Distinkta mönster av DeltaFosB induktion i hjärnan av missbruk. (2008)

FULLSTUDIE

Synapse. 2008 May;62(5):358-69.

Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.

källa

Institutionen för psykiatri, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390-9070, USA.

Abstrakt

Transkriptionsfaktorn DeltaFosB ackumuleras och kvarstår i hjärnan som svar på kronisk stimulering. Denna ackumulering efter kronisk exponering för missbrukande läkemedel har tidigare visats av Western blot mest dramatiskt i striatala regioner, inklusive dorsalstriatum (caudate / putamen) och kärnan accumbens. I den föreliggande studien använde vi immunhistokemi för att med större anatomisk precision definiera induktionen av DeltaFosB genom hela gnagarehjärnan efter kronisk drogbehandling. Vi utvidgade också tidigare forskning som involverar kokain, morfin och nikotin till två ytterligare droger av missbruk, etanol och Delta (9) -tetrahydrocannabinol (Delta (9) -THC, den aktiva ingrediensen i marijuana). Vi visar här att kronisk, men inte akut administrering av var och en av fyra droger av missbruk, kokain, morfin, etanol och Delta (9) -THC inducerar kraftigt DeltaFosB i nukleär accumbens, även om olika mönster i kärnan vs. av denna kärna var uppenbar för de olika läkemedlen. Drogerna skilde sig också i sin grad av DeltaFosB induktion i dorsalstriatum. Dessutom inducerade alla fyra droger DeltaFosB i prefrontal cortex, med de största effekterna observerade med kokain och etanol, och alla droger inducerade DeltaFosB i liten utsträckning i amygdala. Dessutom inducerade alla läkemedel DeltaFosB i hippocampus och, med undantag av etanol, sågs mest av denna induktion i dentatet. Lägre nivåer av DeltaFosB induktion observerades i andra hjärnområden som svar på en speciell läkemedelsbehandling. Dessa fynd ger ytterligare bevis på att induktion av DeltaFosB i nukleinsymboler är en gemensam handling av praktiskt taget alla missbrukande medel och att, utöver kärnan accumbens, inducerar varje läkemedel DeltaFosB på ett regionspecifikt sätt i hjärnan.

INLEDNING

Akut exponering för kokain orsakar övergående induktion av transkriptionsfaktorerna c-Fos och FosB i striatala regioner (Graybiel et al., 1990; Hope et al., 1992; Young et al., 1991), medan kronisk exponering för läkemedelsresultaten i ackumuleringen av stabiliserade isoformer av FFosB, en trunkerad splitsningsvariant av fosB-genen (Hiroi et al., 1997; Hope et al., 1994; Moratalla et al., 1996; Nye et al., 1995). När en gång inducerats, kvarstår FFosB i dessa regioner under flera veckor på grund av proteinets ovanliga stabilitet. Nyare forskning har visat att ΔFosB: s stabilitet medieras av frånvaron av degrondomäner som finns i C-termini med full längd FosB och alla andra Fos-familjeproteiner (Carle et al., 2007) och genom fosforylering avFosB vid dess N -terminus (Ulery et al., 2006). I motsats härmed förändrar kronisk läkemedelsadministration inte splitsningen av fosB premRNA till ΔfosB mRNA eller stabiliteten hos mRNA (Alibhai et al., 2007), vilket ytterligare indikerar att ackumuleringen av FFB-protein är den övervägande mekanismen som är involverad.

Växande bevis tyder på att ΔFosB-induktion i striatala regioner, i synnerhet ventralstriatumet eller kärnan accumbens, är viktigt i mediating aspekter av beroende. Överuttryck av ΔFosB i dessa regioner av inducerbara bitransgena möss eller via virusmedierad genöverföring ökar ett djurs känslighet mot de lokomotoriska aktiviserande och belönade effekterna av kokain och morfin, medan uttryck av en dominant negativ antagonist av ΔFosB (benämnd Ac- Jun) har motsatta effekter (Kelz et al., 1999, McClung och Nestler, 2003; Peakman et al., 2003; Zachariou et al., 2006). ΔFosB-överuttryck har också visat sig öka incitamentsmotivationen för kokain (Colby et al., 2003). Dessutom induceras ΔFosB företrädesvis av kokain hos ungdomar, vilket kan bidra till deras ökade sårbarhet mot missbruk (Ehrlich et al., 2002).

Trots detta bevis kvarstår viktiga frågor. Även om kronisk administrering av flera andra missbruksmissbruk, inklusive amfetamin, metamfetamin, morfin, nikotin och fencyklidin, har rapporterats inducera AFosB i striatala regioner (Atkins et al., 1999; Ehrlich et al., 2002; McDaid et al. 2006b; Muller och Unterwald, 2005; Nye et al., 1995; Nye och Nestler, 1996; Pich et al. 1997; Zachariou et al., 2006), liten eller ingen information är tillgänglig om åtgärderna av etanol och A9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC, den aktiva ingrediensen i marijuana). Två tidigare studier visade att FosB-liknande immunreaktivitet induceras i hippocampus och vissa andra hjärnområden vid etanolavdrag, men det är fortfarande osäkert om denna immunreaktivitet representerar ΔFosB eller full längd FosB (Bachtell et al., 1999; Beckmann et al., 1997 ). Studier av etanol och (Δ9-THC är särskilt viktiga, eftersom de är två av de mest använda missbrukarna i USA idag (SAMHSA, 2005). Även om stimulantia eller opiatmissbruk har visat sig inducera ΔFosB i vissa andra isolerade hjärnregioner, vilka förutom kärnaccumbens och dorsalstriatum innefattar prefrontal cortex, amygdala, ventral pallidum, ventral tegmental area och hippocampus (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1995; Perrotti et al., 2005), det har inte funnits någon systematisk kartläggning av FFBB-induktion i hjärnan som svar på kronisk drogexponering.

