- FULLSTUDIE
- scicurious förklaring - Tack DeltaFosB för stressresiliance
Nat Neurosci. 2010 juni; 13(6): 745-752. Publicerad online 2010 May 16. doi: 10.1038 / nn.2551
Vincent Vialou,1 Alfred J. Robison,1, * Quincey C. LaPlant,1, * Herb E. Covington, III,1 David M. Dietz,1 Yoshinori N. Ohnishi,1 Ezekiell Mouzon,1 Augustus J. Rush, III,2 Emily L. Watts,1 Deanna L. Wallace,2, § Sergio D. Iniguez,3 Yoko H. Ohnishi,1 Michel A. Steiner,4 Brandon Warren,3 Vaishnav Krishnan,2 Rachael L. Neve,5 Subroto Ghose,2 Olivier Berton,2, § Carol A. Tamminga,2 och Eric J. Nestler1
Författarinformation ► Upphovsrätt och licensinformation ►
Förlagets slutredigerade version av denna artikel finns tillgänglig på Nat Neurosci
Se andra artiklar i PMC som citerar den publicerade artikeln.
Abstrakt
I motsats till den stora litteraturen om stresseffekter på hjärnan är relativt lite känt om molekylära mekanismer av motståndskraft, vissa individs förmåga att undkomma de skadliga effekterna av stress. Hvi visar att transkriptionsfaktorn, ΔFosB, förmedlar en väsentlig mekanism av motståndskraft hos möss. Induktion av ΔFosB i kärnan accumbens, en nyckelhjälnebelöningsregion, som svar på kronisk social nederlagsspänning är både nödvändig och tillräcklig för motståndskraft. ΔFosB induktion är också nödvändig för förmågan hos standardantidepressiva, fluoxetin, att omvandla beteendepatologi inducerad av socialt nederlag. ΔFosB producerar dessa effekter genom induktionen av GluR2 AMPA glutamatreceptor-subenheten, vilket minskar responsen hos nukleäraccumbensneuroner till glutamat och genom andra synaptiska proteiner. Tillsammans etablerar dessa fynd en ny molekylär väg som ligger bakom både motståndskraft och antidepressiv verkan.
INLEDNING
Personer som utsätts för allvarlig stress uppvisar mycket olika svar, med vissa som kan övervinna krisen medan andra utvecklar allvarlig psykopatologi, såsom depression eller posttraumatisk stressstörning (PTSD). Förmågan att klara av stressiga situationer, dvs motståndskraft, beror på utvecklingen av adekvata beteendemässiga och psykologiska anpassningar till kronisk stress1,2. Psykologiska konstruktioner som främjar motståndskraften inkluderar engagemang, tålamod, optimism och självkänsla, liksom förmågan att modulera känslor och utveckla adaptivt socialt beteende. Dessa egenskaper medför hjärnans belöningskretsar, som verkar vara en kritisk determinant för framväxten av patologiska vs fjädrande fenotyper3,4. Neurobiologiska korrelater av sårbarhet eller motståndskraft mot stress har 2 identifierats hos människor, men i vilken utsträckning de är orsaken eller konsekvensen av mottagligheten förblir okänd5.
Bland nuvarande gnagaremodeller av depression och PTSD är kronisk social nederlagsspänning ett etologiskt giltigt tillvägagångssätt som inducerar långsiktiga fysiologiska6-8 och beteende9-11 förändringar, inklusive social undvikande, anhedonia och ångestliknande symtom, som involverar aktivering av flera neurala kretsar och neurokemiska system12-15. Normaliseringen av social undvikning genom kronisk, men inte akut, antidepressiv behandling gör den till en värdefull modell för att undersöka aspekter av depression och PTSD hos människor11,16. En signifikant andel (~ 30%) av kroniskt besegrade möss undviker de flesta av de negativa beteendeföljderna av nederlag10, vilket möjliggör experimentell undersökning av elasticitet. Medan induktionen av flera proteiner inom kärnan accumbens (NAc), en nyckelhjälnebelöningsregion, har visat sig vara viktig för uttrycket av depressivt-liknande beteenden efter nederlag10,11,17,18, mycket mindre är känt om den molekylära grunden för elasticitet som medieras av denna hjärnregion. Här behandlade vi denna fråga genom att fokusera på ΔFosB, en Fos familjetransskriptionsfaktor inducerad i NAc av droger av missbruk, naturliga belöningar och flera typer av stress19-21.
RESULTAT
ΔFosB i NAc främjar motståndskraft mot social nederlagsspänning
C57BL / 6J manliga möss utsattes för tio dagar i följd av socialt nederlag10,11, och separeras sedan i mottagliga och fjädrande populationer baserat på en åtgärd av social undvikning (Fig. 1a), vilket korrelerar med flera andra depressiva-liknande beteenden10. Vi hittade en ökning av ΔFosB, uppmätt genom immunhistokemi, i NAc efter kroniskt socialt nederlag (Fig. 1b, c), med fjädrande möss som uppvisar den största induktionen av ΔFosB i både kärn- och skal-NAc-subregioner (Fig. 1b, c). Dessutom observerade vi en stark (p <0.01) korrelation mellan nivåer av ΔFosB och social interaktion (r = 0.80, NAc-skal; r = 0.85, NAc-kärna; r = 0.86, hela NAc), vilket tyder på att graden av ΔFosB-induktion i NAc kan vara en avgörande faktor för huruvida ett djur uppvisar en mottaglig kontra motståndskraftig fenotyp. Western blot-analys av NAc-dissektioner innehållande kärn- och skal-subregioner bekräftade endast ΔFosB-induktion i elastiska möss (se Kompletterande Fig. 1).
