DeltaFosB i Nucleus Accumbens reglerar matförstärkt instrumentbeteende och motivation (2006)

Journal of Neuroscience, 6 September 2006, 26 (36): 9196-9204; doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1124-06.2006

Peter Olausson ¹ , J. David Jentsch ² , Natalie Tronson ¹ , Rachel L. Neve ³ , Eric J. Nestler ⁴ och Jane R. Taylor ¹

1. Korrespondens ska adresseras till Jane R. Taylor, psykiatriska avdelningen, molekylärpsykiatri, Yale University School of Medicine, Ribicoff Research Facilities, Connecticut Mental Health Center, 34 Park Street, New Haven, CT 06508. [email protected]

Abstrakt

Förändringar i motivation har implicerats i patofysiologin för flera psykiatriska störningar, inklusive substansmissbruk och depression. Upprepad exponering för missbruksdroger eller stress är känt för att ihållande inducera transkriptionsfaktorn ΔFosB i nucleus accumbens (NAc) och dorsal striatum, effekter som antas bidra till neuroadaptationer i dopaminreglerad signalering . Lite är dock känt om ΔFosBs specifika involvering i dysreglering av aptitmotiverade beteenden. Vi visar här att inducerbar överuttryck av ΔFosB i NAc och dorsal striatum hos bitransgena möss, eller specifikt i NAc-kärnan hos råttor genom användning av virusmedierad genöverföring, förbättrad matförstärkt instrumentell prestation och progressiv ratio-respons. Mycket liknande beteendeeffekter hittades efter tidigare upprepad exponering för kokain, amfetamin, MDMA [(+)-3,4-metylendioximetamfetamin] eller nikotin hos råttor. Dessa resultat avslöjar den kraftfulla regleringen av motivationsprocesser av ΔFosB, och ger bevis för att läkemedelsinducerade förändringar i genuttryck via induktion av ΔFosB i NAc-kärnan kan spela en avgörande roll i effekterna av motivationspåverkan på instrumentellt beteende.

Beskrivning

Upprepad läkemedelsexponering orsakar tidsmässigt dynamiska förändringar i gentranskription som producerar varaktiga neuroanpassningar inom nucleus accumbens (NAc) ( Nestler, 2004 ). Denna hjärnregion spelar en avgörande roll i både läkemedels- och naturliga förstärkningsprocesser ( Kelley och Berridge, 2002 ), även om lite är känt om de transkriptionsfaktorer som påverkar beteende motiverat av icke-läkemedelsrelaterade, aptitförstärkare såsom mat. ΔFosB är en transkriptionsfaktor som aktiveras inom NAc och dorsala striatum genom kronisk läkemedelsexponering ( Konradi et al., 1994 ; Nye et al., 1995 ; Chen et al., 1997 ; Pich et al., 1997 ; Shaw-Lutchman et al., 2003 ) och tvångsmässig hjullöpning ( Werme et al., 2002 ). Det induceras också i dessa regioner av flera former av kronisk stress ( Perrotti et al., 2004 ). Förstärkningen av läkemedelsförstärkningsprocesser associerade med induktion av striatal ΔFosB är väl etablerad ( Kelz et al., 1999 ; Colby et al., 2003 ; Zachariou et al., 2006 ). Konsekvenserna av förhöjda ΔFosB-nivåer i dessa regioner på instrumentellt beteende motiverat av naturliga förstärkare är dock inte kända.

Utförandet av instrumentella reaktioner är en nödvändig komponent i drogbeteende som kan bli dysreglerat eller oflexibelt allt eftersom övergången till beroende fortskrider ( Jentsch och Taylor, 1999 ; Berke och Hyman, 2000 ; Berridge och Robinson, 2003 ; Everitt och Robbins, 2005 ). NAc är involverat i flera aspekter av instrumentellt beteende med relevans för beroende ( Balleine och Killcross, 1994 ; Corbit et al., 2001 ; de Borchgrave et al., 2002 ; Di Ciano och Everitt, 2004b ; Everitt och Robbins, 2005 ). Det är därför troligt att läkemedelsinducerade neuroadaptationer inom NAc kan påverka utförandet av instrumentella handlingar. Kronisk kokainexponering förstärker sackarosförstärkt instrumentell prestation ( Miles et al., 2004 ) och manipulationer som tros blockera neuroplasticitet i NAc-kärnan, inklusive hämning av PKA (proteinkinas A) eller proteinsyntes, stör matbelönade instrumentella svar ( Baldwin et al., 2002a ; Hernandez et al., 2002 ). NAc-kärnan medierar också den motivationsmässiga effekten av betingade influenser på instrumentellt beteende ( Parkinson et al., 1999 ; Corbit et al., 2001 ; Hall et al., 2001 ; Di Ciano och Everitt, 2004a ; Ito et al., 2004 ), vilket tillhandahåller ett neurobiologiskt substrat varigenom ΔFosB-induktion kraftfullt kan påverka instrumentell prestation och motivation för aptitförstärkare såsom mat, vatten eller missbruksdroger.

Här undersökte vi effekterna av ΔFosB på matmotiverat instrumentellt beteende med hjälp av två komplementära genetiska metoder: (1) inducerbart överuttryck av ΔFosB i NAc och dorsalstriatum hos bitransgena möss (NSE-tTA × TetOp-ΔFosB) och (2) överuttryck av ΔFosB i NAc-kärnan specifikt genom användning av virusmedierad genöverföring hos råttor . Vi utvärderade också om tidigare upprepad exponering för kokain, amfetamin, (+)-3,4-metylendioximetamfetamin (MDMA) eller nikotin, under förhållanden som rapporterats öka ΔFosB, skulle förbättra matförstärkt instrumentell respons och/eller motivation med hjälp av ett progressivt ratioschema, vilket har visats för läkemedelsförstärkt självadministrering ( Horger et al., 1990 , 1992 ; Piazza et al., 1990 ; Vezina et al., 2002 ; Miles et al., 2004 ). Våra resultat visar på ihållande effekter av ΔFosB på instrumentellt beteende och antyder att denna transkriptionsfaktor kan fungera i NAc-kärnan som en regulator av motivationsfunktionen.

