Strateško ravnotežje pri zasvojenosti z drogami: različne vloge neposrednih in posrednih poti srednje velikih kosti (2011)

Predstavitev

Droge zlorabe imajo močne molekularne in celične spremembe tako v hrbtnem striatumu (dStr) kot v ventralnem striatumu (nucleus accumbens, NAc), mnoge od teh sprememb pa se pojavljajo v srednje velikih živčnih nevronih (MSN), glavni projekcijski nevroni v dStr in NAc, ki 90 – 95% vseh nevronov v teh regijah. Vendar pa raziskovalci do nedavnega niso mogli jasno opredeliti diferencialne vloge dveh podtipov MSN v fenomenih, povezanih z odvisnostjo. Dva podtipa MSN se razlikujeta po obogatitvi dopaminskega receptorja 1 (D₁ali dopaminskega receptorja 2 (D₂), kot tudi več drugih genov (Gerfen in Young, 1988; Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1990, 1991; Bernard et al., 1992; Ince et al., 1997; Lobo et al., 2006, 2007; Heiman et al., 2008; gensat.org) in z njihovimi različnimi projekcijami skozi pot kortiko-bazalnih ganglijev (neposredne in posredne poti; Gerfen, 1984, 1992). Zgodnja dela so predlagala, da bi zloraba drog najbolj vplivala na D₁+ MSNs, z uporabo številnih agonistov in antagonistov dopaminskih receptorjev, ki zagotavljajo pomemben vpogled v funkcionalne in molekularne vloge vsake MSN pri obnašanju nagrad na področju drog (Self, 2010). Vendar pa so trenutne metode, specifične za tip celic, vključno s fluorescentnimi reporterskimi mišmi, ki izražajo GFP pod D₁ ali D₂ bakterijski umetni kromosomi (BACs; Gong et al., 2003; Valjent et al., 2009; gensat.org), pogojni modeli miši, kot je uporaba tetraciklinsko reguliranih inducibilnih transgenskih miši (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999in transgenske miši, ki izražajo Cre-rekombinazo z uporabo D₁ ali D₂ BAC, umetni kromosomi kvasovk (YACs) ali knock-in miši (Gong et al., 2007; Lemberger et al., 2007; Heusner et al., 2008; Parkitna et al., 2009; Valjent et al., 2009; Bateup et al., 2010; Lobo et al., 2010; gensat.org), kot tudi celično specifičen virusni posredni prenos gena (Cardin et al., 2010; Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011) so zagotovili temeljit nov vpogled v natančno molekularno podlago vsakega podtipa MSN in njihovo regulacijo z zlorabo drog (tabela 1).

Tabela 1. Učinki genetske manipulacije, specifične za tip celic, v D₁+ in D₂+ MSN v modelih odvisnosti od drog.

Najnovejše ugotovitve potrjujejo, da je za D bolj pomembna vloga₁+ MSN-ji, ki proizvajajo učinek okrepitve in preobčutljivosti drog, pri čemer se v teh MSN-jih pojavijo najmočnejše molekularne spremembe. Na primer, akutna izpostavljenost psihostimulantom močno inducira številne signalne molekule, vključno s FosB, ERK, c-Fos in Zif268 v D₁+ MSN, ponavljajoči kokain prednostno inducira ΔFosB in spreminja GABA receptor in druge podenote ionskih kanalov v tem celičnem tipu (Robertson et al., 1991; Young et al., 1991; Berretta et al., 1992; Cenci et al., 1992; Moratalla et al., 1992; Hope et al., 1994; Bertran-Gonzalez et al., 2008; Heiman et al., 2008). Poleg tega moti ali prekomerno izraža specifične molekule, kot so ΔFosB, DARPP-32 ali Nr3c1 (glukokortikoidni receptor), v D₁+ MSN običajno posnemajo obnašanje, povezano z zdravilom, ki ga opazimo, ko so te spremembe narejene na način, ki ni specifičen za tip celice, medtem ko motijo ​​take gene v D₂+ MSN pogosto povzroči nasprotni odgovor (Fienberg et al., 1998; Kelz et al., 1999; Deroche-Gamonet et al., 2003; Zachariou et al., 2006; Ambroggi et al., 2009; Bateup et al., 2010). Kljub temu ne moremo izključiti pomembnega prispevka D₂+ MSN v prilagajanju zlorabam drog, ker izpostavljenost kokainu spreminja izražanje genov v obeh podtipih MSN (Heiman et al., 2008) in D₂agonisti in antagonisti receptorjev močno vplivajo na vedenjske analize (Self, 2010). Nedavne ugotovitve dejansko kažejo, da so molekularne signalne prilagoditve v D₂+ MSN-ji močno spreminjajo vedenjski odziv živali na zlorabo drog (Lobo et al., 2010). Zadnje ugotovitve so pokazale, da je izguba TrkB (receptorja za BDNF) v D₂+ MSN sporočajo podobne vedenjske odzive na kokain kot skupni TrkB izloček od NAc, kar kaže prvič selektivno prevladujočo vlogo za molekularno pot v D₂+ MSN-ji pri posredovanju učinkov zlorabe drog.

Nazadnje je iz nedavne literature razvidno, da dve MSN-ju izvajata antagonistične učinke v vedenju, povezanim z drogami, kjer aktivacija D₁+ MSN ali zaviranje D₂+ MSN poveča občutljivost živali na zlorabo drog (Hikida et al., 2010; Lobo et al., 2010; Ferguson et al., 2011). Te ugotovitve so skladne z nasprotnimi vlogami dveh MSN-jev in njihovimi neposrednimi in posrednimi potmi v bazalnih ganglijih v motornem vedenju (Alexander et al., 1986; Albin et al., 1989; Graybiel, 2000; Kravitz et al., 2010). Ta najnovejša literatura je v skladu s splošno idejo, da dopaminergična nevrotransmisija, ki se aktivira z vsemi zlorabami drog, olajša glutamatergično aktivacijo D₁+ MSN, medtem ko zavirajo glutamatergično aktivacijo D₂+ MSN preko svojih dejanj na D₁ proti D₂ receptorji dopamina (slika 3). \ t 1). V tem pregledu obravnavamo sedanje znanje o molekularni signalizaciji, ki jo kažejo ti dve podtipi MSN glede na njihove funkcionalne vloge in odzive na zlorabo drog.

