Inhibitisho ya muda mfupi ya neuronal inaonyesha majukumu ya kupinga ya njia zisizo sahihi na za moja kwa moja katika kuhamasisha (2011)

abstract

Pamoja na matokeo mabaya ya madawa ya kulevya, matumizi ya kisaikolojia na unyanyasaji bado hupatikana. Kuongezeka kwa matumizi ya madawa ya awali kwa matumizi ya mara kwa mara na hatimaye kuwa na tabia ya kulazimisha, tabia ya kawaida na kupoteza udhibiti wa kuzuia huhusisha mfululizo wa marekebisho ya molekuli katika neurocircuti za nje^1,2,3. The striatum imekuwa kutambuliwa kama tovuti muhimu kwa mengi ya tabia na tabia neurobiological kufikiri kuunda mchakato wa msingi kwamba mediate madawa ya kulevya^1,2,3. Neurons nyingi ndani ya striatum (~ 95%) ni GABAergic kati spiny makadirio neurons (MSNs) tkofia inatofautiana katika kujieleza kwao neuropeptide na kuunda njia kuu mbili za ufanisi⁴.

• MSN ya Striatopallidal ina enkephalin (ENK) na kuunda njia isiyo ya moja kwa moja
• ambapo MSNs striatonigral ina dynorphin (DYN) na Dutu P na fomu njia ya moja kwa moja.

Mifano nyingi za dhana huthibitisha kuwa watu hawa wa MSNs wanakabiliana kwa kila mmoja na kimkakati^5,6. Hata hivyo, kuna ushahidi mdogo wa uaminifu wa kuunga mkono jukumu lao tofauti katika udhibiti wa tabia kwa sababu watu hawa wa kiini wanaingiliana kimwili na kimaadili haiwezi kutofautisha kufanya ufanisi wa kuchaguliwa kitaalam.

Ili kuchunguza jukumu la wakazi wa kizazi hiki katika maendeleo ya tabia zinazojitokeza baada ya kufidhiwa mara kwa mara na madawa ya kulevya, tumeunganisha mikakati miwili ya riwaya: vectors virusi vinavyotumia ENK au DYN virusi vidonge ili kulenga kinyume cha kujieleza kwa striatopallidal au striatonigral neurons , kwa mtiririko huo, na GPCR iliyoboreshwa (G_{i / o}mchanganyiko wa binadamu muscarinic M₄ DREADD; Mpokeaji wa Designer Exclusively ulioamilishwa na Drug Designer; hM₄D)⁷ ambayo imeanzishwa na ligand vinginevyo ya dawa ya dawa ya dawa, clozapine-N-oxydi^8,9 (CNO; Kielelezo 1a, h). Kufuatia kujieleza katika neurons zilizopandwa, utawala wa CNO huchochea G_{i / o}HM₄D receptors hivyo kuanzisha ndani ndani ya kuimarisha potassium 3 (Kir3) njia, kusababisha hyperpolarization membrane na muda mfupi neuronal silencing⁹.

  

Kielelezo 1

Upungufu wa muda mfupi na uliotengwa wa ishara ya kizazi cha kuzaa. (a, hRamani za Amplicon za pENK-hM₄D/pENK-GFP (a) na pDYN-hM₄D/pDYN-GFP (h) kulenga vectors. (b, i) Microscopy ya kuvutia ilionyesha kuwa pENK-hM₄D receptors walikuwa selectively walionyesha katika striatopallidal ...

Kupima kiini cha phenotype kiini cha vectors virusi, sisi kutumika mbili-studio immunofluorescence microscopy zifuatazo infusion striatum infusion ya virusi (Kielelezo cha ziada 1) ambayo inaonyesha hmagglutinin-tagged hM₄D receptors chini ya udhibiti wa aidha ENK (pENK-hM₄D) au mtetezaji wa DYN (pDYN-hM₄D). Tuligundua kuwa pENK-hM₄D Maneno yaliyotokana na MSN yaliyo na ENK (90% ya seli za hemagglutinini zilikuwa ENK +, 85 nje ya 94; 6% ya seli za hemagglutini zilikuwa P +, 4 nje ya seli za 70; Kielelezo 1b) wakati pDYN-hM₄D Maonyesho yalikuwa hasa katika DNA zenye P-zenye (95% ya seli za hemagglutinini zilikuwa P +, 109 nje ya seli za 115; 5% ya seli za hemagglutinini zilikuwa ENK +, 5 kutoka kwenye seli za 97; Kielelezo 1i). Matokeo sawa yamepatikana baada ya kuingizwa kwa virusi maalum ambavyo hutoa virusi vya kijani (pENK-GFP Na pDYN-GFP; Mipango ya ziada. 2a na 3a).

