Proc Natl Acad Sci US A. Enero 29, 2013;110(5):1923-8. doi: 10.1073/pnas.1221742110.
Grueter BA , Robison AJ , Neve RL , Nestler EJ , Malenka RC.
pinagmulan
Nancy Pritzker Laboratory, Kagawaran ng Psychiatry at Behavioral Sciences, Stanford University School of Medicine, Palo Alto, CA 94305, USA.
abstract
Ang mga synaptic modification sa nucleus accumbens (NAc) medium spiny neurons (MSNs) ay may mahalagang papel sa adaptive at pathological reward-dependent learning, kabilang ang mga maladaptive na tugon na kasangkot sa adiksyon sa droga . Ang mga NAc MSN ay nakikilahok sa dalawang parallel circuit, direkta at hindi direktang mga pathway na nagsisilbing magkakaibang behavioral function . Ang pagbabago ng mga NAc MSN synapses ay maaaring mangyari sa bahagi sa pamamagitan ng mga pagbabago sa transcriptional potential ng ilang mga gene sa isang cell type-specific na paraan. Ang transcription factor [increment] FosB ay isa sa mga pangunahing protina na sangkot sa mga pagbabago sa gene expression sa NAc na dulot ng mga drogang pang-aabuso, ngunit ang mga epekto nito sa synaptic function sa NAc MSNs ay hindi pa alam. Dito, ipinapakita namin na ang overexpression ng DeltaFosB ay nagbawas ng excitatory synaptic strength at malamang na nagpataas ng silent synapses sa mga D1 dopamine receptor–expressing direct pathway MSNs sa parehong NAc shell at core.
Sa kabaligtaran, malamang na binawasan ng deltaFosB ang mga silent synapses sa NAc shell, ngunit hindi sa core, D2 dopamine receptor–expressing indirect pathway MSNs . Ang pagsusuri sa morpolohiya ng NAc MSN dendritic spine ay nagsiwalat na ang [increment]FosB ay nagpataas ng density ng mga immature spine sa D1 direct ngunit hindi sa D2 indirect pathway MSNs. Upang matukoy ang mga behavioral consequence ng mga cell type-specific action ng [increment]FosB, pili naming in-overexpress ang [increment]FosB sa D1 direct o D2 indirect MSNs sa NAc in vivo at natagpuan na ang direct (ngunit hindi indirect) pathway MSN expression ay nagpapahusay sa mga behavioral response sa cocaine. Ang mga resultang ito ay nagpapakita na ang [increment]FosB sa NAc ay may magkakaibang modulasyon sa mga synaptic properties at reward-related behaviors sa isang cell type- at subregion-specific na paraan.
Upang matukoy ang mga kahihinatnan sa pag-uugali ng mga aksyon na partikular sa uri ng selula ng ΔFosB , pili naming in-overexpress ang ΔΔFosB sa direktang D1 o hindi direktang D2 na MSN sa NAc in vivo at natagpuan na ang direktang (ngunit hindi hindi direktang ) pathway na ekspresyon ng MSN ay nagpapahusay sa mga tugon sa pag-uugali sa cocaine. Ipinapakita ng mga resultang ito na ang Δ ... ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ ΔΔ
Ang nucleus accumbens (NAc) ay isang mahalagang substrate para sa pagsasama ng impormasyong pang-motibasyon para sa layunin ng pag-regulate ng pag-uugaling nakatuon sa layunin. Mahigit sa 90% ng mga selula sa loob ng NAc ay mga medium spiny neuron (MSN), na maaaring hatiin sa dalawang pangunahing subpopulasyon. Ang mga direct pathway MSN, na pangunahing nagpapahayag ng mga D1 dopamine receptor (D1 MSN), ay pangunahing nagpo-project sa midbrain dopamine (DA) nuclei, samantalang ang mga indirect pathway MSN, na pangunahing nagpapahayag ng mga D2 receptor (D2 MSN), ay pangunahing nagpo-project sa ventral pallidum, sa gayon ay hindi direktang nakakaimpluwensya sa mga DA neuron ( 1 , 2 ). Ang aktibidad ng mga NAc MSN ay pangunahing hinihimok ng mga excitatory input mula sa prefrontal cortex, hippocampus, at amygdala. Iminungkahi na ang pathological activity sa NAc excitatory synapses na dulot ng mga karanasan sa pag-uugali tulad ng pagkakalantad sa mga droga ng pang-aabuso ay nagdudulot ng muling pagsasaayos ng parehong transcriptional machinery at synapses sa NAc MSN, na siya namang namamagitan sa pangmatagalang mga adaptasyon sa pag-uugali na nauugnay sa adiksyon ( 1-3 ).
Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na ang mga D1 MSN at D2 MSN sa pangunahing subregion ng NAc ay nagpapakita ng magkakaibang electrophysiological at synaptic na katangian ( 4 ) at ang dalawang subtype ng MSN ay gumaganap ng magkaibang papel sa pag-uugaling may kaugnayan sa adiksyon ( 5 ). Gayunpaman, ang mga mekanismong molekular na pinagbabatayan ng mga pagkakaibang ito ay nananatiling hindi gaanong nauunawaan. Sa nakalipas na dalawang dekada, dumaraming ebidensya ang nag-uugnay sa induction ng ΔFosB, isang Fos family transcription factor, sa NAc sa mga pagbabago sa reward circuitry ng utak na nauugnay sa mga pag-uugaling tulad ng adiksyon at depresyon ( 3 ). Ang ΔFosB, isang partikular na matatag na produkto ng ΔFosB gene ( 6 ), ay naghe-heterodimerize sa mga protina ng pamilya ng Jun upang bumuo ng mga activator protein-1 (AP-1) complex na nagbibigkis sa mga AP-1 site sa loob ng mga gene promoter upang makontrol ang transcription. Bagama't maraming protina ng pamilya ng Fos ang pansamantalang na-induce ng acute drug exposure, ang talamak na pagbibigay ng halos anumang droga na inaabuso ay nagdudulot ng pangmatagalang akumulasyon ng ΔFosB sa NAc ( 6 ). Alinsunod sa kahalagahan ng akumulasyong ito sa paggana, ang pangmatagalang labis na ekspresyon ng ΔFosB na piling nasa D1 MSNs ng NAc at dorsal striatum ng mga inducible bitransgenic na daga ay nagdudulot ng pagtaas ng mga tugon sa lokomotor sa cocaine ( 7 ), pagtaas ng nakakondisyong kagustuhan sa lugar sa parehong cocaine at morphine ( 7 , 8 ), at pinahusay na pangangasiwa sa sarili ng cocaine ( 9 ).
Gayunpaman, ang mga maladaptation sa neural na pinagbabatayan na mga phenotypes sa pandinig ay maaaring magsimula kaagad sa unang pagkakalantad sa mga droga ng pang-aabuso o iba pang stimuli tulad ng stress. Sa pagsuporta sa teorya na ito, kahit na ang maikling paniwala sa stress ay nagdudulot ng mas mataas na likas na kakayahan para sa pagkuha ng gamot (cross-sensitization) (10-12) at kabaliktaran (13). Bilang karagdagan, kahit na ang mga epekto ng stress at kokaina sa mga synaptic properties ng mga neurons ay pinag-aralan (1-3, 14-16), ang direktang katibayan para sa mga epekto ng ΔFosB sa MSN synaptic properties ay kulang. ![[pagdagdag]](http://www.ncbi.nlm.nih.gov/corehtml/pmc/pmcents/x2206.gif)
Ang FosB regulasyon ng synaptic function ay partikular na interes dahil ang ΔFosB overexpression ay nagbabago NAc dendritic spine morphology (17, 18), at ang kamakailang trabaho ay nagpapahiwatig na ang ibang transcriptional regulators ay maaaring maka-impluwensya ng NAc MSN physiology (19) at synaptic structure (20).
Upang masuri ang mas maikli ang term na synaptic effect ng ΔFosB expression sa direct at indirect pathway NAc MSNs, gumamit kami ng bacterial artificial chromosome (BAC) transgenic na mga mice na pumipili ng D1 MSNs at viral vectors na piliing target ang mga subpopulations na MSN. Ang mga naka-target na pag-record mula sa MSN ay nagsiwalat ng kapansin-pansin na uri ng cell at mga epekto ng partikular na rehiyon ng FosB overexpression sa mga katangian ng excitatory synapses papunta sa NAc MSNs. Pagpapahayag ng Ang FosB sa NAc ay binago rin ang dendritic spine morphology at kaugnay na mga pag-uugaling kaugnay sa pagkakatulad sa uri ng uri ng cell. Ang mga resulta ay nagbibigay ng karagdagang katibayan na ang regulasyon ng Ang mga antas ng FosB sa pamamagitan ng mga droga ng pang-aabuso ay nagiging sanhi ng mga partikular na pagbabago ng uri ng cell sa NAc, na mahalaga na makatutulong sa mga kumplikadong circuit adaptation na may pinagbabatayan na mga pag-uugaling may kaugnayan sa addiction.
