Стрес і залежність: внесок системи вивільнення кортикотропіну (CRF) в нейропластичність (2012)

Система вивільнення кортикотропіну (CRF)

Показано, що CRF, також відомий як гормон, що вивільняє кортикотропін, викликає різні поведінкові зміни, пов'язані з адаптацією до стресу. Дисрегуляція системи CRF в будь-якій точці може призвести до різноманітних психічних розладів, таких як депресія, обсесивно-компульсивний розлад, посттравматичний стресовий розлад та SUDs (Cole та ін., 1990; Сарняї та ін., 1992, 2001; Кадор та ін., 1993; Коб і Крик, 2007; Koob та Le Moal, 2008a). Стрес, спричинений футом, виявився ефективним у відновленні відновлення алкоголю (Le et al., 1998, 2000; Газ і оливка, 2007; Річардс та ін., 2008), нікотин (Buczek et al., 1999), кокаїн (Erb та ін., 1996), опіатні та психостимулятори (Lu et al., 2003) та героїну (Шахам та ін., 1997) шукає. Зокрема, CRF був пов'язаний з відновленням наркотиків (Shaham et al., 1997; Ле та ін., 2002; Лю і Вайс, 2002; Функ та ін., 2006). Також показано, що CRF виробляє тривожну поведінку під час виведення з хронічного етанолу (Baldwin et al., 1991; Overstreet та ін., 2004) і може бути відповідальним за стійку вразливість та можливий рецидив.

Команда Система CRF складається з чотирьох лігандів: CRF, урокортин (UCN) (Vaughan et al., 1995) 1, 2 і 3, два рецептори, пов'язані з G-білками (GPCR), рецептор CRF 1 (CRF-R1) і CRF-рецептор 2 (CRF-R2), а також секретований білок, що зв'язує CRF (CRF- БП); див. табл Таблиця11 і (Бейл і Вейл, 2004) для огляду системи CRF

Спочатку він був ідентифікований як гіпоталамічний фактор, що відповідає за стимулювання секреції адренокортикотропного гормону (АКТГ) з передньої гіпофіза (Гільємін та Розенберг, 1955; Saffran та ін., 1955) де він стимулює синтез глюкокортикоїдів та секрецію кори надниркових залоз (Тернбулл та Рів'є, 1997). Його назва була заснована за тридцять років до біохімічної ідентифікації у 1980-х (Vale et al., 1981), а його ідентифікатором генів у Національному центрі інформації про біотехнології (NCBI) є CRH. Це пептид 4.7-кілограмовий далтон (кДа) і складається із залишків 41-амінокислоти. Нейросекреторні нейрони паравентрикулярного ядра (PVN) гіпоталамуса синтезують CRF (Meloni et al., 2005). Потім CRF вивільняється в аферентні портальні кровоносні судини до передньої гіпофіза де він індукує вивільнення АКТГ у системному кровообігу. Гіпоталамо-гіпофізарно-надниркова залоза (HPA) регулюється негативним зворотним зв'язком від глюкокортикоїдів, які активують глюкокортикоїдні рецептори конкретно у PVN та гіпокампі. СРЧ також виражається поза віссю HPA для контролю вегетативних та поведінкових реакцій на стресори (Палковіц та ін., 1983; Swanson та ін., 1983), включаючи спричинене стресом відновлення наркоманії.

CRF опосередковує фізіологічні реакції на стрес, активуючи CRF-R1 та CRF-R2, які розподіляються по периферії та мозку (Де Соза, 1995; Бейл і Вейл, 2004). Вважається, що зв'язування CRF з CRF-R є двоступеневим механізмом. N-кінець рецептора спочатку зв'язується з С-кінцем CRF, який ініціює перестановку рецептора (Grace et al., 2007). N-кінець CRF контактує з іншими ділянками рецептора для ініціювання клітинної сигналізації (Vale et al., 1981; Рів'є та ін., 1984) і, отже, активують G-білок (Nielsen et al., 2000; Грейс та ін., 2004; Ріджкерс та ін., 2004; Ямада та ін., 2004; Hoare, 2005). Система CRF включає інші пептиди, структурно гомологічні до CRF. UCN 1 показує ідентичність послідовності 45% з CRF і зв'язується з високою спорідненістю до обох підтипів рецепторів CRF (Perrin et al., 1995), тоді як CRF зв'язується з найбільшою спорідненістю до CRF-R1 (Vaughan et al., 1995; Бернетт, 2005). UCN 2, також відомий як пептид, пов'язаний зі стрескопіном, і UCN 3, також відомий як стресскопін, специфічно зв'язується з CRF-R2 (Hsu і Hsueh, 2001; Льюїс та ін., 2001; Reyes та ін., 2001).

