Акција стриатног балансирања у овисности о дрогама: различите улоге директних и индиректних путева средњих кичмених неурона (КСНУМКС)

увод

Злоупотреба дрога изазива снажне молекуларне и ћелијске промене и у дорзалном стријатуму (дСтр) и у вентралном стријатуму (нуцлеус аццумбенс, НАц), а многе од ових промена се дешавају у средњим бодљастим неуронима (МСН), главним пројекционим неуронима у дСтр и НАц, који чине 90-95% свих неурона у овим регионима. Међутим, истраживачи донедавно нису били у стању да јасно дефинишу различиту улогу два МСН подтипа у феноменима везаним за зависност. Два МСН подтипа се разликују по њиховом обогаћивању допаминским рецептором 1 (Д₁) или допамински рецептор 2 (Д₂) као и неколико других гена (Герфен и Јанг, 1988; Герфен ет ал., КСНУМКС; Ле Моине ет ал., КСНУМКС, 1991; Бернард ет ал., КСНУМКС; Инце ет ал., 1997; Лобо ет ал., КСНУМКС, 2007; Хеиман ет ал., 2008; генсат.орг) и њиховим различитим пројекцијама кроз пут кортико-базалних ганглија (директни наспрам индиректних путева; Герфен, КСНУМКС, 1992). Рани радови сугерисали су да дроге које изазивају злоупотребу имају највећи утицај на Д₁+ МСН-ови, уз употребу бројних агониста и антагониста допаминских рецептора који пружају важан увид у функционалну и молекуларну улогу сваког МСН-а у понашању награђивања дрога (Селф, КСНУМКС). Међутим, тренутне методологије специфичне за тип ћелије, укључујући флуоресцентне репортерске мишеве који изражавају ГФП под Д₁ или Д₂ бактеријски вештачки хромозоми (БАЦс; Гонг ет ал., КСНУМКС; Ваљент ет ал., КСНУМКС; генсат.орг), условни модели мишева као што је употреба индуцибилних трансгених мишева регулисаних тетрациклином (Цхен ет ал., КСНУМКС; Келз ет ал., КСНУМКС), и трансгени мишеви који експримирају Цре-рекомбиназу користећи Д₁ или Д₂ БАЦ, вештачки хромозоми квасца (ИАЦс) или укуцани мишеви (Гонг ет ал., КСНУМКС; Лембергер ет ал., 2007; Хеуснер ет ал., 2008; Паркитна ет ал., КСНУМКС; Ваљент ет ал., КСНУМКС; Батеуп ет ал., КСНУМКС; Лобо ет ал., КСНУМКС; генсат.орг), као и вирусом посредовани пренос гена специфичан за тип ћелије (Цардин ет ал., 2010; Хикида ет ал., КСНУМКС; Лобо ет ал., КСНУМКС; Фергусон ет ал., КСНУМКС), пружиле су дубок нови увид у прецизне молекуларне основе сваког МСН подтипа и њихову регулацију дрогама које изазивају злоупотребу (табела 1).

Табела КСНУМКС. Ефекти генетске манипулације специфичне за тип ћелије код Д₁+ и Д₂+ МСН у моделима зависности од дроге.

Недавни налази подржавају закључак о доминантнијој улози Д₁+ МСН-ови у стварању појачавајућег и сензибилизирајућег ефекта злоупотребе дрога, са најснажнијим молекуларним промјенама које се дешавају у овим МСН-овима. На пример, акутна изложеност психостимулансима снажно индукује бројне сигналне молекуле укључујући ФосБ, ЕРК, ц-Фос и Зиф268 у Д₁+ МСНс, док поновљени кокаин првенствено индукује ΔФосБ и мења ГАБА рецептор и друге подјединице јонских канала иу овом типу ћелије (Робертсон ет ал., КСНУМКС; Иоунг и сарадници, КСНУМКС; Беретта ет ал., 1992; Ценци и др., 1992; Мораталла ет ал., КСНУМКС; Хопе ет ал., КСНУМКС; Бертран-Гонзалез и др., 2008; Хеиман ет ал., 2008). Штавише, ометање или прекомерно изражавање специфичних молекула, као што су ΔФосБ, ДАРПП-32 или Нр3ц1 (глукокортикоидни рецептор), у Д₁+ МСН-ови типично опонашају понашања везана за лекове која се примећују када се ове промене направе на начин који није специфичан за тип ћелије, док ометају такве гене у Д₂+ МСН често изазива супротан одговор (Фиенберг ет ал., КСНУМКС; Келз ет ал., КСНУМКС; Дероцхе-Гамонет ет ал., КСНУМКС; Зацхариоу ет ал., КСНУМКС; Амброгги и др., КСНУМКС; Батеуп ет ал., КСНУМКС). Ипак, не можемо искључити значајан допринос Д₂+ МСН-ови у прилагођавању на злоупотребу дрога, јер изложеност кокаину мења експресију гена у оба МСН подтипа (Хеиман ет ал., 2008) и Д₂- агонисти и антагонисти рецептора испољавају моћне ефекте у тестовима понашања (Селф, КСНУМКС). Заиста, недавни налази показују да адаптације молекуларне сигнализације у Д₂+ МСН-ови снажно модификују реакцију понашања животиње на злоупотребу дрога (Лобо ет ал., КСНУМКС). Последњи налази су показали да губитак ТркБ (рецептора за БДНФ) код Д₂+ МСН резултира сличним бихевиоралним одговорима на кокаин као тотални ТркБ нокаут из НАц, показујући по први пут селективну доминантну улогу за молекуларни пут у Д₂+ МСН-ови у посредовању ефеката злоупотребе дрога.