Mga resulta
Ang FosB Hindi Nakakaapekto sa Presynaptic Function sa NAc MSNs.
Upang suriin ang synaptic effect ng FosB overexpression sa NAc MSNs, kami stereotaxically injected isang Herpes simplex virus (HSV) pagpapahayag FosB fused sa EGFP sa NAc ng 8- sa 10-wk-lumang lalaki BAC transgenic mice kung saan tdTomato expression ay hinihimok ng D1 dopamine receptor tagataguyod (21). Tatlong hanggang 4 d mamaya, gumawa kami ng mga pag-record ng buong-cell patch-clamp mula sa NAc shell at core MSNs sa pagkakaroon o kawalan ng tdTomato na tumutukoy sa D1 MSNs at D2 MSNs, ayon sa pagkakabanggit (4), at ekspresyon ng EGFP na tumutukoy sa mga cell kung saan Ipinahayag ang FosB. Bagaman hindi posible na piliing target ang NAc core at shell na may mga virus sa mga daga, mahalaga na makilala ang mga rehiyon ng utak dahil sa mga kilalang pagkakaiba sa kanilang regulasyon ng gantimpala at mga kaugnay na pag-uugali na may kaugnayan2, 3). Ang dalawang pamantayan ng electrophysiology assays ay nagsiwalat Ang FosB overexpression ay hindi nakakaimpluwensya sa presynaptic function sa alinman sa NAc MSN subpopulations na napagmasdan. Sa partikular, ang mga parallel-pulse ratios (PPRs) ng excitatory postsynaptic currents (EPSCs) sa limang magkakaibang interstimulus intervals, isang standard na sukatan ng posibilidad ng release ng transmiter, ay hindi naapektuhan ng FosB overexpression sa alinman sa NAc shell o core (Fig. S1). Bukod dito, ang average na dalas ng pinaliit na EPSC (mEPSC), na nauugnay din sa presynaptic function, ay hindi naapektuhan ng FosB overexpression sa D1 at D2 MSNs sa parehong NAc shell at core (Fig. S1).
Mga epekto ng FosB sa Excitatory Postsynaptic Properties sa NAc D1 MSNs.
Upang suriin ang mga epekto ng mas maikling-term Ang FosB overexpression sa postsynaptic properties ng excitatory synapses sa NAc shell at core MSNs, sinukat namin ang ratio ng AMPA receptor (AMPAR) - sa NMDA receptor (NMDAR) -mediadong EPSCs (22). Sa parehong shell at core subregions, ang AMPAR / NMDAR ratios ay mas maliit sa D1 MSNs overexpressing FosB kamag-anak sa mga kalapit na hindi na-infeksiyong D1 MSNs (Lar 1 A at B). Ang pagbaba sa mga ranggo ng AMPAR / NMDAR ay dahil sa hindi bababa sa bahagi, sa isang pagbaba sa AMPAR-mediated synaptic transmission, dahil ang average amplitudes ng AMPAR-mediated mEPSCs ay din makabuluhang nabawasan sa pamamagitan ng Overconding FosB (Lar 1 C at D). Dahil ang kulang sa GluA2, ang panloob na pagtutuwid ng mga AMPARs ay isinama sa mga synergic na NAc MSN kasunod ng pag-withdraw mula sa self-administration ng mga gamot ng pang-aabuso at mga talamak na mga protocol ng stress (14, 15, 23), aming susunod na sinusuri ang kasalukuyang boltahe (IV) kaugnayan sa pharmacologically isolated AMPAR EPSCs upang matukoy kung Nakakaapekto ang overexpression ng FosB sa stoichiometry ng synaptic AMPARs. AMPAR EPSC IV mga curve na naitala mula sa parehong kontrol at Ang FosB-expressing D1 MSNs sa NAc shell at core ay linear at nagpakita ng minimal na pagwawasto (Lar 1 E at F). Kaya, Ang FosB overexpression ay hindi nagreresulta sa pagsasama ng GluA2-kulang AMPARs sa NAc D1 MSN synapses. Sa wakas, upang matukoy kung ang NMDAR stoichiometry ay apektado ng FosB overexpression, sinusukat namin ang NMDAR EPSC decay time courses, na pinahaba ng pagkakaroon ng GluN2B subunits. Ang FosB expression ay nagdulot ng mas malaking oras sa kalahating peak sa D1 MSNs sa NAc shell (Lar 1 G1 at G2), at ang isang katulad na kalakaran ay sinusunod sa NAc core (Lar 1 H1 at H2). Iminumungkahi ng mga resultang ito na katulad ng pagpapahayag ng constitutively active CREB sa NAc (24), Ang overexpression ng FosB ay nakakakuha ng pagtaas sa proporsiyon ng GluN2B na naglalaman ng NMDARs sa NAc D1 MSN synapses.
