Войти
Кокаиновая зависимость - это компульсивное употребление кокаина, несмотря на неблагоприятные последствия. Он возникает в результате эпигенетической модификации (например, с помощью HDAC, сиртуина и G9a ) и регуляции транскрипции (в первую очередь с помощью ΔFosB 's AP-1 комплекс ) генов в прилежащем ядре.
Ингибиторы гистондеацетилазы (Ингибиторы HDAC) были замешаны в качестве потенциального средства лечения кокаиновых наркоманов. HDAC представляют собой ферменты, которые могут деацетилировать гистоны, связанные с генами. Это может активировать гены транскрипции. Несколько экспериментов показали, что ингибирование HDAC, участвующих в деацетилировании гистонов, снижает поведение поиска наркотиков.
Было известно, что эпигенетические регуляции, такие как метилирование H3K9, имеют ключевая роль в механизме зависимости. Недавние исследования показали, что введение ингибиторов HDAC может помочь уменьшить тягу к кокаину у крыс. Трихостатин A (TsA) - это ингибитор HDAC, связанный с уменьшением кокаинового поведения; он ингибирует HDAC классов 1, 3, 4, 6 и 10. Поскольку этот ингибитор HDAC оказывает такое значительное влияние на поведение, связанное с поиском кокаина, ученые высказывали предположения об их способности снижать риск рецидива у кокаинового наркомана в модельной системе крыс во время реабилитация
После нескольких тестов, в которых крысы подвергались воздействию кокаина с последующим введением либо ингибитора HDAC, либо плацебо, было обнаружено, что ингибиторы HDAC оказали значительное влияние на снижение кокаинового поведения. Это также указывает на эпигенетический механизм, участвующий в регуляции хроматина HDAC. Эти данные имеют решающее значение для доказательства гипотезы о том, что трихостатин А может ремоделировать структуру хроматина и предотвращать изменения поведения после воздействия кокаина. Тесты также показали, что введение ингибитора HDAC может не только предотвратить зависимость, но также помогает снизить риск рецидива у кокаиновой зависимости в модельной системе на крысах.
Как и предыдущие выводы предполагают, что хроническое употребление кокаина вызвало как изменения в активности ремоделирования хроматина HDAC, так и поведение, связанное с поиском наркотиков. Renthal et al. особое внимание уделялось гистондеацетилазе класса II, HDAC5, поскольку было известно, что она обладает зависимой от активности регуляцией в нейронах. Фактически, они обнаружили, что HDAC5 был центральным регулятором действий при хроническом употреблении кокаина и внес свой вклад в поведенческую адаптацию своей деацетилазной активностью. Хронические инъекции кокаина увеличивали фосфорилирование HDAC5 по Ser259 в прилежащем ядре (NAc) в течение 30 минут. Это обеспечивает сайты стыковки для белков 14-3-3, которые опосредуют экспорт HDAC5 из ядра. Они также обнаружили, что CaMKII необходим для индуцированного деполяризацией фосфорилирования HDAC5 в ткани NAc, что подчеркивает его роль в качестве киназы для HDAC5. Эксперименты с мутантными белками и ингибиторами HDAC показали, что действие HDAC5 опосредуется его каталитическим доменом гистондеацетилазы. Быстрое фосфорилирование и экспорт HDAC5 из ядра после употребления кокаина, скорее всего, приводит к усилению «импульсов» ацетилирования, целевой активации генов и поведенческой адаптации к длительному воздействию кокаина.
Вторая серия экспериментов, проведенных Renthal et al. выполненные исследования показали, что хроническое употребление кокаина индуцировало повышающую регуляцию белка рецептора NK1 у мышей с нокаутом HDAC5, что связано с гиперацетилированием H3 на промоторе гена NK1R. Промотор гена NK1R был связан с усиленной реакцией на вознаграждение за кокаин, а это означает, что HDAC5 в нормальных геномах может уменьшить вознаграждение за кокаин при хроническом воздействии кокаина. Они также обнаружили ключевые пути, которые участвуют в нейральной пластичности и поведении вознаграждения, которые включают передачу сигналов DA рецептора, ATF2 / CREB передачи сигналов, NF-κB., NFAT, белки и ионные каналы. Их данные предполагают ремоделирование хроматина как механизм, который управляет активацией измененных генов и поведенческими реакциями на кокаин. Используя это, они смогли сделать вывод, что в нормальных геномах (дикого типа) реакция на хронический кокаин включает фосфорилирование HDAC5 и экспорт деацетилазы из ядра для активации последующих генов-мишеней. Между воздействием и 24 часами после этого HDAC5 возвращается в ядро клетки, чтобы ограничить экспрессию этих регулируемых кокаином генов с помощью деацетилирования гистона. Их эксперименты с мышами, нокаутированными по HDAC5, подтвердили эту гипотезу. Поскольку HDAC5 не ограничивает экспрессию гена, он начинает накапливаться при многократном воздействии кокаина, в результате чего повышается чувствительность к кокаиновому вознаграждению.