Målet med föreliggande studie var att använda immunohistokemiska förfaranden för att kartlägga induktionen av FosB genom hjärnan efter kronisk administrering av fyra prototypa missbruksmedel: kokain, morfin, etanol och Δ9-THC.

MATERIAL OCH METODER

djur

Alla experiment utfördes med användning av manliga Sprague Dawley-råttor (Charles River, Kingston, 250-275 g). Djur hölls två per bur och habituerade till djurrummet under en vecka innan experimenten påbörjades. De hade fri tillgång till mat och vatten. Experiment utfördes enligt protokoll som granskades av Institutionen för djurvård och användningskommitté vid University of Texas Southwestern Medical Center i Dallas.

Drogbehandlingar

Kronisk kokain

Råttor (n = 6 per grupp) fick två gånger dagligen injektioner av kokainhydroklorid (15 mg / kg ip; National Institute on Drug Abuse, Bethesda, MD) upplöst i 0.9% saltlösning under 14-dagar. Kontrollrotter (n = 6 per grupp) erhöll ip-injektioner av 0.9% saltlösning under samma kroniska procedur. Alla injektioner gavs i djurens burar. Denna behandling har visat sig producera robusta beteendemässiga och biokemiska anpassningar (se Hope et al., 1994).

Kokain självadministration

Djur (n = 6 per grupp) utbildades för att trycka på en hävarm för en 45 mg sackarospellet. Efter denna träning matades djuren ad libitum och implanterades kirurgiskt under pentobarbitalanestesi med en kronisk jugularkateter (silastisk slang, grön gummi, Woburn, MA) såsom beskrivits tidigare (Sutton et al., 2000). Katetern passerade subkutant för att gå ut genom en 22-mätkanyl (Plastics One, Roanoke, VA), inbäddad i kranioplastisk cement och fäst med Marlex kirurgiska nät (Bard, Cranston, RI). Självadministration genomfördes i operativa testkammare (Med Associates, St. Alban, VT) som var kontextuellt avskilda från djurets hemmalag och belägna i ett annat rum. Varje kammare var innesluten i en ljuddämpande bås utrustad med en infusionspumpanordning bestående av en Razel Model A-pump (Stamford, CT) och en 10 ml-glasspruta ansluten till en fluidumsvivel (Instech, Plymouth Meeting, PA) med Teflon-rör . Tygon-slangar kopplade sviveln till djurets kateteraggregat och var innesluten av en metallfjäder. Varje operantkammare innehöll två hävarmar (4 × 2 cm2, belägna 2 cm från golvet). Under självadministrationsutbildning levererade en enda 20 g-hävstång på den aktiva hävarmen en iv-infusion av kokain (0.5 mg / kg per 0.1 ml infusion) över ett 5s infusionsintervall. Infusionen följdes av en 10s time-out-period, under vilken huslampan släcktes och svarade inte producerade några programmerade konsekvenser. Belysningen av husljuset indikerade slutet av time-out-perioden. Hävspress på den inaktiva hävarmen gav ingen konsekvens. Djur självadministrerad kokain under 14 dagliga 4-h test sessioner (6 dagar / vecka) under sin mörka cykel; Det genomsnittliga dagliga intaget var ~ 50 mg / kg. En grupp yoked djur hanterades identiskt bara de fick kokaininfusioner när deras självadministrerande motsvarigheter mottog läkemedel. En grupp saltvattenstyrande djur fick häftpress för saltlösningsinfusioner. Denna behandling har visat sig producera robusta beteendemässiga och biokemiska anpassningar (se Sutton et al., 2000).

Kronisk morfin

Morfinpellets (vardera innehållande 75 mg morfinbas, National Institute on Drug Abuse) implanterades sc en gång dagligen under 5-dagar (n = 6). Kontrollråttor genomgick skurkirurgi under 5-dagar i följd (n = 6). Denna behandling har visat sig producera robusta beteendemässiga och biokemiska anpassningar (se Nye och Nestler, 1996).

Δ9-THC

Δ9-THC löstes i en 1: 1: 18-lösning av etanol, emulfor och saltlösning. Möss injicerades subkutant två gånger dagligen med Δ9-THC eller vehikel för 15-dagar. Initial dos av Δ9-THC var 10 mg / kg och dosen fördubblades var tredje dag till slutdos av 160 mg / kg. Vi använde möss för Δ9-THC, eftersom detta behandlingsschema har visat sig producera robusta beteendemässiga och biokemiska anpassningar i denna art (Sim-Selley och Martin, 2002).