Ang FosB sa NAc ay nagbabago ng D1 MSN synaptic strength sa shell at core. (A) Mga Kinatawan ng EPSC (A1) na naitala sa -70 at + 40 mV mula sa kontrol ng NAc shell D1 (black) at FosB (+) (pula) MSN at buod ng graph (A2) ng ...Mga epekto ng FosB sa Excitatory Postsynaptic Properties sa NAc D2 MSNs.
Sa kaibahan sa D1 NAc MSNs, Ang FosB overexpression sa D2 MSNs ay nakakuha ng isang pagtaas sa AMPAR / NMDAR ratios sa NAc shell (Lar 2A), ngunit kamangha-mangha, walang detectable effect sa NAc core (Lar 2B). Higit pa rito, wala sa iba pang mga synaptic assay ang nagsiwalat ng mga epekto ng FosB overexpresson sa NAc D2 MSNs. AMPAR-mediated mEPSC amplitudes (Lar 2 C at D), AMPAR EPSC IV curves, at mga index ng pagwawasto (Lar 2 E at F), pati na rin ang NMDAR EPSC decay time courses, ay hindi naaapektuhan ng lahat FosB overexpression sa NAc D2 MSNs. Ipinakikita ng mga natuklasan na ito Binabago ng overexpression FosB ang mga katangian ng excitatory synapses sa NAc D2 MSNs sa isang mas mababang lawak kaysa excitatory synapses sa NAc D1 MSNs.
Ang FosB sa NAc ay nagpapabago sa lakas ng D2 MSN na naka-synaptic sa shell ngunit hindi ang core. (A) Mga Kinatawan ng EPSC (A1) na naitala sa -70 at + 40 mV mula sa kontrol ng NAc shell D2 (black) at FosB (+) (berde) MSN at buod na graph ...Mga epekto ng FosB sa Silent Synapses sa NAc D1 at D2 MSNs.
Ang postsynaptic silent synapses ay synapses na may mga undetectable na antas ng AMPARs ngunit madaling detectable NMDARs (25-27). Nagbibigay ang mga ito ng isang perpektong substrate para sa pangmatagalang potentiation (LTP) (28) at maaaring mabuo sa pamamagitan ng pagpapahayag ng constitutively aktibong CREB sa hippocampal CA1 pyramidal cells (28) at NAc MSNs (24). Dahil ang ilan sa mga naobserbahang synaptic effect ng Ang FosB overexpression ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng mga pagbabago sa proporsyon ng tahimik na synapses sa NAc MSNs, nagsagawa kami ng isang pagsusuri sa CV ng AMPAR EPSCs na may kaugnayan sa NMDAR EPSCs. Sa mga pag-record mula sa solong mga cell, ang ratio ng 1 / CV2 ng NMDAR EPSCs sa 1 / CV2 ng AMPAR EPSCs direktang nakakaugnay sa proporsyon ng mga silent synapses (28, 29). Ang overexpression FosB ay naging sanhi ng isang makabuluhang pagtaas sa ratio na ito sa D1 MSNs sa NAc shell at core (Lar 3 A at B). Sa kaibahan, walang pagbabago sa ratio na ito na sinusunod FosB-expressing NAc core D2 MSNs, samantalang ang pagbawas ay naganap sa NAc shell D2 MSNs overexpressing FosB (Lar 3C). Ang mga resulta ay pare-pareho sa teorya na Ang overexpression ng FosB ay nagdudulot ng pagtaas sa proporsyon ng mga silent synapses sa NAc shell at core D1 MSNs at isang unsilencing ng mga synapses sa NAc shell D2 MSNs.
FosB (+) (A2) D1 MSN sa NAc shell. (B) Buod ...Mga epekto ng FosB sa NAc MSN Dendritic Spines.
