Kalpana M. Merchant and Daniel M. Morsa- Differential induction of neurotensin and c-fos gene expression by typical versus atypical antipsychotics

8/3/2019 Kalpana M. Merchant and Daniel M. Morsa- Differential induction of neurotensin and c-fos gene expression by typic

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P r o c . N a t l . A c a d . S c i . USAV o l . 9 0 , p p . 3 4 4 7 - 3 4 5 1 , A p r i l 1 9 9 3N e u r o b i o l o g y

D i f f e r e n t i a l i n d u c t i o n o f n e u r o t e n s i n a n d c - f o s g e n e e x p r e s s i o n b yt y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s( c a u d a t e - p u t a m e n / n u c l e u s a c c u m b e n s s h e l l / e x t r a p y r a m i d a l s i d e e f f e c t s / m R N A )

KALPANA M. MERCHANT* AND DANIEL M. DORSAG e r i a t r i c R e s e a r c h , E d u c a t i o n a n d C l i n i c a l C e n t e r , S e a t t l e V e t e r a n s A d m i n i s t r a t i o n M e d i c a l C e n t e r , S e a t t l e , WA 9 8 1 0 8 ; a n d D e p a r t m e n t s o f P s y c h i a t r y a n dB e h a v i o r a l S c i e n c e s a n d P h a r m a c o l o g y , U n i v e r s i t y o f W a s h i n g t o n , S e a t t l e , WA 9 8 1 9 5C o m m u n i c a t e d b y S u s a n E . L e e m a n , D e c e m b e r 7 , 1 9 9 2ABSTRACT P r e c i s e n e u r a l m e c h a n i s m s u n d e r l y i n g t h ep a t h o p h y s i o l o g y a n d p h a r m a c o t h e r a p y o f p s y c h o t i c d i s o r d e r sr e m a i n l a r g e l y u n k n o w n . P r e s e n t s t u d i e s i n v e s t i g a t e d t h e e f -f e c t s o f v a r i o u s a n t i p s y c h o t i c d r u g s o n e x p r e s s i o n o f t h e g e n ee n c o d i n g t h e p u r p o r t e d e n d o g e n o u s a n t i p s y c h o t i c - l i k e p e p t i d en e u r o t e n s i n ( N T ) i n s t r i a t a l r e g i o n s o f t h e r a t b r a i n . T h e r e s u l t sd e m o n s t r a t e t h a t s e v e r a l c l i n i c a l l y e f f i c a c i o u s a n t i p s y c h o t i cd r u g s s e l e c t i v e l y a n d s p e c i f i c a l l y i n c r e a s e e x p r e s s i o n o fN T / n e u r o m e d i n N ( N T / N ) mRNA i n t h e s h e l l o f t h e n u c l e u sa c c u m b e n s , a r e g i o n o f t h e f o r e b r a i n a s s o c i a t e d w i t h l i m b i cs y s t e m s . O n t h e o t h e r h a n d , o n l y t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s t h a tc a u s e a h i g h i n c i d e n c e o f a c u t e m o t o r s i d e e f f e c t s i n c r e a s e d t h ee x p r e s s i o n o f NT/N mRNA i n t h e d o r s o l a t e r a l s t r i a t u m , a ne x t r a p y r a m i d a l r e g i o n p r i m a r i l y i n v o l v e d i n m o t o r c o n t r o l . I na d d i t i o n , i t a p p e a r s t h a t d i s t i n c t m e c h a n i s m s may b e i n v o l v e di n t h e e f f e c t s o f a n t i p s y c h o t i c s o n NT/N g e n e e x p r e s s i o n i n t h ed o r s o l a t e r a l s t r i a t u m v e r s u s t h e a c c u m b a l s h e l l . T h u s n e u r o -l e p t i c - i n d u c e d i n c r e a s e s i n NT/N mRNA e x p r e s s i o n i n t h ed o r s o l a t e r a l s t r i a t u m w e r e p r e c e d e d b y a r a p i d a n d t r a n s i e n ta c t i v a t i o n o f c - f o s mRNA, w h e r e a s n o n e o f t h e a n t i p s y c h o t i c sa f f e c t e d c - f o s mRNA e x p r e s s i o n i n t h e a c c u m b a l s h e l l . T h ea n a t o m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f NT/N g e n e e x p r e s s i o n i n d u c e db y t y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s r a i s e t h e p o s s i b i l i t yt h a t i n c r e a s e d a c t i v i t y o f s p e c i f i c NT n e u r o n s may c o n t r i b u t et o t h e t h e r a p e u t i c e f f e c t s ( N T n e u r o n s i n t h e a c c u m b a l s h e l l ) o rm o t o r s i d e e f f e c t s ( N T n e u r o n s i n t h e d o r s o l a t e r a l s t r i a t u m ) o ft h e s e d r u g s .A n t i p s y c h o t i c d r u g s a r e a g r o u p o f c h e m i c a l l y d i v e r s e c o m -p o u n d s t h a t a r e u s e d i n t h e t r e a t m e n t o f s c h i z o p h r e n i a a n do t h e r p s y c h o t i c d i s o r d e r s . C l i n i c a l u s e o f s e v e r a l o f t h e s ed r u g s t e r m e d t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s o r n e u r o l e p t i c s ( e . g . ,h a l o p e r i d o l a n d f l u p h e n a z i n e ) i s a c c o m p a n i e d b y a w i d es p e c t r u m o f a c u t e a n d c h r o n i c m o t o r s i d e e f f e c t s s u c h a sd y s t o n i a s a n d t a r d i v e d y s k i n e s i a , r e s p e c t i v e l y . T h e s e s i d ee f f e c t s a r e t h o u g h t t o b e m e d i a t e d b y e x t r a p y r a m i d a l m o t o rs y s t e m s i n t h e b a s a l g a n g l i a . T h e s y m p t o m s a r e o f t e n s e v e r ea n d d i s a b l i n g a n d f r e q u e n t l y l e a d t o p a t i e n t n o n c o m p l i a n c e .T h e r e f o r e , r e c e n t s e a r c h f o r ne w a n t i p s y c h o t i c a g e n t s h a sf o c u s e d o n t h e s o - c a l l e d " a t y p i c a l " a n t i p s y c h o t i c s , d r u g st h a t d o n o t c a u s e e x t r a p y r a m i d a l m o t o r s i d e e f f e c t s ( E P S ) .C l o z a p i n e i s a p r o t o t y p e o f a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c d r u g sw h o s e c l i n i c a l e f f i c a c y i s e q u a l t o o r g r e a t e r t h a n t h a t o ft y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s s u c h a s h a l o p e r i d o l b u t h as a m u c hl o w e r i n c i d e n c e o f EPS ( 1 ) . H o w e v e r , t r e a t m e n t w i t h c l o z -a p i n e r e s u l t s i n 1 - 2 % i n c i d e n c e o f a g r a n u l o c y t o s i s ( 2 ) a n dh e n c e t h e s e a r c h f o r new a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s c o n t i n u e s .D e v e l o p m e n t o f n e w t h e r a p e u t i c a n t i p s y c h o t i c a g e n t s w i t hf e w e r EPS h a s b e e n d i f f i c u l t p a r t l y b e c a u s e p r e c i s e n e u r o -c h e m i c a l m e c h a n i s m s u n d e r l y i n g t h e e t i o l o g y o f s c h i z o p h r e -n i a a n d t h e p h a r m a c o l o g i c a l e f f e c t s o f a n t i p s y c h o t i c d r u g s

