Підвищена активність циклін-залежної кінази 5 призводить до ослаблення опосередкованої кокаїном сигналізації дофаміну (2005)

Proc Natl Acad Sci США А. 2005 Лютий 1; 102(5): 1737-1742.

Опубліковано онлайн 2005 Січень 21. doi:  10.1073 / pnas.0409456102
PMCID: PMC547862
Неврологія
Ця стаття була цитується інші статті в PMC.

абстрактний

Кокаїн, препарат зловживання, підвищує рівень синаптичних дофаміну в стриатумі, блокуючи зворотне захоплення дофаміну на терміналах аксона. Циклін-залежну кіназу 5 (Cdk5) та її активатор p35, білки, що беруть участь у фосфорилюванні субстратів у постмітотичних нейронах, було встановлено, що вони регулюються після хронічного впливу кокаїну. Для подальшого вивчення впливу індукції Cdk5 і p35 на стрианальную дофамінову сигналізацію, ми генерували дві незалежні лінії трансгенних мишей, в яких Cdk5 або p35 були експресовані специфічно у нейронах. Ми повідомляємо, що підвищена активність Cdk5, як результат p35, але не перена експресії Cdk5, призводить до ослаблення опосередкованої кокаїном сигналізації дофаміну. Збільшене фосфорилювання дофаміну і cAMP-регульованого фосфопротеїну, молекулярної маси 5 kDa (DARPP-32) при Thr-32, супроводжувалося зниженням фосфорилювання DARPP-75 в Thr-32. Збільшене Cdk34-опосередковане фосфорилювання позаклітинної сигнально-регульованої кінази кінази 5 при Thr-1 супроводжувалося зниженням активації позаклітинної сигнально-регульованої кінази 286 / 1. Ці ефекти сприяли послабленню індукованого кокаїном фосфорилювання елемента-зв'язуючого білка цАМФ, а також меншої індукції c-fos в смугастому тілі. Ці результати підтверджують думку про те, що активність Cdk2 бере участь у зміненій експресії генів після хронічного впливу кокаїну і, отже, впливає на тривалі зміни в функції нейронів, що лежать в основі наркоманії.

Ключові слова: кокаїнова залежність, фосфорилювання, стриатум

Кокаїн підвищує рівень синаптичних дофаміну в смугастому тілі і змінює експресію генів в дофамінорецептивних нейронах шляхом активації внутрішньоклітинних шляхів, які поширюють вихідний сигнал від рецептора дофамінових D1 до ядра (1). Хронічний вплив кокаїну регулює кілька факторів транскрипції, що призводить до тривалих змін у експресії генів, які, як вважають, лежать в основі нейрональних адаптацій при кокаїновій залежності2). ΔFosB, ідентифікований як такий фактор транскрипції (3), було показано, що підвищує поведінкову чутливість тварин до кокаїну (4, 5). Таким чином, ідентифікація генів-мішеней, які регулюються індукцією ΔFosB, як очікується, сприятиме більшому розумінню молекулярного механізму, що лежить в основі кокаїнової залежності. Нещодавно було показано, що хронічне лікування тварин кокаїном підвищує регуляцію експресії циклін-залежної кінази 5 (Cdk5) та її активатора p35 в смугастому тілі через індукцію ΔFosB (6, 7).

Cdk5 є членом сімейства Cdk серин / треонін кіназ. На відміну від інших Cdks, які є основними регуляторами прогресування клітинного циклу, Cdk5 в основному бере участь у фосфорилюванні субстратів у постмітотичних нейронах (8). Нейрональна специфічність активності Cdk5 досягається через асоціацію з її активаторами, або p35, або p39, які переважно експресуються в постмітотичних нейронах (8). Крім істотної ролі Cdk5 у розвитку мозку (9, 10), it також був причетний до допамінергічної передачі в постнатальному мозку (11, 12). Інгібування активності Cdk5 призводить до збільшення вивільнення дофаміну в смугастому тілі, що вказує на пресинаптичну функцію Cdk5 як негативного регулятора вивільнення дофаміну (11). Крім того, Cdk5 модулює ефективність сигналізації постсинаптичного допаміну шляхом фосфорилювання дофамін-і цАМФ-регульованого фосфопротеїну, молекулярної маси кДА 32 (DARPP-32) в Thr-75, який перетворює DARPP-32 в інгібітор цАМФ-залежної кінази (PKA) (12).

