Myosin II regulation of actin dynamics and the selective vulnerability of methamphetamine- and opioid-associated memory

项目摘要 没有兴奋剂滥用的药物治疗，包括甲基苯丙胺（METH）和复发率 很高。提醒人们吸毒而引发的复吸是一个特别需要预防的挑战， 记忆对行为产生强大的动机影响，并代表终身复发的风险因素。 学习是由树突棘的结构可塑性支持的，由训练诱导的肌动蛋白聚合物-肌动蛋白驱动。 化。记忆稳定性随后通过阻止肌动蛋白动力学，稳定细胞骨架来实现。作为 结果，在学习的几分钟内，记忆不受肌动蛋白解聚的影响。然而，先前的工作， 实验室发现，支持METH记忆的肌动蛋白细胞骨架在大脑中保持着独特的动态， 杏仁核的变化。这使得能够选择性地、不依赖于检索系统地破坏与METH相关的 记忆和药物寻求与单次管理的肌动蛋白解聚剂。因为肌动蛋白是至关重要的 在体内的作用限制了其治疗潜力，焦点转移到非肌肉肌球蛋白II（NMII），一个直接的驱动程序， 学习神经刺激了脊髓中肌动蛋白的聚合。NMII抑制的效果对杏仁核是特异性的， METH.事实上，当药物刺激记忆的其他区域时，NMII抑制对METH记忆没有影响。 神经回路是有针对性的，对于恐惧、食物和其他记忆， 奖励或其他滥用药物，包括阿片类药物。NMII的遗传和药理学靶向建立了它 是一个可行的治疗靶点，也是一个NIH资助的药物开发项目，用于临床安全的NMII 抑制剂正在进行中（UH 3 NS 096833）。然而，需要了解和进一步了解基础知识， 缺乏这种特异性。这将通过这个新项目的中心假设来解决： 杏仁核中与METH相关的记忆是由NMII支持的， 在学习后很长时间内，即使引入了其他联想学习，也容易选择性地受到干扰。的 本申请的重点是两个方面：（1）关于特定要求的关键机制问题， 将解决选择性记忆存储中断的amgydala、actin-β NMII和METH问题。为此， METH-1相关神经调质（Aim 1）以及NMII磷酸化和相互作用伴侣的影响 (Aim 2）将研究NMII-β依赖的BLA突触肌动蛋白动力学和METH-β相关记忆， 关注METH和BLA独有的因素。一旦查明，负责机制可 利用这些药物，使人对其他滥用药物的记忆容易被破坏，从而诱发旧病复发。（二） 由于大多数METH使用障碍患者使用多种物质，包括阿片类药物，因此有必要 以确定多种药物给药对METH记忆对匪II抑制的敏感性的影响。 初步数据表明，METH赋予以前不受影响的阿片类药物协会的易感性。 整个项目将采用技术创新的方法，从单个突触 在活组织切片中的操作到基于记忆的自我调节给药研究。

PROJECT SUMMARY  There are no pharmacotherapies for stimulant abuse, including methamphetamine (METH) and relapse rates  are high. Relapse triggered by reminders of drug use is a particular challenge to prevent, as the underlying  memories exert a powerful motivational influence over behavior and represent a lifelong relapse risk factor.  Learning is supported by structural plasticity in dendritic spines, driven by training-­induced actin polymer-­ ization. Memory stability is subsequently achieved by arresting actin dynamics, stabilizing the cytoskeleton. As  a result, memory is impervious to actin depolymerization within minutes of learning. However, prior work in the  lab discovered that the actin cytoskeleton supporting METH memories remains uniquely dynamic in the  amygdala long after training. This enables selective, retrieval-­independent disruption of METH-­associated  memories and drug seeking with a single administration of an actin depolymerizer. Because actin’s critical  roles in the body limit its therapeutic potential, focus shifted to nonmuscle myosin II (NMII), a direct driver of  learning-­stimulated actin polymerization in spines. The effect of NMII inhibition is specific to the amygdala and  METH. Indeed, NMII inhibition has no effect on METH memories when other regions of the drug-­memory  neural circuit are targeted and there is no similar retrieval-­independent effect on memories for fear, food  reward or other drugs of abuse, including opioids. Genetic and pharmacologic targeting of NMII established it  is a viable therapeutic target and an NIH-­funded medication development project for a clinically safe NMII  inhibitor is underway (UH3 NS096833). However, fundamental knowledge needed to understand and further  leverage this specificity is lacking. This will be addressed through the central hypothesis in this new project:  that METH-­associated memories are uniquely supported in the amygdala by NMII, leaving those memories  selectively vulnerable to disruption long after learning, even when other associative learning is introduced. The  focus of this application is two-­fold: (1) The key mechanistic question regarding the specific requirement of  the amgydala, actin-­NMII and METH for selective memory storage disruption will be addressed. For this, the  impact of METH-­related neuromodulators (Aim 1), as well as NMII phosphorylation and interacting partners  (Aim 2) will be studied on NMII-­dependent BLA synaptic actin dynamics and METH-­associated memory, with a  focus on factors that are unique to METH and the BLA. Once identified, the mechanism(s) responsible could  be harnessed to render relapse-­inducing memories for other drugs of abuse vulnerable to disruption. (2)  Because most individuals with METH use disorder use multiple substances, including opioids, it is necessary  to determine the impact of polydrug administration on METH memory susceptibility to NMII inhibition.  Preliminary data indicate that METH confers susceptibility to previously impervious opioid associations.  Technically innovative approaches will be employed throughout the project, spanning from single synapse  manipulations in live tissue slices to memory-­based self-­administration studies.