pharmacol. 2006b; 70: 2064 – 2074. [PubMed]
22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Spremembe na ravni mreže pri izražanju inducibilnih proteinov Fos-Jun v striatumu med kroničnim zdravljenjem in odvzemom kokaina. Neuron. 1996; 17: 147 – 156. [PubMed]
23. Muller DL, Unterwald EM. D1 dopaminski receptorji modulirajo ΔFosB indukcijo v striatumu podgane po intermitentni aplikaciji morfina. J Pharmacol Exp Ther. 2005; 314: 148 – 154. [PubMed]
24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: Trajno molekularno stikalo za odvisnost. Proc Natl Acad Sci ZDA. 2001, 98: 11042 – 11046. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
25. Nye HE, Nestler EJ. Indukcija kroničnih Fos-povezanih antigenov v možganih podgan s kronično administracijo morfina. Mol Pharmacol. 1996; 49: 636 – 645. [PubMed]
26. Nye HE, Hope BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmakološke študije regulacije s kokainom kronične indukcije Fra (antigena, povezanega s Fos) v striatumu in nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995; 275: 1671 – 1680. [PubMed]
27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R, Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB v nucleus accumbens ureja instrumentalno obnašanje in motivacijo, ki je ojačana s hrano. J Neurosci. 2006; 26: 9196 – 9204. [PubMed]
28. Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, Stock JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Inducibilna ekspresija dominantnega negativnega mutanta c-Jun v transgenih miših, specifična za možgansko regijo, zmanjša občutljivost na kokain. Brain Res. 2003; 970: 73 – 86. [PubMed]
29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Indukcija ΔFosB v možganskih strukturah, povezanih z nagrajevanjem, po kroničnem stresu. J Neurosci. 2004; 24: 10594 – 10602. [PubMed]
30. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S, Ulery PG, Wallace D, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. ΔFosB se kopiči v populaciji GABAergičnih celic v posteriornem repu ventralnega tegmentalnega območja po psihostimulantnem zdravljenju. Eur J Neurosci. 2005; 21: 2817 – 2824. [PubMed]
31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Skupni živčni substrati za zasvojenost z lastnostmi nikotina in kokaina. Znanost. 1997; 275: 83 – 86. [PubMed]
32. SAMHSA. O. o. A. Študije, Nacionalni informacijski center za informacije o alkoholu in drogah. Rockville, MD: NSDUH serija H-28; 2005. Rezultati nacionalnega raziskovanja 2004 o uporabi drog in zdravju: nacionalne ugotovitve.
33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Učinek kroničnega dajanja R - (+) - [2,3-dihidro-5-metil-3 - [(morfolinil) metil] pirolo [1,2, 3-de] -1,4-b enzoksazinil] - (1-naftalenil) metanon mezilata (WIN55,212-2) ali delta (9) -tetrahidrokanabinol na adaptacijo kanabinoidnih receptorjev pri miših. J Pharmacol Exp Ther. 2002, 303: 36 – 44. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Dejavniki, ki določajo nagnjenost k kokainskemu obnašanju med abstinenco pri podganah. Nevropsihofarmakologija. 2000; 22: 626 – 641. [PubMed]
35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Regulacija stabilnosti ΔFosB s fosforilacijo. J Neurosci. 2006; 26: 5131 – 5142. [PubMed]
36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Vključitev hrbtnega striatuma v iskanju kokaina z nadzorovanimi napotki. J Neurosci. 2005; 25: 8665 – 8670. [PubMed]
37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB uravnava tek kolesa. J Neurosci. 2002; 22: 8133 – 8138. [PubMed]
38. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DEH, Zelena TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone FJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. Indukcija ΔFosB v orbitofrontalnem korteksu posreduje toleranco na kognitivno disfunkcijo, ki jo povzroča kokain. J Neurosci. 2007; 27: 10497 – 10507. [PubMed]
39. Young ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. Kokain inducira striatne c-fos-imunoreaktivne beljakovine preko dopaminergičnih D1 receptorjev. Proc Natl Acad Sci ZDA. 1991, 88: 1291 – 1295. [PMC brezplačen članek] [PubMed]
40. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, DiLeone RJ, Kumar A, Nestler EJ. ΔFosB: Bistvena vloga ΔFosB v nucleus accumbens v delovanju morfina. Nat Neurosci. 2006; 9: 205 – 211. [PubMed]
;
