DeltaFosB reglerar hjulkörning (2002)

KOMMENTARER: DeltaFosb är en molekylär växel som ackumuleras i hjärnan med kronisk administrering av beroendeframkallande medel, hög fetthalt, hög socker och hjulkörning. Det förändrar hjärnan för att orsaka sensibilisering till vad som helst som är överödande. Det är en transkriptionsfaktor som slår på och av gener som förändrar struktur och kommunikation i hjärnans belöningskrets. Slutsatsen: Uppgifterna avslöjar slående likheter mellan beroendeframkallande medel och hjulkörning och föreslår en viktig roll för ΔFosB för att reglera både naturliga och läkemedelsinducerade belöningar.

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

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

+ Författaranslutningar

1. 1 avdelningar för neurovetenskap och

2. 2 Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, Stockholm, S-171 77 Sweden, och

3. 3 Institutionen för psykiatri och Centrum för grundläggande neurovetenskap, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390-9070

Abstrakt

ΔFosB är en transkriptionsfaktor som ackumuleras på ett regionspecifikt sätt i hjärnan efter kroniska störningar. Till exempel ökar upprepad administrering av missbrukande läkemedel nivåerna av ΔFosB i striatumet. I den föreliggande studien analyserade vi effekten av spontant hjulkörning, som en modell för ett naturligt givande beteende, på nivåer av ΔFosB i striatala regioner. Dessutom möss som inducerar överuttryckligt ΔFosBi specifika subpopulationer av striatala neuroner användes för att studera den möjliga rollen av AFosB på löpande beteende. Lewis råttor ges AD libitum tillgång till löphjul för 30 d täckte vad som skulle motsvara ~10 km / d och visade ökade nivåer av ΔFosB i kärnan accumbens jämfört med råttor utsatta för låsta löphjul. Möss som överuttrycker ΔFosB selektivt i striatal dynorfininnehållande neuroner ökade deras dagliga körning jämfört med kontrollkullsmattor, medan möss som överuttryckte ΔFosB övervägande i striatala enkefalininnehållande neuroner sprang betydligt mindre än kontroller. Data från den nuvarande studien visar att misstroger, frivillig körning ökar nivåerna av ΔFosB i hjärnans belöningsbanor. Vidare är överuttryck av ΔFosB i en distinkt striatalproduktion neuronal befolkning ökar körbeteende. Eftersom tidigare arbete har visat att ΔFosB överuttryck inom samma neuronal befolkning ökar de belönade egenskaperna hos missbrukande droger, visar resultaten från den föreliggande studien att ΔFosB kan spela en nyckelroll vid kontrollen av både natur- och läkemedelsinducerad belöning.

föregående §Nästa §

Beskrivning

ΔFosB tillhör Fos-familjen av transkriptionsfaktorer och härleds från fosbgenen via alternativ splicing. Till skillnad från alla andra Fos-liknande proteiner, som har korta halveringstider, är 35- och 37-kDa-isoformerna av ΔFosB ackumuleras på ett regionspecifikt sätt i hjärnan efter en rad kroniska störningar, förmodligen på grund av den höga stabiliteten hos dessa isoformer (Hopp et al., 1994a; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Reglering av ΔFosB i striatala regioner efter upprepad administrering av missbruksmissbruk har varit särskilt välskötta (Hopp et al., 1994b; Moratalla et al., 1996; Chen et al., 1997; Nestler et al., 1999). Den mesolimbiska dopaminvägen har en central roll i läkemedelsbelöning (Koob et al., 1998). Det härstammar i midjans ventrala tegmentala område och slutar i den ventrala delen av striatumen, som kallas kärnan accumbens. Akut administrering av något av flera missbrukande läkemedel inducerar transient inducerande flera Fos-familjeproteiner i nukleär accumbens och i dorsalstriatum. Dessa proteiner bildar heterodimerer med Jun-familjeproteiner för att bilda transkriptionsfaktorkomplex med aktivatorprotein-1 (AP-1) med korta halveringstider. I motsats härtill minskar induktionen av dessa omedelbara tidiga genprodukter efter upprepad läkemedelsbehandling och i stället sker en gradvis ackumulering av den stabila AFosB isoformer. ΔFosB heterodimeriserar övervägande med JunD och i mindre utsträckning med JunB (Hiroi et al., 1998; Perez-Otano et al., 1998) för att bilda långvariga AP-1-komplex i specifika hjärnområden. Det har föreslagits att dessa långvariga AP-1-komplex medierar några av de långsiktiga effekterna av missbruksmissbruk på hjärnbelöningsbanor som ligger till grund för missbruk (Nestler et al., 2001).