Коначно, недавна литература открива да два МСН-а испољавају антагонистичке ефекте у понашањима везаним за дрогу, где активација Д₁+ МСН-ови или инхибиција Д₂+ МСН повећава осетљивост животиње на дрогу која злоупотребљава (Хикида ет ал., КСНУМКС; Лобо ет ал., КСНУМКС; Фергусон ет ал., КСНУМКС). Ови налази су у складу са супротстављеним улогама два МСН-а и њихових директних наспрам индиректних путева у базалним ганглијама у моторичком понашању (Алекандер ет ал., КСНУМКС; Албин ет ал., КСНУМКС; Граибиел, КСНУМКС; Кравитз ет ал., КСНУМКС). Ова новија литература је у складу са општом идејом да допаминергичка неуротрансмисија, коју активирају сви лекови злоупотребе, олакшава глутаматергичку активацију Д.₁+ МСНс док инхибирају глутаматергичку активацију Д₂+ МСН кроз своје акције на Д₁ против Д₂ допамински рецептори (Сл 1). У овом прегледу бавимо се тренутним знањем о различитој молекуларној сигнализацији коју показују ова два МСН подтипа у односу на њихове функционалне улоге и одговоре на злоупотребу дрога.

Слика 1. Сви лекови који се злоупотребљавају повећавају сигнализацију допамина у стриатуму, који може различито модулирати глутаматергичку активност у два МСН подтипа. Конкретно, кокаин се везује за транспортер допамина спречавајући поновно преузимање допамина у терминале ВТА допаминских неурона. Активација Г_s/_олф упарен Д₁ рецептори појачавају активност ПКА и мењају Ца²⁺ и К⁺ проводљивости да би се побољшало „нагоре стање“ посредовано глутаматом у овим МСН-овима. Насупрот томе, активирање Г_i/G_o D₂-рецептори смањују активност ПКА и мењају Ца²⁺, На⁺, и К⁺ проводљивости за смањење „стања на горе“ посредовано глутаматом. Ово помера ове МСН-ове назад у њихово стање мировања.

Сигнализација допаминских рецептора у Д₁ против Д₂ МСН-ови

Као што је већ поменуто, сви лекови за злоупотребу активирају допаминергички улаз у НАц и сродним лимбичким регионима мозга (Волков ет ал., КСНУМКС; Висе, КСНУМКС; Нестлер, КСНУМКС). На пример, психостимуланси као што су кокаин или амфетамин делују директно на допаминергички пут награђивања ометајући транспортер допамина: кокаин блокира транспортер, а амфетамин преокреће транспортер, обе акције доводе до нагомилавања допамина у синапси која може да активира допамин низводно. рецептори на циљним неуронима (Сл 1). Ова два МСН-а се највише разликују по њиховом обогаћивању Д₁ против Д₂-рецепторе иако једноћелијске РТ-ПЦР студије откривају да је Д₁+ МСН-ови изражавају низак ниво Д₂-као рецептор, Д₃ и Д₂+ МСН-ови изражавају низак ниво Д₁-као рецептор, Д₅ (Сурмеиер ет ал., КСНУМКС). Два МСН-а захтевају глутаматергичку инервацију да би покренули неуронску активност; допамин супротно модулира ове функционалне одговоре путем стимулације различитих подтипова допаминских рецептора: позитивно модулишући ексцитаторни глутаматергични улаз кроз Д₁ сигнализација рецептора преко Г_s или Г_олф, који стимулише аденилил циклазу што доводи до повећане активности ПКА, док допамин негативно модулира овај унос кроз Д₂-сигнализација рецептора преко Г_i И Г_o који инхибирају аденилил циклазу узрокујући смањену активност ПКА (Сурмеиер ет ал., КСНУМКС; Герфен и Сурмеиер, КСНУМКС). У стварности, сваки рецептор има сложене ефекте на многе додатне низводне сигналне путеве. У мировању, два МСН подтипа су генерално инхибирана, налазе се у оном што су истраживачи назвали нижем стању. Ексцитаторна глутаматергична синаптичка активност може ослободити МСН-ове из овог нижег стања и пребацити их у више деполаризовано стање (горе стање). Допамин супротно модулира ексцитаторни глутаматергични помак у стање горе. Д₁ активација ПКА повећава Цав1 Л-тип Ца²⁺ активност канала, смањује соматски К⁺ активност канала и смањује Цав2 Ца²⁺ канали који контролишу активацију Ца²⁺ зависни, мале проводљивости К⁺ (СК) канала, што доводи до повећаног скока у овим МСН-овима (Сурмеиер ет ал., КСНУМКС; Герфен и Сурмеиер, КСНУМКС). Насупрот томе, Д₂ сигнализација инхибира транзицију на горе, чиме се спречава повећање скокова, смањењем Цав1 Л-типа Ца²⁺ активност канала и Нав1 На⁺ активност канала уз повећање К⁺ струје канала (Сурмеиер ет ал., КСНУМКС; Герфен и Сурмеиер, КСНУМКС; Фигура 1). Такве супротне промене у два МСН-а сугеришу да би повећана сигнализација допамина изазвана злоупотребом дрога требало да побољша глутаматергичку активацију Д₁+ МСН и смањују глутаматергичку активацију Д₂+ МСН. У стварности, такви одговори су далеко разноврснији и сложенији из разлога који су и даље слабо схваћени. Ова тема ће бити даље обрађена у наставку.