r e m a i n u n c l e a r ( 3 ) . A r o l e o f d o p a m i n e D2 r e c e p t o r s i si n d i c a t e d i n t h e o b s e r v a t i o n t h a t t h e p o t e n c y o f a n t i p s y c h o t i cd r u g s c o r r e l a t e s w e l l w i t h t h e i r a b i l i t y t o b l o c k t h e D2r e c e p t o r s ( 4 , 5 ) . H o w e v e r , a t t e m p t s t o i d e n t i f y a b n o r m a l i t i e si n D2 r e c e p t o r e x p r e s s i o n i n d r u g - n a i v e s c h i z o p h r e n i c p a -t i e n t s h a v e b e e n i n c o n c l u s i v e ( 6 , 7 ) . R e c e n t s t u d i e s t h e r e f o r eh a v e a t t e m p t e d t o i d e n t i f y o t h e r p o s t s y n a p t i c t r a n s m i t t e rs y s t e m s t a r g e t e d b y a n t i p s y c h o t i c d r u g s t h a t may b e i n v o l v e di n t h e e t i o l o g y a n d / o r p h a r m a c o t h e r a p y o f s c h i z o p h r e n i a .We h a v e e x a m i n e d t h e i n t e r a c t i o n o f a n t i p s y c h o t i c d r u g sw i t h a p e p t i d e r g i c t r a n s m i t t e r , n e u r o t e n s i n ( N T ) , w h i c h w a si s o l a t e d f i r s t f r o m b o v i n e h y p o t h a l a m u s ( 8 ) a n d h a s h e t e r o -g e n e o u s d i s t r i b u t i o n i n m a m m a l i a n b r a i n . N T i n t e r a c t sc l o s e l y w i t h n i g r o s t r i a t a l a n d m e s o l i m b i c d o p a m i n e s y s t e m s( f o r r e v i e w s , s e e r e f s . 9 - 1 1 ) . T h e p h a r m a c o l o g i c a l p r o f i l e o ft h i s p e p t i d e i n r a t s r e s e m b l e s t h a t o f c l i n i c a l l y u s e d a n t i p s y -c h o t i c d r u g s s u c h a s h a l o p e r i d o l a n d i t h a s b e e n p r o p o s e d t h a tN T m a y b e a n e n d o g e n o u s n e u r o l e p t i c - l i k e c o m p o u n d ( 1 2 ) .M o r e o v e r , a p o t e n t i a l r o l e f o r c e n t r a l N T s y s t e m s i n t h ee t i o l o g y / p h a r m a c o t h e r a p y o f s c h i z o p h r e n i a i s s u g g e s t e d b yt h e o b s e r v a t i o n s t h a t N T c o n c e n t r a t i o n i n t h e c e r e b r o s p i n a lf l u i d o f s o m e s c h i z o p h r e n i c p a t i e n t s i s l o w e r t h a n t h a t o fc o n t r o l s . T r e a t m e n t o f t h e s e p a t i e n t s w i t h a n t i p s y c h o t i cd r u g s i s a s s o c i a t e d w i t h n o r m a l i z a t i o n o f N T l e v e l s t o c o n t r o l