Beteende studier tyder på att hjulet som går i gnagare är givande. Detta antagande är baserat på experiment som visar att råttor spak-press för åtkomst till löpande hjul och även utvecklar konditionerad platspreferens till en miljö som är associerad med efterverkan av hjulkörning (Iversen, 1993; Belke, 1997; Lett et al., 2000). Vidare uppvisar råttor som löper långa avstånd dagligen uttagstecken, såsom ökad aggression när tillgång till löphjul nekas (Hoffmann et al., 1987). Undersökningar bland högt engagerade mänskliga löpare föreslår att körning är ett beroendeframkallande beteende för många individer (Rudy och Estok, 1989; Chapman och De Castro, 1990; Furst och Germone, 1993). Körning visar faktiskt många av de kriterier som ingår i Diagnostisk statistisk manual (American Psychiatric Association, 1994) för diagnos av missbruk.

Målet med föreliggande studie var att undersöka om nivåerna av ΔFosB förändras av ett naturligt givande beteende som körning och om inducerbar överuttryckning av AFosBi striatala regioner kan reglera löpande beteende. Vi visar här att, som missbruksmissbruk, inducerar kronisk körning ΔFosB i kärnan accumbens; dessutom överexpression av AFosB i de två olika delarna av striatalprojektion har neuroner motsatta effekter på hjulets löpning. Uppgifterna avslöjar slående likheter mellan beroendeframkallande medel och hjullöpning och föreslår en viktig roll för ΔFosB i att reglera både naturliga och läkemedelsinducerade belöningar.

Föregående avsnitt Nästa avsnitt

MATERIAL OCH METODER

Djur. Manliga Lewis-råttor (Møllegaard Breeding Center, Skansved, Danmark) som vägde 250 gm vid försökets början användes. Råttorna hade tillgång AD libitum till vatten, mat och löpande hjul. De var på en 12 hr ljus / mörk cykel, med lampor på 10 AM och lyser på 10 PM Cages (43 × 22 × 20 cm) innehöll ett löphjul med en diameter på 34 cm; följaktligen motsvarar en revolution 1.07 m. Efter 4 veckor av frivilligt hjul som kördes dödades råttorna genom avkapning och vävnader togs för Western blotting eller perfusionerades med fixativ och behandlades för immunhistokemi och in situhybridisering.

Två linjer av bitransgena möss som kan induceras överuttrycka ΔFosB selektivt i striatala regioner under kontrollen av tetracyklingenregleringssystemet användes också (Chen et al., 1998). I en rad, kallad 11A, ΔFosB induceras överuttryckt enbart i striatala projektionsneuroner som uttrycker neuropeptid-dynorfinen efter avlägsnande av doxycyklin (Kelz et al., 1999). I den andra raden kallas 11B, ΔFosB induceras inducerbart överuttryckt övervägande i striatala projektionsneuroner som uttrycker neuropeptiden enkefalin efter avlägsnande av doxycyklin, även om ett visst uttryck ses i dynorfin-neuroner också. Kontroller och ΔFosB-överuttryckta möss är kullkompisar inom varje rad (11A och 11B) och har samma bitransgena konstruktion, som kan aktiveras genom avlägsnande av doxycyklin. Alla möss var upptänkta och uppväxt på tetracyklinderivat-doxycyklin i en dos av 100 μg / ml i dricksvattnet. Som vuxna upprätthölls hälften av de resulterande kullarna på doxycyklin (kontroller); den andra halvan avlägsnades från doxycyklin (AFosB överuttryckare) för resten av experimentet. Sex veckor efter borttagning av doxycyklin, vid vilken tidpunkt AFosB uttryck är känt för att vara maximal (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999) lindades löphjulen för båda mössen på tetracyklin (kontroller) och möss på kranvatten (ΔFosB overexpressers), och frivillig igångsättning startade. För att utesluta möjligheten att doxycyklin i sig drabbade hjulkörningsbeteendet analyserade vi hjul som kördes i C57BL / 6-möss (Charles River, Uppsala, Sverige) behandlade med 100 μg / ml doxycyklin under 6 veckor innan de fick tillgång till löphjulen. Mössen placerades sedan i burarna med AD libitum tillgång till löphjulen och förblev på tetracyklin under hela experimentet. Kontrollgruppen mottog normalt dricksvatten under hela experimentet. Musburar (22 × 16 × 14 cm) innehöll ett löphjul med en diameter av 12.4 cm; följaktligen motsvarar en revolution 0.39 m. Running data från både råttor och möss samlades varje 30 min med hjälp av anpassad datorsoftware.