Улога допаминских рецептора у злоупотреби дрога је сложена и често неухватљива (Селф, КСНУМКС). Постоји обиље литературе о улози Д₁ и Д₂-агонисти и антагонисти рецептора у модулирању својстава награђивања и самосталној примени дрога које изазивају злоупотребу, међутим, резултати се разликују у зависности од типа коришћеног агониста/антагониста, типа испоруке (системски у односу на специфичан регион мозга) и времена третмана (Селф, КСНУМКС). Такви резултати су додатно збуњени нестријаталним специфичним ефектима, као што је допринос пресинаптичког Д₂-рецептори из ВТА или присуство Д₁ рецепторе у многим другим лимбичким регионима, и недостатак специфичности коришћених агониста/антагониста, као и експресија Д₁као и Д₂-слични рецептори у оба МСН подтипа као што је раније наведено. Уопштено гледано, сматра се да је Д₁ рецептори играју доминантнију улогу у примарним својствима награђивања злоупотребе дрога, док Д₂-рецептори играју улогу у механизмима тражења дроге (Селф ет ал., КСНУМКС; Селф, КСНУМКС). Студије са Д₁ рецептор и Д₂-рецептор нокаут мишеви пружају неки увид у улогу ових рецептора у два МСН-а. Д₁ нокаут мишеви показују пригушену индукцију непосредних раних гена (ИЕГ) ц-Фос и Зиф268 као одговор на кокаин, смањен одговор на локомоторну активност изазвану психостимулансима, али без промена у преференцији места условљеног кокаином (ЦПП) – индиректна мера награда за дрогу, и смањена самопримена кокаина и конзумација етанола (Минер ет ал., КСНУМКС; Драго ет ал., КСНУМКС; Цравфорд ет ал., КСНУМКС; Ел-Гхунди ет ал., 1998; Цаине ет ал., КСНУМКС). Д₂ нокаут мишеви показују смањене ефекте награђивања опијата и кокаина, као и смањену потрошњу етанола, али не и смањење узимања кокаина (Малдонадо ет ал., КСНУМКС; Цуннингхам ет ал., КСНУМКС; Рисингер ет ал., КСНУМКС; Цаине ет ал., КСНУМКС; Цхаусмер ет ал., КСНУМКС; Елмер ет ал., КСНУМКС; Велтер ет ал., КСНУМКС). Такви подаци подржавају важне улоге Д₁ и Д₂-рецептори у два МСН-а у више аспеката злоупотребе дрога, међутим, нокаутима недостаје стријатална специфичност и јављају се рано у развоју, тако да се не могу искључити други региони мозга и типови ћелија и развојни фактори у посредовању ових понашања. Коначно, смањени нивои Д₂/D₃ рецептори у стријатуму, као што је приказано на слици мозга, постали су уобичајени маркер зависности код људских пацијената, посебно током периода повлачења (Волков ет ал., КСНУМКС). Глодари који примају вирусно посредовани пренос гена Д₂-рецептори НАц показују ослабљену самопримену кокаина и потрошњу етанола (Тханос ет ал., КСНУМКС, 2008). Ове студије нису спроведене на начин специфичан за тип ћелије, тако да не можемо искључити могући ефекат Д₂-претерана експресија рецептора која утиче на Д₁+ МСН. Ова збирка података наглашава потребу да се пређе на селективније приступе, укључујући специфичне за тип ћелије, специфичне за регион, па чак и временски специфичне манипулације допаминским рецепторима како би се боље разјасниле њихове функционалне улоге у два МСН подтипа у зависности од дрога.

Коначно, недавно је објављено да је Д₂-ГФП хомозиготни БАЦ трансгени мишеви показују повећане нивое експресије Д₂-рецептор у стриатуму и повећана бихејвиорална осетљивост и допаминска сигнализација Д₂ агонисти. Штавише, и хомозиготи и хемизиготи показују пригушене бихејвиоралне одговоре на кокаин (Крамер ет ал., 2011). Ова студија наглашава потребу да се изврши детаљна карактеризација Д₁ и Д₂ флуоресцентни репортер и Цре драјвер линије. Међутим, већина података прикупљених у овој студији користила је хомозиготе, што није идеалан експериментални генотип јер 5–10% интеграција трансгена резултира инсерцијским мутацијама (Мајслер, 1992); стога је хемизиготни генотип поузданији експериментални генотип. Поред тога, ова студија није користила контроле дивљег типа легла, већ је користила контроле на сличној позадини (Свисс Вебстер) добијене од Тацоница, док су њихове трансгене линије добијене од ГЕНСАТ-а и ММРРЦ-а. Коначно, друга група је показала нормалне локомоторне реакције на кокаин код Д₂-ГФП хемизиготи (Ким ет ал., КСНУМКС). Стога, будуће студије које користе одговарајуће контроле и одговарајуће генотипове морају бити спроведене да би се у потпуности окарактерисале различите доступне трансгене линије специфичне за ћелијски тип.

Глутамат и ГАБА сигнализација у Д₁ против Д₂ МСН-ови

Средњи бодљасти неурони примају глутаматергични улаз из више региона мозга укључујући префронтални кортекс, амигдалу и хипокампус, и ГАБАергички унос од локалних интернеурона и можда колатералних улаза из других МСН-ова. Нето ексцитаторна и инхибиторна регулација МСН-а је без сумње кључна у регулисању стања зависности од дрога, а сада постоји све већа литература о сложеним начинима на које дроге које злоупотребљавају мењају глутаматергичку неуротрансмисију, посебно у НАц (Пиерце и сарадници, КСНУМКС; Тхомас ет ал., КСНУМКС; Беурриер и Маленка, 2002; Коуррицх ет ал., КСНУМКС; Бацхтелл и Селф, 2008; Бацхтелл ет ал., КСНУМКС; Цонрад и др., КСНУМКС; Каливас, КСНУМКС; Волф, КСНУМКС). Иако се сматра да МСН првенствено постоје у инхибираном доњем стању у базалним условима са глутаматном покретачком активношћу оба типа ћелија, остају ограничене информације у погледу различите регулације која се јавља у Д.₁ против Д₂ МСН-ови.