CRF-R1 має амінокислотні залишки 415 і він виражається на периферії та в ЦНС (Chang et al., 1993; Chen et al., 1993; Vita та ін., 1993; Поттер та ін., 1994; Цай-Морріс та ін., 1996; Санчес та ін., 1999; Van Pett та ін., 2000). Хронічний стрес, опосередкований активацією CRF-R1 CRF, був пов'язаний з розвитком тривожних розладів (Arborelius et al., 1999); Показано, що антагоністи CRF-R1 знижують тривожну поведінку (Funk та ін., 2007). Трансгенні миші з видаленням мишей CRF-R1 (CRF-R1 вибивають (KO)) знижували реакцію як на стрес, так і на тривогу, для всебічного огляду див. (Бейл та Вале, 2004). Цей анксіолітичний ефект, однак, можна пояснити зменшенням циркулюючих глюкокортикоїдів у доклінічних моделях (Tronche et al., 1999). Була створена умовна лінія миші KO для диференціації поведінкових від нейроендокринних CRF-опосередкованих сигналів CRF-R1. Вибірна інактивація лімбічних структур, але не системи HPA, показала, що CRF-R1 модулює тривожну поведінку і вона не залежить від HPA (Muller et al., 2003). Крім того, вважається, що CRF-R1 підвищує сприйнятливість до поведінки рецидивів алкоголю (Hansson et al., 2006; Хайліг і Кооб, 2007). Нещодавно проведене дослідження, що оцінювало роль CRF як в межах, так і поза межами HPA, показало, що CRF через сигналізацію CRF-R1 може мати протилежний вплив на пов'язане зі стресом споживання алкоголю (Molander et al., 2012).

CRF-R2 має три варіанти: α, β та γ. Α складається з амінокислотних залишків 411, а β складається з амінокислотних залишків 413 – 418. Обидва знаходяться в мозку та на периферії; однак, CRF-R2β знаходиться переважно в серці та судинах (Lovenberg et al., 1995a,b; Кімура та ін., 2002; Бернетт, 2005). Варіант γ - це менший пептид, що містить лише амінокислотні залишки 397, і знаходиться лише в мозку людини (Kostich et al., 1998). Точна роль CRF-R2 в регуляції реакції на стрес є предметом інтенсивного дослідження. Генетичні дослідження миші з видаленням CRF-R2 (CRF-R2 KO мишей) продемонстрували, що активація CRF-CRX-R2 може призвести до збільшення або зменшення реакції на стресори (Bale et al., 2000, 2002; Coste та ін., 2000; Кишимото та ін., 2000).

Відсутність специфічних антисироватки, що підтримують імуногістохімічні експерименти, і низька роздільна здатність підходів до зв'язування ліганду обмежили дослідження для з'ясування розподілу CRF-Rs та обмеження аналізу на рівні мРНК. Для подолання цього перешкоди успішно сформована трансгенна миша, яка повідомляє про експресію CRF-R1 із зеленим флуоресцентним білком (GFP), надаючи новий інструмент для дослідження ролі сигналізації CRF-R1 у адаптації до стресу (Justice et al., 2008).

