DeltaFosB medierer epigenetisk desensibilisering av c-fos-genet etter kronisk amfetamineksponering (2008)

Publisert i siste redigert form som:

J Neurosci. 2008 Jul 16; 28 (29): 7344-7349.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.1043-08.2008

PMCID: PMC2610249

NIHMSID: NIHMS66599

William Renthal,¹ Tiffany L. Carle,¹ Ian Maze,¹ Herbert E. Covington, III,¹ Hoang-Trang Truong,¹ Imran Alibhai,¹ Arvind Kumar,¹ Rusty L. Montgomery,² Eric N. Olson,² og Eric J. Nestler^1,^*

Abstrakt

De molekylære mekanismene som ligger til grunn for overgangen fra rekreasjonsbruk av rusmidler til kronisk avhengighet er fortsatt dårlig forstått. Ett molekyl involvert i denne prosessen er ΔFosB, en transkripsjonsfaktor som akkumuleres i striatum etter gjentatt eksponering for rusmidler og medierer sensibiliserte atferdsresponser på psykostimulerende midler og andre rusmidler. De nedstrøms transkripsjonsmekanismene som ΔFosB regulerer rusmiddelindusert atferd gjennom er ufullstendig forstått. Vi har tidligere rapportert om kromatinombyggingsmekanismene som ΔFosB aktiverer uttrykket av visse gener gjennom, men mekanismene som ligger til grunn for ΔFosB-mediert genundertrykkelse er fortsatt ukjente. Her identifiserer vi c-fos , et umiddelbart tidlig gen som raskt indueres i striatum etter eksponering for psykostimulerende midler, som et nytt nedstrøms mål som undertrykkes av ΔFosB. Vi viser at akkumulering av ΔFosB i striatum etter kronisk amfetaminbehandling desensibiliserer c-fos mRNA-induksjon til en påfølgende rusmiddeldose. ΔFosB desensibiliserer c-fos -ekspresjon ved å rekruttere histondeacetylase 1 (HDAC1) til c-fos -genpromotoren, som igjen deacetylerer omkringliggende histoner og demper genaktivitet. Følgelig opphever lokal knockout av HDAC1 i striatum amfetaminindusert desensibilisering av c-fos -genet. Samtidig øker kronisk amfetamin histon H3-metylering på c-fos- promotoren, en kromatinmodifikasjon som også er kjent for å undertrykke genaktivitet, samt ekspresjonsnivåer av H3-histonmetyltransferasen, KMT1A/SUV39H1. Denne studien avslører en ny epigenetisk bane der ΔFosB medierer distinkte transkripsjonsprogrammer og til slutt atferdsplastisitet til kronisk amfetamineksponering.

nøkkelord: avhengighet, amfetamin, striatum, kromatin, histon-modifikasjon, genregulering

Introduksjon

Gjentatt bruk av psykostimulerende midler som amfetamin og kokain resulterer ofte i en overgang fra rekreasjonsbruk av rusmidler til en kronisk avhengighetstilstand ( Hyman et al., 2006 ). En mekanisme involvert i denne prosessen involverer transkripsjonsfaktoren ΔFosB, et svært stabilt spleisningsprodukt av det umiddelbare tidlige genet fosB , som dimeriserer med Jun-familieproteiner for å danne funksjonelle AP-1 transkripsjonskomplekser ( McClung et al., 2004 ). ΔFosB akkumuleres flere ganger i striatum etter gjentatt eksponering for rusmidler, og denne akkumuleringen har vært knyttet til økt kokainbelønning, lokomotorisk sensibilisering og selvadministrasjon ( Kelz et al., 1999 ; Colby et al., 2003 ; McClung et al., 2004 ), som sammen antyder en rolle i de nevrale mekanismene involvert i overgangen mellom rekreasjonsbruk og avhengighetsbruk av rusmidler. I følge denne hypotesen fungerer ΔFosB i en positiv tilbakekoblingssløyfe ved å øke rusmiddelsøkende atferd, som igjen induserer mer ΔFosB. Et sentralt, utestående spørsmål er hvordan ΔFosB medierer effektene sine på medikamentrelatert atferd. Genomomfattende mikroarray-studier hos mus som overuttrykker ΔFosB i striatum ga den første innsikten i potensielle nedstrømsmål ( McClung og Nestler, 2003 ). Denne studien antydet at ΔFosB kan tjene som en transkripsjonsaktivator eller repressor, avhengig av målgenet. Studien undersøkte imidlertid transkripter regulert i en overuttrykkssetting, så det er ikke klart hvilke av disse genene som er direkte, fysiologiske ΔFosB-mål.