Material och metoder

Djur och djurvård

Experimentellt naiva Sprague Dawley-råttor förvärvades från Charles River Laboratories (Wilmington, MA). Hanmöss av typen bitransgena 11A härleddes från en korsning mellan homozygota transgena möss som uttrycker ett neuronspecifikt enolas (NSE)-tTA tetracyklintransaktivatorprotein (linje A) och möss som uttrycker TetOp (tetracyklin-responsiv promotor)-ΔFosB (linje 11); föräldralinjerna bibehölls på en utavlad blandad bakgrund (50 % ICR och 50 % C57BL6 × SJL) ( Chen et al., 1998 ; Kelz et al., 1999 ). Dessa bitransgena 11A-möss uttrycker ΔFosB endast när: (1) båda transgenerna finns i samma cell, och (2) den transkriptionella aktiveringen av tTA inte hämmas av närvaron av tetracyklinantibiotika såsom doxycyklin. Administrering av doxycyklin till dessa möss kan således utöva en tidsmässig kontroll över uttrycket av ΔFosB och användas för att förhindra uttrycket under utveckling; doxycyklinadministrering är faktiskt associerad med ingen detekterbar läckageexpression av ΔFosB ( Chen et al., 1998 ; Kelz et al., 1999 ). Dessutom valdes 11A-linjen av bitransgena möss för föreliggande experiment, eftersom de uppvisar ett uttrycksmönster som primärt är begränsat till dynorfininnehållande striatala neuroner (både NAc och dorsal striatum), mycket likt mönstret för ΔFosB-induktion genom kronisk läkemedelsexponering ( Kelz et al., 1999 ). Dessutom har kvantifieringen av detta striatala uttryck av ΔFosB kvantifierats tidigare ( Chen et al., 1998 ; Kelz et al., 1999 ). Mössen genererades vid University of Texas Southwestern och hölls och testades i Yale-anläggningarna. Under hela dräktigheten och utvecklingen hölls alla möss på doxycyklin till 8–9 veckors ålder vid en koncentration av 100 μg/ml i dricksvattnet, förhållanden som är kända för att bibehålla TetOp-drivna transgener i "avstängt"-tillstånd, och användes med början 6 veckor utan doxycyklin när ΔFosB-uttrycket blir maximalt ( Kelz et al., 1999 ). Alla experiment involverade jämförelse av bitransgena möss från samma kull som var på respektive utan doxycyklin, vilket i sig inte har någon effekt på motiverat beteende ( Kelz et al., 1999 ; McClung och Nestler, 2003 ; Zachariou et al., 2006 ).

Alla försökspersoner hölls i par (råttor) eller i grupper (möss, fyra till fem per bur) under kontrollerade temperatur- och fuktighetsförhållanden under en 12 h ljus / mörk cykel (tänds vid 7: 00 AM och avstängd vid 7: 00 E.M). De fick minst 7 d att anpassa sig till bostadsanläggningarna före en studie. Djur hade åtminstone ad libitum tillgång till vatten och begränsad tillgång till mat som beskrivs nedan. All djuranvändning utfördes i enlighet med National Institutes of Health Guide för vård och användning av laboratoriedjur och godkändes av Animal Care and Use Committees vid University of Texas Southwestern och Yale University.

Läkemedel

Kokainhydroklorid (NIDA), d-amfetaminsulfat (Sigma, St. Louis, MO), MDMA-hydroklorid (vänligen tillhandahållen av NIDA) och (-) - nikotinvätetartrat (Sigma ) löstes i steril fysiologisk saltlösning (0.9%) och injicerades intraperitonalt i en volym av 5 ml / kg (möss) eller 2 ml / kg (råttor). Nikotinlösningens pH justerades med natriumbikarbonat före injektion.

Virala vektorer

Virusmedierad genöverföring utfördes enligt tidigare beskrivning ( Carlezon et al., 1998 ; Perrotti et al., 2004 ). Kort sagt, cDNA som kodar för de specifika proteinerna insattes i herpes simplexvirus (HSV)-amplikonet HSV-PrPUC och paketerades in i viruset med hjälp av hjälparen 5dl1.2. Vektorerna som driver uttryck av antingen HSV-LacZ, som kodar för kontrollproteinet β-galaktosidas, eller HSV-ΔFosB, som kodar för ΔFosB, infunderades därefter i NAc-kärnan enligt det experimentella protokollet.

experimentell procedur

Översikt.

Experiment 1 undersökte effekterna av tidigare upprepad läkemedelsexponering på matförstärkt instrumentell prestation och progressiv ratio-respons. Råttorna delades slumpmässigt in i fem experimentgrupper (n = 9–10/grupp). Dessa grupper fick två gånger dagligen injektioner (intraperitonealt; kl. 9:00 och 5:00) med kokain eller ett av följande läkemedel: nikotin, 0.35 mg/kg; MDMA, 2.5 mg/kg; kokain, 15 mg/kg; eller amfetamin, 2.5 mg/kg i 15 dagar i följd. Doserna valdes baserat på våra tidigare publicerade data ( Taylor och Jentsch, 2001 ; Olausson et al., 2003 ), och den läkemedelsinducerade lokomotoriska stimuleringen övervakades på behandlingsdag 1 och 15. Efter 5 dagars abstinens tränades djuren på instrumentell respons i 10 dagar i följd och testades därefter på progressiv ratio-respons nästa dag. Två djur exkluderades från den statistiska analysen eftersom de inte förvärvade det instrumentella svaret, vilket gav högst ett aktivt hävstångssvar under vart och ett av de tre sista träningspassen.

Experiment 2 och 3 undersökte effekterna av inducerbar striatal överuttryck av ΔFosB hos bitransgena möss på instrumentell prestation och respons på en progressiv förstärkningskvot. Det inducerbara överuttrycket av ΔFosB hos dessa möss har tidigare visats härma effekterna av upprepad läkemedelsexponering i den lokomotoriska aktiviteten och betingade platspreferensparadigmer ( Kelz et al., 1999 ; Zachariou et al., 2006 ). Dessa möss kan ge viktig information om striatalt ΔFosBs bidrag till specifika beteendeprocesser. Genotypade hanmöss hölls på doxycyklin eller byttes till kranvatten vid 8 veckors ålder. Experimenten initierades efter 6 veckors doxycyklinutsättning, då transgenuttrycket är maximalt ( Kelz et al., 1999 ). I experiment 2 begränsades djuren (n = 16) till mat och tränades på den instrumentella proceduren som beskrivs nedan (se nedan, Instrumentell respons och progressiv kvottestning) i 10 dagar i följd. Efter avslutad instrumentell testning utvärderades kokaininducerad lokomotorisk stimulering hos dessa möss. I experiment 3 tränades en separat grupp möss (n = 18) på det instrumentella svaret i 10 dagar i följd under förhållanden där maximalt 50 förstärkare administrerades. På dag 11 testades alla möss på progressiv ratio-respons. På dag 12 fastställde vi effekterna av förstärkardevalvering genom förmatning på progressiv ratio-respons.