Slika 1. Vsa zdravila za zlorabo povečujejo dopaminsko signalizacijo v striatumu, ki lahko različno modulira glutamatergično aktivnost v dveh podtipih MSN.. Predvsem se kokain veže na dopaminskega transporterja, ki preprečuje prevzem dopamina v terminalih VTA dopaminskih nevronov. Aktivacija G_s/_olf D₁ receptorji povečujejo aktivnost PKA in spreminjajo Ca²⁺ in K⁺ prevodnosti za izboljšanje "navzgor" stanja, posredovanega z glutamatom, v teh MSN. Nasprotno pa aktivacija G_i/G_o D₂-receptorji zmanjšujejo aktivnost PKA in spreminjajo Ca²⁺, Na⁺in K⁺ prevodnosti za zmanjšanje glutamatno posredovanega "up-state". To prenese te MSN-je nazaj v njihovo mirovanje.

Signalizacija dopaminskega receptorja v D₁ proti D₂ MSN

Kot smo že omenili, vsa zlorabljena zdravila aktivirajo dopaminergični vnos v NAc in s tem povezane regije limbičnih možganov (Volkow et al., 2004; Wise, 2004; Nestler, 2005). Na primer, psihostimulanti, kot je kokain ali amfetamin, neposredno vplivajo na dopaminergični način nagrajevanja, saj ovirajo transporter dopamina: kokain blokira transporter in amfetamin obrne transporter, kar povzroči nastanek dopamina v sinapsi, ki lahko aktivira dopamin receptorje na ciljnih nevronih (slika 3) 1). Obe MSN številki se najbolj razlikujeta z obogatitvijo D₁ proti D₂- Receptorji, čeprav RT-PCR študije z eno celico kažejo, da je D₁+ MSN izražajo nizke ravni D₂podoben receptor, D₃ in D₂+ MSN izražajo nizke ravni D₁podoben receptor, D₅ (Surmeier et al., 1996). Dve MSN zahtevata glutamatergično inervacijo za spodbujanje živčne aktivnosti; dopamin nasprotno modulira te funkcionalne odzive preko stimulacije različnih podtipov dopaminskih receptorjev: s pozitivno modulacijo ekscitatornega glutamatergičnega vnosa skozi D₁ signaliziranje preko G_s ali G_olfki stimulira adenilil ciklazo, ki vodi do povečane aktivnosti PKA, medtem ko dopamin negativno modulira ta vnos skozi D₂signaliziranje preko G_i in G_o ki inhibirajo adenilil ciklazo, kar povzroča zmanjšano aktivnost PKA (Surmeier et al., 2007; Gerfen in Surmeier, 2011). V resnici vsak receptor izkazuje kompleksne učinke na številnih dodatnih signalnih poteh. V mirovanju sta dve podtipi MSN na sploąno zavrnjeni, v tem, kar so raziskovalci poimenovali navzdol. Razburljiva glutamatergična sinaptična aktivnost lahko sprosti MSN-je iz tega spodnjega stanja in jih prenese v bolj depolarizirano stanje (up-state). Dopamin nasprotno modulira ekscitacijski glutamatergični premik v gornje stanje. D₁ aktivacija PKA poveča Cav1 L-tipa Ca²⁺ aktivnost kanala, zmanjša somatsko K⁺ aktivnost kanalov in navzdol Cav2 Ca²⁺ kanali, ki nadzorujejo aktivacijo Ca²⁺ odvisna, majhna prevodnost K⁺ (SK) kanalov, kar ima za posledico povečanje širjenja teh MSN števil (Surmeier et al., 2007; Gerfen in Surmeier, 2011). Nasprotno pa D₂ signalizacija zavira prehod gornjega stanja, s čimer preprečuje povečano napihovanje z redukcijo Cav1 L-tipa Ca²⁺ aktivnost kanalov in Nav1 Na⁺ aktivnost kanalov ob povečanju K⁺ kanalni tokovi (Surmeier et al., 2007; Gerfen in Surmeier, 2011; Slika 1). Takšne nasprotne spremembe v dveh MSN sporočilih kažejo, da bi povečano signaliziranje dopamina, ki ga povzročajo zlorabe drog, moralo povečati glutamatergično aktivacijo D₁+ MSN in zmanjša glutamatergično aktiviranje D₂+ MSN. V resnici so takšni odgovori veliko bolj raznoliki in zapleteni zaradi razlogov, ki so še vedno slabo razumljeni. Ta tema bo obravnavana v nadaljevanju.

