一一._ MW
，詰、‘圃\.・，・，、円
200 180 司= 。コ 160
。ー 140
一一0ーー Naive
ε
120《
Aω .:: 100 ω 。固 80
・一H E 0 -同 60 コ 40
20 a ロoー
-10 。 。
Control
v; 4
2・1-3. protcin kinasc C活性化薬の影響
対照ラットおよびPKC活性化薬であるPDA(10μM)潅流適用時における白質刺激により 誘発される電場電位(Population Spike)に対するテタヌス刺激の影響を細胞外記録により 比較検討した。 Fig.22・Aには、 線条体におけるテタヌス刺激(4 trains， 3 sec duration， 100
Hz frcquency at 20 sec intervals)による振幅の経時的変化とテタヌス刺激前および、刺激後40 分後のPopulation Spikeの典型例を示している。 対照ラットではテタヌス刺激後、 長期抑j五 現象(long-term depression: LTD)が観察され、 40分後では68.6+ 3.8% (n=5)の値であっ た。 ーノぢ、 POA(10μM)潅流適用時ではテタヌス刺激後、 LTDの観察は認められず、 長 期明強現象(long-term potentiation: LTP)が認められ、 40分後では112.8:t 5.2% (n=4)の 値であった(Fig.22・A)。
2-1-4. protein kinase A 活性化薬の影響
対照ラットおよびPKA活性化薬であるSp-cAMPS(10�M)潅流適用時における白質刺 激により誘発される電場電位(Population Spike)に対するテタヌス刺激の影響を細胞外記 録により比較検討した。 Fig.22・Bには、 線条体におけるテタヌス刺激(4 trains， 3 sec duration， 100 Hz frequency at 20 sec intervals)による振幅の経時的変化とテタヌス刺激前お
よび刺激後40分後のPopulation Spikeの典型例を示している。 対照ラットではテタヌス刺激 後、 長期抑圧現象(long-term depression: LTD)が観察され、 40分後では68.6:t3.8%
(n=5)の値であった。 一方、 Sp-cAMPS(1 O!-lM)潅流適用時ではテタヌス刺激後、 LTD の観察は認められず、 長期増強現象(long-term potentiation: LTP)が認められ、 40分後で
は115.4:t 8.2% (n=4)の値であった(Fig.22-B)。
3. 考察
第三章では、 皮質一線条体グルタミン酸神経伝達の可塑的変化に着目し、 メタンフェタ ミン休薬時におけるNMDA受容体機能の允進を検討した(Fig.19)。 メタンフェタミン休 薬ラットおよび対照ラットにおける白質刺激により誘発される電場電位(Population
54
A
B
ご0)す、 21080 0 -一〈-〉- C PoD
nAtrol
h Cont F rol 3 y PDf
Aぎ
- 160�
- . -�W
2\V 1
1mV一 140 2 10W1S
5
120 予3
12 F唱諮函師通繭証平 〕
“a ーH E O 帽ヨ且o 46 0 0 20
0 ・10 0 10 20 30 40
mln Control
Sp-cAM PS士0宮、 200 一一-0--- Control ゆ
ず
苅肉10--&γ
171 80 ・ sp-CAMPs a
3160 2
さ140
J-
1mVEa 120 10ms
‘Z
コ
aωι 100
ëi 80
� L-.E.，k�
��T_Tñ-I_____TT
_ I. T %I
* *ω色
60
3塁c
個且 2側0』 9
』 0
.10 0 10 20 30 40
mln
Fig.22 The PKC activator POA or the PKA activator Sp-cAMPS alters the long-term synaptic plasticity.The tetanic stimulation-induced L TO of population spikes in slices from the naive rats， whereas the slices treated with POA (10 μM) inducedしTP (A) . The tetanic stimulation-induced L TO of population spikes in slices from the naive rats， whereas the slices treated with Sp-cAMPS (10μM) induced L TP (B).