Ці спостереження свідчать, що Cdk5 і p35 є регуляторами пролонгованої активації дофамінової сигналізації після хронічного впливу кокаїну і, отже, на наркоманію. Для подальшого вирішення ролі Cdk5 на стрианальной передачі дофаміну ми генерували дві трансгенні лінії миші, в яких або Cdk5, або p35 були сверхэкспрессированы специфічно в нейронах під контролем промотору p35. Наші результати показали, що активність Cdk5 підвищувалася з підвищенням рівня білка p35, але не білка Cdk5, що свідчить про те, що рівень білка p35 є обмежуючим для активності Cdk5. Ми надаємо тут в природних умовах докази того, що підвищена активність Cdk5, як результат надекспресії p35, призводить до ослаблення опосередкованого кокаїном сигналу допаміну в ядро ​​через інгібування каскадів PKA і позаклітинної сигнально-регульованої кінази (ERK).

Матеріали та методи

Антитіла. Поліклональні антитіла до Cdk5 (C-8) і p35 (C-19) були придбані у біотехнології Santa Cruz. Залежні від фосфорилювання і незалежні антитіла до кінази ERK (MEK) 1 / 2, ERK1 / 2 і елемент-зв'язуючий білок cAMP-відповіді були отримані з Cell Signaling Technology (Beverly, MA). Антитіла до фосфо-Thr-34 DARPP 32 (13), фосфо-Thr-75 DARPP-32 (12), загальна DARPP-32 (12), і c-fos (14) використовували, як описано. Антитіло до актину було придбане у Sigma.

Експериментальні тварини. Ми раніше клонували ген p35 миші Cdk5r1, який кодує білок p35, і характеризується його геномною структурою (15). Для генерування трансгенної миші з гіперекспресією нейронів p35 (Tgp35), 6-kb EcoRI-EcoФрагмент RI, що містить промоторну область 1.2-kb, субклонировали в плазміду pGEM9Z (-), і мітку 45-bp, отриману з SV40, вставляли в KpnI місце вниз за течією полі (А+) сигнал (Рис. 1A). Тег містив a SpeI сайт для генотипування тварин. Фрагмент 6-kb вирізали з плазміди і очищали, з подальшою пронуклеарною ін'єкцією трансгену для генерування трансгенних мишей. Для вивчення профілю експресії трансгену під регуляторним контролем промотору 1.2-kb p35 в природних умовахдодатково генерували подвійну трансгенну мишу (Tgp35; p35 - / -), використовуючи двоступеневу стратегію розмноження, за допомогою якої миша Tgp35 регенерували в ендогенному тлі p35-null. Інші моделі мишей, що використовуються в цьому дослідженні, включали p35 +/-, p35 - / -, Cdk5 +/-, і трансгенну мишу з нейронною експресією Cdk5 (TgCdk5) (9, 16, 17). Генотипи цих мишей визначали, виконуючи або Southern blot-аналіз, або ПЛР на геномної ДНК, виділеної з біопсій хвоста. Мишей розміщували під темним циклом світла 12-h / 12-h. Всі послуги були надані у відповідності до настанов Національного інституту охорони здоров'я щодо догляду та використання лабораторних та експериментальних тварин.

Рис. 1.  

Генерація трансгенної миші з гіперэкспресією нейронів p35, спрямованої промотором p35 (Tgp35). (AТрансгенна конструкція показана зі схематичними структурами дикого типу та цільових алелей p35. Червоні смуги вказують на зонд, який використовується для генотипування. ...

Southern Blot Analysis. Геномну ДНК, виділену з біопсій хвоста, перетравлюють EcoRI і SpeI, електрофорезували на агарозному гелі 0.9% і переносили на нейлонову мембрану. Мембрану гибридизовали з випадковим грунтовкою 32P-мічений зонд при 42 ° C протягом ночі. Зонд 485-bp для генотипування мишей p35 (p35 - / -) і Tgp35 генерували за допомогою ПЛР з використанням наступних праймерів: 5′-ACATCCTGCTGCCACGGTGAC-3 'і 5′-CCACTGTAAAAGCAACAAGA-3'. Гибридизованную мембрану промивали два рази в 2 × SSC / 0.1% SDS при 42 ° C протягом 10 хв, і два рази в 0.1 × SSC / 0.1% SDS при 65 ° C протягом 20 хв і піддавали впливу рентгенівської плівки.