Vi identifiserte nylig den syklin-avhengige kinasen 5 (cdk5) genet som et direkte mål for endogen ΔFosB, som fremmer Cdk5 transkripsjon i striatum (Kumar et al., 2005). Imidlertid har mekanismene som er involvert i ΔFosBs undertrykkelse av målgener vært ubøyelig. En attraktiv kandidat er c-fos, et gen som induseres dramatisk av akutte psykostimulerende midler, men bare svakt etter gjentatt eksponering (Håper et al., 1992; Persico et al., 1993; Steiner og Gerfen, 1993), når nivåer av ΔFosB og FFosB-holdige AP-1-komplekser er høye (Håper et al., 1992, 1994). Siden c-fos genet inneholder et AP-1-lignende nettsted i sin proksimale promotor (Morgan og Curran, 1989), er det en plausibel kandidat for ΔFosB-mediert undertrykkelse. Induksjon av c-fos betraktes tradisjonelt som en tidlig markør for neural aktivering, siden den raskt og forbigående induseres som respons på en rekke stimuli (Morgan og Curran, 1989). Den c-fos genet er også viktig for atferdsresponser mot kokain, som mus mangler c-fos i dopamin D1 reseptorholdige nevroner, er neuronal celletypen der ΔFosB indusert av psykostimulerende midler (McClung et al., 2004), har redusert atferdssensibilisering mot kokain (Zhang et al., 2006). Disse funnene førte oss til å undersøke om ΔFosB kontrollerer c-fos genaktivitet etter kronisk amfetamineksponering. Vi beskriver her en ny epigenetisk mekanisme hvorav ΔFosB-akkumulering som respons på kronisk amfetamin strømmer tilbake til desensibilisering c-fos induksjon til etterfølgende rusmiddeldoser. Dette nye samspillet mellom ΔFosB og chromatin remodeling hendelser på c-fos promotor kan være en viktig homeostatisk mekanisme for å regulere et dyrs følsomhet overfor gjentatt legemiddeleksponering.

Materialer og metoder

RNA isolasjon og kvantifisering

Frossent hjernevev ble tint i TriZol (Invitrogen, Carlsbad, CA) og behandlet i henhold til produsentens protokoll. RNA ble renset med RNAesy Micro-kolonner (Qiagen, Valencia, CA). Totalt RNA ble reverstranskribert ved bruk av Superscript III (Invitrogen). Sanntids-PCR ble deretter kjørt ved bruk av SYBR Green (ABI, Foster City, CA) og kvantifisert ved bruk av ΔΔCt-metoden. Se tilleggstabellen for en fullstendig liste over primere.

Kromatinimmunutfelling (ChIP)

Kromatin ble sonikert og deretter immunopresipitert (se Supplerende metoder ) ved bruk av acetylerte histonantistoffer (Millipore, Billerica, MA), anti-HDAC1 eller anti-H3K9me2 fra Abcam (Cambridge, Storbritannia), anti-FosB (C-terminal) ( Kumar et al., 2005 ), anti-FosB (N-terminal) (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, State), eller en kanin-IgG-kontroll (Millipore). IP ble samlet inn ved bruk av protein A-kuler fra Millipore. Etter vask ble kromatin eluert fra kulene og reversert kryssbundet i nærvær av proteinase K. DNA ble deretter renset og kvantifisert ved bruk av sanntids-PCR.

