Коментарі: Дві молекулярні перемикачі відіграють значну роль у всіх залежностях, включаючи поведінкові залежності. Один я підкреслюю, називається DeltaFosB, інший CREB, предмет цієї статті.
20 років тому вчені зачепили один транскрипційний фактор, який реагує на цілий ряд наркотиків. Чи призведе їхня робота до лікування?
Керрі Гренс
Стівен Магу, аспірант Університету Пенсільванії, заводить візок, завантажений клітками для миші, у кімнату розміром із велику гардеробну. Кімната нагадує лабораторію для фотозйомки, освітлену лише червоним світлом і переповнену маленькими робочими лавками та висячими чорними шторами. У передпокої телевізійний екран відображає вид відеокамери зсередини кімнати, дивлячись вниз на ряд оргсклових коробок.
По черзі на екрані з’являється рука з латексними рукавичками, яка вкладає коричневу мишку в кожну коробку. Тварини снують навколо, досліджуючи кути; кілька пауз посеред залу і енергійно наречіться. Мег обумовлює тварин пов’язувати наркотик з однієї сторони камери над іншою, наприклад, тієї, що має смугасті стінки замість твердих стінок. Додавання до камер такого наркотику, як кокаїн, робить роботу неймовірно простою. Досліджує це лише один вплив наркотику, - каже аспірантка Джес Клек: - Одного разу миша сиділа 13 хвилин 30 секунд на тій стороні, де він раніше отримував кокаїн.
З часом як у тварин, так і у людей вплив препарату призводить до залежності, тяги та відміни препарату, коли препарат забирають. Тривога та депресія стають все більш поширеними, а всі інші джерела винагороди втрачають свою привабливість, оскільки препарат стає основним джерелом мотивації. Фізіологічні зміни у людей із залежністю вражають. "Це не те, що вони більш-менш чутливі до наркотиків, це різні люди", - каже Ерік Нестлер з Південно-західного медичного центру Техаського університету в Далласі. "Ви глибоко змінюєте природу нервових клітин".
Знижувальна спіраль від першої до тривалої залежності залежить від численних нейробіологічних адаптацій: тривалої депресії при синапсах, нейродегенерації і постійних модифікаціях експресії генів. Однак не існує двох однакових препаратів, оскільки кожен з них має свої особливості. Наприклад, стимулятори, такі як амфетамін і кокаїн, збільшують розгалуження нейронів у nucleus accumbens, тоді як морфін має протилежний ефект.
Класичний опис впливу препарату на мозок зосереджений на системі винагород, зокрема, нейронах, які вентрально виступають з вентральної ділянки ділянки (VTA) до ядра акумбену. Ці нейрони вивільняють дофамін, а алкоголь і наркотики збуджують їх прямо чи опосередковано. Коли дофамін надходить до ядра, він стимулює задоволення.
Проблема починається, коли з часом ця система починає руйнуватися і розвивати толерантність. Стільки ж препарату індукує менші дофамінові реакції, нейрони VTA можуть зменшуватися, синаптичні зв’язки розпадаються, змінюється щільність рецепторів, а експресія певних генів збільшується, особливо пов’язаних із тривогою та депресією. За словами Джорджа Куба з Інституту Солка в штаті Каліфорнія, штат Каліфорнія, це “темна сторона наркоманії”, коли наркоман продовжує вживати наркотик лише для пом’якшення поганих почуттів залежності.
Джулі Бленді, головний дослідник Маге з Університету Пенсільванії, Нестлер, та інші проглядають безліч молекулярних змін, які супроводжують вплив наркотиків та залежність, щоб точно забити те, що відбувається транскрипційно в мозку. Протягом майже двох десятиліть дослідники наркоманії спостерігали за діяльністю одного фактора транскрипції: білка, що зв’язує елемент-відповідь cAMP (CREB). Цей білок реагує на різноманітні наркотичні засоби, включаючи кокаїн, морфін, алкоголь, амфетамін та нікотин. Однак, незважаючи на весь цей час, Нестлер каже: "Ми зараз знаходимось на вершині айсберга, визначаючи цільові гени CREB". Проте вони сподіваються знайти шляхи запобігання чи виправлення цих змін.
