- STUDIO COMPLETO
- scicurious spiegazione - Per la resistenza allo stress, grazie a DeltaFosB
Nat Neurosci. 2010 giugno; 13(6): 745-752. Pubblicato online 2010 May 16. doi: 10.1038 / nn.2551
Vincent Vialou,1 Alfred J. Robison,1, * Quincey C. LaPlant,1, * Herb E. Covington, III,1 David M. Dietz,1 Yoshinori N. Ohnishi,1 Ezekiell Mouzon,1 Augustus J. Rush, III,2 Emily L. Watts,1 Deanna L. Wallace,2, § Sergio D. Iniguez,3 Yoko H. Ohnishi,1 Michel A. Steiner,4 Brandon Warren,3 Vaishnav Krishnan,2 Rachael L. Neve,5 Subroto Ghose,2 Olivier Berton,2, § Carol A. Tamminga,2 e Eric J. Nestler1
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Astratto
In contrasto con la vasta letteratura sugli effetti dello stress sul cervello, si sa relativamente poco sui meccanismi molecolari della resilienza, la capacità di alcuni individui di sfuggire agli effetti deleteri dello stress. Hprima mostriamo che il fattore di trascrizione, ΔFosB, media un meccanismo essenziale di resilienza nei topi. L'induzione di ΔFosB nel nucleo accumbens, una regione chiave di ricompensa del cervello, in risposta alla sconfitta sociale cronica, lo stress è sia necessario che sufficiente per la resilienza. L'induzione ΔFosB è anche richiesta per la capacità dell'antidepressivo standard, la fluoxetina, di invertire la patologia comportamentale indotta dalla sconfitta sociale. ΔFosB produce questi effetti attraverso l'induzione della subunità del recettore glutammato AMPA GluR2, che diminuisce la reattività dei neuroni accumbens del nucleo al glutammato e attraverso altre proteine sinaptiche. Insieme, questi risultati stabiliscono un nuovo percorso molecolare alla base sia della resilienza che dell'azione antidepressiva.
INTRODUZIONE
Le persone sottoposte a grave stress mostrano risposte molto diverse, con alcune in grado di superare la crisi mentre altre sviluppano una psicopatologia grave come la depressione o il disturbo da stress post-traumatico (PTSD). La capacità di far fronte a situazioni stressanti, cioè la capacità di recupero, dipende dallo sviluppo di adeguati adattamenti comportamentali e psicologici allo stress cronico1,2. I costrutti psicologici che promuovono la resilienza comprendono l'impegno, la pazienza, l'ottimismo e l'autostima, nonché la capacità di modulare le emozioni e sviluppare comportamenti sociali adattivi. Questi tratti implicano il circuito di ricompensa del cervello, che sembra essere un determinante critico per l'emergere di fenotipi patologici vs resilienti3,4. Correlati neurobiologici di vulnerabilità o resistenza allo stress sono stati identificati 2 negli esseri umani, ma la misura in cui essi sono la causa o la conseguenza della suscettibilità rimane sconosciuta5.
Tra gli attuali modelli di roditori di depressione e PTSD, lo stress cronico di sconfitta sociale è un approccio etologicamente valido, che induce fisiologico a lungo termine6-8 e comportamentale9-11 alterazioni, inclusa l'evitamento sociale, l'anedonia e sintomi simili all'ansia, che comportano l'attivazione di diversi circuiti neuronali e sistemi neurochimici12-15. La normalizzazione dell'elusione sociale mediante trattamento antidepressivo cronico, ma non acuto, lo rende un valido modello per esaminare aspetti della depressione e PTSD nell'uomo11,16. Una proporzione significativa (~ 30%) di topi cronicamente sconfitti evita la maggior parte delle conseguenze comportamentali negative della sconfitta10, consentendo quindi indagini sperimentali sulla resilienza. Mentre l'induzione di diverse proteine all'interno del nucleo accumbens (NAc), una regione chiave di ricompensa del cervello, è stata dimostrata essere importante per l'espressione di comportamenti depressivi dopo la sconfitta10,11,17,18, molto meno si sa sulle basi molecolari della resilienza mediata da questa regione del cervello. Qui, abbiamo affrontato questa domanda concentrandoci su ΔFosB, un fattore di trascrizione della famiglia Fos indotto in NAc da droghe d'abuso, premi naturali e diversi tipi di stress19-21.
RISULTATI
ΔFosB in NAc promuove la resilienza allo stress di sconfitta sociale
I topi maschi C57BL / 6J sono stati sottoposti a dieci giorni consecutivi di sconfitta sociale10,11, e poi separati in popolazioni sensibili e resilienti basate su una misura di evitamento sociale (Fig. 1a), che è in correlazione con molti altri comportamenti depressivi10. Abbiamo riscontrato un aumento di ΔFosB, misurato mediante immunoistochimica, in NAc dopo una sconfitta sociale cronica (Fig. 1b, c), con topi resilienti che mostrano la massima induzione di ΔFosB nelle subregioni NAc core e shell NA (Fig. 1b, c). Inoltre, abbiamo osservato una forte correlazione (p <0.01) tra i livelli di ΔFosB e l'interazione sociale (r = 0.80, NAc shell; r = 0.85, NAc core; r = 0.86, intero NAc), suggerendo che il grado di induzione di ΔFosB in NAc può essere un determinante critico del fatto che un animale mostri un fenotipo sensibile rispetto a quello resiliente. L'analisi Western blot delle dissezioni NAc contenenti sottoregioni core e shell ha confermato l'induzione di ΔFosB solo nei topi resilienti (vedere Figura complementare 1).