AsteriskS indicate significant differences between before and after application of POA
(対P<0.01;
two・way repeated measures analysis of variance followed by Ounnett's test). Insertions indicate superimposed traces of population spikes recorded at 1 min before(1)
and40
min after (2) tetanic stimulation in the absence and presence of POA or Sp-cAMPS.55
Spike)に対するテタヌス刺激の影響を細胞外記録により比較検討した。 その結果、 テタ ヌス刺激により対照ラットにおいて長期抑圧現象(LTD)の発現が認められた。 これまで 皮質一線条体グルタミン酸神経伝達におけるテタヌス刺激により誘発されるLTDは、 代謝 別グルタミン酸受容体(Calabresi et a1.， 1993)、 ドーパミン受容体(Calabresi et a1.， 1992a:
Calabresi et a1.， 1992c: Yamamoto et a1.， 1999)、 一酸化窒素(NO)(Calabresi et a1.， 1999) が関与-することが報告されいる。 一方、 メタンフェタミン休薬ラットでは、 テタヌス刺激 により長期増強現象(LTP)の発現が認められ、 このLTPはAPVの潅流適用、 さらには Mg2+free条件下の検討結果より、 NMDA受容体の活性化を介することが明らかとなった。
この結果は、 Nishioku et a1. (1999)によるメタンフェタミン逆耐性ラットにおける皮質 一線条体シナプス伝達において、 長期増強現象(long-term potentiation)が誘発するという 結果と同様の結果であった。 さらに、 本研究では第一二章でメタンフェタミン休薬時に線条 休二ユーロンにおいて、 PKCおよびPKAのリン酸化による電位依存性Mg2+閉塞の解除に よるNMOA受容体機能の冗進が引き起こされていることを明らかとした。 そこで、 次に メタンフェタミン休薬ラットの線条体シナプスにおいて誘発されるLTPのメカニズムとし て、 PKCおよびPKAのリン酸化の影響について検討した。 PKC活性化薬であるPOA (10μM)潅流適用時における白質刺激により誘発される電場電位(Population Spike)に 対するテタヌス刺激の影響を細胞外記録により比較検討した。 その結果、 PDA(10μM) 瀧流適用時には、 テタヌス刺激により長期増強現象(LTP)の発現が認められた。 さら に、 Pl<.J生活性化薬であるSp-cAMPS(lO!lM)潅流適用時における臼質刺激により誘発さ れる電場電位(Population Spike)に対するテタヌス刺激の影響を細胞外記録により比較検 討した。 その結果、 Sp-cAMPS(10!lM)潅流適用時には、 テタヌス刺激により長期増強 現象(LTP)の発現が認められた。 この結果、 皮質一線条体グルタミン酸神経伝達におけ るテタヌス刺激により誘発されるLTPは、 PKAおよびPKCのリン酸化を介したNMDA受容 体機能の充進によることが明らかとなった。
56
総 括
本研究では、 メタンフエタミン誘発行動逆耐性発現のメカニズムを検討する目的で、 メ タンフヱタミン反復投与後の休薬期間における線条体のNMDA受容体チャンネルの性質 の変化を電気生理学的手法、 さらに、 westem immunoblot法を用いて検討した。
第一章では、 メタンフェタミン再投与により観察される自発運動量允進の増強を、 赤外 線エリアセンサーを用いて評価した。 自発運動量発現を指標にメタンフェタミン急性効果 (Sc.1)、 メタンフヱタミン休薬1日(Sc.2)、 メタンフェタミン休薬7日(Sc.3)のスケ
ジ、ユールで検討した。 その結果、 メタンフェタミン休薬7日において、 メタンフェタミン 行動逆耐性の有意な増強が認められたが、 メタンフェタミン急性効果、 メタンフェタミン 休薬1日においては、 影響は認められなかった。 この結果より、 第一章では、 メタンフエ タミン誘発行動逆耐性モデルラット作製のスケジュールの確立を行った。
第二章では、 メタンフェタミン休薬時における線条体ニューロンのグルタミン酸受容体 の変化に関する検討を行った。 第 一節ではメタンフェタミン誘発行動逆耐性の形成期間に NMDA受容体機能の充進が引き起こされているかを電気生理学的手法を用いて検討し た。 その結果、 メタンフヱタミン休薬ラットにおいてはNMDA受容体機能の充進が認め