Western blotting. Hjärnor avlägsnades snabbt från dekapiterade råttor och kyldes i iskall fysiologisk buffert. Stansar med en diameter av 2 mm användes för att prova vävnader från nukleär accumbens och mediala och laterala caudate putamen i 1-mm tjocka korona skivor av hjärnan vid nivån av bregma 0.7-1.7 mm (Paxinos och Watson, 1997). Hjärnprover homogeniserades i 1% SDS, och proteinbestämningar gjordes med användning av metoden för Lowry. Homogenat innehållande mellan 5 och 50 | ig protein laddades på SDS-polyakrylamidgeler och utsattes för elektrofores såsom beskrivits. En kanin-anti-Fos-antikropp (1: 4000; MJ Iadarola, National Institutes of Health, Bethesda, MD) eller anti-FosB (N-terminal) antikropp (1: 4000; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA) användes för detektion av AFosB. Proteiner detekterades med användning av pepparrotsperoxidas-konjugerade IgG-antikroppar (1: 2000; Vector Laboratories, Burlingame, CA) följt av kemiluminescens (DuPont NEN, Boston, MA). Nivåer av immunreaktivitet (IR) kvantifierades på ett Macintosh-baserat bildanalyssystem och nivåer av protein i försöksproverna jämfördes med de hos kontrollerna. Blottar färgades med amido svart för att bekräfta jämn laddning och överföring av gelerna. Blottar immuniserades också för 68 kDa neurofilamentprotein, vilket inte visade skillnader mellan försöks- och kontrollgrupperna (data ej visade).

Immunohistokemi. Lewis råttor som hade körts för 4 veckor och kontroller med låsta hjul blev djupt bedövade med pentobarbital och perfusionerades intrakardiellt med 50 ml Ca²⁺-fri Tyrodes lösning (rumstemperatur) inklusive 0.1 ml heparin. Detta följdes av 250 ml fixeringsmedel (4% paraformaldehyd och 0.4% pikrinsyra i 0.16 m PBS, pH 7.4, vid rumstemperatur). Hjärnan delades upp och hölls i fixeringsmedel i 1 timme och sköljdes därefter i 0.1 m PBS med 10% sackaros och 0.1% natriumazid flera gånger under 24 timmar vid 4 ° C för kryskydd. Hjärnorna frystes och 14 mikrometer koronalsnitt samlades upp på nivåer mellan bregma 0.70 och 1.70 mm. Sektioner sköljdes tre gånger under 10 minuter i PBS före inkubation över natten (4 ° C i fuktkammare) med primär polyklonal anti-FosB (N-terminal) antikropp (1: 500; Santa Cruz Biotechnology) i 0.3% Triton-PBS (150 μl per sektion). Detta följdes av tre sköljningar med PBS under 10 minuter före inkubering under 1 timme vid rumstemperatur med den sekundära biotinylerade IgG-antikroppen mot kanin (1: 200; Vector Laboratories) i 0.3% Triton-PBS (150 | il per sektion). Ytterligare tre sköljningar i PBS under 10 minuter utfördes innan avidin-biotinkomplexet tillsattes (1: 100 respektive 1: 100 i 0.1 m PBS; 150 | il per sektion). Efter tre 10 min sköljningar visualiserades komplexet efter 7 min inkubation med substratet enligt tillverkarens protokoll (Vector Laboratories). Sektioner sköljdes därefter tre gånger under 5 minuter.