L'induzione ΔFosB in NAc per sconfitta sociale media la resilienza
Per testare le conseguenze funzionali dell'induzione di ΔFosB, abbiamo usato topi bitransgenici che inducono sovraespressivamente ΔFosB in modo specifico nell'NOc adulto e nello striato dorsale22. Questi topi hanno mostrato una ridotta propensione a sviluppare l'evitamento sociale dopo quattro o dieci giorni di sconfitta sociale (Fig. 1d), suggerendo quindi che ΔFosB esercita un'azione protettiva contro lo stress sociale. Al contrario, abbiamo usato topi bitransgenici che inducono sovraespressivamente ΔcJun, un mutante cJun troncato trascrizionalmente inattivo che antagonizza l'attività ΔFosB23,24. In contrasto con i topi che sovraesprimono ΔFosB, i topi che sovraesprimono ΔcJun sono più suscettibili alla sconfitta sociale cronica rispetto ai compagni di controllo controllati e mostrano il massimo comportamento di evitamento dopo 4 giorni di sconfitta (Fig. 1e). I topi ΔcJun mostravano anche una maggiore immobilità in un test di nuoto forzato di un giorno, così come una ridotta preferenza al saccarosio, entrambi interpretati come un comportamento simile alla depressione (Figura complementare 2a, b). Tuttavia, la sovraespressione di ΔFosB o ΔcJun non ha alterato diverse misure di base dell'attività locomotoria o del comportamento ansiogeno (Figura complementare 2c-f). Insieme, questi risultati suggeriscono che una ridotta attività del ΔFosB in NAc e nello striato dorsale riduce le risposte positive e adattive, dedotte come "coping"7", Allo stress cronico.
Il ΔFosB ridotto in NAc favorisce la sensibilità allo stress
Per ottenere ulteriori informazioni sulle azioni comportamentali di ΔFosB dopo stress cronico, abbiamo utilizzato un periodo prolungato di isolamento sociale durante l'età adulta, che induce anomalie simili alla depressione nei topi25 ed è un importante fattore di rischio per la depressione clinica. Abbiamo osservato una riduzione dei livelli di ÀFosB in NAc di topi socialmente isolati (Fig. 2a, b). Abbiamo anche scoperto che l'isolamento rende i topi drammaticamente più vulnerabili alla sconfitta sociale e che questa vulnerabilità indotta dall'isolamento è stata completamente annullata dalla sovraespressione virale di ΔFosB selettivamente in NAc (Fig. 2c). Al contrario, il blocco della funzione ΔFosB in NAc, per sovraespressione virale di ΔJunD, in topi di controllo alloggiati in gruppi ha promosso la suscettibilità alla sconfitta sociale (Fig. 2c). ΔJunD, come ΔcJun, è un mutante troncato N-terminale che agisce come antagonista dominante negativo di ΔFosB (Figura complementare 3)23. Questi risultati implicano direttamente i livelli basali di ΔFosB in NAc nella vulnerabilità da stress.
Effetto dell'isolamento sociale su ΔFosB e sulla suscettibilità alla sconfitta sociale
Per studiare la rilevanza clinica di questi risultati, i livelli di ΔFosB sono stati misurati in campioni di NAc umano postmortem ottenuti da pazienti depressi e controlli ampiamente abbinati. Abbiamo riscontrato una diminuzione del ~ 50% nei livelli di ÀFosB nei pazienti depressi (Fig. 2d), sostenendo un ruolo per ΔFosB nella depressione umana. Gli uomini depressi analizzati comprendevano individui su o fuori antidepressivi al momento del decesso (Tabella supplementare 1), e non abbiamo trovato alcuna correlazione tra i livelli di ÀFosB e l'esposizione agli antidepressivi. Alla luce della nostra osservazione che il trattamento antidepressivo aumenta i livelli di ÀFosB nel topo NAc (vedi sotto), questi risultati suggeriscono che l'incapacità di indurre ΔFosB in NAc può essere un importante fattore determinante per la mancanza di risposte antidepressive nell'uomo.
ΔFosB in NAc media l'azione antidepressiva
Il trattamento antidepressivo cronico inverte l'evitamento sociale indotto dalla sconfitta osservato nei topi sensibili11. Abbiamo quindi esaminato se l'induzione del ΔFosB in NAc possa essere un meccanismo non solo per la resilienza ma anche per l'azione antidepressiva. Topi di controllo non sconfitti trattati con fluoxetina per i giorni 20 non hanno rivelato alterazioni nel comportamento sociale, ma hanno esibito un accumulo di ΔFosB nel guscio NAc (Fig. 3a, b) e core (Figura complementare 4). Il trattamento con fluoxetina di topi sensibili ha invertito la loro evasione sociale (Fig. 3a), come riportato in precedenza, e ha ulteriormente migliorato i livelli di ΔFosB in NAc (Fig. 3b, Figura complementare 4).
L'induzione ΔFosB in NAc media l'effetto antidepressivo della fluoxetina
Per testare direttamente il coinvolgimento di tale induzione ΔFosB negli effetti comportamentali della fluoxetina, abbiamo sovraespresso viralmente ΔJunD o GFP da soli (come controllo) in NAc di topi precedentemente sconfitti. La metà dei topi in ciascun gruppo sono stati quindi trattati per altre tre settimane con fluoxetina o veicolo. Come previsto, il trattamento con fluoxetina di topi con sovraesprimono GFP in NAc ha mostrato un'inversione dell'evitamento sociale indotto dalla sconfitta sociale cronica. Al contrario, la sovraespressione di ΔJunD ha bloccato questo effetto terapeutico della fluoxetina (Fig. 3c), a supporto dell'ipotesi che l'induzione di ΔFosB in NAc sia richiesta per l'azione antidepressiva. Inoltre, l'iperespressione virale mediata di ΔFosB nel ratto NAc ha prodotto un significativo effetto antidepressivo come misurato dal tempo di immobilità ridotto al giorno 2 del test di nuoto forzato (Figura complementare 5a). Ulteriori analisi del comportamento durante questo test hanno rivelato aumenti ΔFosB indotti sia nel nuoto che nell'arrampicata (Figura complementare 5b-d), caratteristiche legate alle alterazioni dei meccanismi serotoninergici e noradrenergici26. È interessante notare che i ratti con sovraesprimono ΔFosB in NAc hanno mostrato una diminuzione del tempo di immobilità anche il primo giorno del test, interpretato come un effetto pro-motivazionale (vedere Metodi online e Figura complementare 5e-h).
