enoviti magistrski študij farmacije
Samo Weingerl (Author), Timo Petteri Piepponen (Mentor), Jaakko Kopra (Mentor), Mojca Kržan (Co-mentor)

Abstract

Drug addiction is a chronic brain disease, characterized by loss of control over drug use despite adverse consequences. It is a lifetime lasting condition, defined by drug cravings and repeated relapse. This implies the presence of long-lasting neuroadaptive changes in the brain. Since, neurotrophic factors are heavily involved in the neuroplasticity of central nervous system, this makes them an interesting subject for investigating how they affect or regulate long-term drug-induced neuroadaptive changes. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) has been shown to be important for development, growth, survival and maintenance of midbrain dopaminergic neurons. It can also influence neurotransmission and regulate synaptic plasticity. To better understand the role of GDNF in behavioral responses to repeated exposure to psychostimulants, we performed amphetamine-induced conditioned place preference (CPP) on two different genetically modified mouse strains. First, we tested heterozygous GDNF knockout mice, which have lower GDNF levels. We find that they experience similar amphetamine reward and relapse to drug-seeking as controls, while having lower amphetamine-induced locomotor activity. Second, we examined the newly developed heterozygous GDNF hypermorphic mice, which have increased GDNF levels. These mice experience higher, but not significantly different amphetamine reward as controls. Further, relapse to drug-seeking and amphetamine-induced locomotor activity is the same between heterozygous GDNF hypermorphic mice and controls. In order to increase the credibility of observed results, our CPP system needs to be modified to offer unbiased preference for compartments of CPP boxes. Furthermore, in the near future the mice we used should be bred on a single genetic background to achieve better reliability and repeatability of CPP trials and better comparison with other studies. Nevertheless, future research into addiction should make a great use of newly developed conditional GDNF knockout and heterozygous GDNF hypermorphic mice. These mice have not yet been thoroughly examined in a wide range of biochemical and behavioral responses to repeated drug exposure. Undoubtedly, they offer a great potential for better understating the role of endogenous GDNF and its therapeutic value.

Keywords

addiction amphetamine conditioned place preference genetically modified GDNF mice glial cell line-derived neurotrophic factor;

Data

Language: English
Year of publishing:
Typology: 2.09 - Master's Thesis
Organization: UL FFA - Faculty of Pharmacy
Publisher: [S. Weingerl]
UDC: 615.214 :613.83(043.3)
COBISS: 4327025 Link will open in a new window
Views: 279
Downloads: 62
Average score: 0 (0 votes)
Metadata: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Other data