Vloga dopaminskih receptorjev v zlorabi drog je zapletena in pogosto neulovljiva (Self, 2010). Obstaja veliko literature o vlogi D₁ in D₂-receptorski agonisti in antagonisti pri moduliranju nagrajenih lastnosti in samouporabi zdravil za zlorabo, vendar pa se rezultati razlikujejo glede na vrsto uporabljenega agonista / antagonista, vrsto dostave (sistemsko glede na specifično področje možganske regije) in časovni potek zdravljenja (\ tSelf, 2010). Takšne rezultate še dodatno zmedejo posebni učinki, ki niso striatni, kot je prispevek predsinaptičnega D₂-receptorji iz VTA ali prisotnost D₁ receptorje v mnogih drugih limbičnih regijah in pomanjkanje specifičnosti uporabljenih agonistov / antagonistov kot tudi izražanje D₁podobne in D₂podobne receptorje v obeh podtipih MSN, kot smo že omenili. Na splošno velja, da je D₁ receptorji igrajo bolj prevladujočo vlogo pri primarnih nagrajevalnih lastnostih zlorab, medtem ko D₂igrajo vlogo pri mehanizmih iskanja drog (\ tSelf et al., 1996; Self, 2010). Študije z D₁ receptor in D₂-receptorske nokautne miši omogočajo vpogled v vlogo teh receptorjev v dveh MSN-jih. D₁ izkrvne miši kažejo zatopljeno indukcijo neposrednih zgodnjih genov (IEG) c-Fos in Zif268 kot odziv na kokain, zmanjšan odziv na psihostimulantsko inducirano lokomotorno aktivnost, vendar brez sprememb kokainsko pogojenih preferenc (CPP) - posredni ukrep nagrado za droge in zmanjšano samouporabo kokaina in porabo etanola (Miner et al., 1995; Drago et al., 1996; Crawford et al., 1997; El-Ghundi et al., 1998; Caine et al., 2007). D₂ izločeni miši kažejo zmanjšane učinke nagrajevanja na opiate in kokain, kakor tudi na zmanjšano porabo etanola, vendar brez zmanjšanja uživanja kokaina (Maldonado et al., 1997; Cunningham et al., 2000; Risinger et al., 2000; Caine et al., 2002; Chausmer et al., 2002; Elmer et al., 2002; Welter et al., 2007). Takšni podatki podpirajo pomembne vloge za D₁ in D₂-receptorji v dveh MSN-jih v več vidikih zlorabe drog, vendar izločki nimajo striatne specifičnosti in se pojavijo zgodaj v razvoju, zato ne moremo izključiti drugih regij možganov in celičnih tipov ter razvojnih dejavnikov pri posredovanju teh vedenj. Nazadnje, znižanje ravni D₂/D₃ v striatumu, kot je prikazano s slikanjem možganov, je postal običajen pokazatelj odvisnosti pri ljudeh, zlasti v obdobjih umika (Volkow et al., 2009). Glodalci, ki prejemajo virusno posredovanje genskega prenosa D₂receptorji na NAc prikazujejo oslabljeno samo-dajanje kokaina in porabo etanola (Thanos et al., 2004, 2008). Te študije niso bile izvedene na način, specifičen za celični tip, zato ne moremo izključiti možnega učinka D₂prekomerna ekspresija receptorja D₁+ MSN. Ta zbirka podatkov poudarja potrebo po prehodu na bolj selektivne pristope, vključno s specifičnimi celičnimi, regijsko specifičnimi in celo časovno specifičnimi manipulacijami dopaminskih receptorjev, da bi bolje pojasnili njihove funkcionalne vloge v dveh podtipih MSN v odvisnosti od drog.

Nazadnje je bilo nedavno poročano, da je D₂-GFP homozigot BAC transgene miši prikazujejo povečane ravni ekspresije D₂-receptor v striatumu in okrepljena vedenjska občutljivost in signaliziranje dopamina na D₂ agonistov. Poleg tega obe homozigoti in hemizigoti kažejo zatopljen odziv na kokain (Kramer et al., 2011). Ta študija poudarja potrebo po temeljiti opredelitvi D₁ in D₂ fluorescenčne reporterske in Cre vozniške linije. Vendar pa je večina podatkov, zbranih v tej študiji, uporabljala homozigote, ki niso idealni eksperimentalni genotip, ker 5-10% transgenih integracij povzroči insercijske mutacije (Meisler, 1992); zato je genotip hemizigota zanesljivejši eksperimentalni genotip. Poleg tega v tej študiji niso bile uporabljene kontrole divjih ptic iz legla, vendar so bile uporabljene kontrole na podobnem ozadju (Swiss Webster), pridobljene iz zdravila Taconic, medtem ko so bile njihove transgenske linije pridobljene iz GENSAT in MMRRC. Nazadnje je druga skupina pokazala normalne kokainske lokomotorne odzive pri D₂-GFP hemizygotes (Kim et al., 2011). Zato je treba izvesti prihodnje študije z uporabo ustreznih kontrol in ustreznih genotipov, da se v celoti opišejo različne transgene linije, specifične za tip celic, ki so na voljo.

Signalizacija glutamata in GABA v D₁ proti D₂ MSN

Neuroni srednjega trna prejmejo glutamatergični vnos iz več možganskih regij, vključno s prefrontalnim korteksom, amigdalo in hipokampusom, in GABAergični vhod iz lokalnih interneuronov in morda kolateralni vložki iz drugih MSN-jev. Neto ekscitatorna in inhibitorna regulacija MSN-jev je nedvomno ključna pri urejanju drog, odvisnih od drog, in zdaj je na voljo vse več literature o kompleksnih načinih, na katere droge spreminjajo glutamatergično nevrotransmisijo, zlasti v NAc (Pierce et al., 1996; Thomas et al., 2001; Beurrier in Malenka, 2002; Kourrich et al., 2007; Bachtell in Self, 2008; Bachtell et al., 2008; Conrad et al., 2008; Kalivas, 2009; Wolf, 2010). Čeprav naj bi MSN-ja večinoma obstajala v inhibiranem spodnjem stanju pod bazalnimi pogoji z glutamatno aktivnostjo obeh celičnih tipov, ostaja omejena informacija o različni regulaciji, ki se pojavlja v D₁ proti D₂ MSN.