Immunpresipitasjon

PC12-celler ble transfektert med V5-merket HDAC1 ( Montgomery et al., 2007 ), FosB eller ΔFosB som beskrevet tidligere ( Carle et al., 2007 ). Cellelysater ble splittet og inkubert med enten ikke-immune IgG (Sigma) eller anti-FosB-antistoffer (sc-48, Santa Cruz) over natten ved 4 °C. Immunutfelling ble utført med Protein G-kuler (Sigma). De immunutfellede proteinene ble kjørt med SDS-PAGE og analysert ved Western blotting ved bruk av et tilpasset polyklonalt anti-FosB(N-terminal)-antistoff ( Carle et al., 2007 ) og anti-V5-antistoff (Abcam). For å bestemme om HDAC1 og ΔFosB er bindingspartnere in vivo , brukte vi gjentatte elektrokonvulsive anfall for å indusere høye nivåer av ΔFosB-protein ( Hope et al., 1994 ). Kortikalt vev ble dissekert fra rotter behandlet med kroniske (7 daglige) anfall eller simulert behandling, lysert og immunopresipitert som beskrevet ovenfor med anti-HDAC1-antistoffer (Abcam).

Laser fange mikrodisseksjon

Ved hjelp av stereotaktisk kirurgi ble ventralstriata hos mus infisert med et adenoassosiert virus (AAV) som uttrykker det angitte genet eller GFP på motsatte sider av hjernen. Etter amfetaminbehandling ble frosne hjerner bearbeidet til 8 µm tykke koronale seksjoner og montert på membranslides (Lieca, Wetzlar, Tyskland). AAV-infiserte regioner ble laserdissekert (Leica) for å ekskludere ikke-infiserte celler og bearbeidet med PicoPure RNA-ekstraksjonssett (MDS, Sunnyvale, CA). RNA ble amplifisert med RiboAmp HS-settet (MDS) og reverstranskribert som beskrevet ovenfor. Se Supplerende metoder for fullstendige detaljer.

Resultater

ΔFosB desensibiliserer c-fos mRNA-induksjon i striatum etter kronisk amfetamineksponering

For å undersøke om desensibiliseringen av c-fos mRNA-ekspresjon er en cellulær tilpasning kontrollert av ΔFosB, behandlet vi rotter med saltvann eller akutt eller kronisk amfetamin og lot dem trekke seg tilbake i hjemmeburet sitt i 1 til 10 dager. Rottene ble deretter analysert 1 time etter en saltvanns- eller amfetamin-ekspresjonsdose. Som tidligere vist (se Introduksjon ), ble c-fos mRNA indusert 4 ganger i striatum ved akutt amfetaminadministrasjon. Hos rotter som tidligere hadde vært eksponert for kronisk amfetamin, ble imidlertid uttrykket av c-fos som respons på medikamentutfordring betydelig svekket i opptil 5 dager med medikamentavbrudd ( figur 1A ), et punkt hvor ΔFosB forblir forhøyet i denne hjerneregionen ( Hope et al., 1994 ). I tillegg fant vi hos rotter som ble seponert fra kronisk amfetamin i 5 dager at basal c-fos mRNA-ekspresjon var redusert under nivåene funnet i saltvannsbehandlede kontroller ( figur 1A ). Det er viktig å merke seg at omfanget av c-fos -induksjon ved en amfetaminutfordring var betydelig dempet på dag 1 av seponering sammenlignet med saltvannsbehandlede dyr. Sammen viser disse funnene en effekt av kronisk amfetamin på både basale og induserte c-fos mRNA-nivåer, men med de to effektene som oppstår med et komplekst tidsforløp.