v a l u e s ( 1 3 ) . V a r i o u s a n t i p s y c h o t i c d r u g s h a v e b e e n s h o w n t oi n c r e a s e N T i m m u n o r e a c t i v i t y i n s t r i a t a l r e g i o n s o f t h e r a tb r a i n ( 1 4 - 1 8 ) , a n d t h i s e f f e c t a p p e a r s t o b e m e d i a t e d v i ab l o c k a d e o f d o p a m i n e D2 r e c e p t o r s ( 1 9 , 2 0 ) . O u r s t u d i e s o fc e l l u l a r a n d m o l e c u l a r m e c h a n i s m s u n d e r l y i n g h a l o p e r i d o l -i n d u c e d i n c r e a s e s i n N T p e p t i d e c o n t e n t i n d i c a t e t h a t a ni n c r e a s e i n t h e t r a n s c r i p t i o n o f t h e N T / n e u r o m e d i n N( N T / N ) g e n e i s , a t l e a s t i n p a r t , r e s p o n s i b l e f o r t h e i n c r e a s e dp e p t i d e c o n t e n t f o l l o w i n g a c u t e t r e a t m e n t w i t h h a l o p e r i d o l( 2 1 , 2 2 ) . H e n c e , we h y p o t h e s i z e d t h a t a l t e r a t i o n i n N T/Ng e n e t r a n s c r i p t i o n i n d u c e d b y a n t i p s y c h o t i c d r u g s may u n -d e r l i e s o m e o f t h e p h a r m a c o l o g i c a l e f f e c t s o f t h i s c l a s s o fd r u g s .O u r p r e v i o u s s t u d i e s ( 2 2 ) d e m o n s t r a t e d t h a t f o l l o w i n ga c u t e t r e a t m e n t w i t h h a l o p e r i d o l , t h e l a r g e s t i n c r e a s e( 1 0 0 0 % ) i n NT/N g e n e e x p r e s s i o n o c c u r s i n t h e d o r s o l a t e r a lr e g i o n o f t h e s t r i a t u m ( D L S t ) . S i n c e t h i s r e g i o n i s t h o u g h t t ob e p a r t o f t h e b a s a l g a n g l i a c i r c u i t r y i n v o l v e d i n r e g u l a t i o n o fm o t o r o u t p u t , t h e q u e s t i o n w a s r a i s e d w h e t h e r a t y p i c a la n t i p s y c h o t i c s t h a t d o n o t c a u s e EPS w o u l d i n c r e a s e NT/NmRNA e x p r e s s i o n i n t h i s r e g i o n . I t w a s o b s e r v e d t h a t a c u t ea d m i n i s t r a t i o n o f c l o z a p i n e d i d n o t a f f e c t NT/N g e n e t r a n -s c r i p t i o n i n t h e D L S t . On t h e o t h e r h a n d , h a l o p e r i d o l a n dc l o z a p i n e s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d NT/N mRNA e x p r e s s i o n i nt h e s h e l l s e c t o r o f t h e n u c l e u s a c c u m b e n s , a p r e d o m i n a n t l yA b b r e v i a t i o n s : N T , n e u r o t e n s i n ; N T / N , N T / n e u r o m e d i n N ; E P S ,e x t r a p y r a m i d a l m o t o r s i d e e f f e c t s ; D L S t , d o r s o l a t e r a l s t r i a t u m .* T o whom r e p r i n t r e q u e s t s s h o u l d b e a d d r e s s e d a t : G RECC ( 1 8 2 B ) ,S e a t t l e V e t e r a n s A d m i n i s t r a t i o n M e d i c a l C e n t e r , 1 6 6 0 S o u t h C o -l u m b i a n W a y , S e a t t l e , WA 9 8 1 0 8 .