Prekomerna ekspresija ΔFosB pri D₁+ MSNs (glejte spodaj za več podrobnosti) povečuje koristne učinke kokaina in povečuje raven Ca²⁺glutamatne podenote GluR2 v NAc. Poleg tega virusno posredovan prenos GluR2 na NAc podobno izboljšuje učinke kokaina (Kelz et al., 1999). Vendar ni znano, ali je indukcija GluR2 videna kot odziv na prekomerno izražanje ΔFosB pri D₁+ MSN-ji so prav tako specifični za te nevrone, prekomerna ekspresija virusa GluR2 pa ni specifična za tip celic, zato ne moremo sklepati neposrednih sklepov o funkciji GluR2 v teh dveh MSN-jih v nagradi za zdravila. Heusner in Palmiter (2005) ocenil vlogo NMDA glutamatergične prevodnosti pri kokainskem vedenju z ekspresijo podenote NR1, ki vsebuje mutacijo v por, ki selektivno zmanjša kalcijev tok,₁+ MSN. Ta skupina je pokazala pomanjkanje NMDA prevodnosti pri D₁+ MSN preprečuje kokainsko inducirano CPP in kokainsko lokomotorno senzibilizacijo, kar poudarja potrebo po signalizaciji NMDA v D₁+ Številke MSN za učinke kokaina na nagrajevanje in občutljivost (Heusner in Palmiter, 2005). Poleg tega je bilo pred kratkim ugotovljeno, da je iz podenote NR1 v D₁+ MSN oslabi senzibilizacijo amfetamina in ta fenotip je bil rešen s ponovno oskrbovanjem podenote NR1 v D₁+ MSN, posebej v NAc (Beutler et al., 2011). Nazadnje, s podaljškom mGluR5, z uporabo RNA interference, v D₁+ MSN ne vpliva na začetne lastnosti kokaina, ampak zmanjšuje ponovno vzpostavitev kokaina,Novak et al., 2010). Medtem ko ti podatki kažejo prepričljive vloge za glutamatergično signalizacijo v D₁+ MSN, prihodnje delo je potrebno za preučevanje glutamatergičnih sistemov v D₂+ MSN. Prihodnje raziskave bi morale tudi ovrednotiti, kako modulacija teh podenot glutamatnih receptorjev v dveh podtipih MSN vpliva na strukturne sinaptične spremembe, opažene v NAc po zlorabi zdravil (Dietz et al., 2009; Russo et al., 2010), zlasti dendritične spremembe, opažene po selektivni izpostavljenosti kokainu v D₁+ MSN (Lee et al., 2006; Kim et al., 2011), ki je lahko povezana s povečanjem miniaturnih ekscitatornih postsinaptičnih tokov, opaženih v D₁+ MSN (Kim et al., 2011). Zanimivo je, da indukcija ΔFosB v D₁+ MSN so neposredno povezane s takšnimi dendritičnimi prilagoditvami po kroničnem kokainu (Maze et al., 2010).

V nasprotju z glutamatom ni dovolj raziskav o funkciji GABA v dveh MSN-jih v modelih zasvojenosti, kar je presenetljivo, če upoštevamo, da etanol in benzodiazepini povečujejo učinke GABA in da dve MSN-ju prejemata gosto GABAergične vložke, kot je navedeno zgoraj. Obstajajo tudi znatni dokazi, ki kažejo na povečano zaviranje NAc vsaj po kronični izpostavljenosti kokainu (White et al., 1995; Peoples et al., 1998; Zhang et al., 1998; Thomas et al., 2001; Beurrier in Malenka, 2002). Heiman et al. (2008) opravili genetsko presejalno preiskavo v dveh MSN-jih po kronični izpostavljenosti kokainu in, kar je zanimivo, najbolj spremenjeni biološki proces v D \ t₁+ MSN je bil signal GABA. Zlasti je bila močna regulacija GABA_A receptorske podenote Gabra1 in Gabra4 kot tudi GABA_B podskupina Gabrb3, in ta skupina je ugotovila, da kronični kokain povečuje pogostost majhnih amplituda GABAergičnih mini inhibitornih postsinaptičnih tokov (mIPSC) v D₁+ MSN (Heiman et al., 2008). Po drugi strani pa je druga skupina pred kratkim pokazala, da kronični kokain povzroči nasprotni odziv z zmanjšano frekvenco in amplitudo mIPSC v D1 + MSN (Kim et al., 2011). Vendar pa je slednja skupina pokazala zmanjšano ekscitabilnost membrane v D₁+ MSN po kroničnem kokainu, ki bi lahko bil odraz izboljšanega tonusa GABA in je skladen z oceno o povečani inhibiciji v NAc po izpostavljenosti kroničnemu kokainu. Poleg tega so lahko take razlike med obema skupinama preprosto posledica časa izpostavljenosti in umika kokaina. Na splošno obstaja potreba po preučevanju glutamatergične in GABAergične funkcije v dveh MSN-jih kot odziv na droge zlorabe in je na tem področju zdaj na voljo sredstva, ki omogočajo takšno študijo tipa celice in regije.

Drugi signalni signali v D₁ proti D₂ Podtipi MSN

Dve MSN številki sta poleg dopaminskih receptorjev različno obogateni z drugimi receptorji, povezanimi z G-proteini. D₁+ MSN izražajo višje ravni acetilholin muskarinskega receptorja 4 (M₄; Bernard et al., 1992; Ince et al., 1997) in D₂+ MSN so obogatene z obeh adenozinskim receptorjem 2A (A_2A; Schiffmann et al., 1991; Schiffmann in Vanderhaeghen, 1993in G-protein-vezan receptor 6 (Gpr6; Lobo et al., 2007; gensat.org). M₄ je vezan na G_{i / o}, kar bi povzročilo nasprotni odziv v primerjavi z D₁ receptorje, v D₁+ MSN z zaviranjem aktivnosti cAMP / PKA. Dejansko je D₁+ MSN selektivni M₄ je pokazala povečano vedenjsko občutljivost na kokain in amfetamin (Jeon et al., 2010). Poleg tega so nedavne študije z uporabo oblikovalskega receptorja, ki se izključno aktivira s sintetičnim zdravilom (DREADDs), pokazale, da aktivacija DREADD Gi / o-vezanega človeškega M₄ receptor (hM₄D) v D₁+ MSN je zmanjšal vedenjsko preobčutljivost na amfetamin, z nasprotnim odzivom, opaženim v D₂+ MSN (Ferguson et al., 2011). Takšni podatki razkrivajo antagonistično vlogo M₄ receptorje v D₁+ MSN v zlorabi drog. Tudi, od hM₄D-receptor močno zavira te MSN-je, podatki zagotavljajo vpogled v učinek spremenjene aktivnosti teh dveh MSN-jev pri zlorabi drog, o čemer bomo razpravljali v nadaljevanju.