Experiment 4 och 5 undersökte effekterna av virusmedierad överuttryckning av ΔFosB specifikt inom NAc. Experiment 4 testade effekterna av ΔFosB-överuttryck på instrumental prestanda. Här infuerades råttor med HSV-ΔFosB (n = 8) eller HSV-LacZ (n = 8) i NAc-kärnan och utbildades på instrumentalproceduren som började 40 h senare. Efter 10 dagliga träningstider bedömdes basnivåaktivitetsnivåerna för alla djur i övervakningsutrustningen för lokomotivaktivitet enligt nedan (se nedan, Lokomotorisk aktivitet). Experiment 5 utvärderade effekterna av NAc ΔFosB-överuttryck specifikt på progressivt förhållande svarande. Här utbildades råttorna initialt i 15-konsekutiva dagar, tilldelade experimentella grupper och infunderades sedan med HSV -AFosB (n = 8) eller HSV-LacZ (n = 7) i NAc-kärnan. Djur lämnades otestad och obehandlad för 4 d för att tillåta ΔFosB-uttryck att toppa. På dag 5 efter infusion testades alla djur för att trycka på hävstång på progressivförhållande schemat. Efter den sista testdagen avlivades alla råttor och placeringen av infusionskanyler i NAc-kärnan verifierades histokemiskt. Baserat på placering av infusionskanyler utesluts två råttor från experiment 4 och en råtta från experiment 5.

Karakterisering av genuttryck gjordes i en separat grupp av djur. Här infuerades HSV-LacZ i NAc-kärnan och djur dödades 3 d senare. Expressionen av p-galaktosidas bedömdes därefter immunohistokemiskt.

Rörelseaktivitet.

Lokomotorisk aktivitet mättes med användning av aktivitetsmätare (Digiscan Animal Activity Monitor, Omnitech Electronics, Columbus, OH). Aktivitetsmätarna var utrustade med två rader av infraröda fotosensorer, varav varje rad bestod av 16-sensorer placerade 2.5 cm från varandra. Aktivitetsmätarna kontrollerades av och data från aktivitetsmätarna samlade av en PC-dator med Micropro-mjukvaran (Omnitech Electronics).

Försöksdjuren placerades i genomskinliga plastlådor (25 × 45 × 20 cm) som sattes i aktivitetsmätarna. Djur fick initialt att habituera till den lokomotoriska aktivitetsregistreringsutrustningen för 30 min. I några försök togs djur ut, injicerades med kokain, amfetamin, nikotin eller vehikel enligt den experimentella konstruktionen och placerades tillbaka i lådorna. Lokomotorisk aktivitet registrerades sedan för 60 min, startande 5 min efter läkemedelsinjektion för att undvika ospecifik injektionsinducerad hypermotilitet. Alla experiment utfördes under djurs ljusfas (mellan 9: 00 AM och 6: 00 PM).

Instrumentreaktion och progressiv förhållandestestning.

Instrumentreaktion utvärderades med användning av standardoperativa kamrar för råttor (30 × 20 × 25 cm) eller möss (16 × 14 × 13 cm) kontrollerad av MedPC-mjukvaran (Med Associates, St. Albans, VT). Varje kammare hölls i en ljuddämpande ytterkammare utrustad med en vit brusgenerator och en fläkt för att minska påverkan av yttre ljud. Ett husljus monterat på bakväggen upplyste kammaren. En pelletsdispenser levererade matpellets (20 eller 45 mg, Bio-Serv, Frenchtown, NJ) som förstärkare i tidningen. Huvudposter detekterades av en fotocell monterad ovanför förstärkningsbehållaren. I denna tidskrift var ett stimulansljus. För råttor placerades en spak på var sida om tidningen. För möss placerades två nosepokeöppningar på kamrarnas bakvägg (dvs motsatt till förstärkarmagasinet).

Under de 5 dagarna omedelbart före träningsstart begränsades djuren till 90 minuters tillgång till mat per dag och exponerades för spannmålsbaserade foderpellets (möss, 20 mg; råttor, 45 mg) i sina hemmaburar. Under testperioden fanns foderpellets intermittent tillgängliga i de operanta kamrarna enligt beteendeprotokollet (se nedan) samt i obegränsade mängder i hemmaburen i 90 minuter, med början 30 minuter efter den dagliga testsessionen. Detta schema för mattillgång gör det möjligt för varje enskilt djur att nå sin individuella mättnadspunkt och minskar variationen orsakad av konkurrens mellan dominanta och underordnade djur. I våra händer möjliggör detta schema en långsam viktökning efter den initiala viktminskningen till ~ 85–90 % av fritt ätande vikt. Djurens vikter övervakades under hela experimentet.

Alla försökspersoner vande sig initialt vid testapparaten i 2 dagar; under dessa sessioner levererades matpellets till förstärkningsmagasinet enligt ett fast tidsschema på 15 sekunder (FT-15). Med början nästa dag fick försökspersonerna dagliga träningssessioner i 10 dagar i följd. Respons på mat testades baserat på tidigare publicerade instrumentella konditioneringsprocedurer ( Baldwin et al., 2002b ). Att svara på rätt (dvs. aktiv) spak/näspoke förstärktes, medan att svara på den andra (inaktiva) spaken/näspoken inte hade några programmerade konsekvenser. Positionen för den aktiva näspoken eller spaken (vänster/höger) var balanserad för alla experimentgrupper. Uppfyllandet av responskravet (se nedan) resulterade i att stimulusljuset i magasinet tändes, följt 1 sekund senare av leverans av en enda matpellet. Två sekunder senare släcktes stimulusljuset. De första 10 förstärkarna erhölls efter framgångsrikt slutförande av respons enligt ett schema med fast förhållande (FR1), varefter pellets var tillgängliga efter att ha svarat enligt ett schema med variabel förhållande (VR2). Sessionen varade i 15 minuter.

Experiment 3 (möss) och 5 (råttor) använde alternativa träningsplaner för att undvika den potentiella effekten av skillnader i instrumentell prestanda under träning vid efterföljande progressiva förhållande svarande (detaljerat nedan). I experiment 3 utbildades möss på ett FR1 schema för 2 d och sedan på ett FR2 schema för 8 d. Den första 3 d av testningen använde 60 min sessioner. På de sista 7-träningsdagarna avslutades sessionen när 50-förstärkare hade förvärvats. I experiment 5 utbildades råttor på FR1 / VR2-schemat i 15 min-sessioner som beskrivits ovan för alla andra experiment med två undantag. Först levererades ett maximalt antal 150 pellets / session. För det andra fick djuren 5 ytterligare träningsdagar (dvs totalt 15 d) för att möjliggöra upprättandet av stabil prestanda före någon experimentell manipulation.

Djur testades också på att reagera på mat på ett progressivt förhållande schema för förstärkning. I detta test initierades svarskravet för att erhålla mat som ett FR1 schema, men stegvis ökat med 2 för att erhålla en efterföljande förstärkare (dvs 1, 3, 5, 7 ..., X + 2 svar). I läkemedelsbehandlingsexperimentet med användning av råttor ökades schemat gradvis med 5, vilket gav ett slutschema för 1, 6, 11, 16 ..., X + 5. Alla andra parametrar hölls identiska med träningsförfarandet som beskrivits ovan. Testet avslutades när inget aktivt svar hade gjorts för 5 min.

Reinforcer devalvering.

Effekten av förstärkningsdevalveringen undersöktes med hjälp av förstärkarspecifik prefeeding. Här fick möss äta obegränsade spannmålsbaserade matpellets i deras hemmabur under 3 h innan de testades på det progressiva förhållandeplanet för förstärkning som beskrivits ovan.