Ang isang kilalang bunga ng pagbibigay ng cocaine sa NAc MSNs ay ang induction ng dendritic spines ( 30 , 31 ), isang pagbabago sa istruktura na maaaring pumipili para sa D1 MSNs ( 32 ) at nakadepende sa ΔFosB ( 17 , 18 ). Ang mga obserbasyong ito ay nagmumungkahi na ang regulasyon ng pagbuo ng gulugod sa pamamagitan ng ΔFosB ay maaaring partikular sa D1 MSNs. Dahil ang mga magagamit na linya ng daga na nagpapahayag ng mga fluorescent protein na may cell type specificity ay hindi sapat para sa pagtukoy ng mga dendritic spine sa mga partikular na selula, upang matugunan ang paksang ito, gumamit kami ng isang natatanging HSV vector na nagpapahayag ng mCherry sa isang Cre recombinase-dependent na paraan ( Fig. S2 ; SI Methods ) kasabay ng mga transgenic mouse lines na nagpapahayag ng Cre partikular sa D1 o D2 MSNs ( 5 ). Ang cotransducing ng NAc shell ng mga daga na ito kasama ang Cre-dependent HSV-mCherry at HSV-GFP-ΔFosB (o HSV-GFP bilang isang control) ay nagsiwalat na ang ΔFosB ay nagpapataas ng dendritic spine density sa D1 MSNs ngunit hindi sa D2 MSNs ( Fig. 4 ). Ang pagtaas na ito ay pangunahing hinihimok ng induction ng mga pandak at marahil manipis na tinik, na itinuturing na "immature" ( 33 ). Sa kabaligtaran, ang overexpression ng ΔFosB ay walang epekto sa density ng mas mature na hugis-kabute na dendritic spines. Ang mga pagtaas na ito na dulot ng ΔFosB sa mga immature dendritic spines sa NAc D1 MSNs ay may mahusay na kaugnayan sa panukala na ang ekspresyon ng ΔFosB ay nagreresulta sa pagtaas ng mga silent synapses ( 27 ).
FosB (+) D1 at D2 NAc MSNs. (B-E) Pagsukat ng mga epekto ng ΔFosB na expression sa bawat dendritic ...Mga Epekto ng Selective FosB Expression sa NAc MSNs sa Pag-uugali na May Kinalaman sa Pagkagumon.
Upang matukoy kung ang mga epekto ng uri ng cell ng mas maikli ang termino Ang FosB overexpression sa mga katangian ng synaptic ay may kaugnayan sa mga epekto ng uri ng cell sa mga pag-uugaling may kaugnayan sa addiction, ginamit namin ang D1-Cre at D2-Cre mice, kasama ang isang natatanging vector ng HSV na naglalaman ng stop codon na napapalibutan ng mga loxP site (LS1) upang mapigilan target na ekspresyon ng gene sa anumang cell na hindi nagpapahayag ng Cre (Fig. S3). Ang pang-adultong lalaki na D1- at D2-Cre mice ay iniksiyon bilateral sa NAc na may alinman sa HSV-GFP-LS1-Ang FosB o HSV-GFP (kontrol), at pag-uugali ay tinasa sa 5 d sumusunod na operasyon kapag ang transgene expression ay pinakamalaki. Overexpression of Ang partikular na FosB sa D1 NAc MSNs ay nagdulot ng pagtaas sa sensitivity ng locomotor sa cocaine sa parehong mababang (3.75 mg / kg) at mataas (7.5 mg / kg) na dosis, pati na rin ang pagtaas sa paunang lokomotor na tugon sa mas mababang dosis ng cocaine (Lar 5 A at C). Sa kaibahan, Ang FosB overexpression sa D2 NAc MSNs ay walang epekto sa mga hayop 'lokomotor tugon sa cocaine (Lar 5 B at D). Ang mga katulad na resulta ay nakuha kapag pinatutubuan ang piniling cocaine-conditioned place preference (CPP). Ang D1- o D2-Cre mice na injected sa HSV-GFP ay nagpakita ng isang tipikal na pagdepende ng cocaine ng cocaine CPP na walang makabuluhang kagustuhan na sinusunod sa mas mababang dosis (Lar 5 E at F). Overexpression of Ang FosB sa D1 MSNs ay lubhang pinahusay ang cocaine CPP na may pinakamaraming mga tugon na naobserbahan sa mas mababang cocaine dose (Lar 5E), samantalang Ang FosB expression sa D2 NAc MSNs ay walang epekto sa cocaine reward (Lar 5F). Ipinakikita ng mga resulta na iyon Ang FosB overexpression sa D1 MSNs, ngunit hindi sa D2 MSNs, sa NAc pinahuhusay ang mga sagot sa pag-uugali sa cocaine.