られ、 とのNMDA受容体機能の允進は電位依存性Mg2+閉塞の解除による可能性が考えら れた。 さらに、 本節ではメタンフェタミン誘発行動逆耐性の発現における休薬期間の影響 について検討した。 その結果、 メタンフエタミン休薬7日においてNMDA受容体機能の克 進が認められるが、 メタンフェタミン急性効果、 メタンフェタミン休薬1日においては NMDA受容体機能に変化は認められなかった。 との結果は、 第一章における行動薬理学 的検討によるメタンフェタミン誘発行動逆耐性の発現に関する休薬期間の影響との相関性 が認められた。
第J節では、 メタンフェタミン反復投与後、 休薬期間におけるNMDA受容体機能の充
進の要因として、 NMDA受容体NR2Cサブユニットの発現増大による電位依存性Mg2+閉塞 の解除の可能性について、 NR2Cサブユニットの発現レベルを指標にwestem immunoblot法
57
を用いて検討した。 その結果、 メタンフェタミン反復投与後、 休薬期間に電位依存性 Mg2+閉塞の解除によるNMDA受容体機能の充進の可能性として、 NMDA受容体サブユ ニットの組み換えは引き起こされていないことが明らかとなった。
第三節では、 メタンフェタミン反復投与後、 休薬期間に引き起こされているNMDA受 代休機能の允進が、 cAMP依存性Protein Kinase (PKA)および、Protein Kinase Cのリン酸化 による膜電位依存性Mg2+閉塞の解除によるかを検討した。 その結果、 メタンフェタミン 誘発行動J逆耐性の休薬期間には線条体投射ニューロンのシナフス後膜において、 PKCおよ びP札生のリン酸化を介したNMDA受容体チャンネルのMg2+ 閉塞の解除によりNMDA受容 体機能の克進が引き起こされていることが明らかとなった。
第三章では、 皮質一線条体グルタミン酸神経伝達の可塑的変化に着目し、 メタンフェタ ミン休薬時におけるNMDA受容体機能の充進の可能性を検討した。 その結果、 テタヌス 刺激による対照ラットにおける長期抑圧現象(LTD)の発現に対し、 メタンフェタミン休 薬ラットでは、 長期増強現象(LTP)の発現が認められ、 とのLTPはAPVの還流適用、 さ らにはMg2+free条件下の検討結果より、 NMDA受容体の活性化を介することが明らかと なった。 さらに、 このLTPの発現はPKCおよびPKAのリン酸化によるととが明らかとなっ た。 この結果、 皮質一線条体グルタミン酸神経伝達におけるテタヌス刺激により誘発され るLTPは、 PKCおよびPI<i生のリン酸化を介したNMDA受容体機能の充進によることが明ら かとなった。
以上、 メタンフェタミン誘発行動逆耐性の発現のメカニズムとして、 メタンフェタミン 反復投与後、 休薬期間に線条体シナプスにおけるNMDA受容体機能の允進が引き起こさ れていることが明らかとなった。 さらに、 このNMDA受容体機能の尤進は、 PKCおよび PKAのリン酸化を介した膜電位依存d性Mg2+閉塞の解除による可能性が示唆される。
58
参照文献
AlexanderヲE. & Crucher， M.D. (1990) Functional architecture of basal ganglia Clfcuíts: Neural substrates of parallel processing. Trends Neurosci. 13， 266-271.
Blank， T.， Nijholt， 1.， Teichertヲ U.， Kügler， Behrsing， H・ヲFienberg， A.， Greengard，
P. & Spiess， J. (1997) The phosphoprotein DARPP-32 mediates
cAMP-dependent potentiation of striatal N-methyl-D-aspartate responses. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 94， 14859-14864.
Bogdanov， M. & B. Wurtman， R. J. (1997) Possible involvement of nitric oxide in NMDA-induced glutamate release in the rat striatum: an in vivo microdialysis study. Neurosci. Lett. 221， 197-201.
Browman， K.E.， Kantor， L.， Richardson， S.， Badiani， A.， Robinson， T.E. & Gnegy，
M.E. (1998) Injection of the protein kinase C inhibitor Ro31-8220 into the nucleus accumbens attenuates the acute response to amphetamine: tissue and behavioral studies. Brain Research 814， 112-119.