Медикаментозне лікування. Кокаїн (Sigma) розчиняли в стерильному сольовому розчині. Тварин ip-ін'єктували кокаїном (15 мг / кг) або рівним об'ємом сольового розчину у віці 3 місяців і вбивали декапітацією в різні моменти часу (15, 30, 60, і 120 min) після ін'єкції. Мозок швидко видаляли і охолоджували в крижаному PBS. Потім striata розсікали і піддавали Північному або Вестерн-блот-аналізу. Для імуногістохімічного аналізу стриатические зрізи отримували від мишей 2 h після ін'єкції.

Northern Blot аналіз. Загальну РНК екстрагували з стриата реагентом TRIzol (Invitrogen Life Technologies, Карлсбад, Каліфорнія) і піддавали Northern blot-аналізу, як описано (18). Для виявлення мРНК c-fos фрагмент 189-bp миші c-fos кДНК використовували в якості зонда, як описано (19). Рівні мРНК c-fos були визначені кількісно шляхом вимірювання оптичної щільності конкретної смуги за допомогою системи аналізу зображень з програмним забезпеченням зображення, версія 1.62.

Вестерн-блот-аналіз. Стріатальні тканини обробляли ультразвуком у 1% SDS і кип'ятили протягом 10 хв. Концентрацію білка в кожному зразку визначали за допомогою аналізу білків BCA (Pierce). Рівні кількості білка відокремлювали SDS / PAGE перед перенесенням на нітроцелюлозну мембрану. Мембрани блокували в 1 × PBS, що містить 5% знятого молока і 0.05% Tween 20 і інкубували з первинними антитілами протягом ночі при 4 ° C. Інкубацію з кон'югованими з пероксидазою анти-мишачими або кролячими IgG (Sigma) проводили при кімнатній температурі протягом 60 хв. Сигнал був виявлений посиленою хемілюмінесценцією (Pierce), і оптичні густини смуг були кількісно визначені, як описано вище.

Аналіз кінази Cdk5. Стриатальние лізати готували з буфером для лізису, що складається з 50 mM Tris · HCl, рН 7.4 / 50 mM NaCl / 5 mM EDTA / 1% тритон X-100 / 1 мкг / мл апротінін / 1 мкг / мл інгібіторів лейпептин / фосфатази (інгібітор фосфатази суміші I і II, Sigma). Лізати иммунопреципитировали або антитілами проти Cdk1 (C-1), або анти-p5 (C-8). Імунопреципитати Cdk35 готували інкубацією 19 мкл лізату (відповідного 5 мкг білка) з анти-Cdk300 антитілом (300 мкг) протягом ночі при 5 ° C з подальшою інкубацією з 3 мкл білків A-агарози білка (4) % суспензії в лизирующем буфері; Santa Cruz Biotechnology) за 25 год при 50 ° C. Для приготування імунопреципітатів p3, 4 мкл лізату (відповідного 35 мг білка) інкубували з анти-p500 антитілом (1 мкг), як описано вище. Иммунопреципитати двічі промивали буфером для лізису і двічі буфером кінази, що складається з 35 mM Tris · HCl, pH 3 / 50 mM MgCl2/ 1 mM EDTA / 1 mM EGTA / 1 mM DTT, ресуспендували в 60 мкл буфера кінази. Активність кінази вимірювали, використовуючи гістон H1 в якості субстрату (18).

Імуногістохімія. Мишей анестезировали ip-ін'єкціями avertin (250 мг / кг, Fluka) і перффузировали транскардиально з 0.1 М натрій-фосфатним буфером, рН 7.4, з фіксатором Streck Tissue (Streck Laboratories, La Vista, NE), незшиваючим фіксатором. Розчленовані мізки додатково фіксувалися в одній фіксаторі протягом ночі при 37 ° C. Потім мозок вбудовували в парафін, розрізали на корональні зрізи товщиною 5-мкм і піддавали імуногістохімії методом комплексу авідін-біотин-пероксидаза (Vector Laboratories) з діамінобензидином як субстратом. Зрізи інкубували з афінно-очищеним поліклональним антитілом проти c-fos протягом ночі при 4 ° C. Специфічність фарбування оцінювали опущенням первинного антитіла.

