Differential expression of group Ⅱ mGluRs in rat brain and change of locomotor activity by blockade of these receptors in the expression of amphetamine-induced behavioral sensitization

Abstract

[한글]

중독을 일으키는 여러 가지 약물 가운데에는 정신흥분제가 있는데, 이런 약물(e.g. AMPH, cocaine)에 반복적 그리고 간헐적으로 노출 되었을 때 그 약물에 대한 특이한 행동 반응이 증가되는 행동과민반응(behavioral sensitization)이 나타날 수 있고, 이는 약물 중독의 모델로 사용한다. 이런 약물 중독은 뇌의 보상 체계의 질병으로 여겨지는데 특히 측좌핵(NAcc)의 glutamatergic neurotransmission이 도파민과 함께 정신흥분제에 대한 행동과민반응의 발달(development)과 발현(expression)에 매우 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 그러므로 본 연구에서는 약물 중독에서 중요하게 여겨지는 mGluR의 기능에 대하여 알아보고자 하였다. 이전 연구에서 broad spectrum mGluR antagonist인 MCPG를 측좌핵 내에 acute하게 주입 하였을 때는 행동의 변화가 없지만, 복측피개(VTA)에 AMPH과 함께 반복적으로 주입하였을 때 AMPH에 의한 locomotor sensitization의 발달을 막았으며, AMPH를 미리 처리한 후 2주 뒤에 측좌핵 내로 MCPG를 직접 주입하였을 때 locomotor response가 크게 증가함을 관찰하였다 .이는 뇌에서의 mGluR에 의해 매개되는 신경전달이 AMPH에 의해 어떤 변화가 일어났을 가능성을 보여준다. 따라서 이번 연구에서는 1) 백서에게 AMPH을 반복적 간헐적으로 복강으로 전 처리한 뒤 약물 없는 기간(withdrawal period)을 거치고 나서, group Ⅱ mGluR-selective antagonist인 LY341495를(3mg/kg) 복강에 주입하였을 때 어떤 행동의 변화가 나타나는지, 2) 그리고 중독에 있어 중요한 뇌의 부분인 측좌핵에 직접 LY341495를(0.1, 0.5, 2.5㎍/0.5㎕/side) 주입하였을 때는 같은 반응이 일어나는지 알아보고, 마지막으로 3) 이런 약물 중독에 의해 뇌에서 일어나는 mGluR에 의한 신경전달의 변화를 알아보기 위해 saline에 대해서 AMPH 전 처리 그룹의 측좌핵(NAcc), 선조체(striatum), 복측피개(VTA)에서 달라진 mGluR의 양적 변화를 immunoblotting 방법을 통하여 체계적으로 조사하였다.이상의 실험 과정을 통하여 AMPH을 전 처리한 집단에서 saline 전 처리한 집단에 비하여 LY341495에 대하여 농도에 따라 행동반응이 현저하게 증가하였다. 이러한 결과는 AMPH 전 처리에 의해서 mGluR에 의해 매개되는 glutamate의 신경전달에 변화가 생겼을 것을 시사한다. 다음으로 중독에 주요한 부위인 측좌핵, 선조체, 복측피개에서의 mGluR의 발현 정도는 측좌핵에서는 group Ⅱ mGluR이 선조체에서는 group Ⅰ과 Ⅱ mGluR의 발현이 각각 AMPH을 전 처리한 그룹에서 증가하였고, 복측피개에서는 mGluR의 발현의 변화는 관찰되지 않았다. 마지막으로 이러한 효과가 약물 보상 체계의 주요한 부위인 측좌핵에 의하여 직접 매개되는지 알아보기 위하여 AMPH을 전 처리한 뒤 LY341495로 측좌핵 내로 직접 microinjection 하였을 때 농도에 따라 행동 반응이 증가하였으나 AMPH 과 saline 집단간의 차이는 보이지 않았다. 그러나 흥미롭게도 상대적으로 매우 높은 농도로 주었을 때 행동반응이 증가된다는 보고가 있어 측좌핵 내의 group Ⅱ mGluR의 양적 변화가 이들 수용체의 antagonist에 의해 나타나는 행동 변화에 관련이 있음을 시사한다. 이상의 결과를 통하여 반복적인 AMPH은 측좌핵에서 group Ⅱ mGluR을 통한 glutamatergic neurontransmission을 바꾸는 것을 보여준다.

[영문]Brain metabotropic glutamate receptors (mGluRs) have been implicated in the expression of sensitization by amphetamine (AMPH). It was previously shown that repeated exposure to AMPH develops cross-sensitization to the microinjection into the nucleus accumbens (NAcc) of the broad spectrum mGluR antagonist (RS)-MCPG, suggesting that mGluR mediated glutamate neurotransmission in this site is altered by AMPH pre-exposure. The present study further examined the contribution of mGluRs to AMPH-induced locomotor sensitization by measuring their expression levels in various brain regions and the contribution of group Ⅱ mGluRs to AMPH-induced locomotor sensitization both by systemic injection and by blocking these receptors directly in the NAcc. First, rats in different groups were administered five injections of saline or AMPH (1.5 mg/kg, i.p.), one injection every three to four days. Two weeks after the last injection, rats locomotor activity was assessed for 2h following a systemic injection of either saline or LY341495, a group Ⅱ mGluR antagonist. When systemically injected, AMPH compared to saline pre-exposed rats showed an enhanced hyper-locomotor activity to LY341495 in a dose-dependent manner. Secondly, we examined the expression levels of mGluRs by using immunoblotting method. Interestingly, in both the NAcc and the striatum, expression level of group II (mGluR 2/3) mGluRs are increased in AMPH compared to saline pre-exposed rats. Furthermore, in the striatum , expression levels of group Ι mGluRs (mGluR1 and 5) are increased in AMPH compared to saline pre-exposed rats. However, in the VTA, expression level of all subtypes of mGluRs have not been changed. Lastly microinjection of LY341495 into the NAcc were made after AMPH sensitization development described as above. It increases locomotor activity equally in AMPH and saline pre-exposed rats. Interestingly, it was previously shown by others that microinjection of a relatively high dose of LY341495 (10 ㎍/0.5㎕/side) into the NAcc produced a significantly different locomotor activity in AMPH compared saline pre-exposed rats. These results suggest that repeated AMPH alters glutamatergic neurotransmission mediated by group II mGluRs in the NAcc, but animals require relatively high amount of antagonist in the NAcc to produce hyper-locomotion effect.In conclusion, the present study indicates that group II mGluR levels in the NAcc differentially expressed when AMPH sensitization developed and this change may contribute to hyper-locomotor activity produced by an antagonist to these receptors. All together, these results suggest that group II mGluRs may posit to play an important role in the NAcc to regulate the expression of AMPH-induced behavioral sensitization.