ΔFosB induktion i NAc genom social nederlag medierar motståndskraft
För att testa de funktionella följderna av ΔFosB induktion använde vi bitransgena möss som inducerat överuttrycker ΔFosB specifikt i vuxen NAc och dorsalstriatum22. Dessa möss visade en minskad benägenhet att utveckla social undvikning efter fyra eller tio dagars social nederlag (Fig. 1d), vilket tyder på att ΔFosB utövar en skyddande åtgärd mot social stress. Omvänt använde vi bitransgena möss som inducerat överuttrycker ΔcJun, en transkriptionellt inaktiv trunkerad cJun-mutant som motverkar FFB-aktivitet23,24. I motsats till möss som överuttrycker ΔFosB är möss som överuttrycker ΔcJun mer mottagliga för kroniskt socialt nederlag än kontrollkullar och visar maximalt undvikande beteende efter 4-dagar av nederlag (Fig. 1e). ΔcJun-mössen uppvisade också ökad immobilitet i ett enstaka tvingat simtest, såväl som reducerad sackarospreferens, båda tolkade som ökat depressionliknande beteende (Kompletterande Fig. 2a, b). Överföringen av ΔFosB eller ΔcJun förändrade emellertid inte flera baslinjeåtgärder av lokomotorisk aktivitet eller ångestliknande beteende (Kompletterande Fig. 2c-f). Tillsammans föreslår dessa resultat att minskad ΔFosB-aktivitet i NAc och dorsalstriatum reducerar positiva adaptiva svar, som härleddes som "coping7", Till kronisk stress.
Minskad ΔFosB i NAc främjar stresskänslighet
För att få mer inblick i ΔFosBs beteendeåtgärder efter kronisk stress utnyttjade vi en långvarig period av social isolering under vuxenlivet, vilket inducerar depressionsliknande abnormiteter hos möss25 och är en stor riskfaktor för klinisk depression. Vi observerade minskat ΔFosB-nivåer i NAc hos socialt isolerade möss (Fig. 2a, b). Vi fann också att isolering gör mus dramatiskt mer sårbara mot socialt nederlag och att denna isoleringsinducerad sårbarhet omvandlades fullständigt genom att viralt överuttrycka ΔFosB selektivt i NAc (Fig. 2c). Omvänt främjade blockaden av ΔFosB-funktionen i NAc, genom viral överuttryckning av AJunD, i grupphus-kontrollerade kontrollmöss, mottaglighet för socialt nederlag (Fig. 2c). ΔJunD, som ΔcJun, är en N-terminal trunkerad mutant som verkar som en dominant-negativ antagonist av FFosB (Kompletterande Fig. 3)23. Dessa fynd implicerar direkt basala nivåer av ΔFosB i NAc i stresskänslighet.
Effekt av social isolering på ΔFosB och på mottaglighet för social nederlag
För att studera den kliniska relevansen av dessa fynd uppmättes ΔFosB-nivåer i postmortem-humana NAc-prover erhållna från deprimerade patienter och omfattande matchade kontroller. Vi hittade en ~ 50% minskning i ΔFosB-nivåer hos deprimerade patienter (Fig. 2d), som stöder en roll för ΔFosB vid mänsklig depression. De analyserade depressiva personerna inkluderade individer antingen på eller av antidepressiva medel vid dödstidpunkten (Kompletterande tabell 1), och vi fann ingen korrelation mellan ΔFosB-nivåer och exponering mot antidepressiva medel. Mot bakgrund av vår observation att antidepressiva behandlingar ökar ΔFosB-nivåerna i mus NAc (se nedan), tyder dessa resultat på att försummelsen av att inducera ΔFosB i NAc kan vara en viktig determinant för brist på antidepressiva reaktioner hos människor.
ΔFosB i NAc medierar antidepressiva åtgärder
Kronisk antidepressiv behandling reverserar nederlag-inducerad social undvikning ses hos mottagliga möss11. Vi undersökte därför om ΔFosB induktion i NAc kan vara en mekanism inte bara för resiliency utan också för antidepressiva åtgärder. Icke-slagna kontrollmöss behandlade med fluoxetin för 20-dagar visade inga förändringar i socialt beteende, utan uppvisade en ackumulering av ΔFosB i NAc-skalet (Fig. 3a, b) och kärna (Kompletterande Fig. 4). Fluoxetinbehandling av mottagliga möss omvandlade deras sociala undvikande (Fig. 3a), som rapporterats tidigare, och ytterligare förbättrade FosB-nivåer i NAc (Fig. 3b, Kompletterande Fig. 4).
ΔFosB induktion i NAc medierar den antidepressiva effekten av fluoxetin
För att direkt testa involveringen av sådan ΔFosB-induktion i de beteendeeffekterna av fluoxetin överuttryckte vi bara ΔJunD eller GFP ensamt (som en kontroll) i NAc hos tidigare besegrade möss. Hälften av mössen i varje grupp behandlades sedan i tre ytterligare veckor med fluoxetin eller vehikel. Som förväntat visade fluoxetinbehandling av möss som överuttryckte GFP i NAc en reversering av social undvikning inducerad av kroniskt socialt nederlag. I motsats till detta blockerade överuttryck av AJunD denna terapeutiska effekt av fluoxetin (Fig. 3c), som stöder hypotesen att ΔFosB induktion i NAc krävs för antidepressiv verkan. Dessutom producerade virusmedierad överuttryckning av ΔFosB i råttan NAc en signifikant antidepressiv-liknande effekt som uppmätt genom minskad immobilitetstid på dag 2 av det tvångsvimmade testet (Kompletterande Fig. 5a). Ytterligare analys av beteende under detta test avslöjade ΔFosB-inducerad ökning i både simning och klättring (Kompletterande Fig. 5b-d), egenskaper relaterade till förändringar i serotonerga och noradrenerga mekanismer26. Intressant var att råttor som överuttryckte ΔFosB i NAc visade minskad immobilitetstid på testets första dag, tolkas som en pro-motiverande effekt (se Online metoder och Kompletterande Fig. 5e-h).