результати

Покоління трансгенних мишей з нейрональною надекспресією p35. Трансген, використовуваний для досягнення підвищеної експресії нейронів p35, містив фрагмент 6-kb клонованого гена p35 миші, що містить промотор 1.2-kb, і всю кодуючу послідовність p35 (Рис. 1 A). Генотипи мишей визначали методом Саузерн-блот з використанням зонда, який був розроблений для виділення мишей p35 - / - і Tgp35 від мишей дикого типу (Рис. 1 A та B). Щоб дослідити експресію трансгену під контролем промотору pnNUMX 1.2-kb, ми генерували подвійні трансгенні миші (Tgp35; p35 - / -), в яких експресія p35 була викликана тільки з трансгену. Експресія p35 у мишей Tgp35, p35 - / - спостерігалася тільки в мозку (Рис. 1C), де просторова картина експресії була подібна до картини мишей дикого типу (Рис. 1D). Показано, що відсутність p35 призводить до аномальної структури шарів у корі головного мозку і гіпокампу мишей (10). Однак миші Tgp35; p35 - / - показали повне порятунок фенотипу p35 - / - мозку (Рис. 1E). Ці дані вказували на те, що промотор p1.2 35-kb контролював експресію трансгену з подібним профілем експресії з експресією p35 з ендогенного гена p35.

Рівень білка p35 обмежує швидкість для Up-регулювання активності Cdk5. Ми дослідили вплив генних доз генів, що кодують p35 і Cdk5 на експресію білка в стритальних екстрактах мишей p35 - / -, p35 +/-, дикого типу, Tgp35, Cdk5 +/- і TgCdk5 у віці 3 місяців. Рівні білка p35 і Cdk5 добре корелювали з дозою генів відповідно (Рис. 2 A та B). У мишей Tgp35 спостерігалося збільшення рівня білка p1.6 в порівнянні з мишами дикого типу, тоді як рівні білка Cdk35 не впливали на різні рівні білка p5. У мишей TgCdk35 спостерігалося збільшення рівня білка Cdk5 в порівнянні з мишами дикого типу, тоді як рівні білка p1.9 не впливали на різні рівні білка Cdk5. Щоб вивчити вплив різних кількостей білка p35 на активність Cdk5, Cdk35 иммунопреципитировали з стриатальних екстрактів з анти-Cdk5 антитілом і вимірювали активність кінази. Аналогічно, для вивчення впливу різних кількостей білка Cdk5 на киназную активність p5 иммунопреципитировали з стритальних екстрактів з антитілом проти p5, і вимірювали активність кінази. Активність Cdk35 добре корелювала з рівнем білка p35, але не з рівнем білка Cdk5 (Рис. 2 C та D). Ці результати показали, що кількість білка p35 є фактором, що обмежує швидкість, для активності Cdk5. Тому ми використовували мишей Tgp35, щоб дослідити вплив підвищеної активності Cdk5 на стрианальную передачу дофаміну.

Рис. 2.  

Регуляція активності Cdk5 обмежена швидкістю за рівнем білка p35. (AВестерн-блотинг, який показує, що рівні білків p35 і Cdk5 корелюють з дозою генів генів p35 і Cdk5, відповідно. (B) Відносні рівні білка p35 або Cdk5 ...

Кокаїн-індуковане фосфорилювання DARPP-32 на Thr-34 атенюється у Tgp35 мишей. Функція DARPP-32 залежить від його стану фосфорилювання на декількох ділянках (20). PKA фосфорилює DARPP-32 при Thr-34, тоді як Cdk5 фосфорилирует DARPP-32 на Thr-75. Таким чином, ми досліджували стан фосфорилювання DARPP-32 у стриатальних екстрактах мишей дикого типу та Tgp35. Рівень фосфо-Thr-75 DARPP-32 був вищим у мишей Tgp35 (Рис. 3A; 1.6 ± 0.2-кратно вище значення мишей дикого типу). Далі ми оцінили вплив підвищеної активності Cdk5 на стриатальний сигналізацію дофаміну. Ми досліджували індуковану кокаїном активацію PKA у мишей Tgp35, аналізуючи стан фосфорилювання DARPP-32 у Thr-34. Рівень фосфо-Thr-34 DARPP-32 був підвищений у мишей дикого типу 15 хв після ін'єкції кокаїну (Рис. 3B; 1.8 ± 0.2-кратно вище базального рівня). Однак вплив кокаїну на фосфорилювання Thr-34 DARPP-32 було послаблено у мишей Tgp35 (1.2 ± 0.3-раз вище базального рівня). Ці результати показали, що підвищення активності Cdk5 послаблює індуковану кокаїном активацію PKA, ймовірно, за допомогою фосфорилювання DARPP-32 на Thr-75 (6, 12). Можливо також, що збільшення пресинаптичної активності Cdk5 призводить до зниження вивільнення дофаміну, і що це сприяє зменшенню ефекту кокаїну. Примітно, що одноразова ін'єкція кокаїну не впливала на рівні білка p35 і Cdk5, а також на активність кінази (Рис. 3 C та D). Це на відміну від попереднього дослідження, в якому показано, що хронічне вплив кокаїну підвищує регуляцію експресії p35 і Cdk5 (6).