Figur 1

ΔFosB desensibiliserer c-fos mRNA-induksjon i striatum etter kronisk amfetamineksponering

For å avgjøre om ΔFosB-akkumulering etter kronisk amfetamin direkte bidrar til desensibilisering av c-fos -ekspresjon, utførte vi først ChIP for ΔFosB på c-fos -genpromotoren i striatum. Som vist i figur 1B , har c-fos- promotoren betydelig mer ΔFosB bundet etter kronisk amfetamineksponering, en effekt som sees i minst 5 dager med medikamentavbrudd. Disse dataene korrelerer ΔFosB-belegg på c-fos- promotoren med kinetikken til redusert c-fos -genaktivitet. For å teste direkte om ΔFosB forårsaker redusert c-fos -induksjon som respons på amfetaminutfordring, brukte vi deretter en AAV-vektor for å overuttrykke enten ΔFosB eller GFP som kontroll i striatum. Vi isolerte deretter det infiserte striatumet ved lasermikrodisseksjon ( figur 1C ) og utførte qRT-PCR for c-fos mRNA. Vi observerte signifikant mindre c-fos mRNA indusert etter en akutt dose amfetamin i striatalvevet infisert med AAV-ΔFosB sammenlignet med den kontralaterale siden infisert med AAV-GFP, mens nivåene av β-tubulin mRNA forble uendret ( figur 1D ). Disse dataene antyder at c-fos desensibilisering medieres av akkumulering av ΔFosB på promoteren etter kronisk amfetamineksponering.

ΔFosB rekrutterer HDAC1 til c-fos promotor til å melde c-fos gen-undertrykkelse

For å utforske mekanismene som ΔFosB medierer c-fos -desensitivisering gjennom, fokuserte vi på tidspunktet da c-fos ble mest signifikant undertrykt: 5 dager med abstinens fra kronisk amfetamin. En nøkkelmekanisme involvert i c-fos -aktivering som respons på en rekke stimuli, inkludert kokain ( Kumar et al., 2005 ), er histonacetylering. Vi var derfor interessert i å avgjøre om histonacetylering på c-fos -genpromotoren også ble indusert av akutt amfetamin, og om gjentatt medikamenteksponering dempet denne responsen. Akutt amfetamin økte faktisk histon H4-acetylering på c-fos- promotoren, og etter kronisk amfetaminbehandling ble denne induksjonen ikke lenger observert ( figur 2A ). Acetylering av H4 var spesifikk, da ingen effekt ble observert for H3 (ikke vist). Disse dataene antyder at redusert histonacetylering, assosiert med en mer kompakt og inaktiv kromatinstruktur ( Kouzarides, 2007 ), bidrar til desensitiviseringen av c-fos -genet etter kronisk amfetamineksponering. For å teste denne hypotesen direkte, behandlet vi rotter med kronisk amfetamin og administrerte HDAC-hemmeren, natriumbutyrat eller dens vehikel, etter 5 dagers seponering. Vi fant at natriumbutyrat reverserte den amfetamininduserte undertrykkelsen av c-fos- ekspresjon ( figur 2B ), noe som direkte støtter ideen om at hypoacetylering på c-fos- promotoren er en nøkkelmekanisme som ligger til grunn for desensibilisering av genet.

Figur 2

Rekruttering av HDAC1 medierer ΔFosB handling på c-fos

For å forstå hvordan ΔFosB hemmer histonacetylering på c-fos- promotoren, undersøkte vi om ΔFosB interagerer med enzymer som reduserer histonacetylering, nemlig HDAC-er. Vi utforsket først HDAC1 og HDAC2 fordi disse enzymene danner komplekser med en rekke transkripsjonsfaktorer for å undertrykke genuttrykk ( Grozinger og Schreiber, 2002 ). Siden foreløpige ChIP-studier identifiserte signifikant HDAC1-binding på c-fos -promotoren (se nedenfor), men ingen detekterbar HDAC2 (ikke vist), utførte vi ko-immunopresipitasjonseksperimenter for å bestemme om ΔFosB fysisk interagerer med HDAC1. Vi fant faktisk at immunopresipitering av ΔFosB også trakk ned HDAC1 i PC12-celler ( figur 2D ). Det er viktig å merke seg at denne interaksjonen er spesifikk for ΔFosB, ettersom fullengdes FosB, som ikke akkumuleres etter kronisk psykostimulerende administrering ( Hope et al., 1994 ), ikke interagerte med HDAC1. Vi utførte det omvendte eksperimentet in vivo ved å indusere store mengder ΔFosB med elektrokonvulsive anfall. I samsvar med våre cellekulturdata trakk immunutfelling med et antistoff mot HDAC1 ned ΔFosB fra hjernevev ( figur 2E ).