3 4 4 7

T h e p u b l i c a t i o n c o s t s o f t h i s a r t i c l e w e r e d e f r a y e d i n p a r t b y p a g e c h a r g ep a y m e n t . T h i s a r t i c l e m u s t t h e r e f o r e b e h e r e b y m a r k e d " a d v e r t i s e m e n t "i n a c c o r d a n c e w i t h 1 8 U . S . C . 1 7 3 4 s o l e l y t o i n d i c a t e t h i s f a c t .


2/5

3 4 4 8 N e u r o b i o l o g y : M e r c h a n t a n d D o r s al i m b i c r e g i o n ( 2 3 - 2 6 ) a n d a l i k e l y l o c u s o f a n t i p s y c h o t i c d r u ge f f e c t s . T h e d i f f e r e n t i a l r e s p o n s e s o f l i m b i c a n d e x t r a p y r a m -i d a l N T n e u r o n s t o a c u t e h a l o p e r i d o l a n d c l o z a p i n e o b s e r v e dl e d u s t o s u g g e s t t h e f o l l o w i n g h y p o t h e s i s . A n t i p s y c h o t i cd r u g - i n d u c e d i n c r e a s e s i n NT/N g e n e e x p r e s s i o n i n t h e D L S tmay b e f u n c t i o n a l l y r e l a t e d t o t h e i r a c u t e EPS ( s u c h a sd y s t o n i a s ) , w h e r e a s t h e i r e f f e c t s o n N T n e u r o n s i n t h ea c c u m b a l s h e l l may c o n t r i b u t e t o t h e a n t i p s y c h o t i c e f f e c t s o ft h e s e d r u g s . We h a v e a t t e m p t e d t o p r o v i d e f u r t h e r i n d i r e c ts u p p o r t f o r t h i s h y p o t h e s i s i n t h e s t u d i e s d e s c r i b e d h e r e .I n t h e f i r s t s e t o f e x p e r i m e n t s we c o m p a r e d t h e a c u t ee f f e c t s o f h a l o p e r i d o l a n d c l o z a p i n e o n s t r i a t a l NT/N g e n ee x p r e s s i o n w i t h t h o s e i n d u c e d b y a c u t e t r e a t m e n t w i t h o t h e rt y p i c a l a n d a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c d r u g s . F l u p h e n a z i n e , an e u r o l e p t i c t h a t i s c h e m i c a l l y d i s t i n c t f r o m h a l o p e r i d o l b u ti n d u c e s EPS s i m i l a r t o h a l o p e r i d o l w a s s e l e c t e d a s a n o t h e rr e p r e s e n t a t i v e o f t h e t y p i c a l c l a s s . On t h e o t h e r h a n d , r e -m o x i p r i d e , a r e l a t i v e l y new a n t i p s y c h o t i c t h a t a p p e a r s t o b ea s e f f i c a c i o u s a s h a l o p e r i d o l b u t s h o w s a m u c h l o w e r i n c i -d e n c e o f a c u t e EPS ( 2 7 ) was u s e d a s a n a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i cc o m p o u n d . F i n a l l y , t h e e f f e c t s o f t h i o r i d a z i n e w e r e s t u d i e ds i n c e i t a p p e a r s t o h a v e a s i g n i f i c a n t l y l o w e r p r o p e n s i t y t oi n d u c e a c u t e d y s t o n i a s i n h u m a n s a n d p o s s e s s e s a s o m e w h a ta t y p i c a l p r o f i l e i n a n i m a l s t u d i e s ( 2 8 ) .