Модификации гистонов, такие как метилирование и ацетилирование, могут изменять паттерны экспрессии генов путем активации или деактивации области ДНК для транскрипции. Несколько исследований показали, что хроническое употребление кокаина меняет эту позицию.
Аддиктивное поведение, наблюдаемое у людей, длительно употребляющих кокаин, может быть связано с изменениями профилей экспрессии генов в цепях вознаграждения мозга. Большинство исследований было сосредоточено на активных областях генов, связанных с вознаграждением, но Maze et al. фокусируется на том, что происходит с. Maze et al. показали, что гетерохроматические области в прилежащем ядре (NAc), основной цепи вознаграждения в головном мозге, значительно изменяются в положении H3K9me3. Острое воздействие кокаина приводит к быстрому увеличению H3K9me3 в течение получаса и снижается до нормального уровня в течение 24 часов. Хроническое воздействие кокаина приводит к более медленному увеличению H3K9me3 в течение часа (хотя к этому времени он достигает того же уровня, что и острый) и к снижению на 50% от нормального исходного уровня в течение 24 часов. Было предложено, чтобы это хроническое воздействие уменьшило гетерохроматизацию (дестабилизацию) в этой области мозга у пациентов, подвергшихся многократному воздействию кокаина, что означает, что эта эпигенетическая метка влияет на долгосрочное аддиктивное поведение. Они использовали ChIP-seq, чтобы предоставить подтверждающее свидетельство того, что модификация H3K9me3 в основном локализована в межгенных областях. В этих областях генома 17 областей повторяющихся элементов (SINE, LINE, LTR и т. Д.) Имели значительное состояние H3K9me3. изменения в моделях мышей с хроническим воздействием кокаина. Они использовали количественную ПЦР для определения того, что из этих важных элементов область LINE-1 показала значительное увеличение уровней экспрессии. представляет собой ретротранспозон, поэтому его несоответствующая экспрессия может активировать транспозон, чтобы встраиваться в важные гены и дестабилизировать ДНК. Они завершают свои выводы, предполагая, что вставки ретротранспозона LINE-1 вызывают несоответствующую или нарушенную экспрессию генов, приводящую к аддиктивному поведению.
Как Maze et al., исследования Covington et al. сосредоточены на модификации гистонов в прилежащем ядре. Они предполагают, что модификация H3K9me2 в этой области мозга играет роль в пути стресса и депрессии. Их идея заключалась в том, что кокаин изменяет эту эпигенетическую метку и что она увеличивает уязвимость наркомана к стрессу и депрессии, что приводит к вызывающим привыкание эффектам этих реагентов. Было обнаружено, что метилтрансфераза, G9a имеет пониженную экспрессию в прилежащем ядре у кокаиновых наркоманов, что приводит к снижению уровней H3K9me2. Гены, которые не подавляются посредством ацетилирования гетерохроматина, аномально экспрессируют гены, участвующие в сигнальном пути BDNF - TrkB - CREB. Это вызывает усиленное фосфорилирование CREB ниже по ходу пути. CREB вызывает усиленное ацетилирование и нарушение регуляции сигнальных путей стресса и депрессии.
Кокаин вызывает эпигенетические изменения, которые приводят к изменениям поведения. Большинство изменений связано с разрушением гетерохроматина, вызванным снижением уровней метилирования гистонов, а именно H3K9. Это снижение опосредуется репрессией G9a, гистон-лизин-N-метилтрансферазы, которая регулируется ΔFosB. ΔFosB - это индуцированный кокаином фактор транскрипции, который накапливается в прилежащем ядре (NAc) и действует, подавляя G9a. Когда ΔFosB сверхэкспрессируется, уровни G9a снижаются, а уровни диметилирования H3K9 снижаются в NAc. Maze et al. был заинтересован в определении того, как пониженный уровень влияет на поведение потребителей кокаина. Было проведено несколько исследований на крысах, и был сделан вывод, что сверхэкспрессия G9a и, следовательно, наличие диметилирования H3K9 вызывают снижение предпочтения кокаина у крыс. Затем исследователи изучили ядерный объем крыс, подвергшихся воздействию кокаина, и обнаружили, что подавление G9a увеличивает количество дендритных шипов в прилежащем ядре, что приводит к усилению поведения, связанного с поиском кокаина.