Прекомерна експресија ΔФосБ у Д₁+ МСН-ови (погледајте доле за више детаља) побољшавају ефекте кокаина и повећавају нивое Ца²⁺-непропусна подјединица глутаматног рецептора, ГлуР2, у НАц. Штавише, вирусом посредовани пренос гена ГлуР2 у НАц на сличан начин повећава корисне ефекте кокаина (Келз ет ал., КСНУМКС). Међутим, није познато да ли је индукција ГлуР2 виђена као одговор на прекомерну експресију ΔФосБ у Д₁+ МСН је такође специфичан за ове неуроне, а вирусна прекомерна експресија ГлуР2 није специфична за тип ћелије, стога не можемо закључити директне закључке о функцији ГлуР2 у ова два МСН-а у награди за лек. Хеуснер и Палмитер (2005) проценио је улогу НМДА глутаматергичне проводљивости у понашању кокаина експресијом НР1 подјединице, која садржи мутацију у порама која смањује флукс калцијума, селективно у Д₁+ МСН. Ова група је показала да недостатак НМДА проводљивости код Д₁+ МСНс спречавају ЦПП изазвану кокаином и сензибилизацију локомоторног система кокаином, наглашавајући неопходност НМДА сигнализације у Д₁+ МСН-ови за награђујуће и сензибилизирајуће ефекте кокаина (Хеуснер и Палмитер, 2005). Штавише, недавно је откривено да нокаутирање НР1 подјединице у Д₁+ МСНс ублажавају сензибилизацију амфетамина и овај фенотип је спашен поновним снабдевањем НР1 подјединице Д₁+ МСН-ови посебно у НАц (Беутлер ет ал., 2011). Коначно, обарање подјединице мГлуР5, користећи интерференцију РНК, у Д₁+ МСН нема утицаја на почетна својства кокаина који награђује, али умањује враћање тражења кокаина изазвано знаком (Новак и сар., 2010). Док ови подаци откривају убедљиве улоге глутаматергичне сигнализације у Д₁+ МСНс, потребан је будући рад на проучавању глутаматергичних система у Д₂+ МСН. Будућа истраживања би такође требало да процене како модулација ових подјединица глутаматног рецептора у два МСН подтипа утиче на структурне синаптичке промене уочене у НАц након злоупотребе лекова (Диетз ет ал., 2009; Руссо ет ал., КСНУМКС), посебно дендритске промене уочене након селективног излагања кокаину у Д₁+ МСН (Лее и сарадници, КСНУМКС; Ким ет ал., КСНУМКС) што може бити повезано са повећањем минијатурних ексцитаторних постсинаптичких струја уочених код Д₁+ МСН (Ким ет ал., КСНУМКС). Занимљиво је да индукција ΔФосБ у Д₁+ МСН-ови су директно повезани са таквим дендритским адаптацијама након хроничног кокаина (Мазе ет ал., КСНУМКС).

За разлику од глутамата, постоји недостатак истраживања о функцији ГАБА у два МСН-а у моделима зависности, што је изненађујуће с обзиром на то да и етанол и бензодиазепини побољшавају ефекте ГАБА и два МСН-а добијају густе ГАБАергичне улазе као што је горе наведено. Такође постоје значајни докази који указују на појачану инхибицију НАц барем након хроничне изложености кокаину (Вхите ет ал., КСНУМКС; Пеоплес ет ал., КСНУМКС; Зханг ет ал., КСНУМКС; Тхомас ет ал., КСНУМКС; Беурриер и Маленка, 2002). Хеиман ет ал. (2008) извршио генетски скрининг високе пропусности у два МСН-а након хроничне изложености кокаину и, занимљиво, најизмењенијег биолошког процеса у Д₁+ МСН је био ГАБА сигнализација. Конкретно, дошло је до снажног повећања ГАБА_A подјединице рецептора Габра1 и Габра4 као и ГАБА_B рецепторска подјединица Габрб3, а ова група је открила да хронични кокаин повећава учесталост ГАБАергичних мини инхибиторних постсинаптичких струја мале амплитуде (мИПСЦ) у Д₁+ МСН (Хеиман ет ал., 2008). С друге стране, друга група је недавно показала да хронични кокаин доводи до супротног одговора са смањеном учесталошћу и амплитудом мИПСЦ у Д1+ МСНс (Ким ет ал., КСНУМКС). Међутим, последња група је показала смањену ексцитабилност мембране у Д₁+ МСН након хроничног кокаина, што би могло бити одраз појачаног тонуса ГАБА и у складу је са проценом на терену о појачаној инхибицији у НАц након излагања хроничном кокаину. Штавише, такве разлике између ове две групе могу једноставно бити последица времена излагања кокаину и одвикавања. Генерално, постоји потреба за проучавањем глутаматергичне и ГАБАергичне функције у два МСН-а као одговор на злоупотребу дрога, а терен је сада опремљен ресурсима који омогућавају такву студију за тип ћелије и регион.

Друга сигнализација рецептора у Д₁ против Д₂ МСН подтипови

Два МСН-а су различито обогаћена другим рецепторима везаним за Г-протеин поред допаминских рецептора. Д₁+ МСН експримирају више нивое ацетилхолин мускаринског рецептора 4 (М₄; Бернард ет ал., КСНУМКС; Инце ет ал., 1997) и Д₂+ МСН су обогаћени оба аденозински рецептор 2А (А_2A; Сцхиффманн ет ал., 1991; Шифман и Вандерхаген, 1993) и Г-протеин-везани рецептор 6 (Гпр6; Лобо ет ал., КСНУМКС; генсат.орг). М₄ повезан је са Г_{и / о}, што би произвело супротан одговор, у поређењу са Д₁ рецептори, у Д₁+ МСН инхибирањем активности цАМП/ПКА. Заиста, један Д₁+ МСН селективни М₄ нокаут је показао повећану сензибилизацију понашања на кокаин и амфетамин (Јеон ет ал., 2010). Штавише, недавне студије које су користиле дизајнерски рецептор искључиво активиран синтетичким леком (ДРЕАДДс) показале су да је активација ДРЕАДД Ги/о спојеног људског М₄ рецептор (хМ₄Д) у Д₁+ МСН-ови су смањили сензибилизацију у понашању на амфетамин, са супротним одговором виђеним код Д₂+ МСН (Фергусон ет ал., КСНУМКС). Такви подаци откривају антагонистичку улогу М₄ рецептори у Д₁+ МСН у злоупотреби дрога. Такође, пошто је хМ₄Д рецептор снажно инхибира ове МСН-ове, подаци пружају увид у ефекат измењене активности ова два МСН-а у злоупотреби дрога, о чему ће се даље говорити у наставку.

