Verslagen

Eindverslag

Samenvatting
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Achtergrond: mensen die verslaafd zijn aan cocaïne vertonen een verhoogde negatieve emotionele respons in stressvolle situaties. Deze emotionele staat draagt bij aan de inname van cocaïne en compulsief gedrag. Het werk van Dr. George Koob heeft aangetoond dat corticotrophin releasing factor (CRF) in de extended amygdala hierbij een centrale rol speelt. Dit CRF systeem werkt sterk samen met het serotonerge systeem in de regulatie van de emotionele reactie op stress. Omdat een veelvoorkomend serotonine transporter (5-HTT) polymorfisme bij mensen gepaard gaat met een verhoogd risico op cocaïne verslaving en een negatieve emotionele staat, en omdat de serotonine transporter knockout ratten van Dr. Judith Homberg (welke model staan voor dit polymorfisme) een verhoogde cocaïne zelftoediening en angst-gerelateerd gedrag vertonen, hebben wij de geïntegreerde hypothese gesteld dat overerfbare vermindering in de expressie van de serotonine transporter leidt tot cocaïne-geinduceerde neuroadaptaties in het CRF stress systeem van de amygdala, en daarmee de negatieve emotionele staat van het individu verhoogd. Methode en resultaten: onze aanpak is tweevoudig: in het lab van Dr. Homberg (Nijmegen, Nederland) hebben we serotonine transporter knockout ratten getest die gedurende 1 en 6 uur per dag toegang hadden tot cocaïne. Deze knockout ratten lieten een tweemaal verhoogde cocaïne zelftoediening zien onder beide condities en vertoonden bovendien meer angst op de elevated plus maze 24 uur na onthouding van cocaïne. Ook naïeve knockout ratten vertoonden meer angst op de elevated plus maze. In het lab van George Koob (San Diego, VS) hebben we de expressie van de serotonine transporter verlaagd m.b.v. short hairpin RNA virale vectoren die werden geïnjecteerd in de dorsale raphe van volwassen wild-type ratten. Het gebruik van deze twee verschillende technieken maakt het mogelijk om eventuele afwijkingen in de ontwikkeling van de hersenen van ratten die geboren zijn zonder serotonine transporter te bestuderen. De serotonine transporter knockdown ratten vertoonden meer cocaïne zelftoediening als ze 6 uur per dag (maar niet als ze 1 uur per dag) toegang hadden tot cocaïne. Bovendien hebben we gevonden dat deze knockdown ratten meer angst vertonen op de elevated plus maze, zowel 24 uur na onthouding als onder naïeve condities. Conclusie: onze data tonen aan dat zowel constitutieve serotonine transporter knockout als acute serotonine transporter knockdown resulteren in angst-gerelateerd gedrag en voorhoogde cocaine zelf-toediening. Onze bevindingen suggereren dat een verhoogde gevoeligheid voor verslaving het gevolg is van verhoogde serotonine concentraties in de hersenen, in plaats van de moeilijk behandelbare serotonine-gemedieerde veranderingen in de ontwikkeling van de hersenen. De rol van het CRF systeem in de amygdala van bovengenoemde ratten wordt thans onderzocht.

Resultaten
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Gedurende zijn verblijf in de Verenigde Staten heeft Michel Verheij zich het ‘short’ (1 uur cocaïne zelftoediening per dag) en ‘long’ (6 uur cocaïne zelftoediening per dag) access model van George Koob eigen gemaakt. Tijdens het leren van dit paradigma heeft hij een pilot experiment uitgevoerd met de TrKB (BDNF) receptor antagonist Cyclotraxine, waarvan bekend is dat het anxiolytische eigenschappen bezit. Deze stof bleek cocaïne zelftoediening onder zowel ‘short’ als ‘long access’ condities te verlagen, alsmede tijdens een progressive ratio schema dat indicatief is voor de motivatie van dieren. Cyclotraxine had daarentegen geen effect op sucrose zelftoediening, wat de selectiviteit van het stofje aangeeft. In samenwerking met Candice Contet, een postdoc in het lab van George Koob, heeft Michel Verheij drie virale short hairpin RNA vectoren gegenereerd. Na uitvoerige validatie van deze techniek heeft hij ratten met twee verschillende vectoren in de dorsale raphe behandeld. Een deel van deze dieren is naïef getest op de elevated plus maze, en de serotonine transporter knockdown ratten vertoonden meer angst dan hun controles. Een ander deel van de ratten werd onderworpen aan de cocaïne zelftoediening. Alleen onder ‘long access’ condities bleken de serotonine transporter knockdown ratten zichzelf meer cocaïne toe te dienen. Bovendien vertoonden deze ratten 24 uur na onthouding van cocaïne meer angst op de elevated plus maze. In Nijmegen hebben we serotonine transporter knockout ratten getest onder ‘short en long access’ condities, en de cocaïne zelftoediening bleek tweemaal verhoogd onder beide condities. Bovendien vertoonden serotonine transporter knockout ratten 24 uur na onthouding van cocaïne meer angst op de elevated plus maze. Dit hebben we eveneens waargenomen in naïeve serotonine transporter knockout ratten. Op dit moment worden CRF immunokleuringen in de amygdala van naieve en cocaine blootgstelde serotonine transporter knockout en knockdown ratten geanalyseerd