Etanol

Etanol (från 95% lager, Aaper, Shelbyville, KY) administrerades med hjälp av en näringsrikt komplett flytande diet. Detta standard-etanolmetodförfarande involverar administrering av 7% [vikt / volym (vikt / volym)] etanol i en laktalbumin / dextrosbaserad diet under 17-dagar, under vilken tid råttor i allmänhet konsumerar etanol vid 8-12 g / kg / dag och uppnå blodetanolnivåer upp till 200 mg / dl (Criswell och Breese, 1993; Frye et al., 1981; Knapp et al., 1998). Dieten var näringskompletterad (med koncentrationer av vitaminer, mineraler och andra näringsämnen härledda från ICN-forskningsdiett och kaloribalanserad (med dextros) över etanolbehandlade råttor och kontrollråttor. Inmatnings matchning uppnåddes genom att ge de kontrolldiet behandlade råttorna en volymen av diet som motsvarar det genomsnittliga intaget av de etanolbehandlade råttorna dagen före. Båda grupperna uppnådde lätt vikt under etanol exponeringsperioden (ej visad). Denna behandling har visat sig producera robusta beteendemässiga och biokemiska anpassningar (se Knapp et al., 1998).

immunohistokemi

18 till 24 h efter den sista behandlingen, djupet bedövades djupt med klorhydrat (Sigma, St. Louis, MO) och intrakardiellt perfusionerades med 200 ml 10 mM fosfatbuffrad saltlösning (PBS) följt av 400 ml 4% paraformaldehyd i PBS. Hjärnor avlägsnades och lagrades över natten i 4% paraformaldehyd vid 4 ° C. Nästa morgon överfördes hjärnor till en 20% glycerol i 0.1 M PBS-lösning för kryoprotektion. Koronala sektioner (40 ^ im) skars på en frysande mikrotom (Leica, Bannockburn, IL) och behandlades därefter för immunohistokemi. ΔFosB- och FosB-immunoreaktiviteter detekterades med användning av två olika kaninpolyklonala antisera. Ett antiserum, upptaget mot FosB C-terminalen som saknas i ΔFosB (aa 317-334), känner igen FosB i full längd, men inte ΔFosB (Perrotti et al., 2004). Det andra antiserumet, en "pan-FosB" -antikropp, höjdes mot en intern region av FosB och känner igen både FosB och AFosB (sc-48; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).

FosB-liknande färgning avslöjades med användning av avidin-biotinperoxidaskomplexmetoden. För denna procedur behandlades hjärnsektioner först med 0.3% H2O2 för att förstöra endogena peroxidaser och inkuberades sedan för 1 h i 0.3% Triton X-100 och 3% normal get serum för att minimera icke-specifik märkning. Tissuesektioner inkuberades därefter över natten vid rumstemperatur i 1% normalt get serum, 0.3% Triton X-100 och pan-FosB antikropp (1: 5000). Sektioner tvättades, placerades för 1.5 h i 1: 200-spädning av biotinylerad get-antirabbitimmunoglobulin (DakoCytomation, Carpinteria, CA), tvättades och placerades för 1.5 h i 1: 200-spädning av avidin-biotinkomplex från Elite-kit Laboratories, Burlingame, CA). Peroxidasaktivitet visualiserades genom reaktion med diaminobensidin (Vector Laboratories). Kodade diabilder användes för att räkna antalet FosB-immunoreaktiva celler. Koden bröts inte förrän analysen av ett enskilt experiment var fullständigt.

När en gång FosB-liknande immunoreaktivitet detekterats utfördes dubbel fluorescerande märkning med den FosB-specifika (C-terminus-, 1: 500) antikroppen och pan-FosB-antikroppen (sc-48; 1: 200) för att bestämma om det inducerade proteinet verkligen var ΔFosB. Ett publicerat protokoll användes (Perrotti et al., 2005). Proteinerna visualiserades med användning av CY2- och CY3-fluoroformärkta sekundära antikroppar (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA). Lokalisering av proteinuttryck utfördes på ett konfokalt mikroskop (Axiovert 100; LSM 510 med META-emissionsvåglängder av 488, 543 och 633; Zeiss, Thornwood, NY). Bilder som presenteras här fångades på detta system och representerar en 1 μm-tjock sektion genom ett Z-plan.

Statistisk analys

Betydande induktion av ΔFosB + -celler bedömdes med hjälp av t-test eller envägs ANOVA följt av Newman-Keuls-test som post-hoc-analys. Alla analyser korrigerades för flera jämförelser. Data uttrycks som medelvärde ± SEM. Statistisk signifikans definierades som P <0.05.