Рис. 3.  

Підвищення регуляції активності Cdk5 підвищує рівень фосфо-Thr-75 DARPP-32 і послаблює індуковану кокаїном активацію PKA. (AІмуноблот, що демонструє збільшене фосфорилювання DARPP-32 в Thr-75 (P-D32 Thr-75) у стриатальних екстрактах мишей Tgp35. В ...

Регулювання активності Cdk5 послаблює активацію кокаїну ERK1 / 2. Недавні дані свідчать про те, що активація дофамінових рецепторів у смугастому тілі також активує інші сигнальні каскади, включаючи шлях ERK (21, 22), яка відіграє важливу роль у поведінковій реакції на кокаїн (23). Тому ми досліджували, чи може активність Cdk5 впливати на індуковану кокаїном активацію шляху ERK. Активація шляху ERK спостерігалася після ін'єкції кокаїну в стриатальних екстрактах мишей дикого типу, що проявилося посиленням фосфорилювання MEK1 / 2 при Ser-217 і Ser-221 (1.5 ± 0.2-раз вище базального рівня) і ERK1 / 2 при Thr-202 і Tyr-204 (фосфорилювання ERK2: 1.5 ± 0.2-кратно вище базального рівня)Рис. 4 A та B). Тим не менш, індукована кокаїном активація MEK1 / 2 (1.2 ± 0.2-раз вище базисного рівня) і ERK1 / 2 (фосфорилювання ERK2: 1.2 ± 0.2-раз вище базального рівня) була послаблена у мишей Tgp35 (Рис. 4 A та B). Більш того, базальні рівні фосфо-ERK1 / 2 були меншими у мишей Tgp35 (0.8 ± 0.2-раз нижче значення мишей дикого типу), тоді як ця тенденція не була статистично значущою. Цей останній результат може бути пов'язаний з Cdk5-залежним фосфорилюванням MEK1 на Thr-286, що призводить до зменшення каталітичної активності (24). Щоб оцінити цю можливість, ми дослідили стан фосфорилювання MEK1 в Thr-286 і виявили, що більш високі рівні фосфо-Thr-286 MEK1 були присутні в стритальних екстрактах мишей Tgp35 (Рис. 4C; 1.3 ± 0.1-кратно вище значення мишей дикого типу). Більш того, стан фосфорилювання MEK1 у Thr-286 не змінювався одноразовою ін'єкцією кокаїну, що відповідало висновку, що активність Cdk5 не впливала на лікування (Рис. 3D).

Рис. 4.  

Cdk5-опосередковане інгібування MEK1 / 2 призводить до ослаблення індукованої кокаїном активації ERK1 / 2. Striatal екстракти були приготовані з дикого типу (WT) і Tgp35 мишей 15 хв після ін'єкції або кокаїну, або фізіологічного розчину і піддані імуноблотингу ...

Поширення сигналу дофаміну до ядра послаблюється активізацією активності Cdk5. Індукована кокаїном активація декількох сигнальних каскадів з використанням PKA і ERK призводить до подальшої активації транскрипційного фактора CREB в ядрі через його фосфорилювання на Ser-133 (22, 25). Щоб дослідити, чи можуть Cdk5-опосередковані інгібуючі ефекти на PKA і ERK активаційні каскади сходитися на фосфорилювання CREB в ядрі, ми досліджували стан фосфорилювання CREB у Ser-133 у стриатальних екстрактах мишей дикого типу і Tgp35. Базальний рівень фосфо-CREB був меншим у мишей Tgp35 (0.7 ± 0.1-кратне значення мишей дикого типу) (Рис. 5). У відповідь на ін'єкцію кокаїну рівень фосфо-CREB збільшувався в смугастому тілі мишей дикого типу (1.5 ± 0.1-раз вище базального рівня), але ця реакція на кокаїн була послаблена у мишей Tgp35 (1.2 ± 0.1- кратно вище базального рівня) (Рис. 5).