Oba A_2A in Gpr6 sta pozitivno povezana z G_s/G_olf beljakovin, ki vplivajo na njihovo vlogo pri antagoniziranju D₂-receptor v D₂+ MSN. Dejansko, stimulacija A_2A dokazano, da zmanjšuje tako razvoj kot izražanje senzibilizacije za kokain (Filip et al., 2006), ovirajo sprožitev kokainske samouprave (Knapp et al., 2001), in nasprotuje ponovni vzpostavitvi iskanja kokaina, ki ga je povzročil kokain, D₂stimulacijo receptorjev ali kokain-pogojene znake (Bachtell in Self, 2009). Ker je Gpr6 obogaten tudi z D₂+ MSN (Lobo et al., 2007), je treba oceniti njeno vlogo v vedenjskih funkcijah striatuma. Doslej se je izkazalo, da vpliva na instrumentalno učenje (Lobo et al., 2007), vendar njegova vloga v modelih zlorabe drog še ni znana.

Kanabinoidni receptor 1 (CB1) se izraža povsod po centralnem živčnem sistemu (Mackie, 2008), zato je težko razločiti natančno vlogo specifičnih možganskih regij in celičnih tipov pri posredovanju odvisnosti Δ9-tetrahidrokanabinola (THC). Nedavno je bil izbrisan CB1 iz D₁Ugotovili so, da + MSN-ji zmerno vplivajo na vedenjske odzive na THC, vključno z zatopljenimi učinki na THC-inducirano hipolokomocijo, hipotermijo in analgezijo (Monory et al., 2007). Zanimivo bi bilo oceniti funkcijo kanabinoidnih receptorjev v D₂+ MSN, ker te MSN številke izražajo endokanabinoidno dolgoročno depresijo (eCB-LTD), ki zahteva dopamin D₂aktiviranje receptorja (Kreitzer in Malenka, 2007).

Glukokortikoidni receptor, Nr3c1, je tudi široko izražen v CNS in periferiji. Izločanje glukokortikoidov zaradi stresa lahko okrepi maladaptivno vedenje, vključno z odvisnostjo od drog (Frank et al., 2011). Zlasti prekinitev glukokortikoidnega signaliziranja v D₁+ MSNs z brisanjem Nr3c1 zmanjšal motivacijo teh miši prikaz na samoupravljanje kokain, in to je v skladu s prejšnjimi podatki, kjer je bil izbrisan Nr3c1 iz celotnega možganov (Ambroggi et al., 2009). Ti podatki so skladni z drugimi ugotovitvami, opisanimi v tem pregledu, ki kažejo prevladujočo vlogo za D₁+ MSN v posredovanju številnih učinkov zlorabe drog.

Nazadnje smo pred kratkim prekinili BDNF signalizacijo v dveh MSN-jih, tako da smo selektivno izbrisali TrkB receptor iz vsake podtipa MSN. Ugotovili smo nasprotne učinke na vedenje, povzročeno s kokainom: kokainsko inducirana lokomotorna aktivnost in indukcija CPK kokaina sta se povečali po izbrisu TrkB iz D₁+ MSN-ji, vendar oslabljeni po brisanju iz D₂+ MSN (Lobo et al., 2010). Zanimivo je, da je izbris TrkB iz D₂+ MSN-ji posnemajo učinke popolnega brisanja TrkB iz NAc-ja in motnje signalizacije BDNF iz VTA (Horger et al., 1999; Graham et al., 2007, 2009; Bahi et al., 2008; Crooks et al., 2010). Te ugotovitve tako prvič kažejo prevladujočo vlogo signalne kaskade v D₂+ MSN v posredovanju učinkov drog zlorabe. Prevladujoča vloga D₂+ MSN v posredovanju učinkov BDNF na vedenje, povzročeno s kokainom, ni presenetljivo, če upoštevamo tako TrkB mRNA kot proteine ​​obogatene z D₂+ MSN (Lobo et al., 2010; Baydyuk et al., 2011). Vedenjske spremembe, opažene pri teh miših, so spremljale okrepljeno nevronsko aktivnost v D₂+ MSN-ji ob selektivnem izpadu TrkB. Te ugotovitve so nas spodbudile, da uporabimo optogenetsko tehnologijo za selektivno manipulacijo aktivnosti MSN v nagradi za kokain (glej spodaj).

Faktorji transkripcije v D₁ proti D₂ MSN

Najbolj prepričljiv dokaz za močnejšo vlogo D₁+ MSN v zlorabi drog izhaja iz literature, ki ocenjuje indukcijo intracelularnih signalnih molekul. Kot je navedeno zgoraj, akutne doze psihostimulantov inducirajo ekspresijo IEG, vključno s c-Fos, Zif268 (Egr1) in FosB predvsem v D₁+ MSN v NAc in dStr (Robertson et al., 1991; Young et al., 1991; Berretta et al., 1992; Cenci et al., 1992; Moratalla et al., 1992; Bertran-Gonzalez et al., 2008). Ta indukcija zahteva aktivacijo D₁ receptorjev, in specifičnost IEG indukcije v odzivu na akutni kokain je bila nedavno potrjena z D₁-GFP in D₂-GFP poročevalske miši (Bertran-Gonzalez et al., 2008). Zanimivo je, da je potrditev indukcije kokaina c-Fos predvsem v D₁-GFP skozi striatum z majhno indukcijo v D₂-GFP MSNs samo v dStr je bil potrjen s pomočjo kontekstno odvisne paradigme (miši so bile injicirane v novo okolje izven njihove domače kletke). Poleg tega je bila uporabljena prejšnja študija situ Hibridizacija pri miših je pokazala tudi indukcijo c-Fos v D₁+ in D₂+ MSN v dStr, čeprav v tej študiji reprezentativni stolpčni grafi prikazujejo večje število D₁+ c-Fos pozitivni nevroni (Ferguson et al., 2006). Zanimivo je, da ta študija razkriva znatno povečano indukcijo c-Fos v D₂+ MSNs v dStr po izgubi ERK1, kar je primerljivo z našimi ugotovitvami okrepljene indukcije c-Fos v D₂+ MSN-je, posebej v lupini NAc po prekinitvi signalizacije BDNF, za katero je znano, da povečuje aktivnost ERK (Lobo et al., 2010). Vendar pa so v vsaki študiji opazili nasprotne vedenjske odzive na kokain, ki lahko odražajo indukcijo c-Fos v D₂+ MSN v lupini dStr proti NAc. Nazadnje je bila uporabljena tudi prejšnja literatura situ Hibridizacija / imunohistokemija pri podganah je pokazala, da lahko akutni psihostimulanti inducirajo c-Fos enako v obeh MSN-jih, kadar je zdravilo dano v novem okolju (Badiani et al., 1999; Uslaner et al., 2001a,b; Ferguson in Robinson, 2004) in poroča se, da kronično dajanje amfetamina selektivno inducira c-Fos v D₂+ MSN (Mattson et al., 2007). Ti različni rezultati so lahko odraz uporabljenih eksperimentalnih postopkov (situ hibridizacijo proti GFP poročevalskim mišim) ali celo zaradi živalskih vrst, ki so bile uporabljene kot slednji poskusi uporabljajo podgane.