AMPA-receptorreglering i NAc medger motståndskraft
ΔFosB reglerar transkriptionen av flera gener i NAc24,27. En etablerad målgen är AMPA glutamatreceptor-subenheten GluR2: möss som överuttrycker ΔFosB i NAc har förhöjda nivåer av GluR2, utan effekter på andra glutamatreceptor-subenheter22. Denna selektiva uppreglering av GluR2 i NAc har kopplats till en ökning av läkemedels- och naturbelöning22,28. För att ta itu med möjligheten att modulering av GluR2 bidrar till ΔFosBs pro-resilience-åtgärd, studerade vi också GluR2-uttryck i NAc efter kroniskt socialt nederlag. Känsliga möss uppvisade en signifikant minskning av GluR2-nivåer i denna hjärnområde jämfört med kontroller, medan fjädrande möss uppvisade ökade GluR2-nivåer (Fig. 4a). Medan mekanismen som ligger till grund för undertryckandet av GluR2-uttryck i mottagliga möss fortfarande är okänt, verkar induktionen av GluR2 som ses i fjädrande möss att återspegla en direkt effekt av FosB på GluR2-genen, eftersom vi fann ökad bindning av ΔFosB till GluR2-promotorn med användning av kromatinimmunutfällning (ChIP) (Fig. 4b) och kvantitativ PCR (qPCR) avslöjade fortsatt induktion av GluR2 mRNA-nivåer i NAc av fjädrande möss (Fig. 4c), som parallellt med den upprepade induktionen av ΔFosB. Intressant bestämdes GluR1 motsatt efter social nederlag: vi observerade ökat uttryck i mottagliga möss och minskat uttryck i fjädrande möss (Fig. 4a). Emellertid sågs inga motsvarande ändringar i GluR1 mRNA-uttryck, vilket föreslog post-translationella mekanismer. Dessutom ökade kronisk fluoxetinbehandling av icke-besegrade möss GluR2-nivåer i NAc (Fig. 4d) och analys av human postmortem NAc-vävnad från deprimerade patienter visade minskat GluR2-nivåer jämfört med kontroller (Fig. 4e). Inga förändringar i GluR1-nivåer upptäcktes (Fig. 4e).
Pro-motståndskraft, antidepressiv-liknande effekt av GluR2 i NAc
Närvaron av GluR2 har djupa effekter på AMPA-receptorer: GluR2-bristande AMPA-receptorer är Ca2+-permeabel och visa större receptorkonduktans och starka inåtriktningsströmmar jämfört med GluR2-innehållande receptorer29. För att komplettera våra biokemiska resultat utförde vi därför helcells spänningsklämma inspelningar av medelstarka nervceller i NAc hos icke-slagna möss och efter social nederlag i både fjädrande och mottagliga djur. Aktuella spänningsrelationer för AMPA-medierade framkallade excitatoriska postsynaptiska strömmar (EPSC) avslöjade signifikant större inåtriktad rening i de mottagliga mössen (Fig. 5a-c) jämfört med kontroller, i överensstämmelse med det ökade förhållandet GluR1: GluR2 som ses under dessa betingelser. Även om graden av rektivering i celler som registrerats från mottagliga möss var variabel observerades en mycket signifikant förändring i rektifiering jämfört med både kontroll och fjädrande grupper. Konsistensen av detta resultat indikeras av det faktum att graden av rätning av alla celler från mottagliga möss överskred det genomsnittliga värdet som ses för kontrollceller. Dessutom fann vi att nivån på rättelse var indirekt korrelerad med social undvikande (Fig. 5d), vilket tyder på att förändringar i GluR1: GluR2-förhållandet delvis kan driva detta beteende. För att bekräfta den större förekomsten av GluR2-bristande receptorer hos mottagliga möss inkuberade vi skivor från kontroll och mottagliga möss med 1-naftylacetylsperimin (NASPM), en selektiv blockerare av GluR2-bristande AMPA-receptorer. Framkallade EPSC i neuroner registrerade från mottagliga möss (Fig. 5e-f) reducerades signifikant med NASPM, vilket demonstrerade att GluR2-bristande AMPA-receptorer bidrar signifikant mer till glutamatergisk överföring i mottagliga möss än kontroller. Observera var effekten av NASPM hos mottagliga möss mindre än förutspådd med tanke på den större förändringen observerad vid rektifiering. Denna avvikelse är dock inte ovanlig30 och kan vara resultatet av posttranslationella modifieringar eller protein-proteininteraktioner som involverar GluR2 (se Diskussion) eller helt enkelt omfattningen av NASPM-exponering. Den spänningsinducerade ökningen i inåtriktad rektifiering observerad hos mottagliga möss var frånvarande i fjädrande möss (Fig. 5a-d), i överensstämmelse med den observerade minskningen av GluR1 och ökning i GluR2 under dessa betingelser. Vi såg emellertid inte en minskning av inåtriktad rening i fjädrande möss jämfört med kontroller (se Diskussion).