Бленді точно пам'ятає, коли народилися її перші миші, дефіцитні CREB. "Їм 15 років, - каже вона зі сміхом, - я народила свою дочку [у червні], а через два тижні у них народився перший мутант". У той час Бленді був доктором лабораторії Гюнтера Шуца в Німецькому центрі дослідження раку в Гейдельберзі, і там було багато ентузіазму щодо технології нокауту. Інші групи вимагали використання мишей.
Однак все це зупинилося, коли група Шуца почала характеризувати мишей. "Ми зрозуміли, що не здійснили повного нокауту", - говорить Бленді. У тварин-мутантів були різні сплайсингові форми гена CREB, але це виявилося випадковою аварією. Тварини-нокаути CREB не переживають перинатальний період. Наявність лише невеликої кількості CREB дозволило цим мутантам вижити до дорослого віку, з функціональними змінами, які дозволять дослідникам досліджувати роль CREB у ряді неврологічних аспектів, включаючи навчання, пам'ять, розлади настрою та залежність.
На той час, у середині 90-х, фактор транскрипції вже був метою досліджень наркоманії. Це почалося в 1970-х роках з ферменту аденилілциклази в локусі церулеуса, синювато виглядаючої області стовбура мозку, яка доставляє норадреналін до численних відділів мозку. Аденилілциклаза синтезує цАМФ, який, у свою чергу, активує CREB. Нобелівський лауреат Маршалл Ніренберг та його колеги надали в нейронах locus ceruleus докази "клітинної толерантності" до морфію. Вони показали, що в той час як активність аденилілциклази падає після впливу морфіну, коли препарат залишається інкубувати з клітинами більше доби Аденілілциклазна активність відновлюється1. автори трактують як клітинний вихід із залежності: "Це явище можна порівняти з абстинентним синдромом у тварин".
"Ви глибоко змінюєте природу нервових клітин". -Ерік Нестлер
Лише більш ніж через десять років, на початку 1990-х, коли Нестлер, тоді в Єльському університеті, і його група повторили результати in vivo і перейшли на два кроки нижче від аденилілциклази до активації CREB. Вони показали, що доза морфію погіршує фосфорилювання CREB (маркер активації CREB), але ця активність нормалізується після тривалого впливу препарату.2 «Приблизно в той самий час, - згадує Нестлер, - ми запитували: Locus ceruleus - це лише модель моделі для опіатної системи, але чи реагують інші нейрони? " Він звернувся до nucleus accumbens, групі нейронів, які отримують дофамінергічні вхідні дані з вентральної тегментальної області і які беруть участь у системі винагороди мозку. Там Нестлер виявив подібні результати: хронічне вживання морфіну збільшує активність CREB.
Миші з дефіцитом CREB у лабораторії Schtz дали можливість виміряти, чи необхідний CREB у процесі наркоманії. З Рафаелем Мальдонадо, який тоді був у Паризькому університеті, Бленді показала в 1996 році, що у її мишей-мутантів відсутні симптоми абстиненції морфіну, які проявляються у нормальних тварин.3 «За визначенням залежність означає наявність синдрому відміни при виведенні препарату ", - говорить Бленді. "Питання в тому, чи тварини взагалі ніколи не залежали від наркотику?" Бленді дійшов висновку, що CREB є важливим фактором започаткування наркоманії. Але таке просте пояснення було занадто гарним, щоб бути правдою.
Білл Карлезон, нині доцент кафедри психіатрії в лікарні Маклін у Гарварді в штаті Массачусетс, штат Массачусетс, був доктором медицини в лабораторії Нестлера в середині 1990-х років, вивчаючи кокаїн у nucleus accumbens. На той час не було хорошого способу безпосередньо націлити на CREB, тому група Нестлера розробила вірусний вектор з мутантною формою CREB, який конкурує з ендогенним CREB і блокує його активність. Коли тваринам-мутантам давали кокаїн, вони виявляли підвищену перевагу до наркотику, тоді як при надмірному вираженні CREB у тварин вони виявляли відразу до нього.