Nedavno so raziskovalci genetsko profilirali kokainsko odvisne, c-Fos aktivirane nevrone pri podganah z uporabo imunsko označene fluorescenčne aktivacije celic (FACS) in pokazali, da so c-Fos + nevroni obogateni z D₁+ MSN gen, prodynorphin (Pdyn), vendar imajo nižje ravni D₂ in A_2A, oba D₂+ Geni MSN (Guez-Barber et al., 2011), kar kaže, da so aktivirani nevroni c-Fos + sestavljeni predvsem iz D₁+ MSN. Poleg tega je ta skupina že pokazala, da so MSN-ji, ki izražajo c-Fos, pomembni za to kontekstno odvisno preobčutljivost, saj ablacija teh nevronov odpravlja ta vedenjski fenotip (Koya et al., 2009). Čeprav so prejšnji podatki pokazali, da se kokainsko odvisna indukcija c-Fos pojavlja v obeh D₁+ in D₂+ MSN pri podganah, novejši rezultati ustrezajo ugotovitvam, pri katerih je izbris c-Fos selektivno iz D₁+ MSN zmanjša senzibilizacijo lokomotornega kokaina pri miših (Zhang et al., 2006). Poleg tega je ta skupina ugotovila, da je izbris c-Fos v D₁+ MSN-ji zmanjšajo dendritične spremembe hrbtenice, ki jih običajno povzroči kokain v NAc, kar kaže na vlogo c-Fosa pri posredovanju teh sinaptičnih sprememb plastičnosti. Končno, skupina ni opazila spremembe v indukciji kokainskega CPP, vendar je ugotovila, da je izguba c-Fos v D₁+ MSN so preprečile izumrtje kokainskega CPP. Takšni podatki prikazujejo dinamično vlogo za indukcijo c-Fos v D₁+ MSN številke, vendar ne moremo izključiti diferencialnih učinkov na vedenjski ravni, ki jih posreduje katera koli od številnih drugih limbičnih regij možganov, ki izražajo D₁ receptor.

Drug IEG, ki je bil obširno preučen v dveh podtipih MSN, je FosB. Akutna izpostavljenost kokainu povzroči FosB v D₁+ MSN (Berretta et al., 1992), ker kronična izpostavljenost povzroča ΔFosB, stabilen proizvod gena FosB, ki ga ustvari alternativno spajanje (Hope et al., 1994; Nestler et al., 2001; Nestler, 2008), v D₁+ MSN (Nye et al., 1995; Moratalla et al., 1996; Lee et al., 2006). Podobne ugotovitve so opažene pri številnih drugih drogah zlorabe kot tudi z naravnimi nagradami, kot so hrana, spol in vožnja s kolesi. Na primer, kronično kolo, ki je naravna nagrada (Iversen, 1993; Belke, 1997; Lett et al., 2000), inducira ΔFosB v D₁+ MSN, ne pa D₂+ MSN (Werme et al., 2002). Da bi pridobili funkcionalni vpogled v vlogo ΔFosB v dveh MSN, je naša skupina ustvarila NSE-Ta linije, imenovane 11A in 11B, ki usmerjajo transgensko ekspresijo na D₁+ ali D₂+ MSN-ji (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999; Werme et al., 2002). Mišice linije 11A, ki so bile križane s črto Tet-Op ΔFosB, kažejo povečan odziv na koristne in lokomotorne učinke kokaina (Kelz et al., 1999), ki je v skladu z indukcijo ΔFosB v D₁+ MSN (Nye et al., 1995; Moratalla et al., 1996). Poleg tega ti isti miši prikazujejo povečano nagrado za morfij (ocenjeno s CPP), kot tudi zmanjšano morfinsko analgezijo in povečano toleranco za morfij, medtem ko miši 11B Tet-Op ΔFosB ne kažejo spremembe v nagradi za morfij. Prekomerna ekspresija dominantnega negativnega antagonista ΔFosB ima učinke, ki so nasprotni tistim, ki so jih opazili pri ΔFosB, čeprav ta model miške ne razlikuje D \ t₁ proti D₂ MSN-ji (Peakman et al., 2003). Ti podatki skupaj podpirajo vlogo indukcije ΔFosB v D₁+ MSN kot pomemben molekularni igralec v nagrajevanju lastnosti zlorabe drog (Zachariou et al., 2006). Ta pojav se pojavlja tudi pri drugih nagrajevanju, zlasti pri vožnji s kolesi: miši 11A Tet-Op ΔFosB prikazujejo povečano obnašanje koles, medtem ko miši 11B Tet-Op ΔFosB prikazujejo zmanjšano tek kolesa (Werme et al., 2002). Ugotovitev, da indukcija ΔFosB v D₁ MSN podpira nagrado, ki je skladna z nedavnimi ugotovitvami, da takšna selektivna indukcija celičnega tipa spodbuja tudi odzivnost odpornosti na kronični stres (Vialou et al., 2010). Končno, kronična indukcija kokaina ΔFosB v D₁Pokazalo se je, da je + MSN-jem spremljalo robustno dolgotrajno povečanje gostote dendritičnih hrbtenic (Lee et al., 2006) in nedavno se je pokazalo, da je ΔFosB v NAc potreben in zadosten pri posredovanju povečane gostote dendritičnih hrbtenic v tej možganski regiji (Maze et al., 2010). Takšni podatki podpirajo vlogo ΔFosB v D₁+ MSN-ji v posredovanju nagrajevanja vidikov zlorabe drog in naravnih nagrad ter spremljajočih strukturnih sprememb plastičnosti. Podatki tudi kažejo, da je indukcija ΔFosB v D₂+ MSN prinaša negativne posledice za nagrajene dražljaje. Ker indukcija ΔFosB v D₂+ MSN se kaže kot odziv na kronični stres in izpostavljenost antipsihotikom (Hiroi in Graybiel, 1996; Perrotti et al., 2004), potrebne so nadaljnje študije o slednjih ukrepih.

