Substance use disorders, memory and neural plasticity: Dopamine D3 receptor as a potential therapeutical target to avoid drug relapses. Epigenetic and neurobiological mechanisms

• Autores: Aurelio Franco Garcia
• Directores de la Tesis: María Cristina Núñez Parra (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 164
• Títulos paralelos:
  • Trastorno por abuso de sustancias, memoria y plasticidad neuronal.: El receptor dopaminérgico D3 como potencial diana terapéutica para prevenir recaídas en el consumo de drogas. Mecanismos epigenéticos y neurobiológicos
• Tribunal Calificador de la Tesis: Carmen Ferrer Pérez (presid.), Maria del Pilar Aroca Tejedor (secret.), Kristoffer Sahlhom (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGITUM
• Resumen
  • español

    Los trastornos por abuso de sustancias (TAS) son conductas derivadas del consumo mantenido de drogas, a pesar de las consecuencias negativas, para evitar el síndrome de abstinencia. La vía mesocorticolímbica juega un papel fundamental en la regulación de los efectos reforzadores de las drogas, donde los núcleos relacionados con la memoria, como la amígdala, el hipocampo y la corteza infralímbica (IL), reciben inervaciones dopaminérgicas del área tegmental ventral, donde estas sustancias ejercen sus efectos. Así, existe una conexión entre memoria y los TAS, por la que las drogas y sus asociaciones con el entorno pueden desencadenar recaídas en su consumo. Actualmente, las terapias de extinción de las memorias asociadas a las drogas son poco eficaces. Estudios recientes sugieren la participación del receptor de dopamina de tipo 3 (D3R) en el procesamiento de estas memorias. En esta Tesis Doctoral hemos explorado algunos eventos neurobiológicos subyacentes en la recuperación de los recuerdos aversivos de abstinencia de morfina y su extinción en núcleos relacionados con memoria emocional (amígdala basolateral, BLA) y declarativa (hipocampo). Hemos evaluado la actividad de la vía mTOR y sus proteínas sinápticas aguas-abajo (Arc, Homer1 y GluN1). Además, dado que las marcas epigenéticas pueden ser estables y podrían participar en el procesamiento de los recuerdos relacionados con las drogas, estudiamos la expresión de los niveles de la histona 4 acetilada en la lisina 5 (H4K5ac) y su factor de transcripción activador, Brd4 fosforilado (p-Brd4), así como el efecto transcripcional en algunos genes diana y el componente remodelador de la cromatina Smarcc1. En línea con investigaciones previas de nuestro laboratorio, exploramos el efecto del antagonismo de D3R sobre la reinstauración del comportamiento de búsqueda de cocaína inducido por estrés, así como su impacto en las cascadas acopladas en BLA y giro dentado (DG). Además, estudiamos el impacto de antagonistas de D3R en la extinción de los recuerdos aversivos de la abstinencia de morfina. Aquí, evaluamos la expresión de D3R y el posible impacto en la función glial en varias áreas mesocorticolímbicas. Para desarrollar este trabajo, hemos utilizado modelos conductuales en roedores (paradigmas de aversión y preferencia condicionada de lugar -CPA, CPP-) y técnicas moleculares (western blot, radioinmunoensayo, reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa e inmunofluorescencia). Nuestros resultados muestran la regulación de la actividad de la vía mTOR junto a variación en la expresión de moléculas sinápticas durante la recuperación y extinción de estas memorias aversivas. Paralelamente, observamos un aumento de p-Brd4 y H4K5ac en BLA e hipocampo, que vuelven a niveles control tras la extinción. Sin embargo, la transcripción de sus genes diana no cambiaron, lo que sugiere un mecanismo de regulación transcripcional complejo. Además, nuestro trabajo apoya el uso de antagonistas de D3R para prevenir la recaída en comportamientos de búsqueda de cocaína inducidos por estímulos estresantes y muestra una modulación compleja de las vías acopladas a D3R dependiendo del tipo de estrés que la desencadene en BLA y DG. Asimismo, este proyecto avala la eficacia del antagonismo de D3R para acelerar la extinción de las conductas de búsqueda de drogas asociadas con el refuerzo negativo de los opiáceos, pero a través de la regulación motivacional en lugar de la mejora cognitiva. El entrenamiento conductual redujo significativamente la expresión del receptor D3R en el IL y el estriado dorsal, lo que indica su participación en la extinción de las memorias asociadas a la abstinencia de morfina. Además, la disminución de los niveles de marcadores de activación microglial y sus alteraciones morfológicas después del bloqueo de D3R en IL y NAc revelan que mecanismos neuroinflamatorios participan en los efectos del receptor D3.