FosB ...Pagtalakay
Ang mga nakaraang pag-aaral ay nagmungkahi ng isang malakas na ugnayan sa pagitan ng mga pagbabago sa reward circuitry ng utak dahil sa drug-induced induction ng ΔFosB at mga pag-uugaling nauugnay sa adiksyon ( 6 ). Dahil ang ΔFosB ay hindi pangkaraniwang matatag at malakas na na-induce ng talamak na pagkakalantad sa mga droga, isang epekto na nakikita rin sa mga taong adik ( 18 ), karamihan sa mga pag-aaral ay nakatuon sa mga neural at behavioral adaptation na dulot ng mas pangmatagalang ΔFosB expression, karaniwang 2-8 linggo ( 3 , 6 , 7 ).
Gayunpaman, ang unang pagkakalantad sa mga droga ng pang-aabuso ay nagdudulot ng ΔFosB mRNA at protina (3, 6, 34), ngunit ang mga epekto ng induksiyon na ito sa NAc MSN synaptic properties at kasunod na mga tugon sa pag-uugali sa pangangasiwa sa droga ay hindi pa ginalugad. Here namin ipakita ang katibayan na panandaliang pagpapahayag ng Nagbubuo ang FosB ng labis na iba't ibang mga synaptic at pang-asal na epekto kapag ipinahayag sa NAc D1 kumpara sa D2 MSNs. Akon D1 MSNs sa parehong NAc core at shell, ang ΔFosB overexpression ay nagdulot ng pagbaba sa AMPAR-mediated synaptic transmission na walang mga detectable na pagbabago sa stoichiometry ng synaptic AMPARs. Ang mga mediated na NMDAR ay pinahaba din sa neurons ng NAc shell (na may katulad na kalakaran sa core neurons), na nagpapahiwatig ng pagtaas sa proporsiyon ng GluN2B na naglalaman ng synaptic na NMDARs. Ang mga pagbabagong ito sa excitatory properties sa sinulid ay maaaring ipaliwanag, sa bahagi, sa pamamagitan ng Ang overexpression FosB ay nagdudulot ng pagtaas sa proporsyon ng tinatawag na postsynaptic silent synapses. Pare-pareho sa ganitong teorya, ang ratio ng 1 / CV2 ng NMDAR EPSCs sa 1 / CV2 ng AMPAR EPSCs ay nadagdagan ng FosB bilang ay ang density ng mga hindi pa tapos spines. Sa kaibahan, Ang FosB overexpression sa D2 NAc MSNs ay nagdulot ng kamag-anak na pagtaas sa AMPAR-mediated synaptic transmission sa NAc shell ngunit hindi ang core. Isang 1 / CV2 Ang pag-aaral ay nagpapahiwatig na ito ay maaaring dahil sa isang bahagi, sa isang pagbaba sa proporsyon ng mga silent synapses, kahit na hindi natin masasabi na ang isang pagbaba ng kamag-anak sa NMDAR-mediated synaptic transmission ay naganap.
Upang matukoy kung ang mga cell type-specific synaptic adaptation na ito sa NAc dahil sa panandaliang ΔFosB overexpression ay may kaugnayan sa anumang mga pagbabago sa pag-uugali, bumuo kami ng isang natatanging pamamaraan upang paghigpitan ang ΔFosB expression sa alinman sa D1 o D2 NAc MSNs gamit ang kaukulang Cre driver lines. Ipinakita ng nakaraang pag-aaral na ang pangmatagalang (>6 na linggo) na overexpression ng ΔFosB sa D1 direct pathway ngunit hindi sa D2 indirect pathway MSNs sa parehong NAc at dorsal striatum ay nagdudulot ng pagtaas ng locomotor sensitization sa cocaine, pati na rin ang pagtaas ng cocaine CPP sa isang mababa, ngunit hindi mas mataas, na dosis ng gamot ( 7 ). Dito ipinapakita namin na 2-4 na araw lamang ng ΔFosB overexpression sa D1 ngunit hindi sa D2 MSNs sa NAc ang pumipili ng pagtaas ng locomotor response sa isang mababang dosis ng cocaine at pagtaas ng sensitization ng locomotor response sa isang mas mataas na dosis. Katulad nito , ang panandaliang ΔFosB overexpression na ito sa D1 NAc MSNs ay nagdulot ng pagtaas ng cocaine CPP sa isang mas mababang dosis ng cocaine. Ipinapakita ng mga resultang ito na ang pagtaas ng antas ng ΔFosB sa D1 NAc MSNs mismo ay mas mabilis na nagpapahusay sa sensitibidad ng isang hayop sa mga epekto ng cocaine na nagpapagana at nagbibigay-kasiyahan sa paggalaw nang mas mabilis kaysa sa inaasahan noon. Ipinahihiwatig din ng mga resultang ito na ang induction ng ΔFosB na dulot ng unang pagkakalantad sa mga gamot ay maaaring mag-ambag sa mga kasunod na pagbabago na nangyayari sa mga tugon sa paulit-ulit na pagbibigay.