CRF-BP - водорозчинний білок 37 kD і складається з амінокислотних залишків 322 (Бейл і Вале, 2004). Це секретується глікопротеїн, ефективно зберігається в секреторних гранулах і вивільняється у позаклітинний простір через екзоцитоз (Blanco et al., 2011). Він містить олігосахариди аспаргіну N-зв’язаного типу, які є критичними для зв'язування CRF-BP з CRF (Suda et al., 1989). Попередні спроби ідентифікації інгібіторів малих молекул CRF-BP принесли обмежений успіх частково завдяки високій спорідненості (пікомолярності) зв'язування CRF з CRF-BP (Behan et al., 1995a), а також тому, що повна довжина CRF-BP (FL) сприйнятлива до автокаталітичного протеолізу (Woods et al., 1999). Спонтанне протеолітичне розщеплення дає більший N-кінцевий фрагмент 27 kD, CRF-BP (27 kD), який зберігає місце зв'язування для CRF та менший, C-кінцевий фрагмент 9.6 kD, CRF-BP (10 kD) (Woods та ін., 1999) без видимої фізіологічної чи патологічної ролі. Унікальний сайт розщеплення в CRF-BP (FL) був виявлений між амінокислотними залишками серину 234 та аланіну 235. Утворення двох фрагментів ускладнило успішне очищення достатньої кількості CRF-BP (FL) для вивчення фізіологічних властивостей нативного білка. CRF-BP розподіляється в плазмі, навколоплідних і синовіальній рідині, плаценті, гіпофізі, печінці та в декількох різних областях мозку, включаючи кору головного мозку, гіпокамп (Behan et al., 1995a), мигдалина (Herringa та ін., 2004) і VTA (Ван і Моралес, 2008). На периферії циркулюючий CRF-BP нейтралізує фізіологічні дії CRF (Kemp et al., 1998). Через високу спорідненість з CRF вважають, що CRF-BP відіграє буферну роль, зменшуючи кількість вільного CRF. Однак у мозку CRF-BP в основному пов'язаний з мембраною і експресується в різних кількостях у нейронах та нейрогліальних клітинах (Behan et al., 1995b). У клітинах нейронів останніми результатами було показано, що дискретні субпопуляції нейтронів дофамінергічних та γ-аміномасляної кислоти (GABAergic) VTA експресують CRF-BP (Ван та Моралес, 2008). Фізіологічна роль CRF-BP у центральній нервовій системі (ЦНС) досі не визначена. Крім того, теорії пропонують можливість, що CRF-BP може сприяти очищенню CRF від організму, а також може захистити CRF від деградації (Seasholtz et al., 2002). Генетичні дослідження миші з видаленням CRF-BP (мишей CRF-BP KO) показали, що спостерігається зростання поведінки, що нагадує занепокоєння (Karolyi et al., 1999). Eлектрофізіологічні дослідження показали, що сигнали CRF через CRF-R2 потенціюють збудливі постсинаптичні струми, що опосередковуються N-метил-D-аспартатом (NMDA), у ВТА (Ungless et al., 2003). Крім того, за допомогою CRF (6 – 33), пептиду, який конкурує з CRF на ділянці зв'язування CRF-BP, але не зв'язується з CRF-R2, було показано, що він блокує потенційовану CRF потенційовану NMDAR опосередковану EPSC (Ungless та ін., 2003). У сукупності ці результати говорять про те, що CRF-BP відіграє різноманітну роль у модулюванні CRF-системи. Як описано в пробірці та в природних умовах дослідження, очищення людського CRF-BP (FL) у достатній кількості для дослідження, на сьогодні не було успішним (Woods et al., 1997). Не було доступних інструментів дослідження, які б характеризували роль CRF-BP у ЦНС шляхом вираження CRF-BP на клітинній поверхні. Таким чином, не вдалося визначити, чи бере участь CRF-BP конкретно в сигналізації CRF-R2. Короткий огляд участі зв'язування CRF в адиктивної поведінки описано в табл Таблиця22.

Клітинна участь ХНН в мигдалині

Вважається, що мигдалина є головним мозковим регіоном для емоційного реагування, і вона є критичною для забезпечення афективної виразності сенсорної інформації (Adolphs et al., 1994; LeDoux, 2003; Phelps і LeDoux, 2005). Негативні афективні реакції були вивчені у конкретних ядрах мигдалини шляхом вивчення умовної реакції на страх (Девіс, 1992a,b). Амігдала широко пов'язана з іншими лімбічними регіонами, де вона бере участь в інтеграції сенсорної та когнітивної інформації (LeDoux, 1992, 1993). Експериментальні докази настійно свідчать про те, що зловживання наркотиками діє на цю систему і може змінювати синаптичні події, особливо під час відміни. Хоча VTA асоціюється із посилюючим ефектом етанолу (Gatto та ін., 1994), активація системи GABAergic була пов'язана з анксіолітичним ефектом алкоголю (Фрай та Бріз, 1982). Окрім корисних схем оболонки NAcc та мозкових областей, активованих фармакологічним стресором, таких як йохімбін та стоп, є специфічними для базолатеральних та центральних ядер мигдалини, а також постільного ядра смугового терміналу (BNST) (Функ та ін., 2006). Доклінічні дослідження показали, що опромінення та виведення з етанолу викликає функціональні та біохімічні зміни в мигдалині щурів, демонструючи, що ця схема бере участь у тривалому збільшенні тривожної поведінки після хронічного впливу етанолу (Christian et al., 2012).