Kirurgiska tekniker.

Djuren sövdes med Equithesin [en blandning innehållande pentobarbital (35 mg/kg) och kloralhydrat (183.6 mg/kg) i etanol (10 % v/v) och propylenglykol (39 % v/v); administrerad med 4.32 ml/kg, ip]. Kanyler (Plastics One, Roanoke, VA) implanterades kirurgiskt riktade ovanför NAc-kärnan med hjälp av Kopf stereotaktisk utrustning. De stereotaktiska koordinaterna som användes i förhållande till bregma var följande: anterior/posterior, +1.5 mm; lateral/medial, ±1.5 mm; ventral/dorsal, -6.0 mm ( Paxinos och Watson, 1986 ). Kanylerna förankrades i skallen med skruvar och tandcement. Obturatorer placerades i styrkanylerna för att förhindra blockering. Efter operationen utsattes djuren för standard postoperativ vård och fick återhämta sig i 5 dagar innan något experiment påbörjades.

Infusioner.

Intracerebrala infusioner av virusvektorer utfördes bilateralt 40 h före träningens början (se nedan). Injektionssprutor (31-mätare), som sträckte sig 1 mm under ledningskanylens spetsar, sänktes sakta samtidigt till vänster och den högra NAc och 1.0 μl / sidan infunderades under en 4 min-period vid en infusionshastighet av 0.25 μl / min med en mikroinfusionspump (PHD-5000; Harvard Apparatus, Holliston, MA). Infusionsnålarna lämnades på plats för 1 min efter att infusionen var klar och dummykanylerna ersattes. Kanelplaceringar verifierades histologiskt efter genomförandet av beteendexperimenten (se Fig. 6B), och endast djur med korrekt placerade kanyler ingick i den statistiska analysen av experimentdata.

Histologiska analyser och immunförstärkning.

Efter fullbordandet av försöken bedövades djur som hade fått operationer som en del av experimentet bedövades med Equithesin och perfusionerades transkartiellt med 0.1 m PBS (5 min) och 10% formalin (10 min) enligt standardprocedurer. Hjärnor postfixerades i formalin och placerades därefter i en fosfatbuffrad sackaroslösning (30%). Alla hjärnor skars sedan i 40 μm sektioner på en mikrotom och användes för histologiska analyser av kanylplacering och proteinuttryck.

Kanylplacering gjordes i snitt motfärgade med neutralrött och monterade på objektglas i distyrenmjukgörare och xylen (DPX) efter etanohydrering. Immunohistokemi utfördes enligt tidigare beskrivning ( Hommel et al., 2003 ). Kort sagt bestämdes uttrycket av β-galaktosidas efter HSV-LacZ-infusion genom immunofluorescerande färgning med användning av en primär antikropp mot get-anti-β-galaktosidas (1:5000; Biogenesis, Kingston, NH). Efter inkubation över natten sköljdes snitten och inkuberades därefter med en fluorescerande sekundär antikropp mot åsna-anti-get konjugerad till Cy2 (1:200; Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA). Snitten tvättades igen följt av etanohydrering och montering i DPX. Intilliggande kontrollsnitt behandlades identiskt utan inkludering av primära antikroppar. Immunofluorescens bedömdes vid 520 nm med hjälp av ett Zeiss -mikroskop (Oberkochen, Tyskland) med FITC-filter och bilder togs vid identiska exponeringstider med Zeiss Axiovision digitalt bildsystem.

Statistik

Data från alla experiment utvärderades med användning av en en-, två- eller trevägs ANOVA följt av Scheffes eller Dunnetts post-hoc-test, vilket korrigerade för flera jämförelser där så var lämpligt med hjälp av Holms sekventiella avstötningstest. Ett värde på p ≤ 0.05 ansågs statistiskt signifikant.

Resultat

Experiment 1: Effekter av upprepad läkemedelsexponering på instrumentell prestanda och progressivt förhållande svarar

För att bekräfta att vårt paradigm för upprepad läkemedelsexponering producerade funktionellt signifikanta neuroadaptationer, utvärderade vi först lokomotorisk sensibilisering som ett prototypiskt beteendemått på kronisk läkemedelsverkan. Råttor fick två gånger dagligen injektioner av nikotin (0.35 mg/kg), MDMA (5 mg/kg), kokain (15 mg/kg) eller amfetamin (2.5 mg/kg), och den lokomotoriska aktiviteten testades efter den första injektionen på behandlingsdag 1 och 15 (kompletterande figur 1A–E, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material). Statistisk analys visade en signifikant interaktion under behandlingen (F _(4,42) = 9.335; p ≤ 0.0001). Med undantag för MDMA (p = 0.62) inducerade alla droger signifikant större rörelseaktivitet (dvs. sensibilisering) på dag 15 jämfört med dag 1 (nikotin, p ≤ 0.001; kokain, p ≤ 0.001; amfetamin, p ≤ 0.01). Upprepade saltlösningsinjektioner hade ingen effekt. Ingen av läkemedelsbehandlingarna förändrade den rörelseaktivitet som mättes under tillvänjningsperioden på dag 15 (kompletterande figur 2A, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material).

Fem dagar efter den sista droginjektionen undersökte vi effekterna av tidigare upprepad nikotin-, MDMA-, kokain- eller amfetaminexponering på matförstärkt instrumentellt beteende. Data presenteras för varje drog separat i figur 1 A–H med samma saltlösningskontrollgrupp för jämförelser. Vi fann att tidigare exponering för vart och ett av dessa droger signifikant och selektivt ökade matförstärkt instrumentell respons (behandling med hävstång vid träningsdag, F _{(36 378)} = 1.683; p ≤ 0.01; post hoc-analys: nikotin, p ≤ 0.01; MDMA, p ≤ 0.05; kokain, p ≤ 0.01; amfetamin, p ≤ 0.001). Den ihållande förhöjningen av instrumentell respons som observerades vid asymptotisk prestation tydde på en möjlig förbättring av motivationen, vilket överensstämmer med tidigare rapporterade ökningar efter upprepad exponering för psykostimulantia (se diskussion). Vi testade därför om tidigare upprepad drogexponering ökade motivationen med hjälp av ett progressivt ratio-schema. Det fanns en statistisk effekt av tidigare läkemedelsexponering på respons på den aktiva hävstången (behandling genom hävstångsinteraktion, F _(4,42) = 3.340; p ≤ 0.05) ( Fig. 2 A) såväl som den slutliga brytpunkten (F _(4,42) = 5.560; p ≤ 0.001) ( Fig. 2 B). Ytterligare analys visade att alla behandlingar ökade både antalet aktiva responser (nikotin, p ≤ 0.001; MDMA, p ≤ 0.05; kokain, p ≤ 0.001; amfetamin, p ≤ 0.001) och brytpunkten (nikotin, p ≤ 0.001; MDMA, p ≤ 0.01; kokain, p ≤ 0.0001; amfetamin, p ≤ 0.0001) vilket överensstämmer med en effekt av dessa behandlingar på motivation. Med tanke på läkemedlens bristande effekt på baslinjens rörelseaktivitet, och avsaknaden av effekt på inaktiva hävstångspressar, är det osannolikt att den ökade responsen på mat under dessa förhållanden återspeglar ospecifika ökningar av motorisk aktivitet.

