这项研究揭示了控制药物相关适应的神经生物学过程

　　

　　

　　伯明翰阿拉巴马大学杰里米·戴(Jeremy Day)博士的实验室使用单核RNA测序方法，比较了大脑伏隔核(NAc)部分16个独特细胞群对急性可卡因的转录反应。

　　这个分子图谱是“在这个区域可卡因介导的基因调控的细胞分辨率以前未达到的水平，”戴说，他是UAB神经生物系的副教授。

　　该图谱只是发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一项重大研究的开始，该研究使用多种尖端技术来描述多巴胺诱导的基因表达特征，该特征调节大脑对可卡因的反应。

　　“它们还揭示了转录机制如何调节中枢神经系统中依赖活动的过程的新信息。”

　　戴说，这项研究中使用的方法也可能有助于剖析介导其他类型行为、记忆形成或神经精神疾病的类似基因程序的作用。

　　NAc与药物成瘾密切相关，对药物如何改变其神经回路以引发成瘾行为的详细了解可以提出新的治疗干预措施。

　　NAc是大脑奖赏回路的中心整合器，所有成瘾药物都会急剧提高NAc中神经递质多巴胺的水平。

　　反复使用药物时多巴胺信号导致基因表达的广泛改变，引发神经突触回路的改变，以及与药物成瘾相关的行为改变。

　　以前对NAc基因表达变化的研究只能观察大块组织——许多不同细胞类型的混合物。当Day实验室通过对15,631个个体大鼠NAc核进行rna测序来观察单细胞变化时，他们发现了一个惊喜。

　　NAc中只有一小部分神经元对可卡因有转录反应——主要是表达Drd1多巴胺受体的中棘神经元的一个特定亚群。

　　接下来，研究人员全面定义了当多巴胺加入纹状体神经元培养系统时激活的核心基因结构。与可卡因给药后大鼠NAc的反应类似，转录激活主要发生在drd1受体介质的棘神经元中。

　　戴和他的同事们发现了大约100个被多巴胺改变的核心基因，这些基因也与服用可卡因的大鼠NAc中激活的关键基因相关。

　　据推测，大脑中的基因表达程序协同工作，对神经元功能和行为产生下游影响。然而，直到最近，研究人员还缺乏一种测试关键基因表达程序的方法，这需要同时诱导多个基因。

　　戴和他的同事们设计了一种多路CRISPR引导rna阵列，以16种被多巴胺改变的顶级候选基因为目标。

　　当与神经元优化的CRISPR/dead-Cas9激活系统配对时，它们能够同时上调神经元培养物或活鼠NAc中的16个基因。然后，他们探索了转录、生理和行为的后果。

　　在原代神经元培养中，这种基因标记的诱导产生了大规模的转录变化，这些变化丰富了参与突触可塑性、神经元形态发生和离子通道功能的基因。

　　该程序还显著增加了神经元爆发的频率。在活的大鼠中，基因标记的诱导产生了对反复服用可卡因的敏感性。这些变化在神经元培养和活鼠中被观察到，与滥用药物引起的神经元和行为变化相似。

　　Day说，他的团队的研究是第一个原理证明，CRISPR激活可以用于体内基因表达特征的同时和选择性调节。

　　“至关重要的是，”Day说，“据我们所知，这些结果首次证明了任何神经精神模型中的多重基因调控，为未来研究改变的基因程序与神经元疾病状态之间的关系提供了路线图。”

　　戴说:“虽然目前的工作提供了细胞多样性如何影响初次可卡因体验后的转录反应的见解，但反复暴露于药物滥用中会促进神经生理适应，这被认为是在停止使用后很长一段时间内驱使强迫性寻求药物的原因。”

　　因此，通过在单细胞水平上检查重复或自我给药的转录后果，以及了解这些变化是如何在不同细胞群中在较长时间内维持的，以及作为自愿药物体验的结果，这对未来的研究至关重要。”