In situ hybridisering. För kombinerad immunhistokemi ochin situ hybridiseringsexperiment, genomsyras hjärnans sektioner som hade behandlats för immunohistokemiin situ hybridisering, vilken utfördes väsentligen såsom beskrivits tidigare (Seroogy et al., 1989; Dagerlind et al., 1992). Fyrtioåtta mer DNA-oligonukleotidprober specifika för dynorfin (296-345) (Douglass et al., 1989) och enkefalin (235-282) (Zurawski et al., 1986) mRNA märktes radioaktivt med [a-³⁵S] dATP (DuPont NEN) i deras 3-ändar med användning av terminal deoxinukleotidyltransferas (Invitrogen, San Diego, CA) till en specifik aktivitet av ~1 × 10⁹ cpm / mg. Hybridiseringscocktailen innehöll 50% formamid, 4 × SSC (1 × SSC är 0.15 m NaCl och 0.015 natriumcitrat, pH 7.0), 1 × Denhardts lösning, 1% sarkosyl, 0.02 mNa₃PO₄, pH 7.0, 10% dextransulfat, 0.06 m ditiotreitol och 0.1 mg / ml skjuv laxsperm DNA. Hybridisering utfördes för 18h i en fuktad kammare vid 42 ° C. Efter hybridisering sköljdes sektionerna fyra gånger för 20 min vardera i 1 × SSC vid 60 ° C. Därefter sköljdes sektionerna i autoklaverat vatten för 10 sek, dehydratiserades i alkohol och lufttorkades. Slutligen applicerades NTB2 kärnspåremulsion (utspädd 1: 1 med vatten, Kodak, Rochester, NY) genom doppning. Efter 2-4-veckors exponering utvecklades glidbanorna med D19 (Kodak) och fixades med Unifix (Kodak).

Antal celler som är positiva för FosB-IR och celler som kolokaliserar FosB-IR och dynorfinmRNA eller enkefalin-mRNA hos råttor efter 4-veckor av körning (n = 8) och i kontroller (n = 8) utfördes på en slida per djur av en oberoende observatör blindad till experimentell design. Analys utfördes vid nivån av bregma 1.2 mm (Paxinos och Watson, 1997).

Statistiska förfaranden. Att analysera skillnaden i ΔFosB nivåer mellan kontroller och löpare i Western blotting och immunohistochemistryxperimenten, t tester utfördes. Effekten av överuttryck av AFosB på löpande beteende hos de transgena mössen analyserades med användning av en tvåvägs ANOVA med upprepade mätningar, analyser inom grupp och mellangruppseffekter (Statistica version 99; StatSoft, Tulsa, OK).

Föregående avsnitt Nästa avsnitt

RESULTAT

Reglering av AFosB i kärnan accumbens av hjulet körning

Lewis-råttor placerade i burar med löpande hjul ökade sin mängd dagliga körning linjärt till dag 13, när de stabiliserades vid 10.210 ± 590 m / d (medelvärde ± SEM). Denna nivå upprätthölls grovt genom dag 32, när djuren användes för biokemisk analys. Under den sista 4 d sprang råttorna 8.910 ± 900 m / d. Detta löpbeteende hos Lewis råttor liknar det som observerats tidigare (Werme et al., 1999). Därefter nivåer av ΔFosB analyserades genom Western blotting i nucleus accumbens och i medial och lateral caudate putamen i rinnande (n = 7) och kontroll (n = 7) råttor. Som visas i figuren 1, hjulkörning ökat ΔFosB nivåer av 37- och 35-kDa-isoformema i kärnans accumbens (p <0.05). Däremot fanns det ingen skillnad i ΔFosB nivåer mellan löpare och kontroller i medial eller lateral caudate putamen (data ej visad).

Visa större version:

Hämta som PowerPoint Slide

Fig. 1.

Reglering av AFosB med hjul som körs. Nivåer av 35-37 kDa-isoformerna av AFosB mättes i kärnan accumbens med användning av Western blotting i kontrollråttor (C) och hos råttor som genomgick 4 veckor med frivilligt hjulkörning (R). ★★★★, Representativ lanes från blottarna. Data uttrycks som medelvärde ± SEM (båda grupper, n = 7). *p <0.05.