Figur 1.

Effekt av tidigare upprepade injektioner av nikotin (0.35 mg / kg), MDMA (2.5 mg / kg), kokain (15 mg / kg) eller amfetamin (2.5 mg / kg) två gånger dagligen för 15 d vid efterföljande instrumentalt beteende. Djuren testades tillsammans, men för tydlighet presenteras effekterna av varje läkemedel separat med användning av samma saltlösningsbehandlade kontrollgrupp. A (aktiva svar) och B (inaktiva svar) visar effekterna av tidigare nikotinexponering; C, D, MDMA; E, F, kokain; G, H, amfetamin. Data representeras som medel ± SEM.

Figur 2.

Effekt av tidigare upprepad behandling (två gånger dagligen, 15 d) med saltlösning, nikotin (0.35 mg / kg), MDMA (2.5 mg / kg), kokain (15 mg / kg) eller amfetamin (2.5 mg / kg) på instrumentell respons på ett progressivt förhållandesplan för förstärkning. Data representeras som medel ± SEM. *** p <0.001; ** p <0.01; * p <0.05. Sal, Saltlösning; Nic, nikotin; Coc, kokain; Amph, amfetamin; PR, progressivt förhållande.

Tidigare läkemedelsexponering hade inte heller någon effekt på kroppsvikten som registrerades före matrestriktion, på den första eller sista dagen av instrumentell träning, eller omedelbart före progressivt ratio-test (kompletterande figur 2B, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material). Den begränsade mattillgången under 3 dagar minskade initialt kroppsvikten till i genomsnitt 91–92 % av fritt ätande vikter. Vid slutet av beteendetesterna hade vikterna återgått till 97–99 % av kroppsvikten före restriktion, och inga skillnader observerades mellan läkemedelsexponerade och saltlösningsbehandlade djur. Förändringar i kroppsvikt och skillnader i hunger eller aptit bör således inte bidra signifikant till den observerade förbättringen av instrumentell prestation eller motivation.

Experiment 2: inducerbar överuttryckning av ΔFosB i bitransgena möss; instrumental prestanda

Vi undersökte sedan om instrumentell prestation också ökade hos bitransgena möss som inducerbart överuttrycker ΔFosB med markant selektivitet i NAc och dorsalstriatum ( Kelz et al., 1999 ). I detta experiment jämfördes ΔFosB-överuttryckande möss med kontrollpersoner från samma kull som inte överuttrycker ΔFosB eftersom de bibehålls på doxycyklin (se Material och metoder). Vi fann att överuttryck av ΔFosB signifikant ökade den födoförstärkta responsen (genuttryck per hävstång vid träningsdag, F _(9,126) = 3.156; p ≤ 0.01) ( Fig. 3A ). Antalet nosepoke-responser som gjordes i den inaktiva aperturen skilde sig inte mellan de två grupperna ( Fig. 3B ). Tillsammans indikerar dessa data att ΔFosB-överuttryck i NAc och dorsalstriatum selektivt ökade instrumentell prestation.

Figur 3

Effekt av inducerbar striatal överuttryck av AFosB i bitransgena möss på instrumental prestanda. A, Aktiva svar. B, Inaktiva svar. Data representeras som medel ± SEM.

För att utesluta att förbättringen av instrumentell prestation hos djur med ΔFosB-överuttryck kunde förklaras av förändringar i aptit eller hunger, registrerades kroppsvikten före matrestriktion och under de första och sista träningsdagarna. ΔFosB hade ingen effekt på kroppsvikten före matrestriktion, och det fanns inte heller någon effekt på kroppsvikten under beteendetestning. Här minskade begränsad tillgång till mat under 3 dagar kroppsvikten till i genomsnitt 87–89 % av fritt ätande vikter. Vid slutet av beteendetestningen var djurvikterna 97–99 % av kroppsvikterna före restriktion, med motsvarande förändringar observerade hos ΔFosB- och kontrollmössen (kompletterande figur 3A, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material). Det är således osannolikt att potentiella effekter av ΔFosB-överuttryck på hunger eller aptit skulle kunna förklara de observerade förbättringarna av instrumentell respons.

När testerna av instrumentell prestation hade avslutats förändrade inte ΔFosB-överuttryck den lokomotoriska aktiviteten vid baslinjen mätt under en 30-minutersperiod (kompletterande figur 3B, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material). Denna observation stöder uppfattningen att ospecifik förändring i aktivitet inte bidrar till den förbättrade instrumentella prestationen som observerats hos dessa djur. Emellertid har ΔFosB-överuttryckande bitransgena möss rapporterats uppvisa förbättrade lokomotoriska svar på akut och upprepad kokainintag ( Kelz et al., 1999 ). Eftersom vi använde ett något annorlunda schema för utsättning från doxycyklin för att inducera genuttryck (6 veckor med matrestriktion), försökte vi bekräfta denna fenotyp. Möss med ΔFosB-överuttryck uppvisade faktiskt en signifikant större ökning av den lokomotoriska aktiviteten när de injicerades med kokain jämfört med deras kontrollpersoner från samma kull som fick doxycyklin (behandling med genuttryck, F _(1,44) = 4.241; p ≤ 0.05) (kompletterande figur 3C, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material).

Experiment 3: inducerbar överuttryckning av ΔFosB i bitransgena möss; progressivt förhållande

Med tanke på att tidigare läkemedelsexponering inducerar striatal ΔFosB ( Nestler et al., 2001 ) och här visade sig öka progressiv ratio-respons, testade vi sedan om transgen striatal överuttryck av ΔFosB också ökar prestandan vid ett progressivt ratio-förstärkningsschema. En ny grupp möss tränades på instrumentell respons under förhållanden (se Material och metoder) som inte producerade signifikanta skillnader i instrumentell prestanda innan testning av progressiv ratio-respons (F _(1,16) < 1). I det progressiva ratio-testet observerade vi dock ett signifikant genuttryck genom hävstångsinteraktion (F _(1,16) = 5.30; p ≤ 0.05) ( Fig. 4 A) och fann att ΔFosB-överuttryckande möss, jämfört med kontrollmöss från samma kull som hölls på doxycyklin, gav ett större antal aktiva responser (p ≤ 0.05), medan antalet inaktiva hävstångsresponser inte skilde sig åt. Möss som överuttryckte ΔFosB nådde också en högre brytpunkt (F _(1,16) = 5.73; p ≤ 0.05) ( Fig. 4 B). Dessa data tyder på att, liksom tidigare exponering för psykostimulantia, ökar striatal överuttryck av ΔFosB motivationen. Eftersom antalet inaktiva svar inte förändrades hos de möss som överuttryckte ΔFosB, är det inte troligt att ospecifika aktivitetsökningar bidrar till dessa effekter. Denna uppfattning stöddes ytterligare av bedömningar av baslinjens lokomotoriska aktivitet där det inte fanns någon skillnad mellan möss som överuttryckte ΔFosB och kontrollmöss från samma kull som hölls på doxycyklin. Inga grova skillnader i kroppsvikt mellan ΔFosB-överuttryckande och kontrolldjur var tydliga mätt på testdagen. Således, även om ΔFosB-överuttryckande djur kommer att avge mer matmotiverade instrumentella svar, verkar de inte konsumera mer mat när den är fritt tillgänglig. Den mest sannolika förklaringen till denna observation är att även om motivation avgör hur hårt ett djur kommer att arbeta för att förvärva en förstärkare, så påverkar många ytterligare faktorer (aptit, mättnadskänsla, metaboliskt tillstånd etc.) ätbeteendet och den faktiska konsumtionen av mat.