I n a d d i t i o n , we h a v e s t u d i e d p o t e n t i a l c e l l u l a r a n d m o l e c -u l a r m e c h a n i s m s b y w h i c h t h e t r a n s c r i p t i o n o f t h e g e n ee n c o d i n g N T may b e r e g u l a t e d b y a n t i p s y c h o t i c d r u g s .S p e c i f i c a l l y , w e e v a l u a t e d t h e e x p r e s s i o n o f c - f o s mRNA i ns t r i a t a l n e u r o n s f o l l o w i n g a c u t e t r e a t m e n t o f a n i m a l s w i t h t h et y p i c a l a n d a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c d r u g s d e s c r i b e d a b o v e .MATERIALS A N D M E T H O D S

A n i m a l s a n d D r u g T r e a t m e n t . A d u l t m a l e S p r a g u e - D a w l e yr a t s ( 2 0 0 - 2 5 0 g ; S i m o n s e n L a b o r a t o r i e s , G i l r o y , C A ) w e r eh o u s e d t w o o r t h r e e p e r c a g e i n a t e m p e r a t u r e - c o n t r o l l e de n v i r o n m e n t w i t h a 1 2 - h r l i g h t / d a r k c y c l e a n d w e r e g i v e n f r e ea c c e s s t o s t a n d a r d l a b o r a t o r y c h o w a n d w a t e r . R a t s w e r eg i v e n a s i n g l e i . p . d o s e o f h a l o p e r i d o l ( 1 m g / k g ) , f l u p h e n a z i n e( 0 . 5 m g / k g ) , c l o z a p i n e ( 2 0 m g / k g ) , r e m o x i p r i d e ( 1 . 2 5 m g /k g ) , t h i o r i d a z i n e ( 1 0 m g / k g ) , o r v e h i c l e i n a v o l u m e o f 1m l / k g . T h e s e d o s e s r e p r e s e n t a b o u t 5 - 1 0 x E D 5 0 f o r b l o c k -a d e o f a p o m o r p h i n e - i n d u c e d h y p e r a c t i v i t y i n r a t s ( 2 8 ) . S e v -e r a l p i l o t s t u d i e s w e r e c a r r i e d o u t t o d e t e r m i n e t h e t i m ec o u r s e o f d r u g - i n d u c e d a l t e r a t i o n s i n NT/N a n d c - f o s mRNAe x p r e s s i o n . I n c i d e n t a l l y , e x p r e s s i o n o f c - f o s mRNA p r e -c e d e d t h a t o f NT/N mRNA . T h e d a t a s h o w n h e r e r e p r e s e n tt h e t i m e p o i n t a t w h i c h p e a k e f f e c t s o f e a c h d r u g w e r eo b s e r v e d ( 1 h r f o r c - f o s mRNA a n d 3 - 7 h r f o r NT/N mRNA).I n a s e c o n d s e t o f s t u d i e s , t h e r o l e o f c o n c u r r e n t a n t i c h o -l i n e r g i c a n d / o r d o p a m i n e D l r e c e p t o r b l o c k i n g a b i l i t y o fsome a n t i p s y c h o t i c d r u g s o n NT/N a n d c - f o s mRNA e x p r e s -s i o n was e x a m i n e d . A n i m a l s w e r e g i v e n a s i n g l e i . p . d o s e o fa t r o p i n e ( 2 m g / k g ) o r d o p a m i n e D l r e c e p t o r a n t a g o n i s t , SC H2 3 3 9 0 ( 0 . 5 m g / k g ) , 3 0 m i n b e f o r e t h e a d m i n i s t r a t i o n o fh a l o p e r i d o l ( 1 m g / k g ) o r s a l i n e . F i n a l l y , t o e x a m i n e t h es p e c i f i c i t y o f NT/N mRNA r e s p o n s e s t o d r u g s w i t h a n t i p s y -c h o t i c e f f i c a c y , e f f e c t s o f a g o n i s t s s e l e c t i v e f o r d o p a m i n e D la n d D 2 r e c e p t o r s u b t y p e s , SKF 3 8 3 9 3 ( 9 m g / k g ) a n d q u i n -p i r o l e ( 5 m g / k g ) , r e s p e c t i v e l y , w e r e e x a m i n e d .R a t s w e r e s a c r i f i c e d b y d e c a p i t a t i o n b e t w e e n 1 2 : 0 0 n o o na n d 3 : 0 0 p . m . B r a i n s w e r e r a p i d l y r e m o v e d , f r o z e n o n d r yi c e , d i v i d e d s a g i t a l l y i n t o t w o h a l v e s , a n d s t o r e d a t - 8 0 Cu n t i l p r o c e s s e d f o r i n s i t u h y b r i d i z a t i o n h i s t o c h e m i s t r y .I n S i t u H y b r i d i z a t i o n . D e t a i l s o f t h e i n s i t u h y b r i d i z a t i o nm e t h o d s h a v e b e e n p u b l i s h e d ( 2 2 ) . H y b r i d i z a t i o n w a s c a r r i e do u t f o r 1 6 - 1 8 h r u s i n g s a t u r a t i n g c o n c e n t r a t i o n s o f 3 5 S -l a b e l e d p r o b e s . F o r t h e N T / N m R N A , an a n t i s e n s e RNAp r o b e c o m p l e m e n t a r y t o exon 4 o f t h e N T / N g e n e w as u s e d .H y b r i d i z a t i o n t o c - f o s mRNA was c a r r i e d o u t u s i n g an