La regolazione del recettore AMPA in NAc media resilienza
ΔFosB regola la trascrizione di numerosi geni in NAc24,27. Un gene bersaglio stabilito è la subunità del recettore glutammato AMPA GluR2: topi con sovraesprimono ΔFosB in NAc hanno livelli elevati di GluR2, senza effetti su altre subunità del recettore del glutammato22. Questa upregulation selettiva di GluR2 in NAc è stata collegata a un miglioramento della droga e della ricompensa naturale22,28. Per affrontare la possibilità che la modulazione di GluR2 contribuisca anche all'azione pro-resilienza di ΔFosB, abbiamo studiato l'espressione di GluR2 in NAc dopo la sconfitta sociale cronica. Topi suscettibili hanno mostrato una significativa diminuzione dei livelli di GluR2 in questa regione del cervello rispetto ai controlli, mentre i topi resilienti hanno mostrato un aumento dei livelli di GluR2 (Fig. 4a). Mentre il meccanismo alla base della soppressione dell'espressione di GluR2 nei topi sensibili rimane sconosciuto, l'induzione di GluR2 osservata nei topi resilienti sembra riflettere un effetto diretto di ΔFosB sul gene GluR2, poiché abbiamo riscontrato un aumento del legame di ΔFosB al promotore di GluR2 mediante l'uso di immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) (Fig. 4b) e PCR quantitativa (qPCR) ha rivelato un'induzione sostenuta dei livelli di mRNA di GluR2 in NAc di topi resilienti (Fig. 4c), che è parallelo all'induzione sostenuta di ΔFosB. È interessante notare che GluR1 è stato regolato in modo opposto dopo la sconfitta sociale: abbiamo osservato una maggiore espressione nei topi suscettibili e ridotta espressione nei topi resilienti (Fig. 4a). Tuttavia, non sono state osservate alterazioni corrispondenti nell'espressione di mRNA di GluR1, suggerendo meccanismi post-traduzionali. Inoltre, il trattamento cronico con fluoxetina di topi non sconfitti ha aumentato i livelli di GluR2 in NAc (Fig. 4d) e l'analisi del tessuto NAc post-mortem umano da pazienti depressi ha rivelato una diminuzione dei livelli di GluR2 rispetto ai controlli (Fig. 4e). Non sono stati rilevati cambiamenti nei livelli di GluR1 (Fig. 4e).
Pro-resilienza, effetto antidepressivo di GluR2 in NAc
La presenza di GluR2 ha profondi effetti sui recettori AMPA: GluR2-mancano i recettori AMPA sono Ca2+-permeable e mostra una maggiore conduttanza recettoriale e forti correnti rettificatrici interne, rispetto ai recettori contenenti GluR229. Per completare i nostri risultati biochimici, abbiamo pertanto eseguito registrazioni di tensione-clamp a cellule intere di neuroni spinosi medi in NAc di topi non sconfitti e dopo la sconfitta sociale in animali sia resistenti che sensibili. Le relazioni corrente-tensione delle correnti postsinaptiche eccitatorie evocate da AMPA (EPSCs) hanno rivelato una rettifica interna significativamente maggiore nei topi suscettibili (Fig. 5a-c) rispetto ai controlli, in linea con l'aumento del rapporto di GluR1: GluR2 visto in queste condizioni. Sebbene il grado di rettifica nelle cellule registrate da topi suscettibili fosse variabile, abbiamo osservato un cambiamento altamente significativo nella rettifica rispetto ai gruppi di controllo e di resilienza. La consistenza di questo risultato è indicata dal fatto che il grado di rettifica di tutte le cellule da topi sensibili supera il valore medio osservato per le cellule di controllo. Inoltre, abbiamo riscontrato che il livello di rettifica era indirettamente correlato all'evitamento sociale (Fig. 5d), suggerendo che i cambiamenti nel rapporto GluR1: GluR2 possono in parte guidare questo comportamento. Per confermare la maggiore prevalenza di recettori privi di GluR2 in topi sensibili, abbiamo incubato fette da topi controllati e sensibili con 1-naptytilacetylsperimine (NASPM), un bloccante selettivo di GluR2-privo di recettori AMPA. EPSC evocati in neuroni registrati da topi sensibili (Fig. 5e-f) sono stati significativamente ridotti dal NASPM, dimostrando che i recettori AMPA privi di GluR2 contribuiscono significativamente di più alla trasmissione glutammatergica nei topi sensibili rispetto ai controlli. Da notare, l'effetto di NASPM nei topi sensibili era inferiore a quello previsto considerando il cambiamento più grande osservato nella rettifica. Questa divergenza, tuttavia, non è senza precedenti30 e può derivare da modifiche post-traduzionali o interazioni proteina-proteina che coinvolgono GluR2 (vedi Discussione), o semplicemente l'estensione dell'esposizione alla NASPM. L'aumento indotto da stress nella rettifica interna osservata nei topi sensibili era assente nei topi resilienti (Fig. 5a-d), in linea con la diminuzione osservata di GluR1 e l'aumento di GluR2 in queste condizioni. Tuttavia, non abbiamo riscontrato una diminuzione della rettifica interiore nei topi resilienti rispetto ai controlli (vedi Discussione).