Kutokana na kuwa MSN za striatopallidal hasa zinajenga mradi wa nje wa magharibi (GPe) na MSNs striatonigral hasa kwa mradi wa kijijini nigra pars reticulata (SNpr), tulitumia sindano za fluoro-Gold tracer katika maeneo haya ya ubongo na kufuatiwa na dual-label fluorescent immunohistochemistry kuthibitisha kwamba pENK Na pDYN virusi zinazalisha maambukizi maalum ya njia. Tuliona kwamba pENK-GFP seli zilizounganishwa na kujieleza kwa fluoro-dhahabu yenye kujifungua baada ya infusions katika GP lakini si SNpr (Kielelezo cha ziada 2b) wakati pDYN-GFP seli zilizounganishwa na kujieleza kwa fluoro-dhahabu inayotokea baada ya infusions kwenye SNpr lakini sio watu (Kielelezo cha ziada 3b). Ufafanuzi wa vectors virusi haukubadilisha idadi ya ENK + au Dutu P + neurons katika kanda ya maambukizi ya virusi, zinaonyesha kwamba matumizi ya watetezi hawa kwa virusi mediated uhamishoji hakuwa na kuingilia kati na endogenous neuropeptide ngazi. Matokeo haya yote yanaonyesha kuwa pENK Na pDYN Vectors virusi huelezea jeni katika wakazi wao wa kizazi wanaojitokeza.

Ingawa hM₄Mbinu za msingi za upokeaji zimeonyeshwa ili kuimarisha shughuli za aina nyingine za neuronal⁹, uwezo wao wa kuathiri neurons za uzazi hazijazingatiwa. Kwa hiyo, tumeambukizwa neuroni za spiny kati ya scatal na hM₄D receptors chini ya udhibiti wa herpes simplex virusi (HSV) promoter, tayari vipande coronal ya dorsal striatum siku mbili baadaye, na kuchunguza jinsi hM₄D-kuelezea kati ya spiny na neurons striatal kujibu CNO. Tuliona kuwa matumizi ya ndani ya CNO (10 μM) yalisababisha hyperpolarization ya uwezo wa utando (~ 7 mV, uwezo wa msingi wa membrane ulibadiliwa -80 mV; Kielelezo 1c) na kupunguza upinzani wa pembejeo wa neurons baada ya maombi ya CNO (Kielelezo 1d, e), akionyesha kwamba mwenendo wa potasiamu (yaani, Kir3-mediated sasa) imeanzishwa na CNO katika hM₄D neurons zinazoelezea mapokezi. Zaidi ya hayo, upungufu wa CNO ulipungua kwa kiasi kikubwa idadi ya uwezekano wa hatua zinazozuia katika hM₄D-kueleza neurons, lakini si katika kudhibiti seli, na hivyo kuzuia kwa ufanisi pato kazi ya neurons walioambukizwa virusi Expression ya hM₄D receptors peke yake haibadilisha upinzani wa pembejeo (P = 0.84) au kuchochea uwezo wa kufanya kazi (P = 0.64). (Kielelezo 1f, g). Kuchukuliwa pamoja, data hizi zinaonyesha kwamba, sawa na neurons ya hippocampal⁹, hM₄Njia ya msingi ya D / CNO inaweza kupunguza ufanisi wa neurons za uzazi wa panya.