Voortgangsverslag

Samenvatting
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Achtergrond: mensen die verslaafd zijn aan cocaïne vertonen een verhoogde negatieve emotionele respons in stressvolle situaties. Deze emotionele staat draagt bij aan de inname van cocaïne en compulsief gedrag. Het werk van Dr. George Koob heeft aangetoond dat corticotrophin releasing factor (CRF) in de extended amygdala hierbij een centrale rol speelt. Dit CRF systeem werkt sterk samen met het serotonerge systeem in de regulatie van de emotionele reactie op stress. Omdat een veelvoorkomend serotonine transporter (5-HTT) polymorfisme bij mensen gepaard gaat met een verhoogd risico op cocaïne verslaving en een negatieve emotionele staat, en omdat de serotonine transporter knockout ratten van Dr. Judith Homberg (welke model staan voor dit polymorfisme) een verhoogde cocaïne zelftoediening en angst-gerelateerd gedrag vertonen, hebben wij de geïntegreerde hypothese gesteld dat overerfbare vermindering in de expressie van de serotonine transporter leidt tot cocaïne-geinduceerde neuroadaptaties in het CRF stress systeem van de amygdala, en daarmee de negatieve emotionele staat van het individu verhoogd.

 

Methode en resultaten: onze aanpak is tweevoudig: in het lab van Dr. Homberg (Nijmegen, Nederland) hebben we serotonine transporter knockout ratten getest die gedurende 1 uur per dag toegang hadden tot cocaïne. Deze knockout ratten lieten een tweemaal verhoogde cocaïne zelftoediening zien en vertoonden bovendien meer angst op de elevated plus maze 24 uur na onthouding van cocaïne. Ook naïeve knockout ratten vertoonden meer angst op de elevated plus maze. In het lab van George Koob (San Diego, VS) hebben we de expressie van de serotonine transporter verlaagd m.b.v. short hairpin RNA virale vectoren die werden geïnjecteerd in de dorsale raphe van volwassen wild-type ratten. Het gebruik van deze twee verschillende technieken maakt het mogelijk om eventuele afwijkingen in de ontwikkeling van de hersenen van ratten die geboren zijn zonder serotonine transporter te bestuderen. De serotonine transporter knockdown ratten vertoonden meer cocaïne zelftoediening als ze 6 uur per dag (maar niet als ze 1 uur per dag) toegang hadden tot cocaïne. Bovendien hebben we gevonden dat deze knockdown ratten meer angst vertonen op de elevated plus maze, zowel 24 uur na onthouding als onder naïeve condities.

 

Conclusie: onze data tonen aan dat zowel constitutieve serotonine transporter knockout als acute serotonine transporter knockdown resulteren in angst-gerelateerd gedrag. Onze bevindingen suggereren dat een verhoogde gevoeligheid voor verslaving het gevolg is van verhoogde serotonine concentraties in de hersenen, in plaats van de moeilijk behandelbare serotonine-gemedieerde veranderingen in de ontwikkeling van de hersenen. De rol van het CRF systeem in de amygdala van bovengenoemde ratten wordt thans onderzocht.

 

Resultaten
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Gedurende zijn verblijf in de Verenigde Staten heeft Michel Verheij zich het ‘short’ (1 uur cocaïne zelftoediening per dag) en ‘long’ (6 uur cocaïne zelftoediening per dag) access model van George Koob eigen gemaakt. Tijdens het leren van dit paradigma heeft hij een pilot experiment uitgevoerd met de TrKB (BDNF) receptor antagonist Cyclotraxine, waarvan bekend is dat het anxiolytische eigenschappen bezit. Deze stof bleek cocaïne zelftoediening onder zowel ‘short’ als ‘long access’ condities te verlagen, alsmede tijdens een progressive ratio schema dat indicatief is voor de motivatie van dieren. Cyclotraxine had daarentegen geen effect op sucrose zelftoediening, wat de selectiviteit van het stofje aangeeft.

 

In samenwerking met Candice Contet, een postdoc in het lab van George Koob, heeft Michel Verheij drie virale short hairpin RNA vectoren gegenereerd. Na uitvoerige validatie van deze techniek heeft hij ratten met twee verschillende vectoren in de dorsale raphe behandeld. Een deel van deze dieren is naïef getest op de elevated plus maze, en de serotonine transporter knockdown ratten vertoonden meer angst dan hun controles. Een ander deel van de ratten werd onderworpen aan de cocaïne zelftoediening. Alleen onder ‘long access’ condities bleken de serotonine transporter knockdown ratten zichzelf meer cocaïne toe te dienen. Bovendien vertoonden deze ratten 24 uur na onthouding van cocaïne meer angst op de elevated plus maze.

