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.2015年3月；18(3):415-22.
doi:10.1038/nn.3932。 Epub 2015年2月2日。

阿片类药物抑制腹侧被盖区Bdnf基因表达的表观遗传学基础

Ja Wook Koo先生 1, 米歇尔·马泽·罗比森 2, 昆西拉普兰 1, 加博·埃格瓦里 三, Kevin M Braunschedel（凯文·M·布伦舍德尔） 4, 丹尼尔·N·阿丹克 4, Deveroux Ferguson公司 1, 建峰 1, 孙浩生 1, 金伯利·N·斯科比 1, 黛安·达梅斯·韦诺 1, 埃夫兰·里贝罗 1, 凯瑟琳·延森·佩尼亚 1, 迪娜·沃克 1, 罗斯玛丽·C·巴戈 1, 迈克尔·E·卡希尔 1, 莎拉·安·安德森 三, Benoit Labonté 1, 乔治亚E霍德斯 1, 海蒂·布朗 1, 本杰明·查德威克 三, 阿尔弗雷德·罗伯逊 2, 文森特·菲亚卢 5, 卡罗琳·迪亚斯 1, 扎卡里·洛施 1, 埃齐基尔·穆桑 1, 玛丽·凯·洛波 6, 大卫·M·迪茨 7, 斯科特·J·拉索 1, 雷切尔·勒内夫（Rachael L Neve） 8, 亚斯敏·L·赫德 三, 埃里克·奈斯特勒 1
附属公司

阿片类药物抑制腹侧被盖区Bdnf基因表达的表观遗传学基础

Ja Wook Koo先生等。 自然神经科学. 2015年3月.

摘要

脑源性神经营养因子（BDNF）在调节滥用药物的神经和行为可塑性方面起着关键作用。我们发现腹被盖区（VTA）的外显子特异性Bdnf表达持续下调是对慢性阿片类药物暴露的反应，这是由相应的Bdnf基因启动子的特异表观遗传修饰介导的。慢性吗啡暴露增加了VTA中这些Bdnf启动子处RNA聚合酶II的停滞，改变了组蛋白的允许性和抑制性修饰以及它们在特定启动子处的调节蛋白的占有率。此外，我们发现吗啡抑制了磷酸化CREB（cAMP反应元件结合蛋白）与VTA中Bdnf启动子的结合，这是由启动子处三甲基化H3K27的富集引起的，并且降低了NURR1（核受体相关-1）这种表达也有助于Bdnf抑制和吗啡相关的行为可塑性。我们的研究结果表明，吗啡诱导的分子和行为神经适应的表观遗传机制以前未知。