Calabresi， P.， M句ヲR.， Pisani， A.， Mercuri， N.B. & Bernardi， G. (1992a) Long-term synaptic depression in the striatum: physiolC?gical and pharmacological
characterization.よNeurosci. 12， 4224-4233.
Calabresi P.， Pisani A.， Mercuri N. B. & Bernardi G. (1992b) Long-term potentiation in the striatum is unmasked by removing the voltage-dependent blockade of NMDA receptor channel. Eur J Neurosci 4， 929-935.
Calabresi P.ヲM司R.， Mercuri N. B. & Bernardi G. (1992c) Coactivation of D1 and D2 dopamine receptor is required for long-term synaptic depression in the striatum. Neurosci. Lett. 142， 95-99.
Calabresi P.， Pisani A.， Mercuri N. B. & Bernardi G. (1992d) Long-term
potentiation in the striatum is unmasked by removing the voltage-dependent blockade of NMDA receptor chanel.Eur. よNeurosci. 4， 929-935.
Calabresi P.， Pisani A.， Mercuri N. B. & Bernardi G. (1993) Heterogeneity of metabotropic glutamate receptors in the striatum: electrophysiological evidence.
Eur J Neurosci 5， 1370・1377.
Calabresi P.ヲSaiardi A.， Pisani A.， Baik J. H.， Centonze D.， Mercuri N. B.， Bernardi
G. & Borrelli E. (1997) Abnormal synaptic plasticity in the striatum of mice
5 9
lacking dopamine D2 receptors.よ Neurosci. 17， 4536-4544.
Calabresi P.， Centonze D.， Gubellini P.， Pisani A. & Bernardi G. (1998)
Endogenous Ach enhances striatal NMDA-responses vîa M1-1ike muscarînîc receptor and PKC activation. Eur J Neurosci 10， 2887・2895.
Calabresi P .，Gubellini P汁Centonze D.， Sancesario G.， Merello M.， Giorgi M.、
Pisani A. & Bernardi G. (1999) A crîtical role of the nitric oxide/cGMP pathway in corticostriatal long-term depression. J. Neurosci. 19， 2489-2499.
Cattaneda， E.ヲBecker， J.B. & Robinson， T.E. (1988) The long-term effects of repeated amphetamine treatment in vivo on amphetamine， KCl and electrical stimulation evoked striatal dopamine release in vitro. Life Sci. 42， 2447-2456.
Cepeda， C.， Colwell， C. S.， ltri， J. N.， Chandler， S. H. & Levine， M. S. (1998) Dopaminergic modulation of NMDA induced whole cell currents in neostriatal neurons in slices: contribution of calcium conductances， J Neurophysiol. 79，
82-94.
Chen， L. & H凶ng， L.M. (1992) Protein kinase C reduces Mg2+ block of NMDA
receptor channel as a mechanism of modulation. Nature 356， 521-523.
Cherubini， E.， Herrling， P.L.， Lanfumey， L. & Stanzione， P. (1988) Excitatory amino acids in synaptic excitations of rat striatal neurones in vitro. 1. Physiol.
400， 677-690.
Colwell， C. S. & Levine， M. S. (1995) Excitatory synaptic transmission in neostriatal neurons: Regulation by cyclic AMP-dependent mechanisms.よ Neurosci. 15，
1704-1713.
Furukawa， Y.， Okada， M.， Akaike， N.， Hayashi， T. & Nabekura， J. (2000) Reduction of voltage-dependent magnesium block of N-methyl-D-aspartate
receptor-mediated current by in vivo axonal injury. Neuroscience 96， 385-392.
Giambalvo， C.T. (1992) Protein kinase C and dopamine transport--l. Effects amphetamine in vivo. Neuropharmacology 31， 1201-1210.
Gnegy， M.E.うHong， P. & Ferrell， S.T. (1993) Phosphorylation of neuromodulin in rat striatum after acute and repeated， intermittent amphetamine. Brain Research Molecular Brain Research 20， 289-298.