Рис. 5.  

Підвищення регуляції активності Cdk5 призводить до зниження фосфорилювання CREB у Ser-133 у мишей з ін'єкцією сольового розчину або кокаїну. Striatal екстракти були приготовані з дикого типу (WT) і Tgp35 мишей 30 хв після ін'єкції і піддані імуноблотингу ...

Фосфорилювання CREB у Ser-133 збільшує його транскрипційну активність через елемент відповіді цАМФ в промоторній області певних генів, включаючи ген c-fos (26). Тому ми досліджували індукцію c-fos в смугастому тілі мишей дикого типу і Tgp35 після ін'єкції кокаїну. У мишей дикого типу рівень мРНК c-fos підвищувався до пікового значення (1.8 ± 0.2-раз вище базального рівня) 30 хв після ін'єкції кокаїну і згодом повертався до базального рівня до 120 хв після ін'єкції (Рис. 6 A та B). Однак рівні мРНК c-fos були меншими за ≈30% у мишей Tgp35, ніж у мишей дикого типу до 30 хв після ін'єкції (Рис. 6 A та B). Менша індукція c-fos у мишей Tgp35 була додатково підтверджена імуногістохімією (Рис. 6 C-F). Застосування кокаїну збільшило імунореактивність c-fos, сильно у дорсомедіально-дорзоцентральних частинах стриатуму і слабко в бічних частинах мишей дикого типу та Tgp35. Проте, індуковане кокаїном збільшення кількості c-fos-імунопозитивних клітин було помітно послаблене в смугастому тілі мишей Tgp35 (Рис. 6G). Разом ці результати показали, що опосередковане кокаїном посилення стрианального дофамінового сигналу до ядра інгібувалося у мишей Tgp35, імовірний результат підвищеної активності Cdk5.

Рис. 6.  

Підвищена регуляція активності Cdk5 призводить до зниження експресії стриатального c-fos та його меншої індукції після введення кокаїну. (A) Нозерн-блот, що показує час індукції c-fos у мишей дикого типу (WT) і Tgp35 (Tg) після ін'єкції кокаїну. ...

Обговорення

Cdk5 та його активатор p35 були ідентифіковані як гени-мішені, які регулюються підвищеним рівнем хронічного впливу кокаїну (6). Ми повідомляємо тут докази того, що підвищена активність Cdk5, як результат регуляції p35, а не Cdk5 підвищує регуляцію, призводить до ослаблення опосередкованого кокаїном сигналу допаміну в стриарних нейронах. Для вивчення наслідків підвищеної регульованої експресії Cdk5 або p35 на стриатальной передачі дофаміну, були проаналізовані дві трансгенні лінії мишей, TgCdk5 і Tgp35 мишей. Ми виявили, що активність Cdk5 регулюється пропорційно підвищеному рівню білка p35, але не зазнає впливу підвищеного рівня білка Cdk5. Наш попередній звіт також продемонстрував, що активність Cdk5 у мозку миші TgCdk5 була нижчою, ніж у миші мозку дикого типу, коли активність вимірювали за допомогою імунопреципітатів Cdk5 (17), що припускає, що надекспресія Cdk5 призводить до підвищення рівня мономерного Cdk5, якщо рівень p35 не збільшений. Ці результати показали, що рівень білка p35 є фактором, що обмежує швидкість для активності Cdk5.

У мишей Tgp35 була виявлена ​​менша індукція як CREB фосфорилювання, так і c-fos в смугастому тілі після загострення ін'єкції кокаїну, що свідчить про те, що стриагінальна відповідь на кокаїн інгібується підвищеною активністю Cdk5. Атенуація опосередкованої кокаїном сигналізації дофаміну у мишей Tgp35, ймовірно, досягалася за рахунок інгібування Cdk5-множинних сигнальних каскадів з використанням DARPP-32, PKA і ERK. Застосування кокаїну збільшило фосфорилювання PKA DARPP-32 у Thr-34 у мишей дикого типу, тоді як ця реакція була ослаблена у мишей Tgp35. Показано, що фосфорилювання PKA DARPP-32 в Thr-34 інгібує активність білкової фосфатази 1 (PP1), ферменту, відповідального за дефосфорилювання Ser-133 з CREB (27). Таким чином, активність PP1 не була б антагонізована шляхом DARPP-32 / PP1 у мишей Tgp35.