AMPA-receptorkompositionen regleras differentiellt i mottagliga och fjädrande möss
Antidepressiva-liknande effekter av AMPA-receptorblockering i NAc
Dessa data tyder på att ökad AMPA-receptorfunktion (ökat GluR1: GluR2-förhållande) i NAc hos mottagliga möss främjar social undvikning, medan minskad AMPA-funktion (minskat GluR1: GluR2-förhållande) bidrar till motståndskraft. För att testa den här hypotesen infuserade vi AMPA-receptorantagonisten NBQX direkt in i NAc av besegrade möss omedelbart före det sociala undvikande testet. NBQX ökade social interaktionstid (Fig. 4f), vilket visar att blockad av snabb excitatorisk inmatning till NAc motsätter sig uttrycket av denna skadliga effekt av kronisk social stress. NBQX förändrade inte den allmänna lokomotoriska aktiviteten (Kompletterande Fig. 6). Dessutom var den antidepressiva effekten av en enda infusion av NBQX på social undvikning långvarig som möss omprövades en vecka senare visade ytterligare förbättring av social interaktion.
Vi överskattade därefter GluR2 virally i NAc hos mottagliga möss. GluR2-uttryck reverserade helt den sociala undvikningen som orsakades av kroniskt socialt nederlag (Fig. 4g), som stöder uppfattningen att GluR2 uppreglering i NAc är en nyckelmekanism av motståndskraft. Intressant nog fortsatte effekten av GluR2-överuttryck i minst 10 dagar efter operationen (Fig. 4g) när virusmedierat GluR2-uttryck har fullständigt försvunnit. Omvänt, i motståndskraftiga möss, gjorde överuttryck av den ofedda versionen av GluR2, GluR2Q, som liknar GluR1 i funktionella studier, musen mer mottagliga för socialt nederlag (Fig 4g), som stöder uppfattningen att ökad AMPA-receptorfunktion i NAc bidrar till mottaglighet.
SC1, ett annat ΔFosB mål, är också en mediator av motståndskraft
För att identifiera ytterligare ΔFosB målgener som bidrar till motståndskraft jämförde vi genuttrycksdataset som erhölls från NAc av bitransgena möss som överuttryckte ΔFosB och från C57Bl / 6J möss 48 timmar efter kroniskt socialt nederlag som visade en fjädrande vs mottaglig fenotyp10,24. Fig. 6a visar den avsevärda (> 75%) överlappningen mellan gener inducerade i NAc både av ΔFosB och av motståndskraft. Bland dessa gener (listade i Kompletterande tabell 2) valde vi för vidare analys SC1, baserat på dess induktionens storlek i både elasticitet och på ΔFosB-överuttryck. SC1, även känd som Sparc (utsöndrat protein, surt, rikt på cystein) -liknande 1 eller hevin, är en anti-adhesiv matrismolekyl som uttrycks starkt i den vuxna hjärnan, där den lokaliseras i postsynaptisk densitet och är implicerad i synaptisk formbarhet31. För att direkt bedöma SC1s potentiella roll i motståndskraft överuttryckte vi viralt SC1 i NAc hos mottagliga möss. SC1 reverserade signifikant den sociala undvikningen som orsakades av kroniskt socialt nederlag (Fig. 6b). SC1-överuttryck utövade också en antidepressiv-liknande effekt på dag 2 hos råtta-tvunget badprov (Fig. 6c och Kompletterande Fig. 7a-c), men hade ingen effekt på basal lokomotorisk aktivitet och ångestrelaterade beteenden (Kompletterande Fig. 7d-g). Dessutom fann vi en stark trend för minskad SC1 nivåer i human postmortem NAc vävnad från deprimerade patienter (Fig. 6d).
Pro-resilience, antidepressiva-liknande effekter av SC1 i NAc
DISKUSSION
Resultaten från den föreliggande studien ger det första beviset på molekylära anpassningar som förekommer i medelstarka nervceller hos NAc som ligger till grund för fjädrande reaktioner på kronisk stress och som bidrar till de terapeutiska effekterna av kronisk antidepressiv behandling. Vi visar att basala nivåer av ΔFosB i NAc bestämmer en persons initiala sårbarhet för social nederlagsspänning, och att graden av ΔFosB induktion som svar på kronisk stress bestämmer mottagliga och motståndskraftiga svar på den stressen. Vi visar vidare att den framgångsrika omvandlingen av beteendemässiga abnormiteter som induceras hos mottagliga djur genom kronisk fluoxetinadministration kräver läkemedlets induktion av FosB i denna hjärnområde. Dessa fynd visar att ΔFosB induktion i NAc är både en nödvändig och tillräcklig mekanism för elasticitet och antidepressiva reaktioner. Upptäckten av lägre nivåer av ΔFosB i NAc hos deprimerade människor stöder relevansen av dessa observationer i musmodeller för klinisk depression. ΔFosB reglerar NAc-funktionen genom inducering eller undertryckning av många målgener24,27. Vi identifierar två av dess målgener, AMPA-receptorunderenheten GluR2 och SC1, ett extracellulärt matrisprotein, och direkt implicerar dem i mediativ resistens mot social nederlagsspänning.