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数字

图1
图1
阿片诱导的Bdnf公司在人、大鼠和小鼠VTA中表达。(一)qPCR显示Bdnf公司与对照组相比，人类海洛因成瘾者VTA的第九外显子减少（未配对学生的t吨-测试，t吨12= 2.623,第页= 0.0223,n个=5,9个人体样本）。(b、 c)mRNA水平Bdnf公司海洛因自给大鼠VTA第九外显子减少(b条,t吨-测试，t吨22= 2.793,第页= 0.0106,n个=10,14只大鼠），并且在大鼠VTA中每天注射14次吗啡（5 mg/kg，IP），并在停药14天后进行检查(c（c）,t吨-测试，t吨16= 2.923,第页= 0.00995,n个=9只大鼠），与各自的对照组进行比较。(d日)吗啡条件性位置偏爱（CPP）（15 mg/kg，IP）也降低了Bdnf公司小鼠VTA外显子IX与盐水处理小鼠的比较(t吨-测试，t吨22= 2.155,第页=0.0423，n个=12只小鼠）。未付款t吨-测试*第页<0.05和**第页< 0.01. 方框图按升序显示最小样本值、第一个四分位数、中位数、第三个四分位、最大样本值。
图2
图2
慢性吗啡对Bdnf公司外显子和Pol II与Bdnf公司大鼠VTA基因。(一)qPCR显示Bdnf公司与生理盐水对照组相比，慢性（14天）吗啡给药后14天停药（如图1c所示），大鼠VTA的外显子II、IV和VI减少[双向方差分析（ANOVA），药物效应：F类1,64= 12.898,第页< 0.001; 区域效应：F类3,64= 0.923,第页= 0.435; 药物×区域效应：F类3,64= 0.328,第页= 0.805,n个=9只大鼠]。(b条)用以定量免疫沉淀染色质DNA的引物产生的扩增子（绿色粗线）的相对位置示意图。外显子用方框表示，内含子用线条表示。外显子的编号用罗马数字表示。CREB结合位点（红色圆圈）的位置Bdnf公司启动子区域与外显子I（96-84 bp/90-78 bp）、外显子II（317-307 bp）、外显子IV（42-33 bp/36-26 bp）和外显子VI（84-73 bp）的转录起始位点相关。补充表3提供了底漆信息。(c（c）)qChIP表明，total-Pol II与Bdnf公司-慢性吗啡导致p2升高（药物作用：F类1,39个=13.279，第页< 0.001; 区域效应：F类3,39= 1.019,第页= 0.395; 药物×区域效应：F类3,39= 1.096,第页= 0.362,n个=6只大鼠）。(d日)磷酸化-Ser5-Pol II与Bdnf公司-吗啡治疗大鼠VTA中p2、-p4和-p6也增加（药物作用：F类1,31= 18.820,第页< 0.001; 区域效应：F类3,31=6.474,第页= 0.002; 药物×区域效应：F类3,31= 2.069,第页= 0.069,n个=5只大鼠）。(e（电子）)相反，磷酸化-Ser2-Pol II与Bdnf公司-暴露于吗啡后，eII、-eIV和-eVI降低（药物作用：F类1,32= 19.921,第页< 0.001; 区域效应：F类3,32= 0.00309,第页= 1.000; 药物×区域效应：F类3,32= 0.165,第页= 0.919,n个=5只大鼠）。具有Fisher保护最小显著性差异（PLSD）的双向方差分析事后（post-hoc）测试*第页< 0.05, **第页<0.01，以及***第页< 0.001. 条形图显示平均值±SEM。
图3
图3
吗啡诱导的组蛋白修饰Bdnf公司大鼠VTA中的启动子。(一)qChIP表明，慢性吗啡（吗啡给药14天，然后停药14天；图1c）选择性改变H3K27me3（双向方差分析，药物效应：F类1,22= 0.144,第页= 0.708; 区域效应：F类3,22= 6.442,第页= 0.003; 药物×区域效应：F类3,22= 6.178,第页= 0.003,n个=4只大鼠，补充图2f）Bdnf公司-尤其是p2。慢性吗啡改变acH4（药物作用：F类1,27= 11.509,第页= 0.002; 区域效应：F类3,27= 0.482,第页= 0.698; 药物×区域效应：F类3,27= 0.184,第页=0.906，n个=5，4只大鼠，补充图2b）Bdnf公司-p4在大鼠VTA中，在分析的其他组蛋白修饰中未发现变化。附加事后（post-hoc）与学生的分析t吨-测试表明，慢性吗啡也改变了acH3（未配对t吨-测试，t吨6=2.581，第页= 0.0417，个=4只大鼠）和H3K4me3(t吨-测试，t吨8= 2.312,第页= 0.0495,n个=5只大鼠）Bdnf公司-VTA中的p2。慢性吗啡对其他组蛋白的修饰Bdnf公司发起人(Bdnf公司-p1、-p4和-p6）在补充图2a-g中可用。(b条)mSIN3a结合（双向方差分析，药物效应：F类1,36= 25.829,第页< 0.001; 区域效应：F类3,36= 0.541,第页= 0.653; 药物×区域效应：F类3,36= 0.464,第页= 0.709,n个=6.5只大鼠）和ING2（药物作用：F类1,28= 37.786,第页< 0.001; 区域效应：F类3,28= 2.450,第页= 0.614; 药物×区域效应：F类3,28= 0.552,第页=0.651，n个=5，4只大鼠），主要阻遏物复合物的核心成分Bdnf公司-慢性吗啡使p2升高。