Індукована кокаїном активація ERK1 / 2 була також ослаблена у мишей Tgp35. Існує кілька різних механізмів, за допомогою яких Cdk5 може пригнічувати активацію ERK1 / 2, викликаної кокаїном. По-перше, Cdk5-залежне фосфорилювання DARPP-32 в Thr-75 може інгібувати PKA, приводячи до подальшого інгібування будь-якої PKA-опосередкованої активації MEK1 / 2, необхідної для активації ERK1 / 2. Нещодавнє дослідження також виявило, що фосфорилювання DARPP-32 в Thr-34 необхідне для активації ERK1 / 2 за допомогою кокаїну множинними шляхами, що включають непряму регуляцію активації MEK, а також регуляцію фосфатази, тирозину фосфатаза, яка діє безпосередньо на ERK1 / 2 (28). Підтримку такої можливості можна зробити з висновку, що індуковане кокаїном фосфорилювання MEK1 / 2 на Ser-217 і Ser-221 було скасовано у мишей Tgp35. Інший ймовірний шлях - це Cdk5-залежне фосфорилювання MEK1 на Thr-286, що призведе до зниження його каталітичної активності і призведе до інгібування активності ERK1 / 2 (24).

Показано, що інгібування активності Cdk5 в стриатуме потенціює поведінкові ефекти хронічного лікування кокаїном у тварин (6). Відповідно до гіпотези, що підвищення регуляції активності Cdk5 може сприяти адаптації нейронів для протидії впливу повторного вживання кокаїну (6), ми виявили, що опосередковане Cdk5 фосфорилювання DARPP-32 і MEK1 сприяло послабленню індукованої кокаїном активації ERK1 / 2, що призвело до меншої індукції фосфорилювання CREB і c-fos в смугастому тілі. Наші висновки підтверджують думку про те, що підвищення активності Cdk5, як результат регуляції p35, може змінити експресію генів у смугастому тілі після хронічного впливу кокаїну. Це може відбуватися через зміни в діяльності факторів транскрипції, таких як CREB і c-fos. Таким чином, активатор Cdk5 p35, завдяки його обмежує швидкості впливу на активність Cdk5, може сприяти тривалим змінам в функції нейронів, що лежать в основі кокаїнової залежності.

Подяки

Дякуємо Др. Мері Джо Дантон, Філіп Грант і Саші Кесавапани за критичне читання рукопису. Ця робота була підтримана Національними інститутами охорони здоров'я грант Z01DE00664-05 (до АБК), США громадської охорони здоров'я грант DA10044, і гранти від Фонду Сімонса, Фонду Пітера Дж. Шарп, і Фонду Піквера (PG).

примітки

Скорочення: Cdk5, циклін-залежну кіназу 5; ERK, позаклітинна сигнально-регульована кіназа; DARPP-32, дофамін і сАМР-регульований фосфопротеїн, молекулярна маса 32 кДа; PKA, цАМФ-залежну кіназу; MEK, ERK кіназа; CREB, цАМФ-відповідь елемента-зв'язуючого білка.