Basert på disse funnene at ΔFosB og HDAC1 interagerer fysisk vitro og in vivo, vi antydet at etter kronisk amfetamin rekrutterer ΔFosB HDAC1 til c-fos genpromotor. Faktisk fant ChIP av striatallysater betydelig høyere nivåer av HDAC1 på c-fos promotor etter kronisk amfetamineksponering (Figur 2C), mens amfetamin ikke endret HDAC1 binding til β-aktin genpromotor. For å avgjøre om HDAC1 var tilstrekkelig til å dempe c-fos induksjon, transfekterte vi HEK293T-celler med HDAC1 eller GFP og stimulerte dem med 5% serum (se Supplerende metoder). Vi fant at seruminducerte c-fos ekspresjon var signifikant stumpet i celler overuttrykkende HDAC1 (Figur 2F). Disse studiene ble utvidet in vivo ved å bruke floxed HDAC1-mus infisert med AAV-GFP på den ene siden av deres striatum og AAV-CreGFP for å inducere lokal knockout av hdac1 gen i kontralaterale striatum. AAV-CreGFP redusert Hdac1 mRNA-ekspresjon i det infiserte vevet (isolert ved laser-mikrodisseksjon) med> 75% sammenlignet med AAV-GFP-injiserte kontroller mens Hdac2 uttrykket forble uendret (Figur 2G). Mus ble deretter behandlet med kronisk amfetamin etterfulgt av uttak av stoffet i 5 dager. Musene ble analysert 30 minutter etter amfetaminutfordring og de infiserte striatalregioner ble mikrodissektert. Vi fant at amfetamin indusert betydelig mer c-fos mRNA i striatalvev infisert med AAV-CreGFP sammenlignet med AAV-GFP (Figur 2G), som viser at HDAC1 er nødvendig for kronisk amfetamin-indusert undertrykkelse av c-fos uttrykk. Disse dataene antyder at ΔFosB-akkumulering hos rotter etter kronisk amfetaminbehandling resulterer i mer ΔFosB-binding til c-fos promotor, rekruttering av HDAC1, mindre histonacetylering og til slutt mindre aktivitet av genet.

Histon metylering er forhøyet på c-fos promotor etter kronisk amfetamineksponering

Undertrykkelse av genaktivitet involverer ofte flere epigenetiske modifikasjoner som skjer parallelt ( Kouzarides, 2007 ; Tsankova et al., 2007 ). En av de best karakteriserte histonmodifikasjonene assosiert med redusert genaktivitet er metylering av histon H3 ved lysin 9 (H3K9). Denne histonmodifikasjonen, når den finnes på promotorregioner, er assosiert med transkripsjonell undertrykkelse ved å rekruttere ko-repressorer som HP1 (heterokromatinprotein 1) ( Kouzarides, 2007 ). Vi analyserte derfor om hypoacetylering av c-fos -genet, sett etter kronisk amfetaminadministrasjon, også er assosiert med endringer i H3K9-metylering. I samsvar med denne hypotesen viste ChIP utført på striatalvev fra rotter behandlet med kronisk amfetamin at dimetylert H3K9 (H3K9me2) var signifikant økt på c-fos- promotoren ( figur 3A ), en effekt som ikke ble observert på β-aktin -genpromotoren. Et av de viktigste enzymene som medierer H3K9-metylering er KMT1A/SUV39H1, noe som reiste spørsmålet om uttrykket av dette enzymet ble regulert av kronisk amfetamineksponering. Vi utførte qRT-PCR på striatum hos rotter behandlet med kronisk amfetamin og observerte en signifikant oppregulering av Kmt1a/Suv39h1 mRNA, mens det distinkte kromatinmodifiserende enzymet, Hdac5 , forble upåvirket ( figur 3B ). I motsetning til HDAC1 avdekket imidlertid ikke ko-immunopresipitasjonseksperimenter noen påvisbar interaksjon mellom ΔFosB og KMT1A/SUV39H1, og vi var heller ikke i stand til å identifisere signifikant anrikning av metyltransferasen på c-fos- promotoren av ChIP (ikke vist). Uansett tyder disse funnene på at oppregulering av KMT1A/SUV39H1 kan hypermetylere H3 ved c-fos og bidra til mekanismene som reduserer c-fos -genaktiviteten etter kronisk amfetamineksponering.