La composizione del recettore AMPA è regolata differenzialmente in topi sensibili e resilienti
Effetti antidepressivi del blocco del recettore AMPA in NAc
Questi dati suggeriscono che una maggiore funzione del recettore AMPA (aumento del rapporto GluR1: GluR2) in NAc di topi suscettibili favorisce l'evitamento sociale, mentre la diminuita funzione AMPA (diminuzione del rapporto GluR1: GluR2) contribuisce alla resilienza. Per verificare questa ipotesi, abbiamo infuso l'antagonista del recettore AMPA NBQX direttamente nel NAc dei topi sconfitti immediatamente prima del test di evitamento sociale. NBQX ha aumentato il tempo di interazione sociale (Fig. 4f), dimostrando che il blocco del rapido input eccitatorio al NAc si oppone all'espressione di questo deleterio effetto dello stress sociale cronico. NBQX non ha alterato l'attività locomotoria generale (Figura complementare 6). Inoltre, l'effetto antidepressivo di una singola infusione di NBQX sull'evitamento sociale è durato a lungo, dal momento che i topi riesaminati una settimana dopo hanno mostrato un ulteriore miglioramento dell'interazione sociale.
Abbiamo successivamente sovraespresso viralmente GluR2 in modo selettivo in NAc di topi suscettibili. L'espressione di GluR2 ha completamente invertito l'evitamento sociale indotto dalla sconfitta sociale cronica (Fig. 4g), sostenendo che l'upregulation di GluR2 in NAc è un meccanismo chiave di resilienza. È interessante notare che l'effetto della sovraespressione di GluR2 è persistito per almeno 10 giorni dopo l'intervento chirurgico (Fig. 4g) quando l'espressione di GluR2 mediata da virali si è completamente dissipata. Viceversa, nei topi resilienti, la sovraespressione della versione inedita di GluR2, GluR2Q, che assomiglia a GluR1 negli studi funzionali, ha reso i topi più suscettibili alla sconfitta sociale (Fig 4g), sostenendo l'opinione che l'aumentata funzione del recettore AMPA in NAc contribuisca alla suscettibilità.
SC1, un altro obiettivo ÀFosB, è anche un mediatore di resilienza
Per identificare ulteriori geni bersaglio ΔFosB che contribuiscono alla resilienza, abbiamo confrontato dataset di array di espressione genica ottenuti dal NAc di topi transgenici sovraesprimenti ΔFosB e da topi C57Bl / 6J 48 ore dopo la sconfitta sociale cronica che mostrava un fenotipo resiliente vs. suscettibile10,24. Fig. 6a mostra la notevole (> 75%) sovrapposizione tra i geni indotti in NAc sia da ΔFosB che dalla resilienza. Tra questi geni (elencati in Tabella supplementare 2), abbiamo selezionato per ulteriori analisi SC1, in base all'ampiezza della sua induzione sia in termini di resilienza che di sovraespressione di ΔFosB. SC1, noto anche come Sparc (proteina secreta, acida, ricca di cisteina) -come 1 o hevin, è una molecola di matrice antiadesiva altamente espressa nel cervello adulto, dove si localizza nella densità postsinaptica ed è implicata nella sinapsi plasticità31. Per valutare direttamente il ruolo potenziale di SC1 in resilienza, abbiamo sovraespresso viralmente SC1 in NAc di topi sensibili. SC1 ha invertito significativamente l'evitamento sociale indotto dalla sconfitta sociale cronica (Fig. 6b). La sovraespressione di SC1 ha anche esercitato un effetto antidepressivo sul giorno 2 del test di nuoto forzato dei ratti (Fig. 6c e Figura complementare 7a-c), ma non ha avuto alcun effetto sull'attività locomotoria basale e sui comportamenti correlati all'ansia (Figura complementare 7d-g). Inoltre, abbiamo riscontrato una forte tendenza alla riduzione dei livelli di SC1 nel tessuto NAc post-mortem umano da pazienti depressi (Fig. 6d).
Pro-resilienza, effetti antidepressivi di SC1 in NAc
DISCUSSIONE
I risultati del presente studio forniscono la prima evidenza di adattamenti molecolari che si verificano nei neuroni mediamente spinosi di NAc che sono alla base di risposte elastiche allo stress cronico e che contribuiscono agli effetti terapeutici del trattamento antidepressivo cronico. Mostriamo che i livelli basali di ΔFosB in NAc determinano la vulnerabilità iniziale di un individuo allo stress di sconfitta sociale e che il grado di induzione ΔFosB in risposta allo stress cronico determina risposte sensibili e resilienti a tale stress. Mostriamo inoltre che il successo dell'inversione delle anomalie comportamentali indotte in animali sensibili dalla somministrazione cronica di fluoxetina richiede l'induzione del farmaco di ΔFosB in questa regione del cervello. Questi risultati dimostrano che l'induzione di ΔFosB in NAc è sia un meccanismo necessario e sufficiente di resilienza che di risposte antidepressive. Il riscontro di livelli inferiori di ΔFosB in NAc di soggetti depressi supporta la rilevanza di queste osservazioni nei modelli murini per la depressione clinica. ΔFosB regola la funzione NAc inducendo o reprimendo numerosi geni bersaglio24,27. Identifichiamo due dei suoi geni target, la subunità del recettore AMPA GluR2 e SC1, una proteina della matrice extracellulare, e li implicano direttamente nella capacità di recupero della resistenza sociale alla sconfitta.