Nakaraang trabaho sa mga daga ang nagpakita na ang panandaliang (1-2 d) withdrawal mula sa talamak na hindi kontaminadong cocaine administration (5 d) ay nagiging sanhi ng henerasyon ng mga silent synapses sa NAc MSNs (35). Ang cocaine-induced synaptic modification na ito ay naharang sa pamamagitan ng pagpapahayag ng isang nangingibabaw na negatibong anyo ng CREB at na-mimicked sa pamamagitan ng pagpapahayag ng constitutively aktibong CREB (24), na kung saan din induces silent synapses sa hippocampus (28). Bukod dito, ang mga tahimik na synapses sa NAc ay naglalaman ng isang mas malaking proporsyon ng GluN2B na naglalaman ng NMDARs, ang pagbawalan nito ay pumipigil sa cocaine induction ng mga silent synapses, pati na rin ang cocaine-elicited locomotor sensitization (24, 35). Ang synaptic effect ng panandaliang ΔFosB overexpression ay ipinakita dito kasama ang katotohanang ang pangangasiwa ng kokain ay malakas na nagpapahina sa ΔFosB sa mice (7) ay nagpapahiwatig na ang cocaine administration ay bumubuo rin ng tahimik na mga synapses sa NAc MSNs sa mga daga, kahit na sa uri ng cell na partikular sa paraan. Kung ang induksiyon ng parehong mga salik na transaksyon ay kinakailangan para sa mga pagbabagong ito na sinulsulan ng droga ay mangangailangan ng karagdagang pag-aaral. Tsiya pagmamasid na CREB at Ang FosB ay maaaring magbuod ng tahimik na synapses sa NAc MSNs ay kagiliw-giliw na sa liwanag ng malaking katibayan na sila ay nagmula sa mga tapat na mga phenotypes ng pag-uugali: kung saan ang pang-matagalang Ang FosB ay nagtataguyod ng cocaine reward, ang CREB ay nagpapakita ng kabaligtaran (3, 6). Gayunpaman, panandalian Ang FosB overexpression sa mga hindi napapagod na bitransgenic na mga daga ay namumula sa mga epekto ng pag-uugali ng cocaine (36), isang resulta na maaaring sumalamin sa mas mababang antas ng FosB sapilitan sa oras na ito punto o ang direktang kahihinatnan ng mas maikling panahon ng pagpapahayag. Ang mga natuklasan na ipinakita dito ay iminumungkahi ang dating posibilidad dahil sa maikling panahon ng mataas na antas ng HSV-mediated overexpression ng FosB sa D1 NAc MSNs, tulad ng pang-matagalang pagpapahayag, pinahusay ang mga epekto ng pag-uugali ng cocaine. Maliwanag, ang karagdagang trabaho ay kailangan upang maunawaan ang mga makabalighuan na epekto ng induksiyon ng CREB kumpara FosB sa NAc. Ang isang paliwanag ay maaaring ang pagtitiyak ng uri ng cell ng kanilang mga pagkilos, dahil ang cocaine induction of Ang FosB ay pumipili sa D1 MSNs, samantalang ang CREB induction ay nangyayari nang pantay sa D1 at D2 MSNs, gayundin sa ilang internasyonal na GABAergic (3). Ito rin ay kritikal upang makilala ang maraming mga gene na target kung saan ang mga salik na ito ay nagpapahiwatig ng kanilang electrophysiological at behavioral effects.