Figur 4.

Effekt av inducerbar överuttryckning av FosB i bitransgena möss på instrumental respons på ett progressivt förhållandesschema för förstärkning före och efter mättnadsinducerad förstärkningsdevaluering. A, B, baslinje: spaksvar (A), brytpunkt (B). C, D, efter förstärkning av förstärkare: spaksvar (C), brytpunkt (D). Data representeras som medel ± SEM. * p <0.05.

De ΔFosB bitransgena mössen som används här uttrycker ΔFosB i hela striatum. Medan det ventrala striatumet (inklusive NAc) har implicerats i motivationsprocesser, hävdas det att det dorsala striatumet är involverat i förvärvandet av instrumentella vanor ( Yin et al., 2004 ; Faure et al., 2005 ). Även om vi inte observerade skillnader i instrumentell prestation under träningsfasen med ett lågt ratio-schema med maximala förstärkningsgränser, förhållanden relativt resistenta mot utveckling av instrumentella vanor ( Dickinson, 1985 ), är det möjligt att etableringen av vanor kan påverka responsen under det progressiva ratio-schemat. Denna möjlighet testades direkt genom att utvärdera effekten av förstärkningsdevalvering genom förmatning på progressiv ratio-respons. Sådan förmatning utplånade effekten av ΔFosB på progressiv ratio-respons, utan några skillnader i respons eller brytpunkter observerades mellan ΔFosB-överuttryckande möss och kontrollmöss (F _(1,16) < 1) ( Fig. 4C ,D). Tillsammans tyder dessa data på att striatal överuttryck av ΔFosB inte förändrade känsligheten för förändringar i värdet av belönade resultat med detta testschema. Snarare verkar den instrumentella respons som observerades i progressiv ratio-testet vara målinriktad och den ökade brytpunkten som observerades hos möss som överuttryckte ΔFosB kan sannolikt tillskrivas ökad motivation och inte förhöjd vaneliknande respons.

Experiment 4: viralt medierad överuttryckning av ΔFosB i NAc-kärnan: instrumental prestanda

För att bedöma huruvida selektiv överuttryckning av ΔFosB i NAc kunde förklara beteendet som observerades hos de bitransgena mössen, infunderade vi HSV-ΔFosB, eller HSV-LacZ som kontroll, selektivt i råttornas NAc-kärna och studerade effekten av denna manipulation på matförstärkt instrumentell prestation ( Fig. 5 A, B). Efter magasinträning infunderades HSV-ΔFosB eller HSV-LacZ i NAc-kärnan 40 timmar före påbörjandet av beteendetestning. Infusionens plats och omfattningen av virusmedierat genuttryck visas i figur 6 , A och B. NAc-infusioner av HSV-ΔFosB producerade en ihållande ökning av antalet aktiva svar (genuttryck via hävstång, F _(1,12) = 8.534; p ≤ 0.05) ( Fig. 5 A), vilket kvarstod under hela experimentet. Dessa effekter var selektiva, eftersom det inte fanns några signifikanta effekter av ΔFosB-överuttryck i NAc-kärnan på antalet inaktiva svar ( Fig. 5 B) eller på baslinjens lokomotoriska aktivitet som registrerades dagen efter att experimentet avslutats (data visas ej). Överuttryck av ΔFosB i NAc härmade således de beteendemässiga effekterna av tidigare läkemedelsexponering eller striatal överuttryck av ΔFosB.

Figur 5.

Effekt av infusioner av HSV-FosB i NAc-kärnan innan träning på instrumental respons. A, Aktiva svar. B, Inaktiva svar. Data representeras som medel ± SEM.

Figur 6.

A, Placering av infusionsställen för virusvektorexperimenten. Överst, De fyllda svarta cirklarna motsvarar det avsedda infusionsstället. Endast infusioner gjorda inom ~ 0.5 mm från detta område (dvs. inom NAc-kärnan), vilket indikeras av cirkeln, ansågs acceptabla. Djur med infusioner gjorda utanför detta område exkluderades från statistiska analyser. Nederst, Infusionsställe inom NAc hos ett representativt djur. B, Immunhistokemisk verifiering av proteinuttryck efter infusion av HSV-LacZ. De övre panelerna visar β-galaktosidasuttryck inom NAc-kärnan (2.5 och 10× förstoring). De nedre panelerna visar avsaknaden av immunofluorescens i intilliggande kontrollsektioner med samma immunhistokemiska procedur utan inkludering av den primära antikroppen.

Experiment 5: viral-medierad överuttryckning av ΔFosB i NAc-kärnan: progressivt förhållande

Det slutliga experimentet avgjorde direkt huruvida begränsad överuttryckning av ΔFosB i NAc-kärnan med hjälp av den viralmedierade genöverföringsmetoden var tillräckligt för att öka motivationen hos råttor. Här infunderades HSV-ΔFosB endast efter att instrumentell träning hade avslutats, vilket eliminerade eventuell påverkan av ΔFosB-överuttryck under träning på det efterföljande progressiva ratio-testet. En ny grupp råttor tränades, som tidigare, och delades in i balanserade experimentgrupper baserat på deras prestationer under de sista träningsdagarna. Djuren fick därefter bilaterala infusioner av HSV-ΔFosB eller HSV-LacZ i NAc-kärnan och testades på progressivt ratio-svar efter 5 dagars överuttryck. Statistisk analys visade ett signifikant genuttryck genom hävstångsinteraktion (F _(1,12) = 14.91; p ≤ 0.01) ( Fig. 7 A). Råttor infunderade med HSV-ΔFosB gav mer aktiva svar (p ≤ 0.01) jämfört med de infunderade med HSV-LacZ, medan svaret på den inaktiva hävstången inte påverkades. I överensstämmelse med denna ökning hade råttor infunderade med HSV-ΔFosB också en högre brytpunkt (F _(1,12) = 18.849; p ≤ 0.001) ( Fig. 7 B) än djur infunderade med HSV-LacZ. Det fanns ingen effekt av ΔFosB på baslinjens lokomotoriska aktivitet testad 1 timme före progressivt ratio-test (kompletterande Fig. 4A, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material). Det fanns inte heller några skillnader i kroppsvikt på dagen för progressivt ratio-test (kompletterande Fig. 4B, tillgänglig på www.jneurosci.org som kompletterande material). Dessa fynd stöder våra observationer med transgena ΔFosB-överuttryckande möss och indikerar att selektiv överuttryck av ΔFosB i NAc är tillräckligt för att förbättra matassocierad motivation.