Только в прилежащем ядре уровни G9a имеют значение для кокаиновой зависимости. Были проведены исследования, в которых уровни G9a и H3K9me2 были изменены в других областях мозга, но эти другие места не влияли на поведение крыс в поисках кокаина.
Было также показано, что сиртуин деацетилаз играет роль в опосредовании кокаиновой зависимости. Чтобы определить их роль, сначала необходимо было проанализировать два ранее упомянутых фактора транскрипции, ΔFosB и CREB. Ранее было заявлено, что ΔFosB увеличивает стремление потребителей к кокаину. Это связано с тем, что ΔFosB имеет уникальную стабильную структуру, которая позволяет ему сохраняться и накапливаться в организме. В отличие от ΔFosB, CREB отвечает за снижение чувствительности к кокаину, который вызывает негативные симптомы в период отмены. Каждый из этих факторов транскрипции усиливает кокаиновое поведение наркоманов. Как только эта связь между факторами транскрипции была установлена, исследователям стало любопытно, вызывают ли аддиктивное поведение и другие гены, и исследовали те, которые были значимыми маркерами кокаиновой зависимости, одним из которых было семейство генов сиртуина. Сиртуины представляют собой НАД-зависимые гистоновые деацетилазы класса III. Сиртуины не только деацетилируют гистоны, но также ответственны за деацетилирование тубулина, p53 и NFKB. Несколько исследований изучали роль сиртуинов в поведении, связанном с поиском кокаина. В одной серии экспериментов было обнаружено, что значительное увеличение ΔFosB в прилежащем ядре привело к связыванию ΔFosB с промотором SIRT2. Это повышенное связывание вызвало ацетилирование H3, которое связано с увеличением мРНК Sir2. Было также обнаружено, что ацетилирование H3, индуцированное кокаином, увеличивает Sirt1 в прилежащем ядре. Таким образом, повторное употребление кокаина вызывает увеличение как Sirt1, так и Sirt2. Затем ученых интересовало определение того, как увеличение Sirt1 и Sirt2 влияет на объем ядра, потому что ранее было показано, что повторное употребление кокаина оказывает такое влияние. Ученые, изучающие Sirt1 и Sirt2, также обнаружили, что эти факторы транскрипции приводят к увеличению объема ядра. Таким образом, был сделан вывод, что ΔFosB, CREB, Sirt1 и Sirt2 все играют важную роль в поведении, связанном с поиском кокаина.
Кумар и др. основное внимание уделялось тому, как острое и хроническое воздействие кокаина влияет на полосатое тело, которое является еще одной областью мозга, участвующей в поощрении и локомоторных путях. Чтобы изучить молекулярное действие кокаина в этой области, исследователи изучили гистоновые модификации трех различных промоторов: cFos, BDNF и Cdk5. Они увидели, что cFos, который обычно экспрессируется сразу после потенциалов действия нейронов, имел высокие уровни H4 ацетилирования в течение 30 минут после инъекции кокаина, но при хроническом употреблении кокаина модификаций гистонов не наблюдалось. Эти результаты свидетельствуют о том, что этот промотор активируется при остром употреблении кокаина и, возможно, означает, что нейроны, которые он регулирует быстро, во время острого воздействия кокаина, не влияют на длительное употребление. BDNF участвует в качестве критического регулятора лекарственной зависимости, а Cdk5 участвует в регуляции генов клеточной пролиферации. Оба этих промотора были вызваны хроническим употреблением кокаина (гиперацетилирование H3). Изменение естественного состояния ацетилирования этих промоторов у лиц, употребляющих кокаин в острой и хронической форме, изменило локомоторную реакцию и реакцию на кокаин. Это говорит о том, что поведенческая активность, наблюдаемая у потребителей кокаина, может быть отчасти связана с модификациями гистонов на этих промоторных сайтах.