Secondary language: Slovenian
Secondary title: ǂThe ǂrole of endogenous glial cell line-derived neuotrophic factor in amphtamine-induced place conditioning in mice
Secondary abstract: Zasvojenost z mamili in psihotropnimi snovmi (v nadaljevanju z drogami) je kronična možganska bolezen, ki jo zaznamuje izguba nadzora nad njihovim vnosom, kljub zavedanju o škodljivih posledicah. Vsebuje vidike impulzivnega in kompulzivnega vedenja, in pogosto za svoj nastanek potrebuje ponavljajočo izpostavljenost drogam. Nagnjenost k zasvojenosti je pogojena z razvojem živčevja ter z genskimi in socialnimi dejavniki. Posameznika tako spremlja skozi celo življenje z močnimi epizodami hlepenja po drogah in recidivih, ki nastopijo tudi po več desetletjih abstinence. Praviloma vse droge z zasvojitvenimi zmožnostmi v možganih spodbujajo nagrajevalni sistem, kjer poglavitno vlogo igra mezolimbična pot. Ta se začne v ventralnem tegmentumu (srednji možgani), iz katerega dopaminergični nevroni projicirajo v nukleus akumbens (ventralni striatum). V slednjem poživila (psihostimulansi) kot sta npr. kokain in amfetamin, neposredno povzročijo sprostitev velikih količin dopamina, medtem ko ostale droge enak učinek dosežejo bolj posredno. Sprostitev dopamina v akumbensu sproži občutke ugodja in nagrade kar vodi v vrsto asociativnega učenja, imenovanega pogojevanje. Pri klasičnem pogojevanju dražljaj, ki je sočasen z uporabo drog, pridobi vlogo pogojenega dražljaja, in tako sam postane zmožen sprostiti velike količine dopamina. Na ta način zgolj pričakovanje nagrade po srečanju s pogojenim dražljajem vodi v močno motivacijo po zagotovitvi droge. Droge za razliko od naravnih nagrad (hrana, spolna aktivnost), sproščajo dopamin tudi po njihovi zagotovitvi, kar še dodatno jača željo po njihovem uživanju. Vendar po dolgotrajnem uživanju tudi droge začnejo izgubljati svoj učinek in tako sčasoma pogojeni dražljaji postanejo zmožni sprostiti večje količine dopamina kot sama droga. Glavna spodbuda za uživanje drog tako ni več njen učinek, temveč z njo asociirani dražljaji (pogojeni dražljaji). Zgodnjo odtegnitev od drog zaznamuje aktivacija averzivnih in stresnih možganskih sistemov (negativno pogojevanje). Pri dlje trajajoči abstinenci, pa vidnejšo vlogo odigra za zasvojenost značilna manjša funkcionalnost dopaminskega sistema, kjer posamezniki kljub izpostavljenosti prijetnim dražljajem ne zmorejo več občutiti zadovoljstva (anhedonija). Druga pomembna prilagoditev možganskih sistemov pri zasvojenosti pa je oslabljeno delovanje prefrontalne možganske skorje, kar še dodatno oteži preprečevanje ponovne in impulzivne zlorabe drog med abstinenco. Taka neusklajenost delovanja različnih možganskih sistemov je odraz nevroadaptacij tako pri živčnih prenašalcih in njihovih receptorjih, kot pri možganski plastičnosti in sinaptični preureditvi. Posledično lahko ob prisotnosti stresa in pogojenih dražljajev živčne povezave iz prefrontalne možganske skorje (izvršilna funkcija), amigdale (stres) in hipokampusa (spomin) v akumbens in ventralni tegmentum lažje in močneje aktivirajo dopaminski sistem, kot pri zdravih možganih. Obstoj tveganja za recidiv tudi po več desetletjih abstinence, nakazuje na zelo stabilne spremembe v možganskem tkivu. Odkar je znano, da so nevrotrofični dejavniki močno vpeti v proces možganske plastičnosti, so postali zanimivi kandidati za raziskovanje njihovega vpliva na vedenjske in biokemične odzive na droge. Za nevrotrofični dejavnik glialnega izvora (GDNF) velja, da ima pomembno vlogo pri razvoju, rasti, preživetju in ohranjanju srednjemožganskih dopaminergičnih nevronov, hkrati pa ima bistven vpliv na sinaptično plastičnost in nevrotransmisijo. Glavna signalna pot GDNF poteka preko aktivacije receptorja RET (receptor tirozin kinaznega tipa) in vodi v zapleteno in drugim rastnim dejavnikom sorodno znotrajcelično signalizacijo. Temeljni možganski regiji delovanja GDNF sta ventralni tegmentum in substanca nigra. V ta področja je GDNF retrogradno prenesen iz striatuma. Zaradi svojega specifičnega delovanja na populacije dopaminergičnih nevronov je z leti postal predmet raziskav tako pri nevrodegenerativnih