En sådan pro-resiliency roll för ΔFosB i samband med kronisk stress är intressant i ljuset av en stor mängd bevis för ΔFosBs medverkan i att reglera svaren på missbruksmedel och naturliga belöningar som mat, sex och motion19. ΔFosB induceras i NAc genom läkemedel och naturliga belöningar, och ökar givande respons på dessa stimuli. Det är således implicerat som en medlare av vissa aspekter av narkotikamissbruk. De nuvarande resultaten i stressmodeller ger grundläggande insikt om det här proteins roll vid reglering av komplext känslomässigt beteende. Under normala förhållanden uttrycks ΔFosB vid högsta nivåer i NAc jämfört med alla andra hjärnregioner19. Vi förutser att nivåerna av ΔFosB i NAc spelar en viktig roll för att ställa in individens motivation och för att motivera motiverat beteende mot framstående givande stimuli. Avlägsnandet av miljöstimulering under långvarig isolering minskar basala nivåer av ΔFosB i musen NAc, vilket försämrar deras motivation och ökar deras sårbarhet mot kronisk social stress, som vi visar här. Den observerade minskningen av ΔFosB-nivåer i postmortem NAc hos deprimerade patienter ligger i linje med denna hypotes och föreslår en roll av ΔFosB i den nedsatta motivationen och belöningen som ses hos många personer med depression. Omvänt möjliggör förmågan att inducera ΔFosB i NAc som svar på kronisk stress en individ att öka motivationen och den naturliga belöningen trots den pågående stressen, en hypotes som överensstämmer med dagens syn på motståndskraft hos människor1,2. Vi förutser vidare att induktion av ΔFosB i NAc genom kronisk exponering för missbruksmissbruk, vilket är mycket större än vad som ses med stress eller naturliga belöningar19, resulterar i en patologisk grad av ökad motivation på ett sätt som korrumperar belöningskretsen mot den starkare drogen stimulanseni.
Det är uppenbart att specifika egenskaper i denna hypotes kräver ytterligare undersökning. Induktionen av ΔFosB i NAc genom kronisk stress eller fluoxetin kan förväntas öka läkemedelsbelöningen. Faktum är att comorbiditet av depression och missbruk är väl etablerad hos människor, och kors-sensibilisering mellan droger av missbruk och stress har visats hos gnagare32-34. Å andra sidan är depression och missbruk både mycket komplexa, heterogena syndrom och de flesta personer med depression har inte beroende och vice versa. Vidare utövar fluoxetin inte tydliga effekter på läkemedelsreaktioner hos djur, och det är inte heller en effektiv behandling av missbruk hos missbrukare som inte är deprimerade. I överensstämmelse med denna komplexitet har vi funnit att mottagliga möss, inte motståndskraftiga möss, i det sociala nederlagsparadigen visar förbättrade svar på missbruksmissbruk10. Detta skulle föreslå att den ökade sårbarheten hos mottagliga möss mot missbruksmissbruk medieras via många andra anpassningar inducerad i NAc och på andra ställen, som bara ett exempel, BDNF, som induceras i mottagliga, inte fjädrande, möss i NAc och förbättrar läkemedelsbelöningsmekanismerse 10.
Tolkningen att ΔFosB främjar aspekter av beroende, samtidigt som det främjar motståndskraft mot stress, är inte förvånande med tanke på de komplexa relationer som observeras mellan rollen av ett givet protein i NAc i beroende mot depression. Vissa proteiner (t.ex. BDNF) främjar svar på missbruks- och stressmissbruk, medan många andra proteiner utövar motsatta effekter under dessa två förhållanden: t.ex. CREB i NAc producerar en pro-depressionfenotyp, men blockerar svar på missbruksmedel se 4,10.
Dessa fynd betonar behovet av ytterligare forskning för att avgränsa de molekylära grunden för komplext känslomässigt beteende och vikten av att utnyttja det bredaste möjliga utbudet av beteendestest vid sådana undersökningar. Resultaten indikerar också att AFosB ensamt inte kan förklara de fullständiga fenomenen depression och beroende, snarare än det är en nyckelregulator för NAc-beroende belöningsmekanismer och är därmed viktigt för att förmedla vissa aspekter av båda förhållandena.
En viktig motivering till denna diskussion är emellertid de olika celltyperna i NAc, där ΔFosB induceras i stress- och beroendemodeller. Narkotika av missbruk och naturliga belöningar inducera ΔFosB främst i underklassen av medelstarka nervceller i NAc som uttrycker D1 dopaminreceptorer19,22, medan stress inducerar ΔFosB ungefär lika inom D1 och D2 receptorinnehållande medium snygga neuroner20. Denna differentialinduktion kan ha dramatiska funktionella konsekvenser, eftersom förmågan hos ΔFosB att öka belöningen har visats för D1 endast klassneuroner19.
Identifieringen av GluR2 som en målgen som är involverad i att mediera ΔFosBs resistivitetseffekt ger lite ljus över dessa överväganden. Vi visar att mottaglighet hos möss och mänsklig depression är förknippad med en ökning av GluR1: GluR2-förhållandet i NAc, vilket föreslår ökad stimulans för medelstark nervcirkel som svar på glutamat.