Подібні результати Бленді знайшла після того, як вона переїхала в Університет Пенсільванії в 1997 році з лінією миші, яка не має CREB. Коли цим тваринам давали низькі дози кокаїну (дози, досить малі, щоб зробити їх невідмінними від сольових до диких тварин), тварини виявляли сильну перевагу до тієї сторони ящика, де вони отримували кокаїн.5. показати підвищення рівня винагороди за кокаїн ", - говорить Бленді.
Незважаючи на те, що дані Бленді погоджуються з результатами Нестлер і Карлезона, вони виявились невідповідними її результатам щодо морфіну. Хоча дефіцит CREB, здавалося, змусив тварин більше цікавитись кокаїном, він діяв протилежно з морфіном. Бленді підозрює, що розбіжність пов'язана з різними регіонами мозку, на яких працює кожен препарат. Незважаючи на те, що всі зловживання наркотиками в кінцевому підсумку збільшують дофамін у накопичуваному ядрі, вони діють за допомогою різних механізмів: кокаїн блокує транспортери допаміну в накопичувальному ядрі, тоді як морфін дезінгібує клітини дофаміну в вентральній зоні.
Складність молекулярних змін, пов’язаних із наркоманією, на цьому не зупиняється. Алкоголь та нікотин впливають на CREB інакше, ніж кокаїн та морфін. Більше того, інший фактор транскрипції, DFosB, регулюється аналогічно CREB, хоча з протилежними ефектами на поведінку6.
Відповідь DFosB на наркотики може бути настільки ж важливою для наркоманії, як CREB, особливо щодо довгострокових змін. Згідно з Nestler, CREB по суті доставляє негативний зворотний зв'язок від наркотиків, іDFosB сприяє корисному впливу наркотиків.
"DFosB можна сприймати багато в чому як протилежність CREB", - говорить Нестлер. Тим не менше, що бентежить складність, обидва фактори транскрипції можуть регулюватися в одній клітині. "Деякі клітини демонструють активацію CREB, деякі індукують DFosB, а деякі накладаються", - пояснює Нестлер. "Це дуже складний процес, який потрібно відпрацювати".
Незважаючи на ці прогалини в знаннях, до 1990-х років вчені були впевнені, що CREB є важливим у регулюванні наслідків зловживання наркотиками. Однак вони також усвідомили, що, мабуть, це не універсальний маркер для всіх препаратів у всіх регіонах мозку, не кажучи вже про лікування. “CREB ніколи не буде терапевтичною метою. Це занадто важливо, це занадто повсюдно », - говорить Бленді.
Вона вирішила повернути вниз за течією. Її група відстежує експресію низки цільових генів CREB під час процесу наркоманії, від початкового впливу до залежності до абстиненції. "Сподіваємося, що деякі цільові [гени], за які він відповідає, будуть ідеальними".
Одним цільовим геном, який показав найдраматичніші результати в диференціальній експресії через ці фази, є фактор вивільнення кортикотропіну (ХНН, який також називають гормоном, що вивільняє кортикотропін, CRH). ХНН важливий для опосередкування реакцій на стрес, але він також бере участь у темній стороні наркоманії Куба. «Те, що ми знаходимо, - говорить Коб, - і це особливо стосується алкоголю, опіатів та нікотину, і, можливо, трохи менше для кокаїну - коли тварини приймають багато наркотиків, система ХНН залучається і сприяє надмірному вживанню наркотиків. -займання ".