RESULTAT

Induktion av FosB i hjärnan

För att direkt jämföra mönster av ΔFosB-induktion i hjärnan som svar på olika typer av missbruksmissbruk administrerade vi fyra prototypiska läkemedel, kokain, morfin, etanol och Δ9-THC och undersökte ΔFosB-uttryck 18-24 h efter den senaste läkemedelsexponeringen . Vi använde vanliga läkemedelsbehandlingsregimer som har visats i litteraturen för att producera beteendemässiga och biokemiska följder av kronisk drogexponering (se avsnittet Material och metoder). Nivåerna av ΔFosB kvantifierades genom immunohistokemi, med fokus på midbrain och för-hjärnregioner involverade i drogbelöning och beroende. Denna fina kartläggning av ΔFosB-induktion utfördes med en pan-FosB-antikropp, som igenkänner både FosB och full längd FosB. Vi vet dock att all immunoreaktivitet som observerats för varje läkemedel beror enbart på ΔFosB, eftersom en antikroppsselektiv för FosB i full längd (se avsnittet Material och metoder) inte upptäckte några positiva celler. Dessutom förlorades all immunoreaktivitet som detekterades av pan-FosB-antikroppen i fosB-knockout-möss, vilket bekräftar specificiteten av denna antikropp för fosB-genprodukter i motsats till andra Fos-familjeproteiner. Dessa kontroller visas för kokain i Figur 1, men observerades också för alla andra droger (ej visade). Dessa fynd är inte överraskande, eftersom vid den 18-24 h-tidpunkt som användes i denna studie skulle hela FosB i full längd, som inducerades av den sista läkemedelsadministrationen, förväntas försämras, varvid den mer stabila FFosB som den enda fosB-genen kvarvarande produkt (se Chen et al., 1995; Hope et al., 1994).

Fig 1

Dubbel märkning av fluorescensimmunhistokemi med anti-FosB (pan-FosB, Santa-Cruz) eller anti-FosB (C-terminal) antikropp genom kärnan hos djur som behandlats med akut eller kronisk kokain och en kontrollråtta. Pan-FosB-antikroppsfläckarna (mer ...)

En sammanfattning av de övergripande resultaten av denna studie framgår av tabell I. Var och en av de fyra läkemedlen befanns signifikant inducera AFosB i hjärnan, fastän med delvis separata induceringsmönster ses för varje läkemedel.

Tabell I

Induktion av FosB i hjärnan genom missbruk

Induktion av ΔFosB i striatala regioner

Den mest dramatiska induktionen av ΔFosB sågs i nukleär accumbens och dorsalstriatum (caudate / putamen), där alla fyra läkemedel inducerade proteinet (Fig. 2-Fig. 4). Detta visas kvantitativt i Figur 5. ΔFosB induktion observerades i både kärn- och skalsubregionerna hos kärnans accumbens, med marginellt mer induktion sedd i kärnan för de flesta läkemedlen. Robust induktion av ΔFosB observerades också i dorsalstriatum för de flesta läkemedlen. Ett undantag var Δ9-THC, vilket inte signifikant inducerade ΔFosB i nukleär accumbens skal eller dorsalstriatum trots starka trender (se Fig. 4; Tabell I). Intressant nog gav etanol den största induktionen av FFosB i kärnan accumbens kärnan jämfört med de andra behandlingarna.

Fig 2

Induktion av ΔFosB i råttkärnan tillhör en kontrollråtta (A) eller efter kronisk behandling med etanol (B), morfin (C) eller kokain (D). Nivåer av FosB-liknande immunreaktivitet analyserades genom immunhistokemi med användning av en pan-FosB-antikropp. (Mer …)

Fig 4

Induktion av ΔFosB i mushjärnan efter kronisk Δ9-THC-behandling. Nivåer av FosB-liknande immunreaktivitet analyserades genom immunhistokemi med användning av en pan-FosB-antikropp i kontroll (A, C, E) och kroniska A9-THC (B, D, F) djur. Obs (mer ...)

Fig 5

Kvantifiering av ΔFosB-induktion i striatala regioner efter kronisk morfin-, Δ9-THC-, etanol- och kokainbehandling. Stapeldiagrammen visar det genomsnittliga antalet ΔFosB + -celler i kontrolldjur och hos djur som utsätts för kronisk morfin, (mer ...)

Induktion av ΔFosB genom volymering mot tvungen drogexponering

Med tanke på den dramatiska induceringen av ΔFosB i striatala regioner var vi intresserade av att bestämma huruvida förmågan hos ett läkemedel att inducera proteinet i dessa regioner varierade som en funktion av våldsam versus tvungen drogexponering. För att ta itu med denna fråga studerade vi en grupp råttor som självstyrt kokain för 14-dagar och jämförde ΔFosB-induktion hos dessa djur till de som fick yoked infusioner av kokain och de som endast fick saltlösning. Såsom visas i figur 6 inducerade självadministrerat kokain kraftigt ΔFosB i nukleär accumbens (både kärn- och skalsubregionerna) och dorsalstriatum, med ekvivalenta grader av induktion sedd för självadministrerat mot yoked administrerad läkemedel. Omfattningen av ΔFosB induktion som ses i dessa två grupper av djur var större än vad som ses med ip-injektioner av kokain (se Fig. 5), förmodligen på grund av de mycket större mängderna kokain i självadministrationsexperimentet (dagliga doser: 50 mg / kg iv vs 30 mg / kg ip).

Fig 6

Kvantifiering av ΔFosB-induktion i striatala regioner efter kronisk kokain-självadministration. Stapeldiagrammen visar det genomsnittliga antalet ΔFosB + -celler i kontrolldjur och hos djur som utsätts för kokainbehandlingar, i kärnan och (mer ...)

