Дофаминилирование гистона H3 помешало крысам отказаться от кокаина

Дофамин выполняет в мозге не только роль нейромедиатора, но также может химически модифицировать связанные с ДНК белки и тем самым влиять на экспрессию генов. В частности, этот процесс происходит при формировании зависимости от кокаина. Как продемонстрировали авторы статьи в Science, блокирование дофаминилирования уменьшает интерес к кокаину у зависимых от наркотика крыс после периода воздержания.

Дофамин является центральным нейромедиатором в системе вознаграждения в мозге, которая позволяет получать удовольствие от разнообразных стимулов и непосредственно участвует в формировании наркотической зависимости. Так, основным вызывающим зависимость следствием приема кокаина является выброс дофамина в области мозга под названием вентральная область покрышки, и активация «нижележащих» областей мозга, связанных с наградой, в том числе, прилежащего ядра.

Формирование зависимости сопровождается изменением экспрессии генов в нейронах среднего мозга и в самих дофаминэргических (продуцирующих дофамин) нейронах. Изменение уровня транскрипции в том числе зависит от изменения количества и типа химических модификаций гистонов — белков, связанных с ДНК.

В предшествующих исследованиях сотрудники отделения нейронаук Медицинской школы Маунт Синай в Нью-Йорке под руководством Яна Мейза (Ian Maze) показали, что нейромедиатор серотонин способен химически модифицировать гистоны по остатку глутамина. В своей новой работе ученые обнаружили, что химическая модификация дофамином по остатку глутамина также происходит в нейронах и этот процесс ведет к изменению транскрипции генов в дофаминэргических нейронах. Кроме того, изменение уровня дофаминилирования гистона H3 в нейронах вентральной области покрышки ассоциировано с употреблением кокаина.

Исследователи проанализировали посмертные образцы этой зоны мозга у 11 кокаиновых наркоманов и обнаружили, что по сравнению с контрольными образцами уровень дофаминилирования гистона H3 (H3Q5dop) в них был значимо снижен. Аналогичное снижение наблюдалось у крыс после десятидневного употребления кокаина в неограниченном количестве. В течение следующих 30 дней крысам кокаин не давали, и воздержание от наркотика привело к увеличению уровня дофаминилирования.

Чтобы выяснить роль модификации в формировании зависимости, животным после периода потребления в вентральную область покрышки ввели вирусный вектор, кодирующий мутантный гистон H3, не способный модифицироваться дофамином. Через месяц воздержания от кокаина метка, разумеется, не накопилась в нейронах, что также отразилось на отношении крыс к кокаину. Когда им разрешили вновь употреблять кокаин, оказалось, что интерес животных к наркотику упал, а выброс дофамина в прилежащее ядро («центр удовольствия») под действием кокаина сократился. Другими словами, блокирование дофаминилирования в дофаминергических нейронах привело к тому, что животные перестали получать от кокаина удовольствие.

Известно, что кокаин блокирует обратный захват дофамина транспортерами и таким образом, приводит к снижению внутриклеточной концентрации дофамина, что объясняет снижение уровня дофаминилирования при употреблении наркотика. С другой стороны, ученые обнаружили, что изменение количества дофаминовых меток происходит только в случае «добровольного» формирования зависимости от кокаина — если крысам вводили наркотик насильно, изменения уровня дофаминилирования не происходило. Также количество дофаминовых меток не менялось у крыс с нарушением пищевого поведения (с зависимостью от еды). Таким образом, изменение дофаминилирования гистона H3 можно считать кокаин-специфичным механизмом, хотя не до конца понятно, как он реализуется.

Мы рассказывали, что для борьбы с кокаиновой зависимостью ученые предложили использовать фермент — мутантную бутирилхолинэстеразу, специфичную к кокаину. Экспрессия фермента кусочком генно-модифицированной кожи не дала развиться зависимости у мышей.

Дарья Спасская