Оба А_2A и Гпр6 су позитивно повезани са Г_s/G_олф протеина, што имплицира њихову улогу у антагонизацији Д₂-рецептор у Д₂+ МСН. Заиста, стимулација А_2A показало се да рецептори смањују и развој и експресију сензибилизације на кокаин (Филип и др., КСНУМКС), ометају почетак самодавања кокаина (Кнапп ет ал., КСНУМКС), и антагонизирају враћање тражења кокаина изазваног кокаином, Д₂-стимулација рецептора, или сигнали условљени кокаином (Бацхтелл и Селф, 2009). Како је Гпр6 такође обогаћен Д₂+ МСН (Лобо ет ал., КСНУМКС), треба проценити његову улогу у бихејвиоралним функцијама стриатума. До данас се показало да утиче на инструментално учење (Лобо ет ал., КСНУМКС), али његова улога у моделима злоупотребе дрога је још непозната.

Канабиноидни рецептор 1 (ЦБ1) се експримује свуда у централном нервном систему (Мацкие, 2008), стога је тешко сецирати прецизну улогу специфичних региона мозга и типова ћелија у посредовању зависности од Δ9-тетрахидроканабинола (ТХЦ). Недавно је брисање ЦБ1 из Д₁+ Утврђено је да МСН-ови умерено утичу на бихевиоралне одговоре на ТХЦ, укључујући пригушене ефекте хиполокомоције изазване ТХЦ-ом, хипотермије и аналгезије (Монори ет ал., 2007). Било би занимљиво проценити функцију канабиноидног рецептора у Д₂+ МСН пошто ови МСН изражавају дуготрајну депресију посредовану ендоканабиноидом (еЦБ-ЛТД), која захтева допамин Д₂- активација рецептора (Креитзер и Маленка, КСНУМКС).

Глукокортикоидни рецептор, Нр3ц1, такође је широко изражен у ЦНС-у и периферији. Стресом изазвано лучење глукокортикоида може потенцирати неприлагођено понашање укључујући зависност од дрога (Франк ет ал., КСНУМКС). Конкретно, ометање глукокортикоидне сигнализације код Д₁+ МСН-ови брисањем Нр3ц1 умањили су мотивацију ових мишева да сами дају кокаин, а то је у складу са претходним подацима где је Нр3ц1 избрисан из целог мозга (Амброгги и др., КСНУМКС). Ови подаци су у складу са другим налазима описаним у овом прегледу, показујући доминантну улогу за Д₁+ МСН-ови у посредовању многих ефеката злоупотребе дрога.

Коначно, недавно смо пореметили БДНФ сигнализацију у два МСН-а тако што смо селективно избрисали његов ТркБ рецептор из сваког МСН подтипа. Приметили смо супротне ефекте на понашања изазвана кокаином: локомоторна активност изазвана кокаином и индукција ЦПП кокаина су побољшане након брисања ТркБ из Д.₁+ МСН-ови, али ослабљени након брисања из Д₂+ МСН (Лобо ет ал., КСНУМКС). Занимљиво је да је брисање ТркБ из Д₂+ МСН-ови опонашају ефекте тоталног брисања ТркБ из НАц-а, као и поремећај БДНФ сигнализације из ВТА (Хоргер ет ал., КСНУМКС; Грахам и др., КСНУМКС, 2009; Бахи ет ал., 2008; Цроокс ет ал., 2010). Ови налази тако по први пут показују доминантну улогу сигналне каскаде у Д₂+ МСН-ови у посредовању ефеката злоупотребе дроге. Преовлађујућа улога Д₂+ МСН у посредовању ефеката БДНФ-а на понашање изазвано кокаином није изненађујуће с обзиром на то да су и ТркБ мРНА и протеин обогаћени Д₂+ МСН (Лобо ет ал., КСНУМКС; Бајдјук и др., 2011). Промене понашања примећене код ових мишева биле су праћене појачаном неуронском активношћу у Д₂+ МСН-ови након селективног нокаута ТркБ-а. Ови налази су нас подстакли да користимо оптогенетску технологију да селективно манипулишемо МСН активношћу у награди кокаином (види доле).

Транскрипцијски фактори у Д₁ против Д₂ МСН-ови

Најубедљивији доказ за снажнију улогу Д₁+ МСН код злоупотребе дрога потиче из литературе која процењује индукцију интрацелуларних сигналних молекула. Као што је горе наведено, акутне дозе психостимуланса изазивају експресију ИЕГ-а, укључујући ц-Фос, Зиф268 (Егр1) и ФосБ првенствено у Д₁+ МСН у НАц и дСтр (Робертсон ет ал., КСНУМКС; Иоунг и сарадници, КСНУМКС; Беретта ет ал., 1992; Ценци и др., 1992; Мораталла ет ал., КСНУМКС; Бертран-Гонзалез и др., 2008). Ова индукција захтева активацију Д₁ рецепторе, а специфичност типа ћелије ИЕГ индукције као одговора на акутни кокаин је недавно потврђена коришћењем Д.₁-ГФП и Д₂-ГФП репортерски мишеви (Бертран-Гонзалез и др., 2008). Занимљиво је да је потврда кокаинске индукције ц-Фос првенствено код Д₁-ГФП кроз стриатум са малом индукцијом у Д₂-ГФП МСН-ови само у дСтр-у потврђени су коришћењем парадигме зависне од контекста (мишеви су убризгани у ново окружење ван њиховог кућног кавеза). Штавише, претходна студија користећи на лицу места хибридизација код мишева је такође показала индукцију ц-Фос у Д₁+ и Д₂+ МСН у дСтр, иако у овој студији репрезентативни ступчасти графикони показују већи број Д₁+ ц-Фос позитивни неурони (Фергусон ет ал., КСНУМКС). Занимљиво је да ова студија открива значајно побољшану индукцију ц-Фос у Д₂+ МСН у дСтр након губитка ЕРК1, што је паралелно са нашим налазима побољшане ц-Фос индукције у Д₂+ МСН-ови посебно у НАц љусци након прекида БДНФ сигнализације за коју се зна да повећава активност ЕРК (Лобо ет ал., КСНУМКС). Међутим, у свакој студији примећени су супротни одговори понашања на кокаин, што може одражавати индукцију ц-Фос у Д₂+ МСН-ови у дСтр у односу на НАц љуску. Коначно, коришћење претходне литературе на лицу места хибридизација/имунохистохемија код пацова је показала да акутни психостимуланси могу подједнако индуковати ц-Фос у оба МСН када се лек даје у новом окружењу (Бадиани ет ал., 1999; Усланер ет ал., 2001а,b; Фергусон и Робинсон, 2004) и пријављено је да хронична примена амфетамина селективно индукује ц-Фос код Д₂+ МСН (Маттсон ет ал., КСНУМКС). Ови различити резултати могу бити одраз коришћених експерименталних процедура (на лицу места хибридизација наспрам ГФП репортерских мишева) или чак због животињских врста које су коришћене у последњим експериментима на пацовима.