o l i g o n u c l e o t i d e p r o b e c o m p l e m e n t a r y t o n u c l e o t i d e s 2 7 0 - 3 1 9o f t h e r a t c - f o s cDNA.A u t o r a d i o g r a p h y . D L S t s i g n a l . S l i d e s were a p p o s e d t oH y p e r f i l m - B m a x ( A m e r s h a m ) f o r 3 - 5 d a y s a n d f i l m s w e red e v e l o p e d i n K o d a k D - 1 9 s o l u t i o n . B r a i n r e g i o n s w e re a n a -t o m i c a l l y m a t c h e d a c c o r d i n g t o t h e a t l a s o f K o n i g a n dK l i p p e l ( 2 9 ) . A u t o r a d i o g r a m s w e r e d i g i t i z e d w i t h a D r e x e l ' su n i x - b a s e d m i c r o c o m p u t e r i m a g e a n a l y s i s s y s t e m . O p t i c a ld e n s i t y ( O D ) i n t h e s a m e r e g i o n o f t h e D L S t o f e a c h i m a g ew a s d e t e r m i n e d a t a s i n g l e l e v e l ( B r e g m a 1 m m ) u s i n g t h r e eb r a i n s e c t i o n s p e r a n i m a l . A d d i t i o n a l l y , b a c k g r o u n d s i g n a l o fe a c h b r a i n s e c t i o n w a s d e t e r m i n e d b y m e a s u r i n g t h e O D o fd e e p c o r t i c a l l a y e r s a d j a c e n t t o t h e c o r p u s c o l l o s u m s i n c e w eh a v e n o t o b s e r v e d s p e c i f i c h y b r i d i z a t i o n t o NT/N o r c - f o smRNA i n t h i s r e g i o n . T h e s p e c i f i c h y b r i d i z a t i o n s i g n a l i ne a c h D L S t w a s o b t a i n e d b y s u b t r a c t i o n o f t h e b a c k g r o u n dO D v a l u e f r o m t h e t o t a l O D v a l u e ( i n t h e D L S t ) o f e a c hs e c t i o n .N u c l e u s a c c u m b e n s s i g n a l . S l i d e s w e r e c o a t e d w i t h K o d a kNTB2 n u c l e a r t r a c t e m u l s i o n ( d i l u t e d 1 : 1 w i t h 0 . 6 M ammo-n i u m a c e t a t e ) , a i r - d r i e d i n t h e d a r k f o r 2 h r , a n d e x p o s e d f o r7 - 1 4 d a y s . A f t e r d e v e l o p i n g t h e e m u l s i o n t h e s e c t i o n s w e r ec o u n t e r s t a i n e d i n 0 . 1% ( w t / v o l ) c r e s y l v i o l e t a c e t a t e a n da n a t o m i c a l l y m a t c h e d . T h r e e s e c t i o n s f r o m e a c h a n i m a l w e r eu s e d f o r a n a l y s i s u s i n g a c o m p u t e r - a s s i s t e d i m a g e a n a l y s i ss y s t e m . A l a b e l e d c e l l w a s d e f i n e d a s o n e t h a t h a d a t l e a s t 6t i m e s ( f o r c - f o s o l i g o n u c l e o t i d e p r o b e ) o r 1 0 t i m e s ( f o r NT/Nc R N A p r o b e ) t h e b a c k g r o u n d a u t o r a d i o g r a p h i c g r a i n d e n -s i t y . A d d i t i o n a l l y , p r e s e n c e o f a n u n d e r l y i n g n e u r o n f o r e a c hp o s i t i v e c e l l w a s c o n f i r m e d u s i n g b r i g h t - f i e l d m i c r o s c o p y .B e c a u s e o f t h e h i g h a b u n d a n c e o f c e l l s l a b e l e d f o r NT/NmRNA i n t h e a c c u m b a l s h e l l , t h e a v e r a g e n u m b e r o f h y b r i d -i z a t i o n - p o s i t i v e c e l l s i n a f i x e d a r e a o f t h i s r e g i o n w a sd e t e r m i n e d . O n t h e o t h e r h a n d , v e r y f e w c - f o s mRNA-e x p r e s s i n g c e l l s w e r e o b s e r v e d i n t h e s h e l l s e c t o r o f t h en u c l e u s a c c u m b e n s . H e n c e , a l l c - f o s m R N A - l a b e l e d c e l l s i nt h i s r e g i o n w e r e c o u n t e d . A d d i t i o n a l l y , t h e n u m b e r o f a u t o -r a d i o g r a p h i c g r a i n s o v e r t h e l a b e l e d c e l l s w a s d e t e r m i n e d a sa n i n d e x o f t h e a m o u n t o f mRNA p e r c e l l .S t a t i s t i c s . D a t a a r e p r e s e n t e d a s m e a n SE M f o r e a c ht r e a t m e n t g r o u p ; t h e n u m b e r o f a n i m a l s p e r g r o u p w a s f i v e o rs i x . D i f f e r e n c e s b e t w e e n m e a n s w e r e a n a l y z e d u s i n gANOVA. F o l l o w i n g a s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i n v a r i a n c e ,S c h e f f e ' s t e s t w a s a p p l i e d t o i d e n t i f y g r o u p s d i f f e r i n g s i g n i f -i c a n t l y f r o m t h e c o n t r o l v a l u e s . D i f f e r e n c e s w e r e c o n s i d e r e ds i g n i f i c a n t i f t h e p r o b a b i l i t y t h a t t h e y w e r e z e r o w a s