посилання

1. Надія, Б., Кософський, Б., Хайман, СЕ і Нестлер, Е. Е. (1992) Proc. Natl. Акад. Наук. США 89, 5764 – 5768. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
2. Nestler, EJ, Hope, BT & Widnell, KL (1993) Нейрон 11, 995 – 1006. [PubMed]
3. Надія, BT, Nye, HE, Kelz, MB, Self, DW, Iadarola, MJ, Nakabeppu, Y., Duman, RS & Nestler, EJ (1994) Нейрон 13, 1235 – 1244. [PubMed]
4. Kelz, MB, Chen, J., Carlezon, WA, Jr., Whisler, K., Gilden, L., Beckmann, AM, Steffen, C., Zhang, YJ, Marotti, L., Self, DW, та інші (1999) Природа 401, 272 – 276. [PubMed]
5. McClung, CA & Nestler, EJ (2003) Nat. Невроски. 6, 1208 – 1215. [PubMed]
6. Bibb, JA, Chen, J., Taylor, JR, Svenningsson, P., Nishi, A., Snyder, GL, Yan, Z., Сагава, ZK, Ouimet, CC, Nairn, AC, та інші (2001) Природа 410, 376 – 380. [PubMed]
7. Chen, J., Zhang, Y., Kelz, MB, Steffen, C., Ang, ES, Zeng, L. & Nestler, EJ (2000) J. Neurosci. 20, 8965 – 8971. [PubMed]
8. Dhavan, R. & Tsai, LH (2001) Nat. Преподобний Мол. Клітинка. Біол. 2, 749 – 759. [PubMed]
9. Ohshima, T., Ward, JM, Huh, CG, Longenecker, G., Veeranna, Pant, HC, Brady, RO, Martin, LJ & Kulkarni, AB (1996) Proc. Natl. Акад. Наук. США 93, 11173 – 11178. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
10. Чае, Т., Квон, Ю.Т., Бронсон, Р., Діккес, П., Лі, Е. і Цай, Л.Х. (1997) Нейрон 18, 29 – 42. [PubMed]
11. Чергі К., Свеннінгссон П. і Грінгард П. (2004) Proc. Natl. Акад. Наук. США 101, 2191 – 2196. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
12. Бібб, Я.А., Снайдер Г.Л., Ніші А., Янь, З., Мейер Л., Фіенберг А.А., Цай Л.Г., Квон Ю.Т., Гіро, Я.А. та інші (1999) Природа 402, 669 – 671. [PubMed]
13. Снайдер, GL, Жиро, JA, Chen, JY, Czernik, AJ, Kebabian, JW, Nathanson, JA & Greengard, P. (1992) J. Neurosci. 12, 3071 – 3083. [PubMed]
14. Young, ST, Porrino, LJ & Iadarola, MJ (1991) Proc. Natl. Акад. Наук. США 88, 1291 – 1295. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
15. Ошіма Т., Козак, Каліфорнія, Нагле, Дж. В., Пант, Х. К., Брейді, Р. О. і Кулкарні, А. Б. (1996) Genomics 35, 372 – 375. [PubMed]
16. Ohshima, T., Ogawa, M., Veeranna, Hirasawa, M., Longenecker, G., Ishiguro, K., Pant, HC, Brady, RO, Kulkarni, AB & Mikoshiba, K. (2001) Proc. Natl. Акад. Наук. США 98, 2764 – 2769. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
17. Танака, Т., Вееранна, Осіма, Т., Раджан, П., Амін, Н.Д., Чо, А., Срінат, Т., Пант, ХК, Брейді, Р.О. і Кулкарні, А.Б. (2001) Дж. Нейроші . 21, 550 – 558. [PubMed]
18. Такахасі, С., Сайто, Т., Хісанага, С., Пант, HC & Kulkarni, AB (2003) J. Biol. Хім. 278, 10506 – 10515. [PubMed]
19. Грімм, К., Венцель, А., Хафезі, Ф. і Реме, СЕ (2000) Мол. Vis. 6, 252 – 260. [PubMed]
20. Nairn, AC, Svenningsson, P., Nishi, A., Fisone, G., Girault, JA & Greengard, P. (2004) Нейрофармакологія 47, 14 – 23. [PubMed]
21. Nestler, EJ (2001) Nat. Neurosci. 2, 119 – 128. [PubMed]
22. Занассі П., Паолілло, М., Фелічіелло, А., Авведіменто, Є.В., Галло, В. та Шинеллі, С. (2001) Дж. Біол. Хім. 276, 11487 – 11495. [PubMed]
23. Valjent, E., Corvol, JC, Pages, C., Besson, MJ, Maldonado, R. & Caboche, J. (2000) J. Neurosci. 20, 8701 – 8709. [PubMed]
24. Шарма, П., Вееранна, Шарма, М., Амін, Н.Д., Сіхаг, Р.К., Грант, П., Ан, Н., Кулкарні, А.Б. і Пант, HC (2002) Дж. Біол. Хім. 277, 528 – 534. [PubMed]
25. Hyman, SE, Cole, RL, Konradi, C. & Kosofsky, BE (1995) Chem. Почуття 20, 257 – 260. [PubMed]
26. Dash, PK, Karl, KA, Colicos, MA, Prywes, R. & Kandel, ER (1991) Proc. Natl. Акад. Наук. США 88, 5061 – 5065. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
27. Greengard, P., Allen, PB & Nairn, AC (1999) Neuron 23, 435 – 447. [PubMed]
28. Valjent, E., Pascoli, V., Svenningsson, P., Paul, S., Enslen, H., Corvol, JC, Stipanovich, A., Caboche, J., Lombroso, P., Nairn, AC, та інші (2004) Proc. Natl. Акад. Sci. США 103, 491-496.