Immunohistokemi avslöjade närvaron av AFosB-positiva celler i kärnans accumbens av kontroll (n = 8) och körning (n = 8) råttor. Antal av ΔFosB-positiva celler i kärnan och skalet avslöjade en ökning av antalet celler som uttrycker AFosB-IR i kärnan (p <0.05) men inte i skalet av nucleus accumbens efter körning (Fig.2). Kombinerad immunhistokemi för ΔFosB-IR och in situ hybridisering för enkefalin eller dynorfin mRNA i nukleär accumbens användes därefter för att identifiera celltypen inom denna hjärnregion i vilken ΔFosB induceras genom att springa (fig.3). Medan antalet celler som uttrycker både dynorfinmRNA och FosB-IR var högre i löpare (n = 8) än i kontroller (n = 8) (Tabell1) var det genomsnittliga antalet celler som uttryckte både enkefalin-mRNA och FosB-IR i löpare lägre än i kontroller (tabell 1). Dessa effekter var tydliga i kärnavdelningen av denna hjärnregion (Tabell 1). Dessa resultat indikerar att induktionen av AFosB genom löpning sker övervägande i den dynorfinhaltiga delmängden av nukleinsubstumensneuroner.

Visa större version:

Hämta som PowerPoint Slide

Fig. 2.

Hjulkörning påverkar antalet ΔFosB-positiva celler i kärnan accumbens.★★★★Representativa fotomikrografer av råtthjälnsektioner som visar ökningen av antalet AFosB-positive celler i kärnan accumbens kärna när löpare (Körning) jämfördes med kontroller (Ctr). aca, Anterior commissure anterior.Botten, Streckdiagram över celler som är positiva för AFosB-IR i de mediala aspekterna av kärnan och skalet hos kärnan accumbens i kontrollrotter och hos råttor som genomgick 4 veckor av frivilligt hjul som kördes. Data uttrycks som medelvärde ± SEM (båda grupper, n = 8). *p <0.05.

Visa större version:

Hämta som PowerPoint Slide

Fig. 3.

Cellspecifikiteten hos AFosBinduktion genom hjulkörning. Representativa fotomikrografer av råtthemsektioner från åtta individer som demonstrerar kolokalisering av AFosB-IR (bruna färgade kärnor) och dynorfinmRNA (svarta korn) (a) eller AFosB-IR- och enkefalin-mRNA i kärnans accumbenskärna (b).

Visa denna tabell:

Tabell 1.

ΔFosB i dynorfin- och enkefalinceller i kärnbärande celler

Effekt av ΔFosB på hjulets körning

Att studera en möjlig roll av ΔFosB Vid reglering av hjulkörning använde vi två linjer bitransgena möss som inducerar överuttryckligt ΔFosB inom striatala områden av vuxna djur (Chen et al., 1998; Kelz et al., 1999). Den bitransgena 11A-linjen kan inducerbart överuttrycka AFosB enbart inom dynorfinhaltiga neuroner i striatumen (Kelz et al., 1999), medan den bitransgena 11B-linjen inducerbart kan överuttrycka AFosB övervägande i enkefalininnehållande neuroner i denna region, med något uttryck som ses i dynorfinneuroner också (Fig. 4). Båda linjerna av möss uppfattades och upphöjdes på doxycyklin för att hålla AFosButtryck avstängt (fig. 4) (Kelz et al., 1999) och hälften av kullkammarna avlägsnades från doxycyklin som vuxna för att aktivera ΔFosB uttryck.

Visa större version:

Hämta som PowerPoint Slide

Fig. 4.

Uttryck av ΔFosB i 11B-möss. Hjärnsektioner analyserades för AFosB-IR (brunfärgade kärnor) följd av in situ hybridisering för dynorfin mRNA (A) eller enkefalin-mRNA (B) (svarta korn). Notera preferensuttrycket av ΔFosB-IR i den enkefalin-positiva men inte de dynorfin-positiva cellerna. Av 214 AFosB-positive celler räknat i tre 11B-möss, 73 ± 11% var också enkefalin-positiva och 22 ± 6% var också dynorfin-positiva. Ingen dubbelmärkning sågs mellan ΔFosB och interneuronmarkörer.