McClung et al. обсудить профили экспрессии генов ранее упомянутых CREB и ΔFosB, поскольку они участвуют в употреблении кокаина. Было показано, что эти факторы транскрипции играют роль в краткосрочных и долгосрочных адаптивных изменениях в головном мозге. CREB участвует в обучении, памяти и депрессии и обогащается у потребителей кокаина в прилежащем ядре. CREB, по-видимому, активирует многие гены на своем пути в областях вознаграждения мозга и, по-видимому, снижает полезные эффекты кокаина и вместо этого приводит к депрессивному поведению. Изменения экспрессии генов, вызванные CREB, вызываются краткосрочным лечением кокаином и в конечном итоге возвращаются к норме. Они также сосредоточились на ΔFosB, который относится к семейству белков FosB. Хотя большинство этих белков участвуют в краткосрочных изменениях экспрессии генов злоупотребления, McClung et al. продемонстрировали, что изменения экспрессии гена ΔFosB в NAc были вызваны краткосрочным и долгосрочным воздействием кокаина. Кратковременное воздействие кокаина привело к тем же профилям экспрессии активированных генов, что и CREB, что привело к уменьшению наблюдаемых эффектов вознаграждения. Однако длительное воздействие приводит к другому профилю экспрессии, что приводит к усилению положительных эффектов. Они предположили, что ΔFosB действует как репрессор и каким-то образом взаимодействует с путем CREB и косвенно приводит к тем же краткосрочным эффектам, которые наблюдаются, но со временем действует, повышая регуляцию генов в своем собственном пути, что приводит к увеличению вознаграждения. последствия. Неизвестно, как эти два пути взаимодействуют, но они показали, что есть некоторое перекрытие.
В белковые пути CREB-Fos также вовлечен рецептор дофамина D1 (DRD1), экспрессируемый в нейронах в Области прилежащего ядра и хвостатой скорлупы. Zhang et al. сосредоточены на этом рецепторе, так как он, как известно, опосредует действие кокаина. При стимуляции он увеличивает уровни цАМФ, что в свою очередь приводит к активации CREB. Они наблюдали, как предыдущие инъекции кокаина приводили к прямому увеличению чувствительности рецептора D1. Через линии мышей, мутантных по рецептору D1, он также участвовал в опосредовании как локомоторных ощущений, так и положительных эффектов кокаина. Острые инъекции кокаина вызывали экспрессию c-fos и CREB через рецепторы D1 и повторное введение кокаина, что ассоциировалось с длительными транскрипционными комплексами AP-1, содержащими ΔFosB. Устойчивая экспрессия ΔFosB в рецепторах D1 в прилежащем ядре приводила к значительному усилению стимулирующих и положительных эффектов кокаина на двигательную активность. И наоборот, было показано, что повышение CREB снижает положительный эффект кокаина. Zhang et al. также использовали микроматрицы для идентификации специфических генов, индуцированных хроническим употреблением кокаина, которые зависят от функционального рецептора D1 через 24 часа после отмены кокаина. Было идентифицировано 109 генов, которые были либо повышены, либо понижены в 1,2 раза или более у мышей, мутантных по рецептору D1 хвостатой скорлупы, после повторных инъекций. Экспрессия этих генов была полностью нормальной у мышей с функциональными рецепторами D1, предполагая, что хроническое употребление кокаина имело прямое влияние на опосредование этих генов через функциональный рецептор DRD1. Они обнаружили гены, принадлежащие к ряду функциональных групп, и выбрали шесть генов-кандидатов из трех. этих функциональных групп, чтобы проверить их дифференциальную экспрессию в хвостатой скорлупе. Для каждого гена исследователи подтвердили зависимость их экспрессии от рецептора D1 после лечения кокаином с использованием трихостатина A или других антагонистов рецептора. В частности, они сосредоточились на генах, кодирующих внеклеточные факторы, рецепторы, модуляторы и внутриклеточные сигнальные молекулы. Они могут регулироваться хроническим лечением кокаином через рецепторы D1, и все гены содержат сайты связывания транскрипционного комплекса AP-1 в своих промоторных областях. Для внеклеточных сигнальных молекул они изучали экспрессию генов IGFBP6 и SDF1. Оба они были индуцированы в хвостатой скорлупе у мышей дикого типа, но ослаблены в мутантах рецептора D1. Это предполагает, что IGFBP6 и SDF1 могут быть индуцированы повторным введением кокаина, а также что это взаимодействие частично зависит от функционального рецептора D1.