Induktion av ΔFosB i andra hjärnregioner

Utöver det striatala komplexet inducerade kronisk administrering av missbrukande läkemedel ΔFosB i flera andra hjärnområden (se tabell I). Vi bör betona att data som presenteras i tabell I är semikvantitativa och inte representerar exakt kvantifiering av ΔFosB-induktion, som utförts för striatala regioner (fig. 5 och fig. 6). Icke desto mindre är vi säkra på ΔFosB-induktion i dessa icke-striatala regioner: ΔFosB är praktiskt taget omöjlig att upptäcka i dessa regioner under basala förhållanden, så att konsekvent detektering av ΔFosB efter kronisk läkemedelsexponering är statistiskt signifikant (P <0.05 av ~ 2).

Robust induktion av alla läkemedel ses i prefrontal cortex, med morfin och etanol som verkar ge de starkaste effekterna i de flesta lager (Fig. 4 och Fig. 7). Alla fyra droger orsakade också låga nivåer av ΔFosB-induktion i stria-terminalen (BNST), den interstitiella kärnan i den bakre delen av den främre kommissionen (IPAC) och genom hela amygdala-komplexet (Fig. 8). Ytterligare effekter, specifika för specifika läkemedel, observerades också. Kokain och etanol, men inte morfin eller Δ9-THC, verkade framkalla låga nivåer av FosB i lateral septum utan induktion i medial septum. Alla droger inducerade ΔFosB i hippocampus och, med undantag av etanol, sågs mest av denna induktion i dentatgyrus (Tabell I och Fig. 9). Däremot inducerade etanol väldigt lite ΔFosB i dentat gyrus och inducerade i stället höga nivåer av proteinet i CA3-CA1-delfälten. Kokain, morfin och etanol, men inte Δ9-THC, orsakade låga nivåer av induktion av ΔFosB i periaqueductalgrået, medan endast kokaininducerad ΔFosB i det ventrala tegmentala området utan induktion ses i substantia nigra (se tabell I ).

Fig 7

Induktion av ΔFosB i prefrontal cortex i en kontrollråtta (A) eller efter kronisk behandling med etanol (B), morfin (C) eller kokain (D). Nivåer av FosB-liknande immunreaktivitet analyserades genom immunhistokemi med användning av en pan-FosB-antikropp. Märkning (mer ...)

Fig 8

Induktion av ΔFosB i basala laterala och centrala medialkärnor i amygdala hos en kontrollråtta (A) eller hos råttor som ges kronisk etanol (B), morfin (C) eller kokain (D) -behandling. Nivåer av FosB-liknande immunreaktivitet analyserades genom immunhistokemi (mer ...)

Fig 9

Induktion av ΔFosB i hippocampus av en kontrollråtta (A) eller hos råttor som ges kronisk etanol (B), morfin (C) eller kokain (D) -behandling. Nivåer av FosB-liknande immunreaktivitet analyserades genom immunhistokemi med användning av en pan-FosB-antikropp. Märkning (mer ...)

DISKUSSION

Många studier har visat att kronisk administrering av flera typer av missbruksmedel, inklusive kokain, amfetamin, metamfetamin, morfin, nikotin och fencyklidin, inducerar transkriptionsfaktorn, ΔFosB, i nukleinsymboler och dorsalstriatum (se Introduktions avsnitt för referenser, granskat i McClung et al., 2004, Nestler et al., 2001). Induktion av ΔFosB i striatala regioner har också observerats efter kronisk konsumtion av naturliga belöningar, såsom hjulkörning beteende (Werme et al., 2002). Dessutom har det förekommit flera rapporter om lägre nivåer av ΔFosB induktion i vissa andra hjärnregioner, inklusive prefrontal cortex, amygdala, ventral pallidum, ventral tegmental area och hippocampus (Liu et al., 2007, McDaid et al., 2006a, 2006b, Nye et al., 1996, Perrotti et al., 2005), som svar på några av dessa missbruksmedel har emellertid det aldrig funnits en systematisk kartläggning av läkemedelsinduktion av FosB i hjärnan. Trots undersökningen av de flesta missbruksmissbruk har två av de mest utsatta ämnena, etanol och Δ9-THC, ännu inte undersökts för deras förmåga att framkalla ΔFosB. Målet med föreliggande studie var att genomföra en initial kartläggning av ΔFosB i hjärnan som svar på kronisk administrering av fyra prototypiska missbruksmedel: kokain, morfin, etanol och Δ9-THC.

De viktigaste resultaten i vår studie är att etanol och Δ9-THC, liksom alla andra missbruksmedel, inducerar höga nivåer av ΔFosB i stort inom striatalkomplexet. Dessa resultat etablerar vidare ΔFosB-induktion i dessa regioner som en gemensam, kronisk anpassning till praktiskt taget alla droger av missbruk (McClung et al., 2004). Induktionsmönstret inom striatalkomplexet skilde sig något för de olika läkemedlen. Alla inducerade kraftigt ΔFosB i nukleär accumbenskärnan, medan samtliga droger, med undantag för Δ9-THC-signifikant inducerad FFB i kärnan, accumbens skal och dorsalstriatum också, och det fanns starka trender för Δ9-THC för att producera liknande effekter i dessa senare regioner. Kärnan accumbens kärna och skal är viktiga hjärnebelöningsregioner, som har visat sig vara kritiska medlare av de belönade handlingarna av missbruksmissbruk. På samma sätt har dorsalstriatumet varit relaterat till drogförbrukningens kompulsiva eller vana-liknande natur (Vanderschuren et al., 2005). Faktum är att induktion av ΔFosB i dessa regioner har visat sig öka de givande svaren på kokain och till morfin och att öka responsen på naturliga fördelar såsom hjulkörning beteende och matintag också (Colby et al., 2003; Kelz et al., 1999; Olausson et al., 2006; Peakman et al., 2003; Werme et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Ytterligare arbete behövs för att bestämma huruvida ΔFosB induktion i dessa regioner medierar liknande funktionella anpassningar i en persons känslighet för de givande effekterna av andra droger.