Figur 3

Histon-metylering etter kronisk amfetamineksponering

Diskusjon

Denne studien identifiserte c-fos som et nytt nedstrøms målgen for ΔFosB i striatum etter kronisk amfetaminadministrasjon. Vi gir direkte bevis på at endogent ΔFosB binder seg til c-fos- promotoren in vivo , hvor ΔFosB rekrutterer HDAC1 for å deacetylere omkringliggende histoner og redusere transkripsjonsaktiviteten til c-fos -genet. Både farmakologisk hemming av HDAC-er og den induserbare knockouten av HDAC1 var tilstrekkelige til å lindre c-fos -desensibilisering og øke c-fos- ekspresjon i striatum hos dyr behandlet med kronisk amfetamin. Vi fant også samtidige økninger i repressiv histonmetylering ved H3K9 på c-fos- promotoren, en tilpasning assosiert med amfetaminindusert oppregulering av histonmetyltransferasen, KMT1A/SUV39H1. Sammen gir disse funnene fundamentalt ny innsikt i mekanismene som ΔFosB undertrykker aktiviteten til visse gener gjennom, og illustrerer et nytt samspill mellom to viktige veier som kontrollerer atferdsresponser på psykostimulanter: ΔFosB-induksjon ( McClung et al., 2004 ) og kromatinombygging ( Tsankova et al., 2007 ). Våre funn viser hvordan disse to veiene konvergerer på c-fos- promotoren etter kronisk amfetamineksponering for å endre genets aktivitet.

Vi observerte først desensibilisering av c-fos mRNA-ekspresjon etter kronisk kokainbehandling for over 15 år siden ( Hope et al., 1992 ), men ingen mekanistisk innsikt har vært tilgjengelig i hvordan så dypt forskjellige transkripsjonelle responser kunne oppstå mellom akutt og kronisk medikamenteksponering. I vårt forsøk på å forstå nedstrøms virkninger av ΔFosB, undersøkte vi kontrollen av c-fos- ekspresjon på nytt på grunn av denne differensielle reguleringen mellom akutt og kronisk eksponering for psykostimulerende midler. Siden ΔFosB er forhøyet flere ganger etter kronisk medikamenteksponering, antydet denne differensielle induksjonen av c-fos mRNA, samt et AP-1-lignende sted i den proksimale c-fos- promotoren, en potensiell regulatorisk rolle for ΔFosB. Dette gjorde også c-fos- genet til en attraktiv kandidat for å studere de repressive effektene av ΔFosB på genekspresjon ( McClung og Nestler, 2003 ).

Kronisk amfetaminsvekket c-fos mRNA-induksjon eller dets baseline-nivåer i striatum i omtrent 5 dager med medikamentavvenning, et tidsforløp som er i samsvar med stabiliteten til ΔFosB ( Hope et al., 1994 ) og dets belegg på c-fos- promotoren. Selv om ΔFosB kan detekteres etter enda lengre perioder med avvenning, avtar det gradvis over tid ( Hope et al., 1994 ; Nye et al., 1995 ) og kan være utilstrekkelig til å opprettholde undertrykkelse av c-fos -genet mye utover 5-dagers tidspunktet. Likevel er tidsforløpet for c-fos -desensibilisering komplekst, med undertrykkelse av dens fold-induksjon ved en amfetaminutfordring maksimal ved 1 dag med avvenning, men undertrykkelse av basalnivåene maksimal ved 5 dager med avvenning. Våre ChIP-data viser at ΔFosB er bundet til c-fos- promotoren på begge tidspunkter, noe som tyder på at den differensielle aktiviteten til c-fos -genet observert mellom 1 og 5 dager med seponering kan skyldes ytterligere transkripsjonsregulatorer rekruttert til genet med et svært komplisert tidsforløp. Ytterligere studier er nødvendige for å forstå de detaljerte mekanismene som er involvert.