Zhang et al. ранее видели, что хроническое введение кокаина приводит к увеличению ветвления дендритов и плотности шипов на нейронах среднего шипа и префронтальной коры пирамидных нейронах, что может способствовать индуцированному кокаином нейроадаптации. При исследовании генов, которые были рецепторами и модуляторами, они обнаружили, что экспрессия рецептора сигма 1 и RGS4 не усиливалась после повторного введения кокаина мутантам рецептора DA D1, что свидетельствует о функциональной рецептор допамина D1 необходим для их индукции. Этот рецептор был замечен модулировать полезные эффекты кокаина и антагонисты рецепторов блокировали острую локомоторно стимулирующий эффект и пониженную поведенческую сенсибилизацию. Было показано, что изменения в рецепторе сигма-1 модулируют высвобождение дофамина, поэтому сдвиги в его экспрессии могут изменить поведенческие реакции на кокаин с пре- и постсинаптическими влияниями. Они знали, что белки RGS4 могут модулировать функцию рецептора, связанного с G-белком, и, поскольку уровни RGS4 могут увеличиваться или уменьшаться в ответ на стимуляцию рецептора D1 / D2, он может участвовать в изменениях путь передачи сигнала после активации рецептора D1 от повторной стимуляции кокаином.
В отношении генов, кодирующих внутриклеточные сигнальные молекулы, Zhang et al. сосредоточено на гене Wrch1. После экспериментов исследователи обнаружили, что Wrch1 активируется повторными инъекциями кокаина в хвостатую скорлупу у мутантов рецептора D1. У мышей дикого типа изменений не было, что заставило их поверить, что Wrch1 может ингибировать изменения поведения, вызванные кокаином и опосредованные рецептором D1. Считалось, что ключевой член сигнального пути Wnt, β-катенин, индуцируется хроническим введением кокаина (что имело место в прилежащем ядре), но острый кокаин снижает экспрессию в хвостатая скорлупа, тогда как хронические инъекции кокаина снижали экспрессию даже в NAc в мутантах рецептора D1. Этот путь влияет на Wrch1, поэтому он также может влиять на нейроадаптации, вызванные кокаином. Наконец, они обнаружили, что CaMKII-α не активируется, как ожидалось, а CD2 снижается в мутантах рецептора D1 после хронического лечения. Эти результаты предполагают, что изменения экспрессии генов определенно индуцируются хроническим воздействием кокаина через рецептор D1 и, в основном, в сайтах связывания AP-1.
В отличие от большинства исследований, посвященных прилежащему ядру, Febo et al. предположили, что схема вознаграждения в мозгу - не единственная система, участвующая в аддиктивном поведении. Предыдущие знания предполагали, что стимуляторы вызывают изменения в экспрессии генов в основных частях мезолимбической цепи (включая вентральную тегментальную область, вентральное полосатое тело / прилежащее ядро и префронтальная кора ) и играют большую роль в развитии и поддержании состояния зависимости и ремоделировании хроматина. Они применили эти знания, чтобы исследовать, вовлечены ли эти изменения экспрессии генов в связанные с кокаином поведенческие и молекулярные адаптации. Они обнаружили неожиданные паттерны активации мозга у бодрствующих крыс, которые подвергались воздействию бутирата натрия, ингибитора HDAC (или HDACi). Острая доза привела к широко распространенной BOLD (зависимой от уровня кислорода в крови ) активации в переднем мозге и среднем мозге, но индуцированная кокаином активация была значительно ослаблена после повторения. контакт. Совместное лечение бутиратом натрия и кокаином восстановило ярко выраженную BOLD активацию после последовательных курсов лечения кокаином. Это свидетельствует о том, что первоначальная реакция мозга на повторное воздействие кокаина запускает механизм десенсибилизации, который может быть отменен предварительной обработкой бутиратом натрия. Нейронная схема для эпигенетических модификаций, способствующих чувствительности к кокаину, не ограничивалась мезокортиколимбической дофаминовой системой («система вознаграждения»), как они ожидали. Вместо этого они увидели, что кортиколимбическая схема (вовлеченная в эмоцию и память ) играет большую роль в связанных с HDACi изменениях поведения вознаграждения. Доказательства того, что HDACi-опосредованное усиление сенсибилизирующего действия стимуляторов зависит от контекста и предполагает ассоциативное обучение.
По состоянию на май 2014 г. не существует эффективной одобренной фармакотерапии для лечения кокаиновой зависимости. Ингибиторы HDAC считаются потенциальным средством лечения кокаиновая зависимость.
Когнитивно-поведенческая терапия в настоящее время является наиболее эффективным клиническим методом лечения психостимулирующей зависимости в целом.