GreengardヲP.， AIlen， P. B. & Narin， A. C. (1999) Beyond the dopamine receptor:
the DARPP-32/protein phosphatase-1 cascade. Neuron 23， 435-447.
Hamamura， T.， Akiyama， K.， Akimoto， K.， Kashihara， K.， Okumura， H.， Ujike， H.
6 0
& Otsuki， S. (1991) Co-adoministration of either a selective D1 or D2 dopamine
antagonist with methamphetamine prevents methamphetamine-induced behavioral sensitization and neurochemical change， studied by in vivo intracerebral dialysis. Brain Reserch 546， 40・46.
Hernandez J. F.， Hernandez S・ヲ Snyder G. L.， Yan Z.， Fienberg A. A.， Moss S. J.，
Greengard P. & Surmeier D， J. (2000) D} dopamine receptor activation reduces GABAA receptor currents in neostriatal neurons through a PKA/DARPP司 32/PP 1 signaling cascadeJ. Physiol. 83， 2996・3004.
He口ing， P. L. (1985) Pharmacology of the corticocaudate excitatory postsynaptic potential in the cat: evidence for its mediation by quisqualate or kainate
receptors. Neuroscience 14， 417-426.
Hirabayashi， M. & Alam， M. (1981) Enhancing effect of methamphetamine on ambulatory activity produced by repeated administration in mice. Pharmacol.
Biochem. Behav. 15， 925-932.
Hori， N. & Carpenter， D. O. (1994) Transient ischemia causes a reduction of Mg2十 blockade of NMDA receptors. Neurosci. Lett. 173， 75-78.
Inoue， H.， Arai， 1.， Shibata， S. & Watanabe， S. (1996) NG-nitro-L-arginine methyl 巴ster attenuates the maintenance and expression of methamphetamine-induced behavioral sensitization and enhancement of striatal dopamine release.ょ Pharmacol. Exp. Ther. 277: 1424-1430.
Iwata， S.ヲHewlett， G.H. & Gnegy， M.E. (1997) Amphetamine increases the
phosphorylation of neuromodulin and synapsin 1 in rat striatal synaptosomes.
Synapse 26: 281-291.
Jiang， Z.G. & North， R.A. (1991) Membrane properties and synaptic responses of rat striatal neurons in vitro. J. Physiol. 443， 533-553.
Kantor， L. & Gnegy， M.E. (1998) Protein kinase C inhibitors block amphetamine
mediated dopamine release in rat striatal slices.ょ Pharmacol. Exp. Ther. 284:
592-598.
Kalivas， P.W. & Stewart， J. (1991) Dopamine transmission in the initiation and expression of drug and stress-induced sensitization of motor activity. Brain Research - Brain Research Reviews. 16， 223・244.
Kalivas， P.W. & Duffy， P. (1993) Time course of extraceIlular dopamine and behavioral sensitization to cocaine. Dopamine axon terminals. J. Neurosci. 13，
6 1
266-275.
Karler， R.， Calder， L.D.， Chaudhry， I.A. & TurkanisヲS.A. (1989) Blockade of 'reverce tolerance' to cocaine and amphetamine by MK田801. Life Sci. 45，5 99-606.
Karler， R.， CalderヲL.D. & Turkanis， S.A. (1991) DNQX blockade of amphetamine behavioral sensitization. Brain Research 552， 295-300.
Kato， N. & Yoshimllra， H. (1993) Redllced Mg2+block of N -methyl-o-aspartate receptor-mediated synaptic potentials in developing visual cortex. Proc Natl.
Acαd. Sci. USA 90， 7114-7118.
Kelly， P.H.ヲSeviour， P.W. & Iversen， S.D. (1975) Amphetamine and apomorphine responses in the rat following 6-0HDA lesions of the nucleus accumbens septi and corpus striatum. Brain Research 94， 507・522.
KitaヲH. (1996) Glutamatergic and GABAergic postsynaptic responses of striatal spiny nellrons to intrastriatal and cortical stimulation recorded in slice
preparations. Neuroscience 70， 925-940.
Kuczenski， R. & Segal， D. (1989) Concomitant characterization of behavioral and striatal neurotransmitter response to amphetamine using in vivo microdialysis. J.