Kama ushahidi wa ziada wa dhana, tulipimwa kama hM₄D receptors inaweza kuzuia neurotransmission katika mzunguko ulioanzishwa vizuri ambapo shughuli za neural zinatabiriwa kwa sababu ya tabia zinazofaa. Kwa hiyo, sisi tuliambukizwa eneo la vidonge vya VTR (VTA) na hM₄D receptors chini ya udhibiti wa HSV promoter, ambayo inaonyesha sana katika neurons dopamine¹⁰, na kutumika voltammetry ya haraka-scan kupima mabadiliko katika dopamine kutolewa katika kiini accumbens baada ya utoaji zisizotarajiwa ya malipo ya chakula¹¹. Usimamizi wa CNO kwa kiasi kikubwa kuathirika chakula pellet-evoked kutolewa dopamine katika kiini accumbens ikilinganishwa na gari (Kielelezo cha ziada 4). Hatimaye, tulijaribu kama shughuli za kupungua kwa aina maalum za seli za neuronal kwenye striatum katika vivo inaweza kubadilisha uwezo wa amphetamine ili kuchochea kujieleza kwa Fos. Psychostimulants, kama vile amphetamine, ni watendaji wenye nguvu wa c-fos katika striatum¹² na itaongeza c-fos katika striatonigral na neurons striatopallidal chini ya hali yetu ya majaribio¹³. Mbali na matumizi yake kama alama ya shughuli za neuronal, induction psychostimulant ya c-fos hufikiriwa kuwa na jukumu muhimu katika kuanzishwa na kutengeneza mabadiliko ya neural yanayohusiana na uhamasishaji wa kisaikolojia^1,14. Tuligundua kuwa activation ya CNO-mediated ya pENK-hM₄D receptors kwa kiasi kikubwa idadi ya jumla ya amphetamine-induced c-Fos seli katika striatum (Kielelezo 1k na Kielelezo cha ziada 5a). Upungufu huu ulifanyika katika neurons zote mbili za hemagglutinin (yaani, wale wanaoonyesha hM₄D receptors) na neurons ya hemagglutinin-hasi (yaani, wale ambao hawajaonyesha hM₄D receptors; Kielelezo 1l), akionyesha athari ya mazungumzo ya neuronal kati ya hM₄D-expressing neurons na neurons zisizoambukizwa. Kupunguza kwa kiasi kikubwa kwa jumla ya idadi ya seli za amphetamine-zinazochomwa c-Fos na idadi ya seli za hemagglutinin-chanya c-Fos pia zilionekana wakati hM₄D receptors zilianzishwa kwa njia za moja kwa moja za neurons (Kielelezo 1n, o na Kielelezo cha ziada 5b). Muhimu sana, madhara haya hayasababishwa tu na kujieleza kwa virusi ya redio ya riwaya tangu kujieleza kwa pENK-hM₄D au pDYN-hM₄D receptors kwa kukosekana kwa matibabu ya CNO hakuwa na athari kwa idadi ya seli za amftamine-zilizotolewa na Fos (Tini za ziada. 6 na 7). Kwa hiyo, matokeo haya yanaonyesha kuwa uanzishaji wa CNO-mediated wa hM₄D receptors pia inaweza kusababisha kupungua kwa shughuli za neuronal kwa kupunguza kutolewa kwa neurotransmitter na kuzuia ishara ya kiini.

Kutolewa mara kwa mara na madawa ya kulevya kunaweza kusababisha ongezeko la kuendelea na kuendelea kwa ujibu wa tabia, mara nyingi hujulikana kama uhamasishaji wa tabia. Muhimu, uhamasishaji unahusisha baadhi ya mizunguko ya neural hiyo inayohusishwa katika uendelezaji wa madawa ya kulevya ya binadamu³. Hapa tunatumia zana zetu za riwaya kuchunguza athari za uharibifu wa mzunguko maalum wa shughuli za njaa ya uzazi katika maendeleo ya uhamasishaji wa amphetamine. Tunafikiri kuwa neurons za njia moja kwa moja na zisizo za moja kwa moja zina majukumu ya kupinga ambapo neurons striatonigral inakuza uhamasishaji na striuropallidal neurons kuondokana na uhamasishaji, sambamba na majukumu yao kupendekezwa katika uanzishaji tabia na kuzuia kwa mtiririko huo^5,6. Kwa hiyo, tumejaribiwa ikiwa biochemically kupunguza upungufu wa neuronal ya neurons striatopallidal ingeweza kusababisha uhamasishaji kwa amphetamine-dosing regimen ambayo inahitaji kiwango cha kizingiti cha kuhamasisha na kama kupungua kwa neuronal excitability ya striatonigral neurons kuzuia kuhamasishwa katika protokali ambayo kwa kawaida hutoa uhamasishaji imara.