Недавно су истраживачи генетски профилисали неуроне зависне од контекста кокаина, ц-Фос активиране неуроне код пацова користећи имунообележено флуоресцентно активирано сортирање ћелија (ФАЦС) и показали да су ц-Фос+ неурони обогаћени Д₁+ МСН ген, продинорфин (Пдин), али имају ниже нивое Д₂ И А_2A, оба Д₂+ МСН гени (Гуез-Барбер и др., 2011), што сугерише да се ц-Фос+ активирани неурони састоје првенствено од Д₁+ МСН. Штавише, ова група је раније показала да су МСН-ови који експримирају ц-Фос важни за ову сензибилизацију зависну од контекста, пошто аблација ових неурона укида овај фенотип понашања (Коиа ет ал., КСНУМКС). Иако су претходни подаци показали да се индукција ц-Фос-а зависна од контекста кокаина јавља и код Д₁+ и Д₂+ МСН код пацова, новији резултати одговарају налазима у којима је делеција ц-Фос селективно из Д₁+ МСНс отупљују кокаином изазвану локомоторну сензибилизацију код мишева (Зханг ет ал., КСНУМКС). Штавише, ова група је открила да је брисање ц-Фос у Д₁+ МСНс отупљују дендритичне промене кичме које нормално изазива кокаин у НАц, што указује на улогу ц-Фос у посредовању ових промена синаптичке пластичности. Коначно, група није приметила никакву промену у индукцији ЦПП кокаина, али је открила да губитак ц-Фос у Д₁+ МСН-ови су спречили изумирање кокаинског ЦПП-а. Такви подаци илуструју динамичку улогу ц-Фос индукције у Д₁+ МСН, међутим, не може се искључити да су диференцијални ефекти на нивоу понашања посредовани било којим од неколико других лимбичких региона мозга који изражавају Д₁ рецептора.

Још један ИЕГ који је опсежно проучаван у два МСН подтипа је ФосБ. Акутна изложеност кокаину изазива ФосБ код Д₁+ МСН (Беретта ет ал., 1992), док хронична изложеност индукује ΔФосБ, стабилан производ ФосБ гена настао алтернативним спајањем (Хопе ет ал., КСНУМКС; Нестлер ет ал., КСНУМКС; Нестлер, КСНУМКС), у Д₁+ МСН (Ние ет ал., КСНУМКС; Мораталла ет ал., КСНУМКС; Лее и сарадници, КСНУМКС). Слични налази се примећују и са многим другим лековима за злоупотребу, као и са природним наградама као што су храна, секс и трчање на точковима. На пример, хронично трчање точкова, што је природна награда (Иверсен, КСНУМКС; Белке, КСНУМКС; Летт ет ал., КСНУМКС), индукује ΔФосБ у Д₁+ МСН, али не и Д₂+ МСН (Верме ет ал., КСНУМКС). Да би стекли функционални увид у улогу ΔФосБ у два МСН-а, наша група је генерисала НСЕ-тТа линије, назване 11А и 11Б, које усмеравају експресију трансгена на било Д₁+ или Д₂+ МСН, респективно (Цхен ет ал., КСНУМКС; Келз ет ал., КСНУМКС; Верме ет ал., КСНУМКС). Мишеви линије 11А укрштени са Тет-Оп ΔФосБ линијом показују повећане одговоре на награђиване и локомоторне ефекте кокаина (Келз ет ал., КСНУМКС), што је у складу са индукцијом ΔФосБ у Д₁+ МСН (Ние ет ал., КСНУМКС; Мораталла ет ал., КСНУМКС). Штавише, ови исти мишеви показују повећану награду за морфијум (процењену помоћу ЦПП), као и смањену аналгезију морфијума и побољшану толеранцију на морфијум, док мишеви 11Б Тет-Оп ΔФосБ не показују промену у награди морфијумом. Прекомерна експресија доминантног негативног антагониста ΔФосБ испољава ефекте супротне онима који се виде код ΔФосБ, иако овај модел миша не разликује Д₁ против Д₂ МСН-ови (Пеакман ет ал., КСНУМКС). Заједно, ови подаци даље подржавају улогу индукције ΔФосБ у Д₁+ МСН-ови као важан молекуларни играч у награђивању својстава злоупотребе дрога (Зацхариоу ет ал., КСНУМКС). Овај феномен се такође примећује у другим понашањима награђивања, посебно у кретању точкова: 11А Тет-Оп ΔФосБ мишеви показују повећано понашање при кретању точкова, док мишеви 11Б Тет-Оп ΔФосБ показују смањено кретање точкова (Верме ет ал., КСНУМКС). Налаз да је индукција ΔФосБ у Д₁ МСН-ови промовишу награду је у складу са недавним открићима да таква селективна индукција типа ћелије такође промовише отпорност одговора на хронични стрес (Виалоу ет ал., КСНУМКС). Коначно, хронична кокаинска индукција ΔФосБ у Д₁+ Показало се да су МСН праћени снажним дуготрајним повећањем дендритске густине кичме (Лее и сарадници, КСНУМКС) и недавно се показало да је ΔФосБ у НАц и неопходан и довољан у посредовању повећане густине дендритских бодљи у овом региону мозга (Мазе ет ал., КСНУМКС). Такви подаци подржавају улогу ΔФосБ у Д₁+ МСН у посредовању награђивања аспеката злоупотребе дрога и природних награда, као и пратећих промена структурне пластичности. Подаци такође сугеришу да индукција ΔФосБ у Д₂+ МСН-ови дају негативне последице стимулансима за награђивање. Пошто индукција ΔФосБ у Д₂+ МСН се види као одговор на хронични стрес и изложеност антипсихотицима (Хирои и Граибиел, КСНУМКС; Перротти ет ал., КСНУМКС), потребне су даље студије последњих акција.