Figur 7.

Effekt av infusioner av HSV-ΔFosB 5 d innan testning på instrumental respons på ett progressivt förhållande schema för förstärkning. A, svarshandtag. B, brytpunkt. Data representeras som medel ± SEM. *** p <0.001; ** p <0.01.

Diskussion

Den föreliggande studien visar att överuttryck av ΔFosB i NAc förstärker matförstärkt instrumentellt beteende . Tidigare exponering för kokain, amfetamin, MDMA eller nikotinförstärkt beteende gav en varaktig ökning av efterföljande instrumentell prestation. Dessa läkemedelsexponeringar ökade också matmotiverat beteende under ett progressivt ratioschema för förstärkning . Dessa effekter av tidigare läkemedelsexponering imiterades genom begränsad överuttryck av ΔFosB i striatum, med användning av inducerbara bitransgena (NSE-tTA × TetOP-ΔFosB) möss eller med användning av en ny viral vektor för att uttrycka ΔFosB selektivt i NAc . Det är värt att notera att överuttryck av ΔFosB i NAc-kärnan, efter att instrumentell respons redan hade förvärvats, ökade motivationen för mat under det progressiva ratioschemat. Tillsammans identifierar våra resultat ΔFosB i NAc-kärnan som en potentiell mediator av läkemedelsinducerade neuroadaptationer som kan främja instrumentellt beteende, vilket utvidgar rollen för denna transkriptionsfaktor till att omfatta processer med relevans för motivationspåverkan på prestationen av matförstärkt beteende. De lyfter också fram möjligheten att tillstånd som inducerar ΔFosB-uttryck i NAc kan påverka motivationsegenskaperna hos både naturliga och läkemedelsförstärkare.

ΔFosB ackumuleras i dynorfinuttryckande medelstora taggiga neuroner i både NAc och dorsalstriatum efter kronisk, men inte akut, exponering för missbruksdroger. Detta regionala uttrycksmönster reproduceras i de inducerbara bitransgena ΔFosB-överuttryckande mössen som används här. Hos dessa möss ökar förhöjda striatala nivåer av ΔFosB djurens känslighet för kokain och morfin, mätt med konditionerad platspreferens ( Kelz et al., 1999 ; Zachariou et al., 2006 ). Det förstärker också den progressiva kvotresponsen för kokain, vilket tyder på att motivationen att självadministrera kokain förstärks av striatal ΔFosB-överuttryck ( Colby et al., 2003 ). Här fann vi att striatal ΔFosB-överuttryck hos dessa möss också ökade den progressiva kvotresponsen för en livsmedelsförstärkare och att dessa effekter reproducerades genom begränsad virusmedierad överuttryck av ΔFosB i NAc-kärnan hos råtta. Våra data tyder på att ΔFosB kan fungera som en transkriptionell modulator av motivation för primära förstärkare, vare sig det är mat, droger eller kanske motion, en idé som överensstämmer med preliminära observationer att striatalt uttryck av ΔFosB ökar efter kronisk löpning på hjul eller sackarosdrickande ( McClung et al., 2004 ). Dessa data tyder på att NAc-överuttryck av ΔFosB kan förstärka den motivationsmässiga effekten av både naturliga och läkemedelsförstärkare.

Det har hävdats att delregioner av NAc på olika sätt medierar inflytandet av pavlovska eller instrumentella incitamentsprocesser på instrumentell prestation ( Corbit et al., 2001 ; de Borchgrave et al., 2002 ), medan mer generella motivationspåverkan på instrumentell prestation kan kodas av andra regioner, såsom amygdalas centrala kärna ( Corbit och Balleine, 2005 ). NAc-kärnan har dock också föreslagits vara en kritisk plats för förvärv av målinriktad instrumentell inlärning ( Smith-Roe och Kelley, 2000 ; Baldwin et al., 2002a , b ; Kelley, 2004 ). Vi visar motsvarande effekter av tidigare läkemedelsexponeringar och transgen striatal ΔFosB-överuttryck på förbättring av instrumentellt beteende. Infusioner av HSV-ΔFosB begränsat till NAc-kärnan ökade också matförstärkt instrumentell respons. Även om dessa experiment inte utesluter ett bidrag från dorsala striatum i dessa beteenden, tyder de starkt på att ΔFosB-inducerade förändringar i genuttryck inom NAc är tillräckliga för att öka matmotiverad respons. Eftersom progressiv ratio-respons också förstärktes när ΔFosB uttrycktes efter att stabil instrumentell prestation tidigare hade uppnåtts, verkar en roll för motivationspåverkan på instrumentellt beteende trolig. Möjligheten att våra manipulationer också påverkar instrumentella inlärningsprocesser kan dock inte helt uteslutas. Till stöd för våra slutsatser har ökningen av instrumentell prestation som observerats efter tidigare oral kokainexponering ( Miles et al., 2004 ) hävdats involvera motivationsförändringar som överensstämmer med förmågan hos kronisk nikotinbehandling att öka progressiv ratio-respons hos möss ( Brunzell et al., 2006 ). Dessutom uppvisar dopamintransportör-knockout-möss, där extracellulära dopaminnivåer är förhöjda, både förbättrad ΔFosB-immunreaktivitet och matförstärkt motivation, men inte förändrad inlärning ( Cagniard et al., 2006 ). Dessutom fann vi att överuttryck av striatal ΔFosB hos möss inte påverkade prestationen när maten "devalverades" genom förmatning . Dessa data indikerar att djuren var känsliga för förstärkarens motivationsvärde och att responsen var målinriktad.