NAc tar emot glutamatergiska ingångar från flera hjärnregioner, i synnerhet prefrontal cortex, amygdala och hippocampus35. En sådan glutamatergisk ingång modulerar valensen och förmågan hos givande och aversiva stimuli och styr därigenom motiverat beteende36-38. Nyligen studerade överensstämmer med vår hypotes att förbättrad NAc-excitabilitet kan främja stressproblem. Tvingad simspänning ökar synaptisk styrka och AMPA-receptorfunktion i NAc39, medan glutamatinfusion i NAc minskar svimningsbeteendet i det tvångsvimmade provet, en pro-depressionsliknande effekt40. Mer allmänt, ökad NAc-avfyring kodar aversiva tillstånd i flera djurmodeller41. Förändringar i NAc-aktivitet har observerats hos patienter med större depression42 och i specialstyrkorna är soldaterna utvalda och utbildade för att vara motståndskraftiga inför svåra trauma43. På samma sätt lindrar djup hjärnstimulering av subgenuella cingulära cortex eller NAc (ett huvudmål för subgeneral cingulär cortex) en interventionstank för att minska excitabiliteten hos den stimulerade hjärnområdet, lindrar depressiva symtom hos behandlingsbristande patienter3,44.
Liksom stressmodeller har ökad glutamatergisk respons i NAc också varit inblandad i narkotikamissbruk30,45-47. Detta inkluderar en ökning av GluR2-saknar AMPA-receptorer i denna hjärnregion30,47, liknande det vi rapporterar här för stresskänslighet. Tillsammans ger dessa observationer den intressanta möjligheten att förbättrad glutamatergisk överföring i NAc främjar sårbarhet för både missbruk och depression. Den motsatta förändringen, det vill säga ett reducerat GluR1: GluR2-förhållande, som visas här i NAc av fjädrande möss, antyder att reducerad glutamatergisk funktion kan vara skyddande mot de skadliga effekterna av kronisk stress. Detta överensstämmer med observationer som ökar GluR2-aktiviteten, eller minskad GluR1-aktivitet, i NAc ökar belöning och motivation28,37,48. Fluoxetin förmåga att på liknande sätt inducera GluR2-uttryck i NAc ökar möjligheten att reducerat glutamatinnervation av denna hjärnområde också kan bidra till antidepressiva reaktioner. Vi visar faktiskt här att inhibering av AMPA-receptorfunktionen inom NAc producerar ett potent och långlivat antidepressivt liknande svar.
Medan de förändringar som vi demonstrerar i AMPA-receptoruttryck i NAc hos mottagliga möss är förenliga med våra elektrofysiologiska observationer, är förändringarna som observeras i elasticitet mer komplexa. Vi erhöll inte elektrofysiologiska bevis för minskad GluR2-saknad AMPA-receptorer i NAc av fjädrande möss jämfört med kontroller. Vi antar att ΔFosB-medierad induktion av GluR2 i motståndskraften är bara en av många anpassningar som uppträder i NAc som påverkar glutamatergisk överföring och att även om denna anpassning är tillräcklig för att vända den överdrivna AMPA-receptorfunktionen ses i mottaglighet, inducerar den inte nätförändringar åt motsatt håll. Våra data avslöjar faktiskt komplex reglering av glutamatergisk överföring i NAc efter kronisk social nederlagsspänning. De motsatta förändringarna i GluR1-uttryck i denna hjärnregion i mottaglighet mot motståndskraft ses inte på mRNA-nivån, och heller inte de minskade nivåerna av GluR2 i mottaglighet ses på mRNA-nivån. Detta överensstämmer med posttranslationella modifieringar, inklusive förändringar i AMPA-receptorhandel, spelar också en viktig roll, vilket har observerats i drogmissbrukningsmodeller30,47.
Den komplexa reglering av glutamatergisk överföring i NAc genom kronisk stress framhävs av vår upptäckt av SC1 som en annan målgen för ΔFosB, vilket, som induktion av GluR2, medierar elasticitet. SC1 är känt för att reglera synaptisk plasticitet31. Som ett resultat av dess antihäftande egenskaper kan SC1-induktion i NAc resultera i en mer permissiv miljö för de strukturella förändringar som åtföljer plastiteten vid glutamatergiska synapser som är avgörande för fjädring. Exempelvis visar nya bevis att avlägsnandet av den extracellulära matrisen möjliggör diffusion av AMPA-receptorer och därigenom främjar synaptisk plasticitet49.
Sammanfattningsvis stöder våra resultat ett system där ΔFosB i NAc medierar motståndskraft i motsats till kronisk stress delvis genom att inducera en form av synaptisk plasticitet som motverkar det starka negativa associativa lärandet som förekommer hos mottagliga möss. Till exempel har ökningar av GluR2-bristande AMPA-receptorer i NAc, som vi ser i mottagliga möss, visat sig förvärra respons på kokainrelaterade signaler som främjar begär och återfall i missbruksmodeller30,47. Däremot kan dämpningen av glutamatergisk ton i fjädrande möss, genom förstärkning av GluR2 och kanske induktion av SC1, göra en framträdande stimulans, såsom en ny mus i det sociala nederlagsparadigmet, mindre förmåga att aktivera NAc-neuroner och därmed möjliggöra mål -riktat beteende för att fortsätta trots stressen. Våra genrayser föreslår sannolik inblandning av många ytterligare mål för ΔFosB som bidrar till resilience också. Den dominerande roll som ΔFosB spelar och dess mål i en individs förmåga att anpassa sig positivt till kronisk stress väcker fundamentalt nya vägar för utveckling av nya antidepressiva behandlingar.
METODER
Metoder och relaterade referenser finns i onlineversionen av papperet på http://www.nature.com/natureneuroscience/.
