Modulation of NMDA receptor, GABAA receptor and G protein α-subunit in butorphanol abuse

Abstract

본 연구에서는 부톨판올 남용에 있어 NMDA 수용체, GABAA 수용체 및 G 단백질 α-subunit 의 조절에 관하여 알아보고자 하였다. 지속적으로 백서의 뇌실에 두개정위적 방법으로 약물 주입관을 삽입하고 뇌실에 직접 osmotic minipump를 연결하여 3일 동안 부톨판올(26 nmol/μl/hr)을 주입하였다. 내성과 금단현상을 보인 백서의 뇌를 박편화 한 후 NMDA 수용체 리간드인 [^3 H]MK-801, GABA_A 수용체 리간드인 [^3 H]muscimol과 [^3 H]flunitrazepam, 한편 면역조직화학 염색과 western blotting을 이용하여 GABA 수용체변화를 측정하였다. 또한, adenylyl cyclase의 activator인 [^3 H]forskolin을 이용한 자기방사선술로 수용체 및 효소변화를 분석하였다. 내성과 금단현상을 보인 백서의 뇌에서 NR1 mRNA의 수준은 대뇌피질, 시상, 해마의 CA1에서 현저히 감소 하였다. 내성의 백서에서 NR2A mRNA는 해마의 CA1과 CA3에서 현저히 감소하였으며, 금단현상을 보인 백서의 대뇌피질과 치아이랑에서 증가하였다. 금단현상을 보인 백서에서 NR2B mRNA는 대뇌피질, 선조체, 시상, 해마의 CA3에서 감소하였다. 금단현상을 보인 백서의 뇌에서 [^3 H]muscimol의 결합수준은 대뇌피질과 시상, 해마의 일부분에서 현저히 증가하였다. 금단 현상을 보인 백서의 [^3 H]flunitrazepam의 결합수준은 대뇌피질, 선조체, 시상, 해마, 뇌간, 소뇌를 포함한 뇌의 거의 모든 영역에서 증가하였다. 금단 현상을 보인 백서의 뇌에서 해마를 제외한 뇌의 모든 영역에서 Gas mRNA가 현저히 감소하였다. 또한, 중격과 소뇌의 과립층에서도 감소하였다. Gαi mRNA의 수준은 내성백서의 대뇌피질에서만 현저히 감소하였다. 이러한 결과는 NMDA 수용체 결합뿐만 아니라, NMDA 수용체 subunit mRNA의 부위 특이적인 변화는 부톨판올에 의한 내성과 금단현상의 형성과 관련이 있슴을 제시한다. 부톨판올에 의한 금단현상을 보인 백서에서 [^3 H]muscimol과 [^3 H]flunitrazepam의 결합은 부위 특이적으로 현저히 증가하였으며, 이는 부톨판올에 의한 내성과 금단현상에 관여하는 조절이 다름을 의미한다. Adenylyl cyclase의 현저한 변화없이, G 단백질 α-subunit mRNA의 부위 특이적인 변화는 부톨판올에 의한 내성과 금단 현상 형성에 cAMP이외의 신호전달계 매개가능성을 시사한다.;The present study was designed to investigate the modulation of NMDA receptor subunit (NR1, NR2A, NR2B, NR2C) gene expression, GABA_A receptor binding and G protein α-subunit mRNA in tolerance and withdrawal from butorphanol. Butorphanol was infused continuously into right lateral ventricle at a constant rate of 26 nmol/μl/h for 3 days and was removed. 1) The binding of NMDA receptor ligand using [^3 H]MK-801, 2) the GABA_A receptor binding using [^3 H]muscimol and [^3 H]flunitrazepam, immunostaining and western blotting, 3) the binding of G protein α-subunit mRNA using [^3 H]forskolin in rat brain slices were analyzed by quantitative autoradiography. The level of NR1 mRNA was significantly decreased in the cerebral cortex, thalamus and CA1 area hippocampus in butorphanol tolerant and withdrawal rats. The NR2A mRNA was significantly decreased in the CA1 and CA3 of hippocampus in tolerant rats and increased in the cerebral cortex and dentate gyrus in the butorphanol withdrawal rats. NR2B mRNA was decreased in the cerebral cortex, caudate putamen, thalamus, CA3 of hippocampus in butorphanol withdrawal rats. The levels of [^3 H]muscimol binding were significantly elevated in cortex, thalamus, and part of the hippocampus. The levels of [^3 H]flunitrazepam binding were elevated in almost all of brain regions including cortex, caudate putamen, thalamus, hippocampus, brainstem, and cerebellum in the rats withdrawal from butorphanol. The level of Gas mRNA was significantly decreased in almost all areas brain except hippocampus during the butorphanol withdrawal. It was also decreased in the septal area and cerebellar granular layer in butorphanol tolerant rats. The level of Gai mRNA was significantly decreased only in the cerebral cortex of butorphanol tolerant rat. These results suggest that region-specific changes of NMDA receptor subunit mRNA (NR1 and NR2) as well as NMDA receptor binding ([^3 H] MK-801) are involved in the development of tolerance to and withdrawal from butorphanol. The withdrawal from butorphanol infusion markedly elevates the binding of [^3 H]muscimol and [^3 H]flunitrazepam throughout the brain in a region-specific manner, and that the regulatory mechanisms in butorphanol tolerance and withdrawal may be different. Region-specific changes of G protein α-subunit mRNA without marked changes in the level of adenylyl cyclase may underlie the tolerance to and withdrawal from butorphanol.