Induktion av ΔFosB i striatala regioner är inte en funktion av läkemedlets volymintag. Således visade vi att självadministrering av kokain inducerade samma grad av ΔFosB i nukleär accumbens och dorsalstriatum som sedd hos djur som mottog ekvivalenta, yoked injektioner av läkemedlet. Dessa resultat visar att ΔFosB induktion i striatum representerar en farmakologisk verkan av missbruksmedel, oberoende av ett djurs kontroll över drogexponering. I slående kontrast visade vi nyligen att självadministration av kokain inducerar flera gånger högre nivåer av ΔFosB i orbitofrontal cortex jämfört med yoked kokainadministration (Winstanley et al., 2007). Denna effekt var specifik för orbitofrontal cortex, eftersom ekvivalenta nivåer avFosB induktion observerades i prefrontal cortex under dessa två behandlingsbetingelser. Således, även om ΔFosB-induktion inte är relaterad till volymkontroll över läkemedelsintag i striatala regioner, verkar det således påverkas av sådana motivationsfaktorer i vissa högre kortikala centra.

Vi presenterar också semiquantitative data att alla fyra missbrukande medel inducerar ΔFosB i flera hjärnregioner utanför striatalkomplexet, men i allmänhet i mindre utsträckning. Dessa andra hjärnområden inkluderade prefrontal cortex, amygdala, IPAC, BNST och hippocampus. Läkemedelsinduktion av ΔFosB i prefrontal cortex och hippocampus kan vara relaterad till några av effekterna av missbruksmissbruk på kognitiv prestation, även om detta ännu inte har undersökts direkt. Amygdala, IPAC och BNST har alla varit inblandade i att reglera individens svar på aversiva stimuli. Detta ökar möjligheten att ΔFosB induktion i dessa regioner efter kronisk administrering av ett missbruksläkemedel medierar drogreglering av känslomässigt beteende långt bortom belöning. Det blir intressant att undersöka dessa möjligheter i framtida utredningar.

De fyra drogerna av missbruk som studerats här skapade också vissa drogspecifika effekter. Kokain indikerar unikt ΔFosB i det ventrala tegmentala området, som rapporterats tidigare (Perrotti et al., 2005). På samma sätt inducerade kokain och etanol unikt låga nivåer av ΔFosB i lateral septum. Δ9-THC var unik för mindre dramatiska effekter på ΔFosB-induktion, jämfört med andra missbruksmedel, i kärnan accumbens skal och dorsal striatum, som tidigare nämnts. Δ9-THC var också unik i den kroniska exponeringen för detta läkemedel, i motsats till alla andra, inducerade inte låga nivåer av ΔFosB i periaqueductalgrået. Med tanke på hippocampus och septums roll i kognitiv funktion och dessa regioners roll samt den periaqueduktala grenen för att reglera ett djurs svar på stressiga situationer kan region- och drogspecifik induktion av ΔFosB i dessa regioner förmedla viktiga aspekter av drogverkan på hjärnan.

Sammanfattningsvis har ΔFosB-induktion i streatala hjärnbelöningsregioner visat sig allmänt som en gemensam kronisk anpassning till missbruksmissbruk. Vi har utökat detta begrepp genom att visa att två ytterligare och allmänt missbrukade droger, etanol och Δ9-THC också inducerar ΔFosB i dessa hjärnregioner. Vi identifierar också flera andra delar av hjärnan, som är inblandade i kognitiv funktion och stressresponser, vilka visar varierande grader av ΔFosB induktion som svar på kronisk drogexponering. Några av dessa svar, som induktion av ΔFosB i striatala regioner, är vanliga över alla missbrukande droger studerade här, medan svar i andra hjärnområden är mer drogspecifika. Dessa resultat kommer nu att rikta framtida undersökningar för att karakterisera rollen av ΔFosB induktion i dessa andra hjärnområden. De hjälper också till att definiera det potentiella nyttjandet av antagonister av ΔFosB som en gemensam behandling för narkotikamissbrukssyndrom.

Fig 3

Induktion av ΔFosB i råttkaudat putamen i en kontrollråtta (A) eller efter kronisk behandling med etanol (B), morfin (C) eller kokain (D). Nivåer av FosB-liknande immunreaktivitet analyserades genom immunhistokemi med användning av en pan-FosB-antikropp. (Mer …)

Erkännanden

Kontraktstilldelningsponsor: National Institute on Drug Abuse.

REFERENSER

1. Alibhai IN, Green TA, Nestler EJ. Reglering av fosB och FosB mRNA uttryck: In vivo och in vitro studier. Brain Res. 2007; 11: 4322-4333.