Ang NAc ay isang komplikadong rehiyon ng utak, na binubuo ng magkakaiba na halo ng ilang mga uri ng cell na may mga natatanging tungkulin sa maraming magkakaugnay na circuits at mga output ng asal (1, 3). Dito, naka-focus kami mismo sa MSNs, dahil ang mga ito ay ang projection neurons ng NAc, ang kanilang pagganap na output ay direktang naka-link sa mga pag-uugaling kaugnay na addiction (5, 37, 38), at ang mga pagbabago sa excitatory drive papunta sa NAc MSNs ay nagiging sanhi ng abnormalidad na tulad ng pagkagumon sa pagkagumon (39). Maraming mga protina na kinokontrol ng mga droga ng pang-aabuso ay na-link sa mga pagbabago sa physiology ng NAc MSNs (4, 19, 40, 41). Samantalang ang ilang mga naunang mga pag-aaral ay napag-usapan ang mga pagkakaiba ng synaptic sa pagitan ng direkta at hindi diretang landas MSNs (2, 4) at iba pa ay nakatuon sa mga pagkakaiba sa pagitan ng NAc shell at core subregions (16), isang kumpletong larawan kung paano nakakaapekto ang isang naibigay na protina sa pisyolohiya ng parehong mga subtype ng MSN sa parehong mga NAc na subregion ay hindi naunang ibinigay. Ipinakikita na namin ngayon na ang panandaliang pagpapahayag ng Ang FosB ay may mga partikular na uri ng cell at tiyak na mga epekto sa rehiyon sa excitatory synaptic properties ng NAc MSNs at na ang pagmamanipula ng molekular na partikular na sa D1 NAc MSNs ay nakakakuha ng mga tugon sa pag-uugali sa cocaine. Dahil ang dalawang uri ng cell sa parehong mga subregion ay nagbabahagi ng mga karaniwang protina at signaling pathway ngunit magkakaiba ang epekto sa pag-uugali, ang mga resultang ito ay nagpapakita ng isang paunang hakbang sa pagbibigay ng isang malawakang pag-unawa sa mga molekular at circuit adaptation sa NAc na dulot ng mga droga ng pang-aabuso. Kailangan ng trabaho sa hinaharap na tukuyin kung ang mga pagbabago sa synaptic na ito ay mas gusto sa mga partikular na input sa NAc, kung may direktang pananahilan sa pagitan ng mga ito Ang FosB-sapilitan ng mga pagbabago sa synaptic at pag-uugali, at kung ang pangangasiwa ng mga droga ng pang-aabuso o pagkapagod, na dalhin ito FosB, maging sanhi ng mga katulad na synaptic at pag-uugali ng pag-uugali.
Pamamaraan
Para sa detalyadong paglalarawan ng mga pamamaraan, tingnan ang Mga Paraan ng SI.
Ginamit sa lahat ng eksperimento ang mga heterozygous bacterial artificial chromosome (BAC) adult (8–12 linggo) na lalaking daga at sama-samang inilagay sa mga grupo ng dalawa hanggang lima bawat hawla sa isang 12/12-oras na light/dark cycle, na may pagkain at tubig na laging available. Ginamit sa mga pag-aaral sa electrophysiology ang mga daga na D1-tdTomato na ibinalik sa C57/Bl6 ( 21 ). Para sa mga eksperimento sa pag-uugali at mga pagsusuri sa dendritic spine, ginamit ang mga daga na D1- at D2-Cre na hinati sa mga grupong magkapareho ang edad ( 5 , 42 ). Lahat ng eksperimento ay isinagawa alinsunod sa mga patakarang itinakda ng mga institutional animal care and use committee (IACUC) sa Stanford University at Mount Sinai School of Medicine.
Pagkilala
Nagpapasalamat kami sa mga miyembro ng mga laboratoryo ng Malenka at Nestler para sa kapaki-pakinabang na mga komento sa buong kurso ng proyektong ito. Ang gawaing ito ay sinusuportahan ng National Institute on Drug Abuse Grants 1K99DA031699 (sa BAG) at P01 DA008227 (sa EJN at RCM) at National Institute of Mental Health Grant R01 MH51399 (sa EJN).
Mga talababa
Ang mga may-akda ay hindi nagpapahayag ng hindi salungatan ng interes.
Ang artikulong ito ay naglalaman ng mga sumusuportang impormasyon online sa www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1221742110/-/DCSupplemental.
Mga sanggunian
FosB at CaMKII sa nucleus accumbens shell. J Neurosci. 2013 sa pindutin.FosB. Nat Neurosci. 2003; 11: 1208-1215. [PubMed]