Un tale ruolo di pro-resilienza per ΔFosB nel contesto dello stress cronico è interessante alla luce di una ricchezza di prove per il coinvolgimento di ΔFosB nel regolare le risposte alle droghe d'abuso e ai premi naturali come cibo, sesso ed esercizio fisico19. ΔFosB è indotto in NAc da farmaci e premi naturali, e aumenta le risposte gratificanti a questi stimoli. È quindi implicato come mediatore di alcuni aspetti della tossicodipendenza. Le scoperte presenti nei modelli di stress forniscono una visione fondamentalmente nuova del ruolo di questa proteina nella regolazione del comportamento emotivo complesso. In condizioni normali, il ΔFosB è espresso ai livelli più alti in NAc rispetto a tutte le altre regioni del cervello19. Ipotizziamo che i livelli di ΔFosB in NAc svolgano un ruolo importante nell'impostare il livello di motivazione di un individuo e nell'orientare i comportamenti motivati verso stimoli preminenti importanti. La rimozione della stimolazione ambientale durante l'isolamento prolungato riduce i livelli basali di ΔFosB nel topo NAc, compromettendone la motivazione e aumentando la loro vulnerabilità allo stress sociale cronico, come mostrato qui. La diminuzione osservata dei livelli di ÀFosB in post-mortem di pazienti depressi è in linea con questa ipotesi e suggerisce un ruolo di ΔFosB nella motivazione e ricompensa compromessa riscontrata in molte persone con depressione. Al contrario, la capacità di indurre ΔFosB in NAc in risposta allo stress cronico consente a un individuo di migliorare la motivazione e la ricompensa naturale nonostante lo stress continuo, un'ipotesi coerente con le attuali opinioni sulla resilienza nell'uomo1,2. Noi ipotizziamo ulteriormente che l'induzione di ΔFosB in NAc da esposizione cronica a droghe d'abuso, che è molto più grande di quella vista con lo stress o premi naturali19, si traduce in un grado patologico di motivazione potenziata in un modo che corrompe i circuiti della ricompensa verso lo stimolante più forte della drogai.
Chiaramente, le caratteristiche specifiche di questa ipotesi richiedono ulteriori indagini. L'induzione di ΔFosB in NAc da stress cronico o da fluoxetina potrebbe aumentare la ricompensa del farmaco. In effetti, la comorbilità della depressione e della dipendenza è ben stabilita negli esseri umani, e nei roditori è stata dimostrata una cross-sensibilizzazione tra droghe di abuso e stress.32-34. D'altra parte, la depressione e la dipendenza sono entrambe sindromi eterogenee e molto complesse e la maggior parte delle persone depresse non ha dipendenza e viceversa. Inoltre, la fluoxetina non esercita effetti chiari sulle risposte ai farmaci negli animali, né è un trattamento efficace della dipendenza nei tossicodipendenti che non sono anche depressi. Coerentemente con questa complessità, abbiamo scoperto che i topi suscettibili, non i topi resilienti, nel paradigma della sconfitta sociale mostrano una maggiore risposta alle droghe d'abuso10. Ciò suggerirebbe che la maggiore vulnerabilità dei topi sensibili alle droghe d'abuso è mediata da molti altri adattamenti indotti in NAc e altrove, come solo un esempio, BDNF, che è indotto in topi sensibili e non resilienti in NAc e migliora i meccanismi di ricompensa della drogavedere 10.
L'interpretazione che ΔFosB promuove gli aspetti della dipendenza, promuovendo allo stesso tempo la resilienza allo stress, non è sorprendente date le complesse relazioni osservate tra il ruolo di una data proteina in NAc nei modelli dipendenza / depressione. Alcune proteine (ad es. BDNF) promuovono le risposte alle droghe d'abuso e allo stress, mentre molte altre proteine esercitano effetti opposti in queste due condizioni: ad esempio, CREB in NAc produce un fenotipo pro-depressione, ma blunts le risposte alle droghe d'abuso vedere 4,10.
Questi risultati sottolineano la necessità di ulteriori ricerche nel delineare le basi molecolari del comportamento emotivo complesso e l'importanza di impiegare la gamma più ampia possibile di test comportamentali in tali indagini. I risultati indicano anche che, come ci si aspetterebbe, ΔFosB da solo non può spiegare l'intero fenomeno della depressione e della dipendenza, piuttosto è un regolatore chiave dei meccanismi di ricompensa NAc-dipendenti e quindi è importante nel mediare determinati aspetti di entrambe le condizioni.
Tuttavia, un avvertimento importante di questa discussione è i diversi tipi di cellule in NAc in cui ΔFosB è indotto nei modelli di stress e dipendenza. Le droghe d'abuso e le ricompense naturali inducono ΔFosB principalmente nella sottoclasse di neuroni spinosi medi in NAc che esprimono D1 recettori della dopamina19,22, mentre lo stress induce ΔFosB all'incirca allo stesso modo all'interno di D1 e D2 neuroni spinosi medio contenenti recettori20. Questa induzione differenziale potrebbe avere conseguenze funzionali drammatiche, poiché la capacità di ΔFosB di migliorare la ricompensa è stata dimostrata per D1 solo neuroni di classe19.
L'identificazione di GluR2 come gene bersaglio coinvolto nella mediazione dell'effetto pro-resilienza di ΔFosB fa luce su queste considerazioni. Dimostriamo che la suscettibilità nei topi e la depressione umana sono associati ad un aumento del rapporto GluR1: GluR2 in NAc, che suggerisce un aumento dell'eccitabilità del neurone medio spinoso in risposta al glutammato.
Il NAc riceve input glutammatergici da diverse regioni del cervello, in particolare, corteccia prefrontale, amigdala e ippocampo35. Tale input glutammatergico modula la valenza e la salienza degli stimoli gratificanti e avversivi e quindi controlla il comportamento motivato36-38. Studi recenti sono coerenti con la nostra ipotesi che l'eccitabilità potenziata di NAc possa favorire la vulnerabilità da stress. Lo stress da nuoto forzato aumenta la forza sinaptica e la funzione del recettore AMPA in NAc39, mentre l'infusione di glutammato in NAc riduce il comportamento del nuoto nel test di nuoto forzato, un effetto simile alla depressione40. Più in generale, l'aumento del tiro NAc codifica stati avversivi in diversi modelli animali41. Alterazioni nell'attività di NAc sono state osservate in pazienti con depressione maggiore42 e in forze speciali soldati preselezionati e addestrati per essere resilienti di fronte a gravi traumi43. Allo stesso modo, la stimolazione cerebrale profonda della corteccia cingolata sottogenere o di NAc (un importante bersaglio della corteccia cingolata sottogengivali), un intervento pensato per ridurre l'eccitabilità della regione del cervello stimolata, allevia i sintomi depressivi nei pazienti refrattari al trattamento3,44.