11A-möss som överuttrycker ΔFosB (ingen doxycyklin) (n = 7) visade sig öka sin dagliga räckvidd över de första 3-veckorna jämfört med kullkontakterna (givet doxycyklin) (n = 8), som visade en platå i sin hastighet av körning efter 2 veckor (Fig.5 A). I slående kontrast, 11B-möss som överuttryckte ΔFosB (n = 7) visade betydligt mindre löpande aktivitet under veckorna 2 och 3 än deras kullkontakter (n = 6) (Fig. 5 B). För att undersöka möjligheten att doxycyklin i sig kan förändra löpbeteendet jämförde vi hjulkörning av C57BL / 6-möss med och utan doxycyklin i dricksvattnet. Ingen skillnad mellan grupperna hittades (data visas inte).

Visa större version:

Hämta som PowerPoint Slide

Fig. 5.

Effekt av ΔFosB överuttryck på hjulkörningsbeteende hos bitransgena möss. A, Bitransgena möss som dricker kranvatten har inducerbar överuttryckning av AFosB i striatal dynorfin-neuroner (vatten) och visade ökad körning (avstånd per dag) för de första 3-veckorna med åtkomst till löphjul. I motsats till detta kontrollerar genetiskt identiskt skräpämne med doxycyklin i sitt dricksvatten som inte överuttrycker ΔFosB (dox) visade ökad körning endast under de första 2-veckorna. BEn annan linje av den bitransgena stammen hos möss, som kallas 11B, med inducerbar överuttryckning av AFosB främst i striatal enkefalin neuroner (vatten) visade sig drastiskt mindre springande under deras veckor 2 och 3 jämfört med genetiskt identiska littermates som inte överuttrycker ΔFosB (dox). # indikerar en ökning av körning (avstånd per vecka) inom en grupp. * indikerar skillnad i att springa mellan ΔFosBöveruttryckare (vatten) och kontroller (dox). Vertikala linjer ange gränser mellan veckor 1 och 2, samt veckor 2 och 3. Horisontella linjer med #-symbolen beskrivs statistiska skillnader mellan veckans körning inom en grupp. Data uttrycks som medelvärde (11A dox,n = 8; 11A vatten, n = 7; 11B dox, n = 6; 11B vatten, n =^# p <0.05;^## p <0.01;^{# # #} p <0.001; *p<0.05.

Föregående avsnitt Nästa avsnitt

DISKUSSION

I den här studien visar vi att som upprepad exponering för missbruk, kronisk hjulkörning, ett naturligt givande beteende inducerar ΔFosB i kärnan accumbens, en kritisk del av hjärnans belöningssätt. Vi visar också att överuttryck av ΔFosB i striatal dynorfin-neuroner hos vuxna djur ökar körbeteendet, medan ΔFosB uttryck främst i striatal enkefalin neuroner har motsatt effekt. Dessa data stöder uppfattningen att ΔFosB är kritiskt inblandad i långsiktiga effekter av naturliga och läkemedelsinducerade belöningar och understryker den viktiga rollen som ΔFosB vid reglering av striatalfunktion.

Liknande molekylära svar på droger av missbruk och löpning

Drog av missbruk så olika som psykostimulanter, opiater, alkohol, nikotin och fencyklidin ökar nivåerna av ΔFosB i kärnan accumbens (Hopp et al., 1994b; Nye et al., 1995; Nye och Nestler, 1996; Nestler et al., 1999), och här visar vi att kroniskt körbeteende resulterar i ett liknande svar. Kronisk kokain och löpning inducerar ytterligare gemensamma anpassningar, exempelvis induktion av dynorfinmRNA i vissa regioner av striatumet (Werme et al., 2000). Som tidigare noterat för kokain (Hiroi et al., 1997), induktionen av AFosB genom att springa är starkare i kärnan än i kärnans uppdelning av kärnan accumbens. Men ΔFosBinduktion genom att springa är begränsad till kärnan accumbens, medan missbruk missbruk inducerar proteinet i caudate putamen också. Tidigare studier har visat att ΔFosB uttrycks enbart i projiceringsneuroner hos striatumen och att kronisk kokain ökarFosB företrädesvis i subpopulationen av projiceringsneuroner som uttrycker dynorfin (Moratalla et al., 1996). I föreliggande studie, med användning av kombinerad immunhistokemi ochin situ hybridisering på samma vävnadssnitt visade vi att hjulkörning också inducerar ΔFosB företrädesvis inom dynorfin-neuroner.