Други интрацелуларни сигнални молекули у Д₁ против Д₂ МСН-ови

Један сигнални молекул који је добро проучаван у два МСН-а у контексту злоупотребе лекова је протеин киназа, ЕРК (екстрацелуларна сигнална киназа). Акутна или хронична изложеност кокаину изазива фосфорилисани ЕРК (пЕРК), активирани облик протеина, у НАц и дСтр у Д₁+ МСН-ови који користе Д₁-ГФП и Д₂-ГФП БАЦ трансгени мишеви репортери (Бертран-Гонзалез и др., 2008) и овај одговор је посредован преко Д₁ рецептори (Ваљент ет ал., КСНУМКС; Лу ет ал., КСНУМКС). Ова група је такође показала да су пМСК-1 (фосфо-МАП и киназа активирана стресом-1) и хистон Х3, обе мете пЕРК сигнализације, снажно индуковани у пЕРК који садржи Д₁+ МСН након акутног излагања кокаину и скромно повећан након хроничног кокаина (Бертран-Гонзалез и др., 2008). пЕРК се такође индукује као одговор на хронични морфијум, посебно, пЕРК се снажно индукује у Д₁+ МСН-ови и скромно индуковани у Д₂+ МСН-ови у НАц љусци након повлачења као одговор на контекстуалну повезаност са морфијумом (Боргквист ет ал., 2008). Прецизна функционална улога пЕРК-а у зависности од дрога остаје да се утврди. Показало се да фармаколошки третман инхибиторима ЕРК смањује награду за кокаин, међутим, нокаут ЕРК1 потенцира награду за кокаин, што сугерише да инхибитори ЕРК могу првенствено утицати на ЕРК2. Недавно смо показали да је оптогенетска активација Д₁+ МСН-ови у НАц-у, који повећавају реакцију животиње на кокаин, снажно смањује и пЕРК1 и пЕРК2. Будуће студије које манипулишу експресијом ЕРК-а на начин специфичан за ћелијски тип су неопходне да би се у потпуности позабавила функционална улога ЕРК сигнализације у два МСН-а у злоупотреби дрога.

ДАРПП-32 је још један сигнални молекул који је опсежно проучаван као одговор на злоупотребу дрога. Добро је познато да акутни психостимуланси доводе до ПКА фосфорилације ДАРПП-32 на треонину 34 (Т34), узрокујући да он постане моћни инхибитор протеин фосфатазе 1 (ПП-1), која регулише стање фосфорилације многих ефекторских протеина, укључујући фактори транскрипције, јонотропни рецептори и јонски канали (Греенгард ет ал., 1999). Међутим, донедавно је било нејасно који МСН подтип посредује у овој биохемијској промени. Греенгард ет ал. (1999) генерисани БАЦ трансгени модели мишева који омогућавају процену ДАРПП-32 фосфорилације у Д₁+ или Д₂+ МСН-ови изражавањем означених верзија ДАРПП-32 користећи Д₁ или Д₂ БАЦ који омогућавају имунопреципитацију ДАРПП-32 из сваког МСН подтипа. Ове студије су показале да акутни третман кокаином повећава фосфорилацију Т34 у Д₁+ МСНс и индукује фосфорилацију треонина 75 (Т75) помоћу Цдк5, који инхибира ПКА сигнализацију, селективно у Д₂+ МСН (Батеуп ет ал., КСНУМКС). Коначно, ова група је показала да је брисање ДАРПП-32 из сваког МСН подтипа користећи Д₁-Кре и Д₂-Цре БАЦ трансгени мишеви резултирају супротном регулацијом локомоторне активности изазване кокаином (Батеуп ет ал., КСНУМКС). Губитак ДАРПП-32 од Д₁+ МСН-ови су умањили локомоторне ефекте кокаина, који опонаша претходне податке који процењују укупни ДАРПП-32 нокаут (Фиенберг ет ал., КСНУМКС), док је губитак ДАРПП-32 од Д₂+ МСНс појачавају кокаинске локомоторне реакције. Такви подаци пружају конкретне доказе за различите улоге ДАРПП-32 у два МСН-а као одговор на злоупотребу дрога и илуструју важност метода специфичних за ћелијски тип да би се у потпуности разумео допринос ова два типа неурона у зависности од дрога.