Come i modelli di stress, anche la maggiore reattività glutammatergica in NAc è stata implicata nella tossicodipendenza30,45-47. Ciò include un aumento di GluR2, privo di recettori AMPA in questa regione del cervello30,47, simile a quello che riportiamo qui per la suscettibilità allo stress. Insieme, queste osservazioni sollevano l'interessante possibilità che una maggiore trasmissione glutammatergica in NAc promuova la vulnerabilità sia alla dipendenza che alla depressione. Il cambiamento opposto, ovvero un rapporto ridotto GluR1: GluR2, mostrato qui in NAc di topi resilienti, suggerisce che una ridotta funzione glutammatergica potrebbe essere protettiva contro gli effetti deleteri dello stress cronico. Ciò è coerente con le osservazioni che l'aumentata attività di GluR2, o l'attività ridotta di GluR1, in NAc migliora la ricompensa e la motivazione28,37,48. La capacità della fluoxetina di indurre in modo simile l'espressione di GluR2 in NAc solleva la possibilità che una ridotta innervazione del glutammato di questa regione del cervello possa anche contribuire alle risposte antidepressive. Infatti, mostriamo qui che l'inibizione della funzione del recettore AMPA all'interno del NAc produce una risposta simile a quella degli antidepressivi potente e longeva.
Mentre i cambiamenti che dimostriamo nell'espressione del recettore AMPA in NAc di topi suscettibili sono coerenti con le nostre osservazioni elettrofisiologiche, i cambiamenti osservati nella resilienza sono più complessi. Non abbiamo ottenuto prove elettrofisiologiche per la diminuzione dei recettori AMPA carenti di GluR2 in NAc di topi resilienti rispetto ai controlli. Noi ipotizziamo che l'induzione mediata da ΔFosB di GluR2 in resilienza sia solo uno dei molti adattamenti che si verificano in NAc che influenzano la trasmissione glutammatergica e che, mentre questo adattamento è sufficiente per invertire la funzione eccessiva del recettore AMPA vista nella suscettibilità, non induce cambiamenti netti nella direzione opposta. Infatti, i nostri dati rivelano una complessa regolazione della trasmissione glutammatergica in NAc dopo uno stress cronico di sconfitta sociale. I cambiamenti opposti nell'espressione di GluR1 in questa regione del cervello in suscettibilità vs. resilienza non sono osservabili a livello di mRNA, né i livelli diminuiti di GluR2 nella suscettibilità osservata a livello di mRNA. Ciò è coerente con le modifiche post-traduzionali, comprese le alterazioni nel traffico di recettori AMPA, che svolgono anche un ruolo importante, come è stato osservato nei modelli di abuso di droghe30,47.
La complessa regolazione della trasmissione glutammatergica in NAc da stress cronico è evidenziata dalla nostra scoperta di SC1 come un altro gene bersaglio per ΔFosB, che, come l'induzione di GluR2, media resilienza. SC1 è noto per regolare la plasticità sinaptica31. Come risultato delle sue proprietà anti-adesive, l'induzione di SC1 in NAc potrebbe risultare in un ambiente più permissivo per i cambiamenti strutturali che accompagnano la plasticità alle sinapsi glutamatergiche che appaiono cruciali per la resilienza. Ad esempio, recenti prove dimostrano che la rimozione della matrice extracellulare consente la diffusione dei recettori AMPA e quindi promuove la plasticità sinaptica49.
In breve, i nostri risultati supportano uno schema in cui ΔFosB in NAc media la resilienza di fronte allo stress cronico in parte inducendo una forma di plasticità sinaptica che contrasta il forte apprendimento associativo negativo che si verifica nei topi sensibili. Ad esempio, gli aumenti di GluR2 - che mancano i recettori AMPA in NAc, che vediamo nei topi suscettibili, hanno dimostrato di esacerbare le risposte a stimoli associati alla cocaina che promuovono la brama e la ricaduta nei modelli di dipendenza30,47. Al contrario, lo smorzamento del tono glutammatergico nei topi resilienti, attraverso il potenziamento di GluR2 e forse l'induzione di SC1, potrebbe rendere uno stimolo saliente, come un nuovo topo nel paradigma della sconfitta sociale, meno in grado di attivare i neuroni NAc e quindi consentire l'obiettivo -un comportamento diretto per continuare nonostante lo stress. I nostri array di geni suggeriscono il probabile coinvolgimento di molti altri target di ΔFosB che contribuiscono alla resilienza. Il ruolo dominante svolto da ΔFosB e i suoi obiettivi nella capacità di un individuo di adattarsi positivamente allo stress cronico solleva vie fondamentalmente nuove per lo sviluppo di nuovi trattamenti antidepressivi.
METODI
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Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da sovvenzioni dal National Institute of Mental Health e da un'alleanza di ricerca con AstraZeneca. Ringraziamo Drs. P. McKinnon e H. Russell per il dono generoso del cDNA SC1. Ringraziamo anche io. Maze, Drs. R. Oosting, S. Gautron e D. Vialou per l'utile discussione e commenti sul manoscritto.