Upptäckten att läkemedelsbelöning och en naturlig belöning medför samma molekylära anpassning (induktion av AFosB) inom samma neuronala celltyp antyder att de två kan agera via någon vanlig mekanism. En trolig gemensam mekanism är ökad dopaminerg överföring till kärnan accumbens. Löpande och akut administrering av beroendeframkallande läkemedel ökar extracellulära nivåer av dopamin i denna hjärnregion (Freed och Yamamoto, 1985; Di Chiara och Imperato, 1988; Wilson och Marsden, 1995). Upprepad behandling med D₁ dopaminreceptoragonist (+/-) - 6-kloro-7,8-dihydroxi-1-fenyl-2,3,4,5-tetrahydro-1H-3-bensazepinhydrobromid ensam eller i kombination med D₂ receptoragonist quinpirole ökar nivåerna av AFosB i kärnan accumbens och dorsal striatum (Nye et al., 1995). Psykostimulanta beroendeframkallande läkemedel som kokain och amfetamin, vilka är indirekta dopaminagonister, ökar också ΔFosB nivåer i striatala regioner (Jaber et al., 1995; Nye et al., 1995). Dessutom är kronisk administrering av den specifika dopamintransportantagonisten 1- [2- (bis [4-fluorfenyl] metoxi) etyl] -4- (3-hydroxi-3-fenylpropyl) piperazinyldeka-noat men inte av serotonin- eller noradrenalin- selektiva transportörshämmare, inducerar AFosB i dessa hjärnregioner (Nye et al., 1995). Dessa fynd visar att induktion av AFosB i striatum efter olika behandlingar är beroende av dopamin.

Motsatta effekter av ΔFosB överuttryck i striatal dynorfin mot enkefalin neuroner på hjulkörning beteende

De bitransgena mössen med AFosB överuttryck som induceras genom doxycyklinavlägsnande från vuxna djur visar inga överdrivna utvecklingsavvikelser. I möss där ΔFosBöveruttryck är selektiv för striatal dynorfin-neuroner, löpbeteende ökade under de första 3-veckorna i löpning, i stället för de första 2-veckorna, som ses för kontrollkolmater. I markerad kontrast uttrycker möss överuttryckande ΔFosB främst i striatal enkefalin-neuroner sprang mindre än deras kontrollkullkompis under veckorna 2 och 3 för körning. Intressant är att de två linjerna av bitransgena möss som studeras här också visar olika beteendemässiga svar på missbruksmissbruk. Överexpression av AFosB i dynorfin-neuroner ökar de givande effekterna av kokain och morfin (Kelz et al., 1999; Nestler et al., 2001), överuttryck av AFosB främst i enkefalin neuronerna förändrar inte de givande effekterna av dessa läkemedel.

De motsatta effekterna på löpbeteende som ses i de två linjerna av möss kan förklaras av differentialkretsen av dessa två distinkta subpopulationer av striatala neuroner. Mer än 90% av striatalneuroner är medelstarka spiny-projektionsneuroner som använder GABA som en neurotransmittor. Cirka hälften av dessa neuroner uttrycker också höga nivåer av dynorfin och substans P (och i viss utsträckning D₁ dopaminreceptor) (Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1991) och projekt direkt till midbrainen. Den andra hälften uttrycker höga nivåer av enkefalin (och D₂dopaminreceptor) (Gerfen et al., 1990; Le Moine et al., 1990) och projicera indirekt till midbrain via globus pallidus och subthalamic kärnan. Aktivering av den direkta vägen ökar rörelsen, medan aktivering av den indirekta vägen minskar rörelsen. Således uppvisar de ömsesidiga förändringar i löpande beteende uppvisade av de två linjerna av AFosB-överuttryckande möss som användes i dessa experiment kan återspegla AFosB-inducerade förändringar i excitabiliteten hos den direkta mot den indirekta vägen. Längs dessa linjer är det intressant att spekulera att minskningen i hjulkörning ses hos möss som överuttrycker ΔFosB främst i enkefalin-neuroner kan överensstämma med det faktum att första generationens antipsykotiska läkemedel, som minskar den lokomotoriska aktiviteten, inducerar ΔFosB selektivt inom denna neuronala subpopulationen (Hiroi och Graybiel, 1996; Atkins et al., 1999).