2. Atkins JB, Atkins J, Carlezon WA, Chlan J, Nye HE, Nestler EJ. Regionspecifik induktion av ΔFosB genom upprepad administrering av typiska kontra atypiska antipsykotiska läkemedel. Synapse. 1999; 33:. 118-128 [PubMed]

3. Bachtell RK, Wang YM, Freeman P, Risinger FO, Ryabinin AE. Alkoholdryck producerar hjärnområde-selektiva förändringar i uttryck av inducerbara transkriptionsfaktorer. Brain Res. 1999; 847:. 157-165 [PubMed]

4. Beckmann AM, Matsumoto I, Wilce PA. AP-1- och Egr-DNA-bindande aktiviteter ökar i råtthjärna under etanoluttagning. J Neurochem. 1997; 69:. 306-314 [PubMed]

5. Carle TL, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteasomberoende och oberoende mekanismer för FosB-destabilisering: Identifiering av FosB degron-domäner och konsekvenser för FosB-stabilitet. Eur J Neurosci. 2007; 25:. 3009-3019 [PubMed]

6. Chen JS, Nye HE, Kelz MB, Hiroi N, Nakabeppu Y, Hopp BT, Nestler EJ. Reglering av ΔFosB- och FosB-liknande proteiner genom elektrokonvulsiv anfall (ECS) och kokainbehandlingar. Mol Pharmacol. 1995; 48:. 880-889 [PubMed]

7. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB ökar incitamentet för kokain. J Neurosci. 2003; 23:. 2488-2493 [PubMed]

8. Criswell HE, Breese GR. Liknande effekter av etanol och flumazenil vid förvärv av ett shuttle-box-undvikande svar vid uttag från kronisk etanolbehandling. Br J Pharmacol. 1993; 110: 753-760. [PMC gratisartikel] [PubMed]

9. Ehrlich ME, Sommer J, Canas E, Unterwald EM. Periadolescenta möss visar förbättrad ΔFosB-uppreglering som svar på kokain och amfetamin. J Neurosci. 2002; 22:. 9155-9159 [PubMed]

10. Frye GD, Chapin RE, Vogel RA, Mailman RB, Kilts CD, Mueller RA, Breese GR. Effekter av akut och kronisk behandling med 1,3-butandiol på funktionen i centrala nervsystemet: en jämförelse med etanol. J Pharmacol Exp Ther. 1981; 216:. 306-314 [PubMed]

11. Graybiel AM, Moratalla R, Robertson HA. Amfetamin och kokain inducerar drogspecifik aktivering av c-fos-genen i strio-some-matrisavdelningar och limbiska indelningar av striatumen. Proc Natl Acad Sci USA. 1990; 87: 6912-6916. [PMC gratisartikel] [PubMed]

12. Hiroi N, Brown J, Haile C, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. FosB-mutantmöss: Förlust av kronisk kokaininduktion av Fos-relaterade proteiner och ökad känslighet mot kokainens psykomotoriska och givande effekter. Proc Natl Acad Sci USA. 1997; 94: 10397-10402. [PMC gratisartikel] [PubMed]

13. Hoppas BT, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Reglering av omedelbart tidigt genuttryck och AP-1-bindning i råttkärnan accumbens av kronisk kokain. Proc Natl Acad Sci USA A. 1992; 89: 5764-5768. [PMC gratisartikel] [PubMed]

14. Hoppas BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Induktion av ett långvarigt AP-1-komplex bestående av förändrade Fos-liknande proteiner i hjärnan av kronisk kokain och andra kroniska behandlingar. Nervcell. 1994; 13:. 1235-1244 [PubMed]

15. Kelz MB, Chen JS, Carlezon WA, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Själv DW, Tkatch R, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ . Uttryck av transkriptionsfaktorn FosB i hjärnan styr känsligheten för kokain. Natur. 1999; 401:. 272-276 [PubMed]

16. Knapp DJ, Duncan GE, Crews FT, Breese GR. Induktion av Fos-liknande proteiner och ultraljudsförstärkningar vid etanolavdrag: Ytterligare bevis för tillbakadragningsinducerad ångest. Alkoholklin Exp Exp. 1998; 22:. 481-493 [PubMed]

17. Liu HF, Zhou WH, Zhu HQ, Lai MJ, Chen WS. Mikroinjektion av M (5) muskarinreceptorantisensoligonukleotid i VTA inhiberar FosB-uttryck i NAc och hippocampus av heroin sensibiliserade råttor. Neurosci Bull. 2007; 23:. 1-8 [PubMed]

18. McClung CA, Nestler EJ. Reglering av genuttryck och kokainbelöning av CREB och ΔFosB. Nat Neurosci. 2003; 6:. 1208-1215 [PubMed]

19. McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. ΔFosB: En molekylströmbrytare för långsiktig anpassning i hjärnan. Mol Brain Res. 2004; 132:. 146-154 [PubMed]

20. McDaid J, Dallimore JE, Mackie AR, Napier TC. Förändringar i accumbal och pallidal pCREB och ΔFosB i morfin-sensibiliserade råttor: Korrelationer med receptor-framkallade elektrofysiologiska åtgärder i ventral pallidum. Neuropsychopharmacology. 2006a; 31: 1212-1226. [PMC gratisartikel] [PubMed]

