Circuit-wide gene network analysis reveals sex-specific roles for phosphodiesterase 1b in cocaine addiction

中棘神经元 伏隔核 上瘾 神经科学 药理学 纹状体 基因表达 磷酸二酯酶 神经可塑性 基因 生物 多巴胺 心理学 遗传学 生物化学
作者
Collin Teague,Tamara Markovic,Xianxiao Zhou,Freddyson J. Martínez-Rivera,Angélica Minier-Toribio,Alexander K. Zinsmaier,Nathalia V. Pulido,Kyra H. Schmidt,Kelsey E. Lucerne,Arthur Godino,Yentl Y. van der Zee,Aarthi Ramakrishnan,Rita Futamura,Caleb J. Browne,Leanne M. Holt,Yun Young Yim,Corrine H. Azizian,Deena M. Walker,Li Shen,Yan Dong,Bin Zhang,Eric J. Nestler
出处
期刊:The Journal of Neuroscience [Society for Neuroscience]
卷期号:44 (23): e1327232024-e1327232024 被引量:2
标识
DOI:10.1523/jneurosci.1327-23.2024
摘要

Cocaine use disorder is a significant public health issue without an effective pharmacological treatment. Successful treatments are hindered in part by an incomplete understanding of the molecular mechanisms that underlie long-lasting maladaptive plasticity and addiction-like behaviors. Here, we leverage a large RNA sequencing dataset to generate gene coexpression networks across six interconnected regions of the brain's reward circuitry from mice that underwent saline or cocaine self-administration. We identify phosphodiesterase 1b ( Pde1b ), a Ca 2+ /calmodulin-dependent enzyme that increases cAMP and cGMP hydrolysis, as a central hub gene within a nucleus accumbens (NAc) gene module that was bioinformatically associated with addiction-like behavior. Chronic cocaine exposure increases Pde1b expression in NAc D2 medium spiny neurons (MSNs) in male but not female mice. Viral-mediated Pde1b overexpression in NAc reduces cocaine self-administration in female rats but increases seeking in both sexes. In female mice, overexpressing Pde1b in D1 MSNs attenuates the locomotor response to cocaine, with the opposite effect in D2 MSNs. Overexpressing Pde1b in D1/D2 MSNs had no effect on the locomotor response to cocaine in male mice. At the electrophysiological level, Pde1b overexpression reduces sEPSC frequency in D1 MSNs and regulates the excitability of NAc MSNs. Lastly, Pde1b overexpression significantly reduced the number of differentially expressed genes (DEGs) in NAc following chronic cocaine, with discordant effects on gene transcription between sexes. Together, we identify novel gene modules across the brain's reward circuitry associated with addiction-like behavior and explore the role of Pde1b in regulating the molecular, cellular, and behavioral responses to cocaine.
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