Маркус Хайліг, клінічний директор Національного інституту зловживання алкоголем та алкоголізмом, каже, що регуляція системи ХНН, здається, є постійною. "В останньому році серія статей, забитих гризунами, свідчить про те, що якщо у вас довга історія залежності від алкоголю, цикли інтоксикації та відміни, це призведе до надзвичайно довготривалих змін в ендогенній системі [ХНН]", Хайліг каже.
Нещодавно Коб показав, що тварини, залежні від алкоголю, менше п'ють під час виведення, коли їм дають антагоніст рецептору CRF1 "Можна передбачити, що [антагоніст рецептора CRF7] може бути чудовим препаратом для відмови", - говорить Нестлер. Однак знайти антагоніст, безпечний для використання у людей, було важко. Клінічні випробування одного препарату, NBI 1, були припинені кілька років тому після того, як у двох пацієнтів підвищився рівень ферментів печінки.30775, зокрема, Коб і Хейліг працюють над пошуком антагоніста рецептора CRF8, який можна безпечно використовувати для лікування наркоманії.
У березні цього року Heilig опублікував багатообіцяючі результати у залежних від алкоголю щурах, показуючи, що препарат зупиняв залежні тварини від пошуку алкоголю, коли вони були піддані стресовому впливу.9 Якщо антагоніст рецептора CRF1 може перерости в лікарський засіб, каже Koob, Найбільш вірогідним буде застосування під час гострого відміни.
“CREB ніколи не буде терапевтичною метою. Це занадто важливо, це занадто повсюдно ". - Джулі Бленді
Приблизно в 300 милях на північ від лабораторії Бленді в Пенні, такий же одягнений, одягнений у рукавички та взутий вчений лікарні Гарвардської лікарні Маклін колесом возив тварин по коридору. Це експериментальні щури Карлезона, кожен з яких оснащений антеноподібним електродом, хірургічно встановленим на верхівці голови. Електрод подає приємну стимуляцію у вигляді прямокутних імпульсів електричного струму в центр винагороди мозку. У кабінеті Карлезона він відтворює відео, як миша невпинно крутить колесо, щоб отримати струм, що доставляє задоволення. «Це, мабуть, найкраще, що було коли-небудь. Тварини обиратимуть це за ліки, їжу, секс - що завгодно », - говорить він.
У певний момент миша перестає крутити колесо, коли струм опускається нижче частоти, коли винагорода зменшується, говорить Карлезон. Коли тварини переживають відмову від кокаїну, мінімальна кількість струму, над яким вони готові працювати - їх “поріг винагороди” - зростає.10 “Оскільки стимуляція не така корисна під час виведення, мишам потрібні більш високі частоти, щоб отримати їх працювати [для стимулювання] ". Висновок Карлезона: "Ми вважаємо, що вони виробляють більше динорфіну".
Динорфін є ендогенним опіоїдом, який діє на к-опіоїдні рецептори і є низхідним цільовим геном CREB. Карлезон показав, що коли функція CREB або динорфіну підвищена в ядрі accumbens, кокаїн менш корисний, а іноді навіть аверсивний. Але коли k-рецептори блокуються, ефект відходить. 4 Carlezon зараз експериментує з наданням антагоністів k-опіоїдних рецепторів щурам, які зазнають виведення кокаїну, та вимірюють, чи можуть ці препарати утримувати пороги нагороди. Якщо антагоністи працюють, Карлезон каже, що вони можуть бути кандидатами на лікування симптомів відміни наркотиків.
Koob та Brendan Walker, також у Scripps, використовували антагоніст k-опіоїдного рецептора, ні-бінальторфімін, у щурів, залежних від етанолу, і виявили, що вони п'ють менше. У тварин, які не перебували на утриманні, поведінка пияцтва не змінилася. Уокер заявляє, що підтримує ідею про те, що система динорфін-к-опіоїдів бере участь у "темній стороні" наркоманії11. «Загалом, - говорить Уокер, - це гіпотеза - коли тварини перебувають на утриманні, а ви вилучаєте алкоголь, посилений негативний вплив викликає у них бажання отримувати більше алкоголю. Схоже, якщо ми можемо заблокувати цю систему, тоді ми можемо в певному сенсі заблокувати мотивацію аніналу до надмірного споживання алкоголю ".