Extramaterial
Suppl
Klicka här för att visa.(1024K, doc)
Klicka här för att visa.(136K, pdf)
Erkännanden
Detta arbete stöddes av bidrag från National Institute of Mental Health och av en forskningsallians med AstraZeneca. Vi tackar Drs. P. McKinnon och H. Russell för den generösa gåvan av SC1 cDNA. Vi tackar också I. Maze, Drs. R. Oosting, S. Gautron och D. Vialou för bra diskussion och kommentarer på manuskript.
fotnoter
Författarbidrag VV och EJN var ansvariga för övergripande studiedesign. QL och VV konstruerade, genomfört och analyserade RNA- och ChIP-experiment. AJ Robison konstruerade, genomfört och analyserade elektrofysiologiska studier. HEC och VV konstruerade och genomförde de farmakologiska experimenten NBQX. QL, DMD, ELW och VV utförde de stereotaxiska operationerna. YNO klonade SC1 cDNA i HSV-vektorn. YHO utförde AP1-luciferasanalysen. QL, DMD, DW och VV utformade och genomförde de sociala isolationsexperimenten. VV, ELW och AJ Rush utförde sociala nederlagstest och immunohistokemisk kvantifiering. SI, QL, BW och VV utförde och analyserade råttaoperationer och tvångsvattentest. EM och RN gav de virala vektorerna viraltransgenes. MAS, VK och OB utbildade VV i social nederlag och biokemisk analys och tillhandahöll kvalitetskontroll över de sociala nederlagsdata. SG och CAT tillhandahöll den mänskliga post mortem hjärnvävnaden. VV och EJN skrev papperet med hjälp av de andra författarna.
Författare Information Information om utskrifter och behörigheter finns på www.nature.com/reprints.
Annat Kompletterande information är länkad till onlineversionen av papperet på www.nature.com/natureneuroscience/.
Referensprojekt
1. McEwen BS. Fysiologi och neurobiologi av stress och anpassning: hjärnans centrala roll. Physiol Rev. 2007; 87: 873-904. [PubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psykobiologi och molekylär genetik av motståndskraft. Nat Rev Neurosci. 2009; 10: 446-457. [PMC gratis artikel] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Rikta onormala neurala kretsar i humör och ångest: från laboratoriet till kliniken. Nat Neurosci. 2007; 10: 1116-1124. [PMC gratis artikel] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. Den molekylära neurobiologin av depression. Natur. 2008; 455: 894-902. [PMC gratis artikel] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Utveckla en agenda för översättningsstudier av motståndskraft och sårbarhet efter traumaexponering. Ann NY Acad Sci. 2006; 1071: 379-396. [PubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Långsiktig försämring av autonoma cirkadiska rytmer efter kort intermittent social stress. Physiol Behav. 1993; 53: 983-993. [PubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Den temporala dynamiken i stressresponsen. Neurosci Biobehav Rev. 1997; 21: 775-782. [PubMed]
8. De Kloet ER. Hormoner och den stressade hjärnan. Ann NY Acad Sci. 2004; 1018: 1-15. [PubMed]
9. Rygula R, et al. Anhedonia och motivationsunderskott hos råttor: Påverkan av kronisk social stress. Behav Brain Res. 2005; 162: 127-134. [PubMed]
10. Krishnan V, et al. Molekylära anpassningar som ligger bakom känslighet och motstånd mot socialt nederlag i hjärnbelöningsregioner. Cell. 2007; 131: 391-404. [PubMed]
11. Berton O, et al. BDNF: s viktig roll i den mesolimbiska dopaminvägen i social nederlagsspänning. Vetenskap. 2006; 311: 864-868. [PubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Förvärv av kokain självadministration efter social stress: roll av accumbens dopamin. Psykofarmakologi (Berl) 1997; 130: 203-212. [PubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mapping hjärnans svar på social stress hos gnagare med c-fos uttryck: en recension. Påfrestning. 2002; 5: 3-13. [PubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Differentiellt uttryck av c-fos mRNA inom neurokretsar hos manliga hamstrar utsatta för akut eller kronisk nederlag. J Neuroendokrinol. 1999; 11: 547-559. [PubMed]
15. Becker C, et al. Förhöjda kortikala extracellulära nivåer av kolecystokininliknande material i en modell av förväntan på social nederlag i råttan. J Neurosci. 2001; 21: 262-269. [PubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Effekter av fluoxetin på beteendeunderskott som framkallas av kronisk social stress hos råttor. Behav Brain Res. 2006; 174: 188-192. [PubMed]
17. Wilkinson MB, et al. Imipraminbehandling och elasticitet uppvisar liknande kromatinreglering i muskelkärnan accumbens i depression modeller. J Neurosci. 2009; 29: 7820-7832. [PMC gratis artikel] [PubMed]
18. Covington HE, 3rd, et al. Antidepressiva verkningar av histon-deacetylasinhibitorer. J Neurosci. 2009; 22: 11451-11460. [PMC gratis artikel] [PubMed]
19. Nestler EJ. Recension. Transkriptionsmekanismer för missbruk: DeltaFosBs roll. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363: 3245-3255. [PMC gratis artikel] [PubMed]
20. Perrotti LI, et al. Induktion av deltaFosB i belöningsrelaterade hjärnstrukturer efter kronisk stress. J Neurosci. 2004; 24: 10594-10602. [PubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr Långvarig förändring i mesokortikolimbiska strukturer efter upprepad social nederlagsspänning hos råttor: tidsförlopp av mu-opioidreceptor mRNA och FosB / DeltaFosB immunreaktivitet. Eur J Neurosci. 2008; 27: 2272-2284. [PMC gratis artikel] [PubMed]