Den betegnende betydningen av ΔFosB-mediert c-fos desensibilisering kan være homeostatisk, som mus som mangler c-fos gen i dopamin D1 reseptorholdige nevroner viser redusert atferdsrespons til kokain (Zhang et al., 2006). Videre, HDAC-hemmere, som blokkerer ΔFosB-mediert desensibilisering av c-fos, øke dyrets følsomhet for atferdsmessige effekter av kokain (Kumar et al., 2005; Renthal et al., 2007). Disse funnene tyder på at mens ΔFosBs nettoeffekt er å fremme sensibiliserte atferdsresponser mot psykostimulerende midler (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003), starter det også et nytt transkripsjonsprogram gjennom c-fos desensibilisering for å begrense omfanget av disse samme oppføringene. ΔFosB ville i virkeligheten titrere atferdsresponser til psykostimulanter gjennom en kompleks serie av nedstrøms transkripsjonelle hendelser, som involverer induksjon eller undertrykkelse av mange målgener (McClung og Nestler, 2003), som i tillegg til genet som koder for c-Fos som vist her, inkluderer også AMPA glutamatreseptor-underenheten GluR2 (Kelz et al., 1999), serin-treoninkinasen Cdk5 (Bibb et al., 2001), og opioidpeptid-dynorfinen (Zachariou et al., 2006), blant andre (McClung og Nestler, 2003). Noen av disse genene aktiveres av ΔFosB (hvor ΔFosB rekrutterer transkripsjonskosisatorer) (Kumar et al., 2005), mens andre er undertrykt av ΔFosB (hvor ΔFosB, som vist her, rekrutterer transkripsjonelle co-repressorer). En stor innsats for fremtidig forskning er å identifisere faktorene som avgjør om ΔFosB aktiverer eller undertrykker et målgen når det binder seg til genpromotoren.

Samlet sett identifiserer funnene våre en ny epigenetisk mekanisme der ΔFosB medierer deler av sine transkripsjonelle effekter i striatum etter kronisk amfetamineksponering. Denne studien gir også viktig ny innsikt i de grunnleggende transkripsjonelle og epigenetiske mekanismene in vivo som er involvert i desensibilisering (dvs. toleranse) av et avgjørende gen for psykostimulantinduserte atferdsresponser.