3/5

P r o c . N a t l . A c a d . S c i . USA 9 0 ( 1 9 9 3 ) 3 4 4 9

* S S ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 4F I G . 1 . D e t e c t i o n o f N T / N mRNA e x p r e s s i o n i n t h e n u c l e u s a c c u m b e n s s h e l l a n d DLSt b y i n s i t u h y b r i d i z a t i o n h i s t o c h e m i s t r y . R a t s ( n =6 pe r g r o u p ) w e r e t r e a t e d w i t h a s i n g l e d o s e o f s a l i n e ( C ) or h a l o p e r i d o l ( H , 1 m g / k g ) , f l u p h e n a z i n e ( F l , 0 . 5 m g / k g ) , c l o z a p i n e ( C l , 2 0 m g / k g ) ,r e m o x i p r i d e ( R , 1 . 2 5 m g / k g ) , or t h i o r i d a z i n e ( T , 1 0 m g / k g ) a n d e x p r e s s i o n o f NT/N mRNA was e x a m i n e d b y i n s i t u h y b r i d i z a t i o n a t 1 , 3 , or7 h r f o l l o w i n g t r e a t m e n t . S e c t i o n s s h o w n r e p r e s e n t t h e t i m e p o i n t a t w h i c h p e a k i n c r e a s e s i n N T / N mRNA e x p r e s s i o n w e r e o b s e r v e d ( 3 or 7h r f o l l o w i n g d r u g a d m i n i s t r a t i o n ) . ( U p p e r ) H i g h - m a g n i f i c a t i o n , d a r k - f i e l d p h o t o m i c r o g r a p h s t h r o u g h t h e a c c u m b a l s h e l l . N o t e t h e i n c r e a s e i nt h e n u m b e r o f g r a i n s pe r c e l l i n t h e a c c u m b a l s h e l l f o l l o w i n g t r e a t m e n t w i t h a l l a n t i p s y c h o t i c d r u g s as c o m p a r e d t o t h e c o n t r o l . ( L o w e r ) F i l ma u t o r a d i o g r a m s d e m o n s t r a t e t h a t o n l y t h e n e u r o l e p t i c s ( h a l o p e r i d o l a n d f l u p h e n a z i n e ) b u t n o t t h e a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s ( c l o z a p i n e ,r e m o x i p r i d e , or t h i o r i d a z i n e ) i n c r e a s e d NT/N l a b e l i n g i n t h e DLSt ( i n d i c a t e d b y a r r o w h e a d s ) .