21. McDaid J, Graham MP, Napier TC. Metamfetamininducerad sensibilisering förändrar differentiellt pCREB och A-FosB differensiellt i hela den dentala hjärnans limbiska krets. Mol Pharmacol. 2006b; 70:. 2064-2074 [PubMed]

22. Moratalla R, Elibol R, Vallejo M, Graybiel AM. Nätverksnivå förändras i uttryck av inducerbara Fos-Jun proteiner i striatum under kronisk kokainbehandling och uttag. Nervcell. 1996; 17:. 147-156 [PubMed]

23. Muller DL, Unterwald EM. D1-dopaminreceptorer modulerar ΔFosB-induktion i råttstriatum efter intermittent morfinadministration. J Pharmacol Exp Ther. 2005; 314:. 148-154 [PubMed]

24. Nestler EJ, Barrot M, Self DW. ΔFosB: En hållbar molekylströmbrytare för beroende. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98: 11042-11046. [PMC gratisartikel] [PubMed]

25. Nye HE, Nestler EJ. Induktion av kroniska Fos-relaterade antigener i råtthjärna genom kronisk morfinadministration. Mol Pharmacol. 1996; 49:. 636-645 [PubMed]

26. Nye HE, Hopp BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmakologiska studier av förordningen av kokain av kronisk Fra (Fos-relaterad antigen) induktion i striatum och kärnan accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995; 275:. 1671-1680 [PubMed]

27. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve R, Nestler EJ, Taylor FR. ΔFosB i kärnan accumbens reglerar matförstärkt instrumentalt beteende och motivation. J Neurosci. 2006; 26:. 9196-9204 [PubMed]

28. Peakman MC, Colby C, Perrotti LI, Tekumalla P, Carle T, Ulery P, Chao J, Duman C, Steffen C, Monteggia L, Allen MR, lager JL, Duman RS, McNeish JD, Barrot M, Self DW, Nestler EJ , Schaeffer E. Inducibelt, hjärnregionsspecifik expression av en dominant negativ mutant av c-Jun i transgena möss minskar känsligheten för kokain. Brain Res. 2003; 970:. 73-86 [PubMed]

29. Perrotti LI, Hadeishi Y, Barrot M, Duman RS, Nestler EJ. Induktion av ΔFosB i belöningsrelaterade hjärnstrukturer efter kronisk stress. J Neurosci. 2004; 24:. 10594-10602 [PubMed]

30. Perrotti LI, Bolanos CA, Choi KH, Russo SJ, Edwards S, Ulery PG, Wallace D, Self DW, Nestler EJ, Barrot M. ΔFosB ackumuleras i en GABAergic cellpopulation i den bakre svansen av det ventrala tegmentala området efter psykostimulerande behandling. Eur J Neurosci. 2005; 21:. 2817-2824 [PubMed]

31. Pich EM, Pagliusi SR, Tessari M, Talabot-Ayer D, Hooft van Huijsduijnen R, Chiamulera C. Vanliga neurala substrat för de beroendeframkallande egenskaperna hos nikotin och kokain. Vetenskap. 1997; 275:. 83-86 [PubMed]

32. SAMHSA. O. o. A. Studier, National Clearinghouse för alkohol och droginformation. Rockville, MD: NSDUH-serien H-28; 2005. Resultat från 2004 National Survey on Drug Use and Health: National Findings.

33. Sim-Selley LJ, Martin BR. Effekt av kronisk administrering av R - (+) - [2,3-dihydro-5-metyl-3 - [(morfolinyl) metyl] pyrrolo [1,2, 3-de] -1,4-b enzoxazinyl] - (1-naftalenyl) metanonmesylat (WIN55,212-2) eller delta (9) -tetrahydrocannabinol på cannabinoidreceptoranpassning hos möss. J Pharmacol Exp Ther. 2002; 303: 36-44. [PMC gratisartikel] [PubMed]

34. Sutton MA, Karanian DA, Self DW. Faktorer som bestämmer en benägenhet för kokainsökande beteende under avhållande hos råttor. Neuropsychopharmacology. 2000; 22:. 626-641 [PubMed]

35. Ulery PG, Rudenko G, Nestler EJ. Reglering av ΔFosB-stabilitet genom fosforylering. J Neurosci. 2006; 26:. 5131-5142 [PubMed]

36. Vanderschuren LJ, Di Ciano P, Everitt BJ. Inblandning av dorsalstriatum i cue-kontrollerad kokainsökning. J Neurosci. 2005; 25:. 8665-8670 [PubMed]

37. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB reglerar hjullöpning. J Neurosci. 2002; 22:. 8133-8138 [PubMed]

38. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DEH, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone FJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. ΔFosB induktion i orbitofrontal cortex medierar tolerans mot kokaininducerad kognitiv dysfunktion. J Neurosci. 2007; 27:. 10497-10507 [PubMed]

39. Young ST, Porrino LJ, Iadarola MJ. Kokain inducerar striatal c-fosimmunoreaktiva proteiner via dopaminerga D1-receptorer. Proc Natl Acad Sci USA. 1991; 88: 1291-1295. [PMC gratisartikel] [PubMed]

40. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, DiLeone RJ, Kumar A, Nestler EJ. ΔFosB: En väsentlig roll för ΔFosB i kärnan accumbens i morfinåtgärd. Nat Neurosci. 2006; 9:. 205-211 [PubMed]