Tidigare upprepad drogexponering kan också förbättra beteendekontroll utövad av betingade stimuli associerade med naturliga förstärkare, mätt med pavlovsk metod ( Harmer och Phillips, 1998 ; Taylor och Jentsch, 2001 ; Olausson et al., 2003 ), betingad förstärkning ( Taylor och Horger, 1999 ; Olausson et al., 2004 ) och pavlovsk-till-instrumental överföring ( Wyvell och Berridge, 2001 ). Det finns nu övertygande bevis för att NAc-kärnan, i motsats till skalet, är involverad i kontrollen av läkemedelsmotiverat beteende genom pavlovsk-betingade stimuli ( Parkinson et al., 1999 , 2002 ; Hall et al., 2001 ; Dalley et al., 2002 ; Ito et al., 2004 ). Våra resultat kan tyda på att läkemedelsinducerad induktion av ΔFosB i NAc kan vara en mekanism genom vilken beteendekontroll förbättras i dessa procedurer. Det är också möjligt att pavlovskt betingade stimuli, som fungerar som betingade förstärkare, bidrar till de nuvarande beteendeeffekterna. Förbättrad kontroll över beteende genom sådana betingade stimuli medierade av ökningar i striatal ΔFosB kan också bidra till proteinets effekt på läkemedelsinducerad betingad platspreferens ( Kelz et al., 1999 ; Zachariou et al., 2006 ) och progressiv ratio-respons för kokain ( Colby et al., 2003 ). Förändringar i motivationsprocesser har antagits bidra till utveckling och upprätthållande av beroendeframkallande beteende ( Robinson och Berridge, 1993 ; Jentsch och Taylor, 1999 ; Robbins och Everitt, 1999 ; Nestler, 2004 ). Nuvarande data överensstämmer också med andra teorier som betonar flera instrumentella och pavlovska processer i beroendebeteende ( Everitt och Robbins, 2005 ). Ytterligare arbete behövs nu för att definiera rollen av läkemedels- och ΔFosB-inducerade neuroadaptationer i NAc och andra limbisk-striatala subregioner med avseende på de specifika associativa eller motivationsfaktorer som kan underlätta instrumentell prestation och bidra till tvångsmässigt beteende.

Även om de exakta molekylära mekanismerna genom vilka förändringar inom NAc påverkar beteende motiverat av primära eller betingade förstärkare inte är kända ( Kelley och Berridge, 2002 ), anses de GABAerga medium taggiga neuronerna i NAc vara ett kritiskt substrat för läkemedels- och erfarenhetsberoende plasticitet. Här konvergerar dopaminerg input från det ventrala tegmentala området och glutamaterg input från kortikolimbiska afferenter till gemensamma dendriter och dendritiska taggar ( Sesack och Pickel, 1990 ; Smith och Bolam, 1990 ). Kronisk exponering för psykostimulantia ökar densiteten av sådana taggar på neuroner i NAc-skalet och kärnan ( Robinson och Kolb, 1999 ; Robinson et al., 2001 ; Li et al., 2003 , 2004 ). Nyligen har induktion av beteendesensibilisering specifikt associerats med en ökning av dendritiska taggar i NAc-kärnan ( Li et al., 2004 ). Det är värt att notera att kokaininducerade ökningar av ryggradens densitet endast kvarstår i D1 _- positiva neuroner som samuttrycker ΔFosB ( Robinson och Kolb, 1999 ; Lee et al., 2006 ). ΔFosB i NAc-kärnan kan således bidra till varaktig synaptisk plasticitet som kan påverka instrumentellt beteende . Faktum är att en kritisk roll för dopamin-glutamat-neurotransmission ( Smith-Roe och Kelley, 2000 ), proteinkinas A-aktivitet ( Baldwin et al., 2002a ) och de novo proteinsyntes ( Hernandez et al., 2002 ) inom NAc-kärnan på instrumentell prestation har tidigare rapporterats. Vi identifierar nu ΔFosB som en transkriptionsfaktor som ihållande kan förbättra matförstärkt respons när den överuttrycks i NAc-kärnan. De specifika generna eller proteinerna som är involverade i dessa effekter återstår att exakt definieras. ΔFosB reglerar uttrycket av flera proteiner i NAc som är involverade i neuroplasticitet ( McClung och Nestler, 2003 ). En nyligen genomförd microarray-analys karakteriserade genuttrycksmönster i NAc hos de bitransgena möss som uttrycker ΔFosB som används här, och identifierade en delmängd av gener som reglerades av relativt kortvarigt uttryck av ΔFosB ( McClung och Nestler, 2003 ). BDNF var en sådan gen, och BDNF i denna neurala krets är känd för att förbättra responsen för läkemedels- och matassocierade signaler ( Horger et al., 1999 ; Grimm et al., 2003 ; Lu et al., 2004 ). En ytterligare gen av intresse är cyklinberoende kinas 5 ( Bibb et al., 2001 ), som också induceras av ΔFosB, och kan reglera både den kokaininducerade strukturella plasticiteten ( Norrholm et al., 2003 ) och motivation mätt genom progressiv ratio-respons för naturliga eller läkemedelsförstärkare (JR Taylor, opublicerade observationer). Ytterligare kandidater är GluR2-subenheten av AMPA-glutamatreceptorer ( Kelz et al., 1999 ) och transkriptionsfaktorn NFκB (nukleär faktor κB) ( Ang et al., 2001 ). Det skulle vara viktigt att utvärdera dessa och andra reglerade proteiner i NAc-subregioner som kandidater för att mediera de beteendemässiga effekterna av ΔFosB på instrumentell prestation och motivation.

Den aktuella experimentserien ger bevis för att överuttryck av ΔFosB i NAc kan förbättra matmotiverat beteende och därigenom reglera instrumentell prestation, vilket tidigare har visats för läkemedelsbelöningar. Dessa data ger nya bevis för att ΔFosB kan fungera som en generell molekylär omkopplare associerad med förbättringar i de motivationsaspekterna hos förstärkare på målinriktat beteende. Våra resultat lyfter möjligheten att induktion av NAc ΔFosB genom till exempel beroendeframkallande läkemedel, stress eller kanske mycket givande livsmedel, kan vara en kritisk mekanism genom vilken dysfunktionella motivationstillstånd resulterar i psykiatriska störningar associerade med tvångsmässigt beteende.

fotnoter

Mottagen 15 mars 2006.

o Revision mottagen 23 juni 2006.

Godkänd 2 augusti 2006.

Detta arbete stöddes av bidrag från National Institute on Drug Abuse, National Institute of Mental Health och National Institute of Alcohol Abuse and Alcoholism. Vi bekräftar tacksamt det värdefulla biståndet från Dilja Krueger, Drew Kiraly, Dr Ralph DiLeone, Robert Sears och Dr Jonathan Hommel vid Psykiatriska institutionen, Yale University. Vi är också tacksamma för Dr. Jennifer Quinn och Dr. Paul Hitchcott för att ge användbara kommentarer om detta manuskript.

Korrespondens bör adresseras till Jane R. Taylor, Psykiatrisk avdelning, Division of Molecular Psychiatry, Yale University School of Medicine, Ribicoff Research Facilities, Connecticut Mental Health Center, 34 Park Street, New Haven, CT 06508.[e-postskyddad]

Referensprojekt

1. ↵

1. Ang E,

2. Chen JS,

3. Zagouras P,

4. Magna H,

5. Holland J,

6. Schaeffer E,

7. Nestler EJ

(2001) Induktion av NFκB i kärnbärande medel vid kronisk kokainadministration. J Neurochem 79: 221-224.