  • English

    Substance use disorders (SUDs) are a series of behavioural outcomes that arise after sustained drug consumption, despite its negative consequences, in order to avoid withdrawal syndrome. In this psychiatric condition, the mesocorticolimbic structures in the brain play a major role in overseeing the reinforcing effects of the drug of abuse. Memory-related nuclei, such as the amygdalar complex, the hippocampus and the infralimbic cortex (IL), receive dopaminergic inputs from the ventral tegmental area, where drugs of abuse exert their effects in the brain. Therefore, there is a connection between memory and SUDs, as drug-paired cues and contexts can trigger drug-seeking behaviours. Despite sustained efforts, currently, extinction-based therapies are ineffective since drug memories show remarkable resistance, lasting years after consumption. Recent literature has pointed out the potential role of the dopamine type 3 receptor (D3R) in the processing of these memories. In this doctoral dissertation, we have first explored some of the neurobiological events underlying the retrieval of aversive morphine withdrawal memories and their extinction in nuclei involved in emotional (basolateral amygdala, BLA) and declarative (hippocampus) memories. We assessed the activity of the mTOR pathway and their downstream synaptic protein targets Arc, Homer1 and GluN1. Also, since epigenetic marks have been shown to be stable and gained attention as an underlying mechanism in drug-related memories, we studied the levels of the histone 4 acetylated in the lysine 5 (H4K5ac) and its coupled activator transcription factor, phospho Brd4 (p-Brd4), as well as the expression of some target genes and a chromatin remodeller component. Secondly, in line with previous investigations of our laboratory, we tested the effects of selective D3R-antagonism upon tail-pinch and immobilisation-induced reinstatement of cocaine-seeking behaviours, as well as its molecular impact on D3R-coupled pathways in the BLA and dentate gyrus (DG). Additionally, studied the impact of D3R antagonists on the extinction of morphine withdrawal-induced drug seeking behaviours. Then, we evaluated D3R blockade and impact on activation of glia in several mesocorticolimbic areas. To accomplish the aims of this thesis, we used a combined approach of behavioural rodent models (conditioned place aversion -CPA- and preference -CPP- paradigms) and molecular techniques (western blot, radioimmunoassay, quantitative polymerase chain reaction and immunofluorescence). Our results provide evidence for the regulation of the activity of the mTOR pathway in the DG upon the recall of aversive memories, which was accompanied with variations in the expression of synaptic molecules during the retrieval and extinction of opiate-withdrawal memories. Secondly, we report increased levels of p-Brd4 and H4K5ac in BLA and hippocampal areas, that return to control levels after extinction procedures. However, targeted genes remained unchanged, suggesting a more complex regulation mechanism underlying transcription induction. Moreover, our work supports the use of D3R antagonists as a pharmacological tool to prevent relapse in cocaine-seeking behaviours induced by physiological and psychological stressors and reflect a complex and distinct modulation of D3R-coupled pathways depending on the type of stress in BLA and DG. Furthermore, this project endorses the efficacy of D3R antagonism for accelerating the extinction of drug-seeking behaviours associated with opiates negative reinforcement, but through motivational regulation instead of enhanced cognition. Successful behavioural training alone significantly reduced D3R expression in the IL and dorsal striatum, hence indicating that this receptor participates in the extinction of morphine withdrawal memories. Moreover, the decreased levels of microglial activation markers and their morphological alterations after D3R blockade reveal that neuroinflammatory mechanisms take part in D3R effects.