22. Kelz MB, et al. Uttryck av transkriptionsfaktorn deltaFosB i hjärnan styr känsligheten för kokain. Natur. 1999; 401: 272-276. [PubMed]
23. Peakman MC, et al. Inducerbart hjärnområde-specifikt uttryck av en dominant negativ mutant av c-Jun i transgena möss minskar känsligheten för kokain. Brain Res. 2003; 970: 73-86. [PubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Reglering av genuttryck och kokainbelöning av CREB och DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208-1215. [PubMed]
25. Wallace DL, et al. CREB-reglering av kärnans accumbens excitability medierar sociala isolationsinducerade beteendeunderskott. Nat Neurosci. 2009; 12: 200-209. [PMC gratis artikel] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Aktivt beteende i råtta, tvingad simningstest, differentiellt producerat av serotonerga och noradrenerga antidepressiva medel. Psykofarmakologi (Berl) 1995; 121: 66-72. [PubMed]
27. Renthal W et al. Genomgående analys av kromatinreglering av kokain avslöjar en roll för sirtuiner. Nervcell. 2009; 62: 335-348. [PMC gratis artikel] [PubMed]
28. Todtenkopf MS, et al. Hjärnbelöning reglerad av AMPA-receptorns subenheter i kärnborttagningsskalet. J Neurosci. 2006; 26: 11665-11669. [PubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. AMPA-receptorhandel med excitatoriska synapser. Nervcell. 2003; 40: 361-379. [PubMed]
30. Conrad KL, et al. Bildning av accumulationer GluR2-bristande AMPA-receptorer medierar inkubation av kokainbehov. Natur. 2008; 454: 118-121. [PMC gratis artikel] [PubMed]
31. Livlig S, Brun IR. Det extracellulära matrisproteinet SC1 / hevin lokaliseras till excitatoriska synapser som följer status-epilepticus i råtta-litium-pilokarpin-anfallsmodellen. J Neurosci Res. 2008; 86: 2895-2905. [PubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr, Miczek KA. Långvarig beteendemässig och neuronal kors-sensibilisering till amfetamin inducerad av upprepad kort social nederlagsspänning: Fos i ventral-tegmentalområdet och amygdala. Neuroscience. 2004; 123: 857-865. [PubMed]
33. Koob GF. En roll för hjärnspänningssystem i beroende. Nervcell. 2008; 59: 11-34. [PMC gratis artikel] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Social stress ökar förvärvet av kokain självadministration hos manliga och kvinnliga råttor. Brain Res. 1995; 698: 46-52. [PubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia belöningsnätverk: microcircuitry. Neuropsychopharmacology. 2010; 35: 27-47. [PMC gratis artikel] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Omanövrerad motivation i beroende: en patologi i prefrontal-accumbens glutamatöverföring. Nervcell. 2005; 45: 647-650. [PubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Glutamat motiverande ensembler i kärnan accumbens: rostrocaudal skal gradienter av rädsla och matning. Eur J Neurosci. 2003; 17: 2187-2200. [PubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Reglering av avfyrning av dopaminerga neuroner och kontroll av målinriktade beteenden. Trender Neurosci. 2007; 30: 220-227. [PubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Stressinducerad förändring i Nucleus Accumbens Glutamat Synaptic Plasticity. J Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P et al. Glutamatfrisättning i kärnan accumbens är involverad i beteendemässig depression under PORSOLT-svaltestet. Neuroscience. 2003; 119: 557-565. [PubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Nukleäraccumulensneuroner är innatjusterade för givande och aversiva smakstimuli, kodar för sina prediktorer och är kopplade till motorutgång. Nervcell. 2005; 45: 587-597. [PubMed]
42. Tremblay LK, et al. Funktionella neuroanatomiska substrat av förändrad belöningsprocess vid stor depressiv sjukdom uppenbarad av en dopaminerg prob. Arch Gen Psychiatry. 2005; 62: 1228-1236. [PubMed]
43. Vythilingam M, et al. Belöningskretsar i motståndskraft mot svårt trauma: En fMRI-undersökning av fjädrande specialstyrkor soldater. Psykiatrisk Res. 2009; 172: 75-77. [PMC gratis artikel] [PubMed]
44. Schlaepfer TE, et al. Djup hjärnstimulering för att belöna kretsar lindrar anhedonia i eldfast huvuddepression. Neuropsychopharmacology. 2008; 33: 368-377. [PubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. Upprepad kokain förändrar glutamatreceptorns subenhetsnivåer i kärnans accumbens och ventral tegmentala område hos råttor som utvecklar beteendssensibilisering. J Neurochem. 1999; 72: 2397-2403. [PubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. Cell-AMPA-receptorer i råttkärnans accumbens ökar under kokainuttag men internaliseras efter kokainutmaning i samband med förändrad aktivering av mitogenaktiverade proteinkinaser. J Neurosci. 2007; 27: 10621-10635. [PMC gratis artikel] [PubMed]
47. Anderson SM, et al. CaMKII: en biokemisk bro som kopplar samman dopamin och glutamatsystem i kokainsökande. Nat Neurosci. 2008; 11: 344-353. [PubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Inhiberingar av nukleinsekvenser neuroner kodar en gatsignal för belöningsriktat beteende. J Neurosci. 2006; 26: 217-222. [PubMed]
49. Frischknecht R, et al. Hjärn-extracellulär matris påverkar lateral mobilitet hos AMPA-receptor och korttidssynaptisk plasticitet. Nat Neurosci. 2009; 12: 897-904. [PubMed]
50. Chen J et al. Transgena djur med inducerande, riktade genuttryck i hjärnan. Mol Pharmacol. 1998; 54: 495-503. [PubMed]
;