Tilleggsmateriale

Supp1

Klikk her for å se.^{(67K, doc)}

Takk til

Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra NIDA

Referanser

Bibb JA, Chen J, Taylor JR, Svenningsson P, Nishi A, Snyder GL, Yan Z, Sagawa ZK, Ouimet CC, Nairn AC, Nestler EJ, Greengard P. Effekter av kronisk eksponering for kokain reguleres av nevronproteinet Cdk5. Natur. 2001, 410: 376-380. [PubMed]
Carle TL, Ohnishi YN, Ohnishi YH, Alibhai IN, Wilkinson MB, Kumar A, Nestler EJ. Proteasomavhengige og uavhengige mekanismer for FosB destabilisering: identifisering av FosB degron domener og implikasjoner for DeltaFosB stabilitet. Eur J Neurosci. 2007, 25: 3009-3019. [PubMed]
Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Striatal celletype-spesifikk overekspresjon av DeltaFosB øker incitamentet til kokain. J Neurosci. 2003, 23: 2488-2493. [PubMed]
Grozinger CM, Schreiber SL. Deacetylase enzymer: biologiske funksjoner og bruk av små molekyler hemmere. Chem Biol. 2002, 9: 3-16. [PubMed]
Håper B, Kosofsky B, Hyman SE, Nestler EJ. Regulering av umiddelbar tidlig genuttrykk og AP-1 binding i rottekjernen accumbens av kronisk kokain. Proc Natl Acad Sci USA A. 1992; 89: 5764-5768. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
Håper BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Induksjon av et langvarig AP-1-kompleks bestående av endrede Fos-lignende proteiner i hjernen ved kronisk kokain og andre kroniske behandlinger. Neuron. 1994, 13: 1235-1244. [PubMed]
Hyman SE, Malenka RC, Nestler EJ. Neural mekanismer av avhengighet: rollen som belønningsrelatert læring og minne. Annu Rev Neurosci. 2006, 29: 565-598. [PubMed]
Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch T, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ. Ekspresjon av transkripsjonsfaktoren deltaFosB i hjernen styrer følsomheten for kokain. Natur. 1999, 401: 272-276. [PubMed]
Kouzarides T. Chromatin modifikasjoner og deres funksjon. Celle. 2007, 128: 693-705. [PubMed]
Kumar A, Choi KH, Renthal W, Tsankova NM, Theobald DE, Truong HT, Russo SJ, Laplant Q, Sasaki TS, Whistler KN, Neve RL, Self DW, Nestler EJ. Chromatin remodeling er en nøkkelmekanisme som ligger til grunn for kokaininducert plastisitet i striatum. Neuron. 2005, 48: 303-314. [PubMed]
McClung CA, Nestler EJ. Regulering av genuttrykk og kokainbelønning av CREB og DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003, 6: 1208-1215. [PubMed]
McClung CA, Ulery PG, Perrotti LI, Zachariou V, Berton O, Nestler EJ. DeltaFosB: en molekylær bryter for langsiktig tilpasning i hjernen. Brain Res Mol Brain Res. 2004, 132: 146-154. [PubMed]
Montgomery RL, Davis CA, Potthoff MJ, Haberland M, Fielitz J, Qi X, Hill JA, Richardson JA, Olson EN. Histon-deacetylaser 1 og 2 regulerer redundant hjertemorfogenese, vekst og kontraktilitet. Gener Dev. 2007, 21: 1790-1802. [PMC gratis artikkel] [PubMed]
Morgan JI, Curran T. Stimulus-transkripsjonskobling i nevroner: rolle av cellulære umiddelbare tidlig-gener. Trender Neurosci. 1989, 12: 459-462. [PubMed]
Nye HE, Håper BT, Kelz MB, Iadarola M, Nestler EJ. Farmakologiske studier av regulering av kronisk FOS-relatert antigeninduksjon av kokain i striatum og nucleus accumbens. J Pharmacol Exp Ther. 1995, 275: 1671-1680. [PubMed]
Persico AM, Schindler CW, O'Hara BF, Brannock MT, Uhl GR. Hjernetranskripsjonsfaktoruttrykk: effekter av akutt og kronisk amfetamin og injeksjonsstress. Brain Res Mol Brain Res. 1993; 20: 91–100. [PubMed]
Renthal W, Maze I, Krishnan V, Covington HE, 3rd, Xiao G, Kumar A, Russo SJ, Graham A, Tsankova N, Kippin TE, Kerstetter KA, Neve RL, Haggarty SJ, McKinsey TA, Bassel-Duby R, Olson EN, Nestler EJ. Histon-deacetylase 5 kontrollerer epigenetisk atferdsmessige tilpasninger til kroniske følelsesmessige stimuli. Neuron. 2007, 56: 517-529. [PubMed]
Steiner H, Gerfen CR. Kokain-indusert c-fos messenger-RNA er omvendt relatert til dynorfinuttrykk i striatum. J Neurosci. 1993, 13: 5066-5081. [PubMed]
Tsankova N, Renthal W, Kumar A, Nestler EJ. Epigenetisk regulering i psykiatriske lidelser. Nat Rev Neurosci. 2007, 8: 355-367. [PubMed]
Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar A, Nestler EJ. En viktig rolle for DeltaFosB i kjernen accumbens i morfin handling. Nat Neurosci. 2006, 9: 205-211. [PubMed]
Zhang J, Zhang L, Jiao H, Zhang Q, Zhang D, Lou D, Katz JL, Xu M. c-Fos letter oppkjøpet og utryddelsen av kokaininducerte vedvarende endringer. J Neurosci. 2006, 26: 13287-13296. [PubMed]