Мигдалина опосередковує умовні та безумовні реакції на аверсивні подразники (Девіс і Кілен, 2001), і це було досліджено за допомогою павловського кондиціонування страху шляхом сполучення умовного подразника з відвертим безумовним стимулом. Повторне опромінення безумовного стимулу викликає обумовлену реакцію страху, отриману умовно-безумовною асоціацією (Pitts et al., 2009). Сигнал про асоціацію відбувається в базолатеральній мигдалині (BLA) і потім передається в центральне ядро ​​мигдалини (CeA) (McDonald, 1998; Марен, 1999; Девіс і Ши, 2000; Pitkanen та ін., 2000; Паре та ін., 2004). Цей процес передачі включає як позитивні, так і негативні асоціації.

Всі компоненти системи CRF, CRF, CRF-Rs і CRF-BP виражені в мигдалині (Поттер та ін., 1994). ЖКрім того, мигдалина є основним екстрагіпоталамічним джерелом нейронів, що містять CRF (Палковіц та ін., 1983; Van Pett та ін., 2000). І ядра BLA, і CeA відіграють певну роль у реакції на стрес (Richter et al., 1995; Мералі та ін., 1998; Кооб і Генріхс, 1999). Великі дослідження показали, що Система CRF бере участь у консолідації пам'яті, яка включає ланцюг BLA-CeA (Roozendaal та ін., 2002; Хаббард та ін., 2007). Помічено, що вивільнення CRF в мигдалині збільшується під час гострого виведення (Ріхтер та Вайс, 1999); тому було висунуто гіпотезу, що CRF може модулювати синаптичну пластичність, викликану наркотиками (Ungless та ін., 2001, 2003) і про останній огляд див. (Люшер і Маленка, 2011). Нейронна основа негативного підкріплення є менш зрозумілою; однак, більш недавні поведінкові дослідження показали, що CRF здатний потенціювати збудливі синаптичні струми за допомогою CRF-R1 протягом CeA через два тижні після виведення з кокаїну (Pollandt et al., 2006).

Недавнє дослідження показало, що CRF-R1 спеціально має двонаправлену роль при тривозі (Refojo et al., 2011). Хоча видалення CRF-R1 у дофамінергічних нейронах середнього мозку збільшує тривожну поведінку та зменшує вивільнення дофаміну в префронтальній корі, делеція CRF-R1 у глутаманнергічній мережі переднього мозку знижує тривожність і порушує передачу в мигдалині та гіпокампі (Refojo et ін., 2011).

Роль CRF також широко оцінювалася у добровільному споживанні етанолу, використовуючи експресію генів та генетичну варіацію в доклінічних моделях (див. Bjork et al., 2010) для широкого огляду. У тварин, опромінених етанолом, споживання етанолу було зменшено введенням антагоніста CRF-R1 та випробувано з використанням фармакологічних втручань, що зменшують тривожну поведінку (Logrip et al., 2011; Зоррілла і Кооб, 2012). Зниження споживання етанолу спостерігалося також у трансгенних мишей з делецією CRF-R1 (CRF-R1 KO) (Chu et al., 2007). Антагоністи CRF-R1 зменшують тривожність, пов’язану з відміною наркотиків, і зменшують негативний підсилюючий ефект етанолу, пов'язаний з тривалим впливом етанолу (Ghitza та ін., 2006; Marinelli та ін., 2007; Li та ін., 2007; Koob та Le Moal, 2008b; Річардс та ін., 2008). Показано, що інгібітори CRF-R1 зменшують викликаний стресом рецидив кокаїну та героїну у дресированих тварин (Shaham et al., 1998) та зменшити відновлення, спричинене стресом, та реактивовану стресом реактивацію умовних переваг у багатьох наркотичних засобах (Koob та Zorrilla, 2010).

Заява про конфлікт інтересів

Автори заявляють, що дослідження проводилося за відсутності будь-яких комерційних або фінансових відносин, які могли б бути витлумачені як потенційний конфлікт інтересів.