(c（c）)与H3K4me3水平增强一致，MLL1（KMT2A）与Bdnf公司-慢性吗啡使p2增加（药物效应：F类1,23= 24.884,第页< 0.001; 区域效应：F类3,23= 2.285,第页= 0.106; 药物×区域效应：F类3,23= 2.177,第页= 0.118,n个=4只大鼠）。(d日)G9a（EHMT2）与Bdnf公司-p2（药物作用：F类1,27= 0.00384,第页= 0.951; 区域效应：F类3,27= 0.153,第页= 0.927; 药物×区域效应：F类3,27= 0.153,第页= 0.927,n个=5.4只大鼠）。(e（电子）)与H3K27me3水平增强一致，SUZ12结合（药物作用：F类1,24= 12.662,第页= 0.002; 区域效应：F类3,24= 1.211,第页=0.327；药物×区域效应：F类3,24= 0.526,第页= 0.668,n个=4只大鼠）和EZH2（药物作用：F类1,20个=16.872,第页< 0.001; 区域效应：F类3,20= 1.209,第页= 0.332; 药物×区域效应：F类3,20= 1.111,第页= 0.368,n个=4.3只大鼠），PRC2成员Bdnf公司-慢性吗啡使p2升高。(如果)相反，PRC1成员的结合，RING1A（药物作用：F类1,24= 13.708,第页< 0.001; 区域效应：F类3,24= 0.0154,第页= 0.997; 药物×区域效应：F类3,24= 2.713,第页= 0.067,n个=4只大鼠）和BMI1（药物作用：F类1,32= 10.975,第页<= 0.002; 区域效应：F类3,32= 0.117,第页= 0.950; 药物×区域效应：F类3,32=0.0345，第页=0.991，n个=5只大鼠），至Bdnf公司-慢性吗啡可降低p2，但不影响RING1B结合（药物作用：F类1,23=1.372,第页=0.253；区域效应：F类3,23= 0.267,第页= 0.848; 药物×区域效应：F类3,23= 0.298,第页= 0.827,n个=4只大鼠）。其他组蛋白修饰酶和相关调节蛋白诱导的吗啡表观遗传改变Bdnf公司发起人(Bdnf公司-p1、-p4和-p6）见补充图2h–p。(克)带有插图的代表性低倍显微照片，描绘了小鼠VTA（比例尺，50μm）多巴胺能神经元（TH+，红色）中HSV-介导的EZH2局部表达（GFP+，绿色）。在三个独立的实验中重复了这些结果。(小时)V-TA内HSV-EZH2抑制Bdnf公司小鼠VTA第九外显子mRNA与HSV-GFP对照组（未配对t吨-测试，t吨16= 2.168,第页= 0.0456,n个=9只小鼠）。(我)小鼠VTA中EZH2过度表达显著增强吗啡奖赏(t吨-测试，t吨22= 4.134,第页= 0.000435,n个=12只小鼠）。Fisher's PLSD的双向方差分析事后（post-hoc）测试*第页< 0.05, **第页<0.01，以及***第页< 0.001;t吨-测试，#第页<0.05和###第页< 0.001. 条形图显示平均值±SEM。方框图按升序显示最小样本值、第一个四分位数、中位数、第三个四分位、最大样本值。
图4
图4
慢性吗啡对CREB结合的调节Bdnf公司VTA中的发起人。(一)慢性吗啡（吗啡给药14天，然后停药14天；图1c）增加了总CREB结合Bdnf公司-p6在大鼠VTA中，在其他情况下未观察到影响Bdnf公司启动子（双向方差分析，药物效应：F类1,32= 15.053,第页< 0.001; 区域效应：F类3,32= 0.371,第页= 0.774; 药物×区域效应：F类3,32= 0.412,第页= 0.745,n个=5只大鼠）。(b条)相反，慢性吗啡降低磷酸化CREB与Bdnf公司-p1、-p2和-p4（药物作用：F类1,24= 32.487,第页< 0.001; 区域效应：F类3,24= 1.026,第页= 0.399; 药物×区域效应：F类3,24= 0.834,第页= 0.489,n个=4只大鼠）。(c（c）)c57BL/6小鼠VTA多巴胺能神经元（TH+，绿色）中局部HSV-介导的CREB表达[tdTomato+（TMT+），红色]的典型低倍显微镜照片（标尺，50μm）。(d日)HSV介导的CREB1过度表达增加了Bdnf公司小鼠VTA的外显子IX（Mann WhitneyU型测试，U型＝7，第页= 0.006,n个=9，8只小鼠）。(e（电子）)带有插图的代表性低倍显微照片，描绘了漂浮CREB小鼠VTA多巴胺能神经元（TH+，绿色）中HSV介导的Cre的局部表达（红色）（比例尺，50μm）。(c、 e（电子）)组织学结果在三个独立实验中重复。(如果)相反，击倒Creb1号机组在冷冻CREB小鼠的VTA中Bdnf公司外显子IX（未配对t吨-测试，t吨18= 2.506,第页= 0.0220，个=10只小鼠）。(克)HSV介导的EZH2过度表达（在没有吗啡的情况下）显著增加H3K27me3水平Bdnf公司-p1、-p2和-p6（双向方差分析，药物效应：F类1,48= 35.413,第页< 0.001; 区域效应：F类3,48= 2.318,第页= 0.087; 药物×区域效应：F类3,48= 2.318,第页= 0.087,n个=8.6只大鼠）。