Модулирајућа активност Д₁ или Д₂ МСН-ови

Директно модулирање активности два МСН подтипа недавно је пружило нови увид у молекуларну и функционалну улогу Д₁ и Д₂ МСН-ови у зависности. Користили смо оптогенетичке алате у комбинацији са условним (тј. Цре-зависним) адено-асоцираним вирусним (ААВ) вектором који експримира канал катјона активиран плавим светлом, канал родопсин-2 (ЦхР2). Убризгали смо вектор, или контролу, у НАц Д₁-Кре или Д₂-Цре БАЦ трансгени мишеви и затим стимулисали убризгану регију плавим светлом да би селективно активирали Д₁+ против Д₂+ МСН-ови у контексту кокаинског ЦПП-а. Открили смо да је активирање Д₁+ МСНс потенцира индукцију кокаинског ЦПП, док активација Д₂+ МСНс инхибира ову индукцију (Лобо ет ал., КСНУМКС). Као што је раније поменуто, приметили смо исте ефекте понашања када је ТркБ селективно обрисан из ових МСН подтипова: појачан кокаински ЦПП и локомоторна активност након брисања ТркБ из Д₁+ МСНс, и смањена кокаинска ЦПП и локомоторна активност након брисања ТркБ из Д₂+ МСН. Вероватно уобичајено дејство ТркБ нокаута и оптогенетске стимулације код Д₂+ МСН је њихова повећана активност, пошто брисање ТркБ из ових ћелија повећава њихову електричну ексцитабилност. Као што је раније поменуто, такође смо пронашли снажно смањење пЕРК након брисања ТркБ из Д₁+ МСН. пЕРК је познати низводни циљ БДНФ сигнализације, стога, заједнички ефекти понашања уочени након брисања ТркБ из Д₁+ МСН-ови и оптогенетска активација ових ћелија могу бити последица конвергентних ефеката на активност пЕРК. Међутим, потребан је будући рад да би се утврдиле прецизне, заједничке молекуларне основе које управљају ефектима понашања који се виде након прекида БДНФ сигнализације и оптогенетске контроле ова два неуронска подтипа.

Друге групе су користиле различите алате за модулацију активности два МСН-а у моделима злоупотребе дрога. Хикида и др. (2010) користили ААВ векторе за експресију тетрациклин-репресивног транскрипционог фактора (тТа) користећи супстанцу П (а Д₁+ МСН ген) или енкефалин (а Д₂+ МСН ген) промотери. Ови вектори су убризгани у НАц мишева, у којима је лаки ланац токсина тетануса (ТН) – бактеријски токсин који цепа протеин повезан са синаптичким везикулама, ВАМП2 – контролисан елементом који реагује на тетрациклин, да би селективно укинуо синаптички пренос у сваком МСН подтип. У складу са нашим оптогенетским приступом, ови подаци су показали улогу Д₁+ МСН активност у повећању кокаинског ЦПП-а, као и локомоторне активности изазване кокаином, од укидања синаптичког преноса у Д₁+ МСН-ови су умањили оба ефекта понашања. За разлику од оптогенетских студија, аутори нису пронашли промене у ЦПП кокаина након укидања синаптичког преноса у Д.₂+ МСНс, али је приметио смањену локомоторну активност изазвану кокаином као одговор на прва два излагања кокаину. Занимљиво је да је ова група показала да је инактивација Д₂+ МСН-ови су играли дубљу улогу у посредовању аверзивног понашања.

Као што је раније речено, Фергусон ет ал. (КСНУМКС) користили су векторе вируса херпес симплекса (ХСВ) да би изразили пројектовани ГПЦР (Г_{и / о}мускарински спој М₄ дизајнерски рецептор искључиво активиран дизајнерским леком, хМ₄Д) који је активиран иначе фармаколошки инертним лигандом користећи енкефалин и динорфин промотере да би селективно утишао Д₁+ или Д₂+ МСН-ови у дСтр. Аутори су показали да пролазно нарушавање Д₂+ МСН активност у дСтр је олакшала сензибилизацију амфетамина, док је смањена ексцитабилност Д₁+ МСН-ови су смањили постојаност сензибилизације изазване амфетамином. Коначно, укидање Д₂+ МСН-ови у НАц-у у одраслом добу коришћењем рецептора токсина дифтерије побољшавају ефекат амфетамина (Дуриеук ет ал., КСНУМКС). Такви подаци су у складу са нашим оптогенетским налазима и заједно имплицирају супротне улоге Д₁+ против Д₂+ МСН у зависности од дрога, са Д₁+ МСН-ови који промовишу и награђујући и сензибилизирајући одговоре на психостимулансе и Д₂+ МСН-ови који пригушују ова понашања.

budući правци

Област је направила огроман напредак ка разумевању селективне улоге Д₁+ и Д₂+ МСН подтипови у НАц и дСтр у посредовању ефеката злоупотребе дрога. Конкретно, недавно развијени алати који омогућавају селективну манипулацију овим типовима ћелија играли су доминантну улогу у добијању већине ових информација. Који су следећи кораци? Пошто основне молекуларне адаптације у моделима зависности од дрога нису статичне, већ веома динамичне, кључно је развити способност селективне манипулације сигналним молекулима од интереса за Д.₁+ против Д₂+ МСН-ови на временски прецизан начин. ДРЕАДОВИ и оптогенетички алати могу помоћи у овој манипулацији временске скале. ДРЕАДД лиганди се могу давати у различитим временским токовима кроз парадигме понашања лекова да би се издвојила селективна улога сигналних рецептора у два МСН-а у моделима лекова. Оптогенетички алати посебно пружају изузетно моћно средство за привремену регулацију не само неуронске активности већ и сигнализације рецептора везаних за Г-протеин користећи ОптоКСРс (Аиран и др., 2009), глутаматергична сигнализација (Волграф и др., 2006; Нумано и др., 2009), ГАБАергична сигнализација, па чак и одређени интрацелуларни сигнални молекули (Ву ет ал., КСНУМКС; Хахн и Кухлман, 2010). На крају, можда је могуће проширити ове способности на оптогенетску регулацију транскрипционе активности. Слично, оптогенетички алати омогућавају по први пут да се проучава утицај специфичних инпута на стриатум и да се утврди да ли такви улази на селективне начине утичу на Д.₁+ против Д₂+ МСН (Хигли и Сабатини, 2010). Способност контроле таквих сигналних и молекуларних својстава са великом временском резолуцијом ће омогућити да се направе велики кораци ка свеобухватнијем разумевању два МСН подтипа, и других подтипова ћелија у НАц и дСтр, у посредовању временског тока и различитих фаза лека. зависност.

Изјава о сукобу интереса

Аутори изјављују да је истраживање проведено у одсуству било каквих комерцијалних или финансијских односа који би се могли тумачити као потенцијални сукоб интереса.

Референце