Чарльз О'Брайен, заступник кафедри психіатрії в Університеті Пенсільванії та директор Центру досліджень наркології, каже, що дослідження антагоністів динорфіну та рецепторів CRF1 представляється перспективним, але для справжнього лікування наркоманії ціллю повинен бути центр пам'яті мозку. , який може включати або не включати CREB.
"Наркоманія - це компульсивна поведінка, яка шукає наркотики", - каже О'Брайен. “Це не зміни, спричинені алкоголем, кокаїном чи самим героїном. Справа в тому, що після зникнення препарату з’являється знання, слід пам’яті, що викликає тягу, спричинює пошук наркотиків та рецидив ». Нестлер каже, що ці спогади - це все життя. “У дитинстві ми торкнулися гарячої печі і згадали, що ніколи не варто експериментувати з гарячою плитою .... Спогади про наркотики можуть бути такими ж потужними, як ці спогади ".
Невідомо, чи вивчення наркоманії включає CREB Тим не менше, Нестлер каже, що маніпулювання генами-мішенями CREB для полегшення симптомів абстиненції може допомогти іншим методам лікування наркоманії, таким як когнітивно-поведінкова терапія, яка може вплинути на спогади. "На мою думку, чим швидше ви введете ці [потенційні наркотики] у людей, тим краще", - каже О'Брайен. "Моделі тварин можуть вказати шлях, але рано чи пізно ви повинні втягнути їх у людей".
посилання
1. С. К. Шарма та ін., “Подвійна регуляція аденилатциклази пояснює наркотичну залежність та толерантність”, Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975 р. [PUBMED]
2. X. Guitart та співавт., “Регулювання фосфорилювання циклічного AMP-елемента, що зв’язує білок (CREB), за допомогою гострого та хронічного морфіну в локусі ceruleus щурів”, J Neurochem, 58: 1168-71, 1992 р. [PUBMED]
3. Р. Мальдонадо та співавт. "Зменшення абстиненції морфіну у мишей з мутацією гена, що кодує CREB", Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
4. В.А. Карлезон-молодший та ін., “Регулювання винагороди кокаїном за допомогою КРЕБ”, Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, “Різні вимоги до зв’язуючого білка елемента відповіді на цАМФ у позитивних та негативних підсилюючих властивостях наркотиків, що зловживають”, J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
6. Е. Дж. Нестлер, “Чи існує спільний молекулярний шлях для наркоманії?” Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [ПУБЛІКУВАТИ]
7. CK Funk et al., “Антагоністи, що вивільняють кортикотропін фактор 1, вибірково зменшують самовведення етанолу у щурів, залежних від етанолу”, Biol Psych, 61: 78-86, 2007 р. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, “NBI 30775 (R121919), перорально активний антагоніст рецептора типу кортикотропін-вивільняючий фактор (CRF) для лікування тривоги та депресії”, Drug Dev Res, 1: 65- 216, 26. [ПЕРЕДАЧА]
9. DR Gehlert та ін., “3- (4-хлор-2-морфолін-4-іл-тіазол-5-іл) -8- (1-етилпропіл) -2,6-диметил-імідазо [1,2] -b] піридазин: новий антагоніст рецептора 1 кортикотропін-рилізинг-фактора кортикотропін-рилізинг-фактора, що проникає через мозок, ефективність на моделях алкоголізму на тваринах, ”J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
10. І. Гуссаков та ін., “LTP в латеральній мигдалині під час відмови від кокаїну”, Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]
11. Уокер Б.М. та Кооб Г.Ф., “Фармакологічні докази мотиваційної ролі ?? - опіоїдних систем в залежності від етанолу”, Нейропсихофармакологія, Інтернет-видання, 2 травня 2007 р. [PUBMED]
Детальніше: Захоплюючі дослідження - Вчений - Журнал наук про життя http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
;