附加事后（post-hoc）与Mann Whitney进行分析U型测试和Student的t检验表明EZH2过度表达增加了H3K27me3水平Bdnf公司-检查发起人(Bdnf公司-第1页，U型测试，U型= 5,第页= 0.013;Bdnf公司-第2页，t吨-测试，t吨12= 2.957,第页= 0.012;Bdnf公司-第4页，t吨-测试，t吨12=2.781，第页=0.0166；Bdnf公司-第6页，U型测试，U型=2,第页= 0.003). (小时)EZH2过表达显著降低磷酸化CREB与Bdnf公司-p1、-p2、-p4和-p6（双向方差分析，药物效应：F类1,36=25.091,第页< 0.001; 区域效应：F类3,36= 0.182,第页= 0.908; 药物×区域效应：F类3,36= 0.104,第页= 0.957,n个=5.6只大鼠）。(a、 b、g、h)Fisher's PLSD的双向方差分析事后（post-hoc）测试*第页< 0.05, **第页<0.01，以及***第页< 0.001; (d日)曼·希特尼U型测试**第页< 0.01; (如果)学生的t吨-测试*第页< 0.05; (克)曼·希特尼U型测试时间：Bdnf公司-p1和-p6以及学生的t吨-测试时间：Bdnf公司-p2和-p4，#第页<0.05和##第页< 0.01. 条形图显示平均值±SEM。方框图按升序显示最小样本值、第一个四分位数、中位数、第三个四分位、最大样本值。
图5
图5
表观遗传学调控Bdnf公司NURR1及其伴随的行为效应。(一)慢性吗啡（吗啡给药14天，然后停药14天；图1c）降低了NURR1与Bdnf公司-p1和-p2在大鼠VTA中的表达。双向方差分析（药物效应：F类1,27= 17.990,第页< 0.001; 区域效应：F类3,27= 0.403,第页= 0.752; 药物×区域效应：F类3,27= 0.990,第页= 0.412,n个=4.5只大鼠）事后（post-hoc）测试*第页<0.05和**第页< 0.01. (b、 c)慢性吗啡(b条，未成对t吨-测试，t吨15= 2.509,第页= 0.0241，个=9.8只大鼠）和自给海洛因(c（c）,t吨-测试，t吨16= 2.162,第页= 0.0461，个=8,10只大鼠）减少努尔1大鼠VTA的mRNA表达。(d日)H3K27me3在努尔1慢性吗啡增加大鼠VTA的基因启动子(t吨-测试，t吨8= 2.733,第页= 0.0257，个=5只大鼠）。(e（电子）)磷酸化CREB与努尔1慢性吗啡降低大鼠VTA的基因启动子(t吨-测试，t吨16=2.285，第页= 0.0363，个=10.8只大鼠）(如果)HSV介导的CREB1过度表达诱导努尔1小鼠VTA中的表达（未配对t吨-用韦尔奇的修正进行测试，t吨9.496= 2.935,第页= 0.0157，个=9只小鼠）。(克)用于大鼠运动试验的吗啡治疗方案。将HSV-NURR1或其对照品HSV-TMT输注到给予慢性吗啡（14天，5 mg/kg IP，然后10天停药）的大鼠VTA中，4天后，在运动试验期间用吗啡攻击大鼠。(小时)注射HSV-TMT，然后进行吗啡激发（M/M+HSV-TMT-）的吗啡治疗大鼠与注射HSV-TM，然后进行盐水激发（M/S+HSV-TMT）的吗啉治疗大鼠相比，表现出更高的运动活性。HSV介导的VTA中NURR1的过度表达阻断了吗啡挑衅诱导的运动激活（M/M+HSV-NURR1）。单向方差分析(F类2,24= 4.712,第页= 0.0188,n个=10,8,9只大鼠）事后（post-hoc）测试**第页与M/S+HSV-TMT相比<0.01；#第页与M/M+HSV-NURR1相比，<0.05。(我)大鼠VTA（比例尺，50μm）多巴胺能神经元（TH+，绿色）中局部HSV-NURR1（TMT+，红色）的典型低倍显微照片。在两个独立的实验中重复了该结果。(j个)HSV介导的NURR1过度表达增加了Bdnf公司大鼠VTA第IX外显子mRNA（未配对t吨-用韦尔奇的修正进行测试，t吨10.98= 2.440,第页= 0.0328，个=9,10只大鼠）。(k个)小鼠VTA中NURR1过度表达显著降低吗啡奖赏（15 mg/kg，IP）（未配对t吨-测试，t吨13= 2.165,第页= 0.0496，个=8.7只小鼠）。(我)然而，在VTA局部敲除BDNF的小鼠中，NURR1过度表达对吗啡奖赏没有影响(t吨-测试，t吨17=0.4062，第页=0.690，个=10.9只小鼠）。(b–e、k、l)学生的t吨-测试*第页< 0.05; (f、 j)学生的t吨-用韦尔奇的修正进行测试*第页<0.05和**第页< 0.01. 条形图显示平均值±SEM。方框图按升序显示最小样本值、第一个四分位数、中位数、第三个四分位、最大样本值。
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中的注释

  • 基因表达：阻止BDNF。
    刘易斯·S。 刘易斯·S。 Nat Rev神经科学。2015年4月；16(4):186-7. doi:10.1038/nrn3933。Epub 2015年3月4日。 Nat Rev神经科学。2015 PMID：25736021 没有可用的摘要。

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