Druge znotrajcelične signalne molekule v D₁ proti D₂ MSN

Ena signalna molekula, ki je bila dobro raziskana v dveh MSN-jih v kontekstu zlorabe drog, je protein-kinaza, ERK (zunajcelična signalna sorodna kinaza). Akutna ali kronična izpostavljenost kokainu povzroči fosforilirano ERK (pERK), aktivirano obliko proteina, v NAc in dStr v D₁+ MSN z D₁-GFP in D₂-GFP BAC transgene reporterske miši (Bertran-Gonzalez et al., 2008) in ta odgovor je posredovan z D₁ receptorji (Valjent et al., 2000; Lu et al., 2006). Ta skupina je tudi pokazala, da sta pMSK-1 (fosfo-MAP in stres aktivirana kinaza-1) in histon H3, obe tarči signalizacije pERK, robustno inducirani v pERK, ki vsebuje D₁+ MSN po akutni izpostavljenosti kokainu in skromno povečani po kroničnem kokainu (Bertran-Gonzalez et al., 2008). pERK je induciran tudi odziv na kronični morfin, zlasti pERK je robustno induciran v D₁+ MSN in skromno inducirana v D₂+ MSN v lupini NAc po umiku v odgovor na povezavo, značilno za kontekst, z morfinom (Borgkvist et al., 2008). Natančno funkcijsko vlogo pERK v odvisnosti od drog je treba še določiti. Pokazalo se je, da farmakološko zdravljenje z zaviralci ERK zmanjšuje nagrado za kokain, vendar pa izpad ERK1a povečuje nagrado za kokain, kar kaže, da lahko zaviralci ERK prednostno vplivajo na ERK2. Nedavno smo pokazali, da je optogenetska aktivacija D₁+ MSN v NAc, ki poveča odziv živali na kokain, močno zmanjša pERK1 in pERK2. Prihodnje študije, ki manipulirajo z izražanjem ERK na način, specifičen za tip celic, so potrebne za popolno obravnavo funkcionalne vloge signalizacije ERK v dveh MSN-jih pri zlorabi drog.

DARPP-32 je druga signalna molekula, ki je bila obširno preučevana kot odgovor na zlorabo zdravil. Dobro je znano, da akutni psihostimulanti vodijo do fosforilacije PKA DARPP-32 na treoninu 34 (T34), zaradi česar postane močan zaviralec proteinske fosfataze 1 (PP-1), ki uravnava fosforilacijsko stanje mnogih efektorskih proteinov, vključno z transkripcijski faktorji, ionotropni receptorji in ionski kanali (Greengard et al., 1999). Toda do nedavnega ni bilo jasno, katera podtip MSN posreduje pri tej biokemični spremembi. Greengard et al. (1999) generiranih modelov BAC transgenih miši, ki omogočajo vrednotenje fosforilacije DARPP-32 v D₁+ ali D₂+ MSN z izražanjem označenih različic DARPP-32 z D₁ ali D₂ BAC, ki omogočajo imunoprecipitacijo DARPP-32 iz vsakega MSN podtipa. Te študije so pokazale, da akutno zdravljenje s kokainom poveča fosforilacijo T34 v D₁+ MSN in inducira fosforilacijo treonina 75 (T75) s Cdk5, ki inhibira signalizacijo PKA, selektivno v D₂+ MSN (Bateup et al., 2008). Končno je ta skupina pokazala, da je brisanje DARPP-32 iz vsake podtipa MSN z uporabo D₁-Cre in D₂Transgene miši -Cre BAC povzročijo nasprotno regulacijo kokainsko inducirane lokomotorne aktivnosti (Bateup et al., 2010). Izguba DARPP-32 iz D₁+ MSN je zmanjšal lokomotorne učinke kokaina, ki posnema prejšnje podatke, ki ocenjujejo skupni izpad DARPP-32 (Fienberg et al., 1998), medtem ko je izguba DARPP-32 iz D₂+ MSN so izboljšale kokainske lokomotorne odzive. Takšni podatki zagotavljajo konkretne dokaze za različne vloge DARPP-32 v dveh MSN-jih kot odziv na zlorabo drog in ponazarjajo pomen metod, specifičnih za celične vrste, da bi v celoti razumeli prispevek teh dveh nevronskih tipov v odvisnosti od drog.

Modulacijska aktivnost D₁ ali D₂ MSN

Neposredno moduliranje aktivnosti dveh podtipov MSN je pred kratkim omogočilo nov vpogled v molekularno in funkcionalno vlogo D₁ in D₂ MSN v odvisnosti. Uporabili smo optogenetska orodja v kombinaciji s pogojnim (tj. Cre-odvisnim) adeno-asociranim virusnim (AAV) vektorjem, ki izraža modri svetlobno aktiviran kationski kanal, kanalrodhodin-2 (ChR2). Vektor ali kontrolo smo injicirali v NAc D₁-Cre ali D₂-Cre BAC transgenske miši in nato stimulirano injicirano regijo z modro svetlobo za selektivno aktiviranje D₁+ proti D₂+ MSN v okviru kokainskega CPP. Ugotovili smo, da aktivacija D₁+ MSN poveča indukcijo kokainskega CPP, medtem ko aktiviranje D₂+ MSN zavre to indukcijo (Lobo et al., 2010). Kot smo že omenili, smo opazili iste vedenjske učinke, ko smo TrkB selektivno izbrisali iz teh podtipov MSN: povečana kokainska CPP in lokomotorna aktivnost po izbrisu TrkB iz D₁+ MSNs in zmanjšano kokainsko CPP in lokomotorno aktivnost po brisanju TrkB iz D₂+ MSN. Verjeten skupni učinek izločitve TrkB in optogenetske stimulacije v D₂+ MSNs je njihova povečana aktivnost, ker brisanje TrkB iz teh celic poveča njihovo električno vzbujenost. Kot smo že omenili, smo našli tudi močno zmanjšanje pERK po brisanju TrkB iz D₁+ MSN. pERK je znan nizvodni cilj signalizacije BDNF, zato skupni vedenjski učinki, opaženi po brisanju TrkB iz D₁+ MSN in optogenetska aktivacija teh celic je lahko posledica konvergenčnih učinkov na aktivnost pERK. Vendar pa je prihodnje delo potrebno za določitev natančnih, skupnih molekularnih podlag, ki urejajo vedenjske učinke, ki jih vidimo po prekinitvi signalizacije BDNF in optogenetskemu nadzoru teh dveh nevronskih podtipov.

