Estradiol signaling pathways mediating sex differences in striatal synaptic plasticity
雌二醇信号通路介导纹状体突触可塑性的性别差异
基本信息
- 批准号:10607187
- 负责人:
- 金额:$ 65.24万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-04-15 至 2023-08-11
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AccelerationAffectAffinity ChromatographyAnimalsBehaviorBehavioralBrainCellsCocaineComputer ModelsCorpus striatum structureDataDisparityDopamineDorsalElectrophysiology (science)EstradiolEstradiol ReceptorsEstrogen Receptor alphaEstrusExtracellular Signal Regulated KinasesFeedbackFemaleFoundationsFutureGene ExpressionGene Expression ProfilingGenetic Complementation TestGoalsGonadal Steroid HormonesImpairmentInvestigationLearningLinkLong-Term PotentiationMediatingMetabotropic Glutamate ReceptorsMethodsModelingMolecularMusNeuronsPathway interactionsPharmaceutical PreparationsPhosphotransferasesPlayPopulationProteinsProtocols documentationPublishingReduce health disparitiesResearchRewardsRibosomesRodentRoleSalineSelf AdministrationSex DifferencesSignal PathwaySignal TransductionSliceSpecificitySubstance Use DisorderSynaptic plasticityTechniquesTechnologyTestingTimeTransgenic MiceTransgenic OrganismsTranslatingWhole-Cell RecordingsWorkaddictioncell typecocaine related behaviorscocaine self-administrationcocaine usedata-driven modelexperimental studyextracellularfemale sex hormonegender differencegene interactionhabit learninghealth disparityimprovedinnovationmalenovelsensorsingle moleculesingle nucleus RNA-sequencingstemsubstance usetranscriptome sequencingtranscriptomics
项目摘要
Substance use disorders affect ~15% of the population, with gender differences in all stages of substance use.
Female sex-steroid hormones explain some of the disparity, such as accelerated transition from casual use to
addiction, as estradiol produces sex-specific differences in rodent learning and cocaine self-administration.
Prolonged cocaine use is known to engage dorsal striatal circuits. Synaptic plasticity in such circuits is critical
for a variety of types of reward learning, highlighting the potential role such plasticity could play in substance
use disorders. Thus, understanding sex differences in cocaine use requires determining how estradiol impacts
molecular signaling and synaptic plasticity in the dorsal striatum. Our preliminary results show that estradiol,
acting at estradiol receptor type α, impairs long term potentiation (LTP) in dorsomedial striatum (DMS) in
estrous females; however, the cell type in which estradiol acts has yet to be identified. Striatal spiny projection
neurons (SPNs) are either direct pathway SPNs, which promote action, or indirect pathway SPNs, which inhibit
action, and changes in these SPNs are critical for various behavioral consequences. Thus, it is essential to
understand LTP deficits in both direct and indirect pathway SPNs. In this proposal, we will test the hypothesis
that estradiol impairs LTP in indirect pathway SPNs in the DMS. LTP in the dorsal striatum critically depends
on activation of extracellular regulated kinase (ERK), which also is modified by both cocaine and estradiol.
Estradiol enhances cocaine-mediated dopamine release and interacts with metabotropic glutamate receptors
to modify ERK activation, but an unbiased approach is needed to determine whether estradiol impacts other
signaling pathways. Our preliminary results have identified several signaling pathways that are modified by
estradiol; however, a critical question is how cocaine interacts with estradiol to modulate these signaling
pathways. We propose cutting-edge molecular and transgenic approaches combined with novel computational
modeling to test the hypothesis that estradiol-mediated changes in gene expression impair LTP and to
determine how cocaine further modifies the signaling pathways underlying synaptic plasticity. In Specific Aim
1, we perform electrophysiology in transgenic mice to determine whether LTP is impaired by estradiol in one or
both SPNs. In Specific Aim 2, we use innovative techniques of single nuclei RNA sequencing, translating
ribosome affinity purification followed by RNA sequencing and spatial transcriptomics to identify signaling
pathways modified by estradiol and cocaine self-administration in a cell-type specific and spatial manner. In
Specific Aim 3, we use innovative, data-driven modeling of signaling pathways followed by model-driven
experiments to causally test which interactions between critical signaling pathways produce estradiol-mediated
deficits in LTP. Successful completion of the proposed research will delineate how estradiol influences synaptic
plasticity in dorsal striatum, including in conjunction with cocaine, and provide a foundation for future work to
understand sex differences in reward learning and the consequences of cocaine use.
药物滥用障碍影响约 15% 的人口,在药物使用的各个阶段都存在性别差异。
女性性类固醇激素解释了一些差异,例如从随意使用到加速转变
成瘾,因为雌二醇在啮齿类动物的学习和可卡因自我给药方面产生性别特异性差异。
众所周知,长期使用可卡因会影响背侧纹状体回路,突触可塑性至关重要。
对于各种类型的奖励学习,强调这种可塑性在实质上可能发挥的潜在作用
因此,了解可卡因使用的性别差异需要确定雌二醇的影响。
背侧纹状体的分子信号传导和突触可塑性我们的初步结果表明雌二醇,
作用于α型雌二醇受体,损害背内侧纹状体(DMS)的长时程增强(LTP)
发情女性;然而,雌二醇起作用的细胞类型尚未确定。
神经元 (SPN) 要么是促进作用的直接途径 SPN,要么是抑制作用的间接途径 SPN
这些 SPN 的行动和变化对于各种行为后果至关重要。
直接和间接途径 SPN 中的 LTP 缺陷在本提案中,我们将检验该假设。
雌二醇损害 DMS 中 LTP 间接通路 SPN 的 LTP 关键取决于。
细胞外调节激酶(ERK)的激活,该激酶也被可卡因和雌二醇修饰。
雌二醇增强可卡因介导的多巴胺释放并与代谢型谷氨酸受体相互作用
修改 ERK 激活,但需要一种公正的方法来确定雌二醇是否影响其他
我们的初步结果已经确定了几种被修饰的信号通路。
然而,一个关键问题是可卡因如何与雌二醇相互作用来调节这些信号传导
我们提出了与新颖的计算相结合的尖端分子和转基因方法。
建立模型来检验雌二醇介导的基因表达变化会损害 LTP 的假设,并
确定可卡因如何进一步改变突触可塑性的信号通路。
1,我们对转基因小鼠进行电生理学检查,以确定 LTP 是否受到雌二醇的损害
在具体目标 2 中,我们使用单核 RNA 测序、翻译的创新技术。
核糖体亲和纯化,然后进行 RNA 测序和空间转录组学以鉴定信号传导
通过雌二醇和可卡因以细胞类型特异性和空间方式自我给药来改变途径。
具体目标 3,我们使用创新的、数据驱动的信号通路建模,然后使用模型驱动
因果实验测试关键信号通路之间的相互作用产生雌二醇介导
LTP 的缺陷。成功完成拟议的研究将描述雌二醇如何影响突触。
背侧纹状体的可塑性,包括与可卡因结合,并为未来的工作奠定基础
了解奖励学习中的性别差异以及使用可卡因的后果。
项目成果
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