 

In Nijmegen hebben we serotonine transporter knockout ratten getest onder ‘short access’ condities, en de cocaïne zelftoediening bleek tweemaal verhoogd. Bovendien vertoonden serotonine transporter knockout ratten 24 uur na onthouding van cocaïne meer angst op de elevated plus maze. Dit hebben we eveneens waargenomen in naïeve serotonine transporter knockout ratten.

 

Op dit moment wordt een groep serotonine knockout ratten getest voor cocaïne zelftoediening onder ‘long access’ condities. Binnenkort wordt zowel de amygdala van deze ratten, als de amygdala van de serotonine transporter knockdown ratten onderzocht op (cocaïne-gemedieerde) veranderingen in de hoeveelheid CRF.

 

Samenvatting van de aanvraag

Samenvatting
Dit item is dichtgeklapt
Dit item is opengeklapt

Individuals with cocaine addiction show increased negative emotionality, which is hypothesized to drive continuation of drug use and compulsivity in drug addiction. Importantly, the highly prevalent serotonin transporter (5-HTT) reducing short (s) allelic variant of the 5-HTT-linked polymorphic region (5-HTTLPR) in humans is associated with negative emotionality, and therefore is expected to impact the vulnerability to cocaine dependence. In support, Dr. Homberg showed that serotonin transporter knockout (SERT-/-) rats, which have high extracellular serotonin levels due to the lack of 5-HTTs in presynaptic terminals, are highly motivated to self-administer cocaine and display increased anxiety- and depression-related phenotypes. Dr. Koob has established that neuroadaptations in the extended amygdala corticotropin-releasing factor (CRF) stress system contribute to a negative emotional state upon drug termination and drive continuation of cocaine self-administration. Because serotonin strongly interacts with the CRF stress system in mediating emotional behavioral responses, we propose the integrative hypothesis that inherited 5-HTT down-regulation sets up cocaine-induced neuroadaptations in the extended amygdala CRF stress system, and thereby increases negative reinforcement in cocaine dependence.

 

It is our aim to test this hypothesis using the unique serotonin transporter knockout rat model, which mimics the 5-HTTLPR. In Specific Aim 1, SERT-/-, SERT+/- rats and wild type controls (SERT+/+) will be tested in the extended access model of cocaine self-administration, interspersed with measurement of compulsivity with the progressive ratio schedule. At 48 h into withdrawal, as well as in an additional group of naïve rats, anxiety- and depression related behavior will be measured using the elevated plus maze and operant learned helplessness paradigms, respectively. We expect that SERT-/- rats, and to a lesser extent SERT+/- rats, show increased anxiety-like behavior and learned helplessness, resulting into increased vulnerability to escalate cocaine self-administration, excessive motivation to self-administer the drug, and exacerbation of the negative emotionality in the cocaine-dependent state.

In Specific Aim 2, CRF density in subregions of the extended amygdala and the dorsal raphe nucleus (DRN) will be measured in naïve and in cocaine dependent SERT-/-, SERT+/- and SERT+/+ rats using immunohistochemistry. We expect that CRF immunoreactivity in naïve SERT-/- rats, and to a lesser extent in SERT+/- rats, will be decreased (reflecting increased extracellular CRF levels), which will be further exacerbated in the cocaine-dependent state.

Because SERT-/- rats exhibit high extracellular serotonin levels and display increased anxiety- and depression-related phenotypes, similar to the anxiogenic effects of CRF, we argue that increased vulnerability to cocaine dependence in SERT-/- rats is due to long-term increase in extracellular serotonin levels. In Specific Aim 3 we therefore will study the effect of viral-mediated 5-HTT gene silencing in the DRN of adult wild-type rats, which results into high extracellular serotonin levels, on escalation of cocaine self-administration and CRF immunoreactivity. To this end, adeno-associated viral particles encoding a shRNA directed against the 5-HTT transcript will be microinjected into the DRN. This approach will reduce presynaptic 5-HTT density in the extended amygdala and interconnected frontal cortical and limbic regions, but not in the periphery and in ‘dependence-unrelated’ brain areas. After two weeks, when 5-HTT synthesis is silenced, pre-trained animals will be offered extended access to cocaine self-administration and CRF density in subregions of the extended amygdala and the DRN will be measured. We expect that adult 5-HTT gene silencing mimics the SERT-/-/SERT+/- rat findings in Specific Aims 1 and 2, implying that increases in extracellular serotonin levels up-regulate the CRF stress system. This information is needed to determine our research strategy in a future NIDA RO1 grant application, and ultimately for therapy adjustment to genotype.

 

Collectively, this project will provide key information for the etiology of a major component of the motivation driving continuation of drug use once dependent. By its strong translational power this study will also provide important predictive value for the identification of subgroups in the domains of individual differences and severity, and the resulting adjustment of therapy to genetic profile.

 

This project will extend ongoing research of Dr. Koob on CRF-mediated negative reinforcement in drug dependence to serotonin, as well as research of Dr. Homberg on serotonin-mediated neurodevelopmental changes underlying individual differences in vulnerability to cocaine self-administration to the CRF stress system. To conduct the proposed experiments, expertises of both laboratories are required.

 

Naar boven
Direct naar: InhoudDirect naar: NavigatieDirect naar: Onderkant website