Druge skupine so uporabile različna orodja za moduliranje aktivnosti dveh MSN-jev v modelih zlorabe drog. Hikida et al. (2010) uporabili AAV vektorje za izražanje tetraciklin-represivnega transkripcijskega faktorja (Ta) z uporabo snovi P (a D₁+ MSN gen) ali enkefalin (D₂+ Promotorji gena MSN. Ti vektorji so bili injicirani v NAc miši, pri čemer je bila tetanusna toksin lahka veriga (TN) - bakterijski toksin, ki cepi protein, povezan z sinaptično veziklu, VAMP2 - nadzorovan s tetraciklinsko odzivnim elementom, da selektivno ukine sinaptični prenos v vsakem Podtip MSN. V skladu z našim optogenetskim pristopom so ti podatki pokazali vlogo D₁+ Aktivnost MSN pri povečevanju kokainske CPP kot tudi kokainsko inducirane lokomotorne aktivnosti, saj je ukinitev sinaptičnega prenosa v D₁+ MSN-ji so zmanjšali oba vedenjska učinka. Za razliko od optogenetskih študij, avtorji niso odkrili nobenih sprememb kokainskega CPP po odpravi sinaptičnega prenosa v D₂+ MSN, vendar so opazili zmanjšano kokainsko inducirano lokomotorno aktivnost kot odgovor na prvi dve izpostavljenosti kokainu. Zanimivo je, da je ta skupina pokazala, da je inaktivacija D₂+ MSN so imele večjo vlogo pri posredovanju neprimernega vedenja.

Kot je bilo že navedeno, Ferguson et al. (2011) uporabili vektorje herpes simplex virusa (HSV) za izražanje inženirstva GPCR (G_{i / o}muskarin M₄ oblikovalski receptor, ki ga aktivira le oblikovalec drog, hM₄D), ki se aktivira s farmakološko inertnim ligandom, ki uporablja promotorje enkefalina in dynorphina za selektivno tišino D₁+ ali D₂+ MSN številke v dStr. Avtorji so pokazali, da je prehodno motenje D₂+ MSN aktivnost v dStr je olajšala senzibilizacijo amfetamina, medtem ko je zmanjšanje razdražljivosti D₁+ MSN so zmanjšale obstojnost senzibilizacije, ki jo povzroča amfetamin. Končno, ukinitev D₂+ Osebne številke v NAc v odrasli dobi z uporabo diptherijevega toksinskega receptorja poveča koristen učinek amfetamina (Durieux et al., 2009). Takšni podatki so v skladu z našimi optogenetskimi spoznanji in skupaj pomenijo nasprotne vloge D₁+ proti D₂+ MSN v odvisnosti od drog, z D₁+ MSN-ji, ki spodbujajo odzive na psihostimulante in D₂+ MSN-ji, ki zavirajo ta vedenja.

Prihodnje usmeritve

Področje je doseglo izjemen napredek pri razumevanju selektivne vloge D₁+ in D₂+ Podtipi MSN v NAc in dStr pri posredovanju učinkov zlorabe drog. Zlasti nedavno razvita orodja, ki omogočajo selektivno manipulacijo s temi celičnimi tipi, so imela prevladujočo vlogo pri pridobivanju večine teh informacij. Kateri so naslednji koraki? Ker osnovne molekularne prilagoditve v modelih odvisnosti od drog niso statične, ampak zelo dinamične, je ključnega pomena razviti sposobnost selektivne manipulacije signalnih molekul, ki jih zanimajo D₁+ proti D₂+ MSN-ji na časovno natančen način. DREADD-ji in optogenetska orodja lahko pomagajo pri tej manipulaciji v času. DREADD ligande lahko dajemo v različnih časovnih poteh skozi vse vedenjske paradigme zdravil, da razdelimo selektivno vlogo signalnih receptorjev v dveh MSN-jih v modelih zdravil. Optogenetska orodja zlasti zagotavljajo izjemno zmogljivo sredstvo za časovno regulacijo ne le nevronske aktivnosti, temveč tudi signalov, vezanih na receptor G, z uporabo OptoXR (Airan et al., 2009), glutamatergično signaliziranje (Volgraf et al., 2006; Numano et al., 2009), GABAergično signalizacijo in celo določene znotrajcelične signalne molekule (Wu et al., 2009; Hahn in Kuhlman, 2010). Konec koncev je mogoče razširiti te zmožnosti na optogenetsko regulacijo transkripcijske aktivnosti. Prav tako optogenetska orodja omogočajo prvič preučevanje vpliva specifičnih vnosov na striatum in ugotavljanje, ali taki vnosi vplivajo selektivno na D \ t₁+ proti D₂+ MSN (Higley in Sabatini, 2010). Sposobnost nadzorovanja takšne signalizacije in molekularnih lastnosti z veliko časovno ločljivostjo bo omogočila večje korake k bolj celovitemu razumevanju dveh podtipov MSN in drugih podtipov celic v NAc in dStr, pri posredovanju časovnega poteka in različnih faz zdravil. odvisnosti.

Izjava o konfliktu interesov

Avtorji izjavljajo, da je bila raziskava izvedena v odsotnosti komercialnih ali finančnih odnosov, ki bi se lahko razumeli kot potencialno navzkrižje interesov.

Reference