Kwa ajili ya utafiti wa kwanza, tulitumia regimen ya matibabu ambayo inasababisha kiwango cha kizingiti cha uhamasishaji wa locomot katika udhibiti wa GFP (madhara ya madawa ya kulevya). Kufuatia kipindi cha uondoaji, changamoto ya wastani ya amphetamine dozi (2 mg / kg) ilitumiwa kutokuwepo kwa uzuiaji wa CNO-kuathiriwa shughuli za neuronal kuamua ikiwa uhamasishaji uliendelea. Utekelezaji wa CNO-mediated wa pENK-hM₄D receptors wakati wa matibabu ya amphetamine hakuwa na mabadiliko ya papo hapo locomotor majibu kwa amphetamine (Kielelezo 2a). Hata hivyo, uchanganyiko wa CNO-mediated wa shughuli za neuronal katika njia zisizo moja kwa moja-neurons iliwezesha maendeleo ya uhamasishaji mkubwa sana zaidi ikilinganishwa na udhibiti wa GFP (Kielelezo 2b). Uimarishaji huu wa uhamasishaji ulinunuliwa juu ya changamoto ya amphetamini, ambayo ilifanyika wiki moja baada ya kutokuwepo kwa matibabu ya CNO (Kielelezo 2c, d). Madhara haya yanaweza kuhusishwa na kupunguzwa kwa CNO ya shughuli za neurons za striatopallidal na hM₄D receptors kwa sababu hM₄Uelewaji wa D kupata bila tiba ya CNO hauzalisha uhamasishaji wa locomotor kwa regimen hii ya dosing ya amphetamine (Kielelezo cha ziada 6).

  

Kielelezo 2

Kwa muda mfupi kupunguza ustawi wa neurons striatopallidal au striatonigral alikuwa na madhara ya kupinga juu ya uhamasishaji wa amphetamine. (a, e) Majibu ya kupendeza kwa papo hapo kwa amphetamine ifuatayo uanzishwaji wa CNO-induced pENK-hM₄D (a) na pDYN-hM₄D (e) receptors. ...

Ili kuamua kama neurons striatonigral inaweza kudhibiti udhibiti wa madawa kwa njia ya kupinga, sisi ijayo kupima athari za biochemically kupunguza excitability ya striatonigral neurons katika dorsomedial striatum wakati wa madawa ya kulevya regimen ya amphetamine ambayo hutoa uhamasishaji imara katika kudhibiti GFP (sita madawa ya kulevya ) pamoja na wakati wa kiwango cha chini cha amphetamine (0.5 mg / kg) kwa kutokuwepo kwa uharibifu wa mpokeaji wa shughuli za neuronal. Kama kwa njia isiyo ya moja kwa moja ya kupungua kwa njia, kupungua kwa CNO-mediated ya excitability ya neurons njia ya moja kwa moja wakati wa matibabu ya amphetamine hakuwa na kubadilisha majibu ya papo hapo kwa amphetamine (Kielelezo 2e). Ingawa maendeleo ya uhamasishaji yalionekana sawa na udhibiti wa GFP kufuatia uanzishaji wa CNO-pDYN-hM₄D receptors wakati wa awamu ya matibabu (Kielelezo 2f), uhamasishaji haukuendelea katika pDYN-hM₄D kikundi lakini bado ilikuwa imara katika udhibiti wa GFP (Kielelezo 2g, h). Madhara haya yanaweza pia kuhusishwa na kupungua kwa CNO ya shughuli za neurons striatonigral na hM₄D receptors kwa sababu hM₄Uelewaji wa upokeaji wa D kwa kutokuwepo kwa matibabu ya CNO hakuzuia maendeleo ya uhamasishaji wa locomot kama uhamasishaji ulizingatiwa wakati wa awamu ya matibabu na changamoto ya madawa ya kulevya (Kielelezo cha ziada 7). Takwimu hizi zinaonyesha kwamba neurons striatonigral inaweza kuwa muhimu hasa kwa ajili ya kusimamia mabadiliko ya tabia ya muda mrefu ambayo ni matokeo ya mara kwa mara matumizi ya madawa ya kulevya.

Kwa kumalizia, data hizi hutoa ushahidi wa kwanza kwa madhara muhimu, na kupinga, majukumu ya striatopallidal na striatonigral katika udhibiti wa tabia ya tegemezi ya kujitegemea dawa. Aidha, ukosefu wa athari ya neuronal juu ya majibu ya kupendeza kwa amphetamine hutoa ushahidi zaidi kwamba njia ambazo zinaweza kudhibiti majibu ya madawa ya kulevya ni tofauti na zile zinazolingana na mabadiliko ya kudumu yanayotokana na madawa ya kulevya mara kwa mara. Hatimaye, kuunganisha vectors maalum ya virusi vya phenotypic na wapokeaji wa designer wenye uwezo wa kubadili shughuli za neuronal bila kuharibu kabisa kazi ya kiini hutoa njia mpya na yenye nguvu ya kuimarisha msingi wa Madawa ya kulevya.

Vifaa vya ziada

Shukrani

Maelezo ya chini

Marejeo