Neurosci. 9， 2051-2065.
Kutsuwada， T.， KashiwabuchiヲN.， Mori， H.ヲSakimura， K.， Kushiya， E.， Araki， K.ヲ Megu爪H.， Masaki， H.， Kumar山hi， T.， A叫cawa， M. & Mishina， M. (1992) Molecular diversity of the NMDA receptor channels. Nature 358ラ36-41.
Landwehmeyer G. B.， Standaert D. G.， Testa C. M.， Penney 1. B.Jr. & Young A. B.
(1995) NMDA receptor sllbunit mRNA expression by projection neurons and
interneurons in rat striatum.よNeurosci. 15， 5297-5307.
McCarren M. & Alger B. E. (1985) Use-dependent depression of IPSPs in rat hippocampal pyramidalcells in vitro. J Neurophysiol 53， 557・571.
Meguro， H.， Mori， H.， Araki， K， Kushiya， E.， Katsuwada， T.， Yamazaki， M.ヲ Kumanishi， T.， Arakawa， M.， Sakimura， K. & Mishina， M. (1992) Functional characterization of a heteromeric NMDA receptor channel expressed from cloned cDNAs. Nature 357， 70・74.
MitaniヲA.， Watanabe， M. & Kataoka， K. (1998) Functional change of NMDA receptors related to enhancement of susceptibility to neurotoxicity in the developing pontine nucleus.よNeurosci. 18， 7941-7952.
6 2
Nakanishi， H.， Amano， T.， Sastradipura， D.F.， Yoshimine， Y.， Tsukuba， T.， Tanabe，
K・ヲ Hirotsu， 1.， Ohno， T. & Yamamoto， K. (1997a) Increased expression of cathepsins E and D in neurons of the aged rat brain and their colocalization with lipofuscin and carboxy-terminal fragments of Alzheimer amyloid precursor protein.よNeurochem. 68， 739・749.
Nakanishi， H.， Tamura， A.， Kawai， K. & Yamamoto， K. (1997b)
Electrophysiological stlldies of rat substantia nigra neurons in an in vitro slice preparation after middle cerebral artery occlusion. Neuroscience 77， 1021-1028.
Nakayama， M.， Koyama， T. & Yamashita， I. (1993) Long-lasting decrease in dopamine uptake sites following repeated administration of methamphetamine ïn the rat striatum. Brain Research 601， 209-212.
Nishioku， T.， Shimazoe， T.， Yamamoto， Y.， Nakanishi， H & Watanabe， S. (1999) Expression of long-term potentiation of the striatum in methamphetamine-sensitized rats. Neurosci. Lett. 268， 81-84.
Ohmori， T.， Abekawa， T.， Muraki， A. & KoyamaヲT.(1994) Competitive and noncompetlÍlve NMDA antagonists block sensitization to methamphetamine.
Pharmacol. Biochem. Behav. 48， 587-591.
Ohmori， T.， Abekawa， T & Koyama， T. (1996) The role of glutamate in behavioral and neurotoxic e妊'ects of methamphetamine. Neurochem. Int .29， 301-307.
Ohno， M.， Yoshida， H. &Watanabe， S. (1994) NMDA-receptor mediated expression of Fos protein in the rat striatum following methamphetamine administration:
relation to behavioral sensitization. Brain Research 665， 135-140.
Patrick， S.L.， ThompsonヲT.L.， Walker， J. M. & Patrick， R.L. (1991) Concominant sensitization of amphetamine-induced behavioral stimulation and in vivo
dopamine release from rat caudate nuc1eus. Brain Research 538， 343-346.
Pisani A.， Calabresi P.， Cento回e D. & Bernardi G. (1997) Enhancement of NMDA responses by group 1 metabotropic glutamate receptor activation in striatal neurons. British よPharmacol. 120， 1007-1014.
Stephans， S.E. & Yamamoto B.K. (1995) Effect of repeated methamphetamine administrations on dopamine and glutamate efflux in rat prefrontal cortex.
Brain Research 700， 99-106.
Surmeiyer D. J・ヲBargas 1.， Hemmings H. C. Jr.， Narin A. C. & Greengard P. (1995) 6 :3