Le note
Contributi degli autori VV ed EJN erano responsabili della progettazione complessiva dello studio. QL e VV hanno progettato, condotto e analizzato esperimenti di RNA e ChIP. AJ Robison ha progettato, condotto e analizzato studi elettrofisiologici. HEC e VV hanno progettato e condotto gli esperimenti farmacologici NBQX. QL, DMD, ELW e VV hanno eseguito gli interventi stereotassici. YNO ha clonato il cDNA SC1 nel vettore HSV. YHO ha eseguito il saggio di luciferasi AP1. QL, DMD, DW e VV hanno progettato e condotto gli esperimenti di isolamento sociale. VV, ELW e AJ Rush hanno eseguito test di sconfitta sociale e quantificazione immunoistochimica. SI, QL, BW e VV hanno eseguito e analizzato la chirurgia del ratto e il test di nuoto forzato. EM e RN hanno fornito i vettori virali per la transgenesi virale. MAS, VK e OB VV addestrati nella sconfitta sociale e analisi biochimica e hanno fornito il controllo di qualità sui dati di sconfitta sociale. SG e CAT hanno fornito il tessuto cerebrale post-mortem umano. VV e EJN hanno scritto il lavoro con l'aiuto degli altri autori.
Information Autore Informazioni sulle ristampe e le autorizzazioni sono disponibili all'indirizzo www.nature.com/reprints.
aggiuntivo Informazioni supplementari è collegato alla versione online della carta a www.nature.com/natureneuroscience/.
Referenze
1. McEwen BS. Fisiologia e neurobiologia dello stress e dell'adattamento: ruolo centrale del cervello. Physiol Rev. 2007; 87: 873-904. [PubMed]
2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psicobiologia e genetica molecolare della resilienza. Nat Rev Neurosci. 2009; 10: 446-457. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
3. Ressler KJ, Mayberg HS. Targeting di circuiti neurali anormali nei disturbi dell'umore e dell'ansia: dal laboratorio alla clinica. Nat Neurosci. 2007; 10: 1116-1124. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
4. Krishnan V, Nestler EJ. La neurobiologia molecolare della depressione. Natura. 2008; 455: 894-902. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Sviluppare un'agenda per gli studi traslazionali di resilienza e vulnerabilità a seguito dell'esposizione a traumi. Ann NY Acad Sci. 2006; 1071: 379-396. [PubMed]
6. Tornatzky W, Miczek KA. Insufficienza a lungo termine dei ritmi circadiani autonomi dopo breve stress sociale intermittente. Physiol Behav. 1993; 53: 983-993. [PubMed]
7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Le dinamiche temporali della risposta allo stress. Neurosci Biobehav Rev. 1997; 21: 775-782. [PubMed]
8. De Kloet ER. Ormoni e cervello stressato. Ann NY Acad Sci. 2004; 1018: 1-15. [PubMed]
9. Rygula R, et al. Anedonia e deficit motivazionali nei ratti: impatto dello stress sociale cronico. Behav Brain Res. 2005; 162: 127-134. [PubMed]
10. Krishnan V, et al. Adattamenti molecolari alla base della suscettibilità e resistenza alla sconfitta sociale nelle regioni di ricompensa cerebrale. Cellula. 2007; 131: 391-404. [PubMed]
11. Berton O, et al. Ruolo essenziale del BDNF nella via mesolimbica della dopamina nello stress da sconfitta sociale. Scienza. 2006; 311: 864-868. [PubMed]
12. Tidey JW, Miczek KA. Acquisizione dell'autosomministrazione di cocaina dopo stress sociale: ruolo dell'accumbens dopamina. Psicofarmacologia (Berl) 1997; 130: 203-212. [PubMed]
13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Mappatura della risposta cerebrale allo stress sociale nei roditori con espressione di c-fos: una review. Stress. 2002; 5: 3-13. [PubMed]
14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Espressione differenziale dell'mRNA di c-fos nei neurocircuiti di criceti maschi esposti a sconfitta acuta o cronica. J Neuroendocrinol. 1999; 11: 547-559. [PubMed]
15. Becker C, et al. Livelli extracellulari corticali avanzati di materiale simile a colecistochinina in un modello di anticipazione della sconfitta sociale nel ratto. J Neurosci. 2001; 21: 262-269. [PubMed]
16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Effetti della fluoxetina sui deficit comportamentali evocati da stress sociale cronico nei ratti. Behav Brain Res. 2006; 174: 188-192. [PubMed]
17. Wilkinson MB, et al. Il trattamento con imipramina e la resilienza mostrano una regolazione della cromatina simile nel nucleo del topo accumbens nei modelli di depressione. J Neurosci. 2009; 29: 7820-7832. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
18. Covington HE, 3rd, et al. Azioni antidepressive degli inibitori dell'istone deacetilasi. J Neurosci. 2009; 22: 11451-11460. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
19. Nestler EJ. Revisione. Meccanismi trascrizionali di dipendenza: ruolo di DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363: 3245-3255. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
20. Perrotti LI, et al. Induzione del deltaFosB nelle strutture cerebrali legate alla ricompensa dopo stress cronico. J Neurosci. 2004; 24: 10594-10602. [PubMed]
21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr Alterazione duratura delle strutture mesocorticolimbiche dopo ripetuti stress di sconfitta sociale nei ratti: decorso temporale dell'mRNA del recettore mu-oppioide e immunoreattività di FosB / DeltaFosB. Eur J Neurosci. 2008; 27: 2272-2284. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
22. Kelz MB, et al. L'espressione del fattore di trascrizione deltaFosB nel cervello controlla la sensibilità alla cocaina. Natura. 1999; 401: 272-276. [PubMed]
23. Peakman MC, et al. Inducibile, espressione regione specifica del cervello di un mutante dominante negativo di c-Jun nei topi transgenici diminuisce la sensibilità alla cocaina. Cervello. 2003; 970: 73-86. [PubMed]