Målgener regleras av ΔFosB

Effekterna av ΔFosB på neuronfunktion förmedlas förmodligen via regleringen av andra gener. Med tanke på att många gener innehåller konsensusplatser för AP-1-komplex i sina promotorområden är det troligt att åtgärderna av ΔFosB på neuroner involverar komplexa effekter på flera gener. Bara några få har hittills identifierats. AMPA glutamatreceptor-subenheten 2 (GluR2) uppregleras av ΔFosB i kärnan accumbens, en effekt som inte ses i dorsalstriatumen (Kelz et al., 1999). Cyklinberoende kinas 5 (Cdk5) uppregleras i både kärnans accumbens och dorsalstriatum (Bibb et al., 2001). Dessa effekter kan medieras via AP-1-ställen närvarande i promotorregionerna av dessa gener (Brene et al., 2000; Chen et al., 2000). Reglering av GluR2 skulle förväntas ändra den elektriska excitabiliteten hos striatala neuroner genom att ändra AMPA-receptorens känslighet. Reglering av Cdk5 kan också förändra excitabiliteten hos dessa neuroner genom en väg som involverar dopamin och cAMP-reglerat fosfoprotein-32, vilket är starkt berikat i striatala mediumspina neuroner (Brene et al., 1994; Bibb et al., 1999). Men ytterligare arbete behövs för att identifiera de exakta molekylvägarna genom vilka ΔFosB, genom förändringar i uttrycket av andra gener, förändrar funktionellt tillståndet för striataldynorfin- och enkefalin-neuroner.

Slutsatser

Fynden att liknande molekylära anpassningar inträffar i kärnan accumbens i naturliga och läkemedelsinducerade belöningssituationer tyder på att vanliga neurobiologiska mekanismer kan styra båda typerna av givande beteenden. En grundläggande likhet mellan dessa beteenden är deras beroendeframkallande natur. ΔFosB induceras av båda beteenden och förbättrar båda beteenden när de oberoende överexpresseras i striatal dynorfin-neuroner. Kanske ΔFosB, när den uttrycks i dessa neuroner, sensibiliserar en neuralkrets relaterad till tvångsbeteende. Även om spekulativ, den ökande kunskapen om ΔFosB antyder att det eller de olika molekylära vägarna det reglerar kan vara ett lämpligt mål för utveckling av farmakologiska behandlingar för ett antal sjukdomar. Exempel på dessa kan vara tvångshandlingar, inklusive inte bara narkotikamissbruk utan också ätstörningar, patologiskt spelande, överdriven motion och kanske till och med tvångssyndrom.

Föregående avsnitt Nästa avsnitt

fotnoter

Erhölls januari 29, 2002.
Revisionen fick juni 11, 2002.
Godkänd juni 12, 2002.

Detta arbete stöddes av Vetenskapsrådet (03185, 11642 och 04762), Centrum för idrottsforskning (CIF 86 / 01), Nationella institutet för narkotikamissbruk och National Institute on Aging. Vi tackar Karin Pernold och Karin Lundströmer för utmärkt tekniskt bistånd.
Korrespondens ska adresseras till Stefan Brené, Institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet, Stockholm, S-171 77 Sweden. E-post: [e-postskyddad].

Föregående avsnitt

REFERENSER

↵
1. American Psychiatric Association

(1994) Diagnostisk och statistisk manual för psykiska störningar, Ed 4. (American Psychiatric, Washington, DC).

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

(1999) Regionspecifik induktion av ΔFosB genom upprepad administrering av typiska kontra atypiska antipsykotiska läkemedel. Synapse 33: 118-128.

Snabblänkar