boleznih kot pri zasvojenosti. Raziskovanje njegovega vpliva na zasvojenost je na živalskih raziskavah do sedaj dalo mešane rezultate. Znižane vrednosti GDNF preko genske modifikacije ali eksogenih protiteles proti GDNF po nekaterih raziskavah povzročijo večjo psihostimulansno nagrado in večjo nagnjenost k recidivu, medtem ko eksogene metode za zviševanje GDNF dajo nasprotne rezultate. Zgolj ena raziskava, ki je uravnavala količino GDNF šele po tem, ko so si podgane več dni same injicirale kokain, je poročala, da zvišanje GDNF zveča vedenjsko iskanje droge, znižanje njegovih vrednosti pa ima nasprotne učinke. Z namenom boljšega razumevanja vloge GDNF pri vedenjskih odzivih na večkratno izpostavljenost psihostimulansom, smo pri različnih gensko spremenjenih mišjih sevih izvedli z amfetaminom povzročeno pogojevanje izbire okolja (PIO). Ta metoda omogoča, da miši preko klasičnega pogojevanja povežejo drogo s prepoznavnimi znaki (npr. vrsta talne podlage) enega prostora, ne pa tudi z znaki drugega prostora. Tako lahko pri miših sami prepoznavni znaki enega prostora izzovejo podoben odziv kot droga. Po končanem pogojevanju se nagrajevalne lastnosti droge merijo preko povečanega zadrževanja miši v prostoru, ki ga povezujejo z drogo. Prvi mišji sev, heterozigoti z izbitim genom za GDNF in nižjo vsebnostjo le tega, izkusijo podobno jakost amfetaminske nagrade in dovzetnost za recidiv kot kontrolne miši. Iz meritev o gibanju miši tekom PIO preizkusa, smo dobili tudi podatke o z amfetaminom povzročeni lokomotorični aktivnosti, ki je pri heterozigotih statistično značilno nižja tako pri enkratni kot ponavljajoči izpostavljenosti amfetaminu. Nato smo izvedli PIO pri na novo razvitih heterozigotnih miših, ki pretirano izražajo GDNF. Te sicer izkusijo večjo amfetaminsko nagrado kot kontrolne miši, a ta razlika ni statistično značilna, medtem ko je dovzetnost za recidiv bila podobna med obema skupinama. Primerjava obeh skupin glede na z amfetaminom povzročene lokomotorične aktivnosti, je pokazala da tudi tu ni razlik. Naši rezultati ne sovpadajo povsem z ostalimi raziskavami na tem področju. Razloge za to je možno iskati v preveč pristranskih PIO aparatih in trojnem genskem ozadju testiranih miši. Povsem možno je tudi, da določeni rezultati so pravilni in ni večjih razlik med testiranimi skupinami med amfetaminsko nagrado. Namreč, določene meritve kažejo, da ima pretirano izražanje GDNF pri miših večji vpliv na dorzalni striatum, in ne na ventralni, kjer se nahaja center za nagrajevanje (nukleus akumbens). Lahko pa gre tudi za razliko med takojšnjimi in zakasnelimi učinki GDNF. Pri gensko spremenjenih živalih, kjer se gen manipulira že tekom razvoja zarodka, pa je tudi neznano če so razlike posledica spremembe normalne funkcije gena, prilagoditve, vpliva gena na razvoj, ali pa kombinacije teh dejavnikov. Težavna in vprašljiva pa je tudi neposredna primerjava med eksogeno in endogeno manipulacijo GDNF. S ciljem izboljšanja verodostojnosti dobljenih rezultatov, moramo naš PIO sistem spremeniti tako, da bo omogočal manj pristransko izbiro prostora v PIO aparatih. Nadalje moramo v prihodnosti gojiti miši z enim genskim ozadjem, da dosežemo višjo zanesljivost in ponovljivost PIO poskusov, saj trenutno nimamo nadzora nad tem, kateri genotip se prevladujoče izrazi v danem fenotipu. S tema dvema korakoma pričakujemo bolj nepristransko izbiro prostorov v PIO aparatih, manjšo variabilnost med posameznimi živalmi in boljšo primerljivost z ostalimi raziskavami. Ne glede na to lahko bodoče raziskave na področju zasvojenosti s pridom izkoristijo novo razvite miši s tkivno-specifičnim izbitim genom za GDNF in miši, ki ga pretirano izražajo. Te miši še niso bile obsežno raziskane glede širokega obsega biokemijskih in vedenjskih odzivov na droge in nedvomno, nudijo velik potencial za boljše razumevanje vloge endogenega GDNF in njegove terapevtske vrednosti.
Secondary keywords: amfetamin;nevrotrofični dejavniki;celice glialnega izvora;zasvojenost z mamili;psihostimulansi;Psihotropna zdravila;
Type (COBISS): Master's thesis/paper
Thesis comment: Univ. Ljubljana, Fak. za farmacijo
Pages: XI, 52 str.
ID: 12048504