24. McClung CA, Nestler EJ. Regolazione dell'espressione genica e della cocaina da parte di CREB e DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208-1215. [PubMed]
25. Wallace DL, et al. La regolazione CREB del nucleo accumbens l'eccitabilità media i deficit comportamentali indotti dall'isolamento sociale. Nat Neurosci. 2009; 12: 200-209. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. I comportamenti attivi nel test di nuoto forzato del ratto differenzialmente prodotti da antidepressivi serotoninergici e noradrenergici. Psicofarmacologia (Berl) 1995; 121: 66-72. [PubMed]
27. Renthal W, et al. L'analisi a livello genomico della regolazione della cromatina da parte della cocaina rivela un ruolo per le sirtuine. Neurone. 2009; 62: 335-348. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
28. Todtenkopf MS, et al. La ricompensa cerebrale regolata dalle subunità del recettore AMPA nel guscio di accumbens del nucleo. J Neurosci. 2006; 26: 11665-11669. [PubMed]
29. Bredt DS, Nicoll RA. Traffico di recettori AMPA alle sinapsi eccitatorie. Neurone. 2003; 40: 361-379. [PubMed]
30. Conrad KL, et al. La formazione di accumbens GluR2-mancando i recettori AMPA media l'incubazione del desiderio di cocaina. Natura. 2008; 454: 118-121. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
31. Lively S, Brown IR. La proteina della matrice extracellulare SC1 / hevin si localizza nelle sinapsi eccitatorie in seguito allo stato epilettico nel modello di sequestro di litio-pilocarpina di ratto. J Neurosci Res. 2008; 86: 2895-2905. [PubMed]
32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr, Miczek KA. Sensibilità crociata comportamentale e neuronale a lungo termine all'anfetamina indotta da ripetuti e brevi stress sociali di sconfitta: Fos nell'area tegmentale ventrale e amigdala. Neuroscienza. 2004; 123: 857-865. [PubMed]
33. Koob GF. Un ruolo per i sistemi di stress del cervello nella dipendenza. Neurone. 2008; 59: 11-34. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Lo stress sociale aumenta l'acquisizione di auto-somministrazione di cocaina in ratti maschi e femmine. Cervello. 1995; 698: 46-52. [PubMed]
35. Sesack SR, Grace AA. Rete premio ricompensa cortico-basale: microcircuito. Neuropsychopharmacology. 2010; 35: 27-47. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Motivazioni ingestibili nella dipendenza: una patologia nella trasmissione del glutammato prefrontale-accumbens. Neurone. 2005; 45: 647-650. [PubMed]
37. Reynolds SM, Berridge KC. Insiemi motivazionali di glutammato nel nucleo accumbens: gradienti di guscio rostrocaudale di paura e alimentazione. Eur J Neurosci. 2003; 17: 2187-2200. [PubMed]
38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regolazione del tiro dei neuroni dopaminergici e controllo dei comportamenti diretti agli obiettivi. Tendenze neurosci. 2007; 30: 220-227. [PubMed]
39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Cambiamenti indotti dallo stress nel Nucleo Accumbens Glutammato Plasticità sinaptica. J Neurophysiol. 2009 [PubMed]
40. Rada P, et al. Il rilascio di glutammato nel nucleo accumbens è coinvolto nella depressione comportamentale durante il test di nuoto PORSOLT. Neuroscienza. 2003; 119: 557-565. [PubMed]
41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. I neuroni acculturati nuclei sono sintonizzati in modo innato per stimoli gustativi gratificanti e avversivi, codificano i loro predittori e sono collegati alla produzione motoria. Neurone. 2005; 45: 587-597. [PubMed]
42. Tremblay LK, et al. Substrati neuroanatomici funzionali di elaborazione di ricompensa alterata nel disturbo depressivo maggiore rivelato da una sonda dopaminergica. Arch Gen Psychiatry. 2005; 62: 1228-1236. [PubMed]
43. Vythilingam M, et al. Circuiti di ricompensa in termini di resilienza a traumi gravi: un'indagine fMRI su soldati delle forze speciali resilienti. Resistenza psichiatrica 2009; 172: 75-77. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
44. Schlaepfer TE, et al. La stimolazione cerebrale profonda per premiare i circuiti allevia l'anedonia nella depressione maggiore refrattaria. Neuropsychopharmacology. 2008; 33: 368-377. [PubMed]
45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. La cocaina ripetuta altera i livelli di subunità del recettore del glutammato nel nucleo accumbens e l'area tegmentale ventrale dei ratti che sviluppano sensibilizzazione comportamentale. J Neurochem. 1999; 72: 2397-2403. [PubMed]
46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME. I recettori AMPA di superficie cellulare nel nucleo del ratto accumbens aumentano durante l'astinenza da cocaina, ma si interiorizzano dopo la cocaina in associazione con l'attivazione alterata delle protein chinasi attivate da mitogeni. J Neurosci. 2007; 27: 10621-10635. [Articolo gratuito di PMC] [PubMed]
47. Anderson SM, et al. CaMKII: un ponte biochimico che collega i sistemi di dopamina e glutammato accumbens alla ricerca di cocaina. Nat Neurosci. 2008; 11: 344-353. [PubMed]
48. Taha SA, Fields HL. Le inibizioni del nucleo accumbens neuroni codificano un segnale di gating per il comportamento diretto alla ricompensa. J Neurosci. 2006; 26: 217-222. [PubMed]
49. Frischknecht R, et al. La matrice extracellulare cerebrale influisce sulla mobilità laterale del recettore AMPA e sulla plasticità sinaptica a breve termine. Nat Neurosci. 2009; 12: 897-904. [PubMed]
50. Chen J, et al. Animali transgenici con espressione genica inducibile e mirata nel cervello. Mol Pharmacol. 1998; 54: 495-503. [PubMed]