F i r s t , t h i s r e g i o n s h o w e d c o m p a r a t i v e l y l i t t l e b a s a l e x p r e s -s i o n o f N T / N mRNA . A d d i t i o n a l l y , a n i n c r e a s e i n t h e N T / NmRNA c o n t e n t o f t h e d o r s a l s t r i a t u m w a s i n d u c e d o n l y b y t h et y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s h a l o p e r i d o l a n d f l u p h e n a z i n e a n d n o tb y c l o z a p i n e , r e m o x i p r i d e , o r t h i o r i d a z i n e ( F i g s . 1 a n d 2 ) .F i n a l l y , c o m p a r e d t o t h e a c c u m b a l c h a n g e s , t h e n e u r o l e p t i c sa p p e a r e d t o e n h a n c e N T/N g e n e e x p r e s s i o n i n t h e DLSt w i t hs i g n i f i c a n t r a p i d i t y s i n c e t h e i n c r e a s e s w e r e e v i d e n t a s e a r l ya s 3 0 m i n f o l l o w i n g d r u g t r e a t m e n t a n d a p p e a r e d t o p e a kb e t w e e n 3 a n d 7 h r .

A

I - L E c o n t r o lh a l o p e r i d o l

* f l u p h n a z i n ec l o z a p i n er e r n o x i p r i d e

U t h i o r i d a z i n eB

E f f e c t s o f V a r i o u s A n t i p s y c h o t i c D r u g s o n c - f o s m R N AE x p r e s s i o n . O u r p r e v i o u s s t u d i e s h a d i n d i c a t e d t h a t h a l o p e r i -d o l - i n d u c e d i n c r e a s e s i n NT/N mRNA l e v e l s i n t h e DLStn e u r o n s may r e s u l t f r o m a n i n c r e a s e i n t h e t r a n s c r i p t i o n o ft h e NT/N g e n e ( 2 2 ) . P r e s e n c e o f a c o n s e n s u s A P - 1 s e q u e n c ei n t h e p r o m o t e r r e g i o n o f t h e NT/N g e n e a n d i t s f u n c t i o n a li n v o l v e m e n t i n r e g u l a t i n g t h e t r a n s c r i p t i o n o f t h i s g e n e i nP C 1 2 c e l l s ( 3 0 ) l e d u s t o e x a m i n e t h e a n t i p s y c h o t i c d r u g -i n d u c e d c h a n g e s i n t h e e x p r e s s i o n o f t h e i m m e d i a t e e a r l yg e n e c - f o s . I n t e r e s t i n g l y , e x p r e s s i o n o f c - f o s mRNA i n t h eD L S t a f t e r a n t i p s y c h o t i c d r u g t r e a t m e n t f o l l o w e d t h e s a m ep a t t e r n a s t h a t s e e n w i t h NT/N g e n e e x p r e s s i o n i n t h i sr e g i o n . T h u s , o n l y t h e t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s h a l o p e r i d o l a n df l u p h e n a z i n e i n c r e a s e d t h e e x p r e s s i o n o f c - f o s mRNA i n t h eD L S t , w h i c h s h o w e d n o d e t e c t a b l e e x p r e s s i o n i n c o n t r o la n i m a l s ( F i g . 3 ) . H o w e v e r , i n c r e a s e d e x p r e s s i o n o f c - f o smRNA f o l l o w i n g n e u r o l e p t i c s a p p e a r e d t o p r e c e d e t h e i n -c r e a s e s i n NT/N mRNA c a u s e d b y t h e s e d r u g s . T h u s t h ep e a k c - f o s mRNA i n c r e a s e s o c c u r r e d a t 3 0 m i n f o l l o w i n gh a l o p e r i d o l t r e a t m e n t a n d , b y 3 h r a f t e r t h e d r u g a d m i n i s t r a -t i o n , c - f o s g e n e e x p r e s s i o n i n t h e DLSt w a s n o l o n g e rd e t e c t a b l e .I n c o n t r a s t t o t h e D L S t , n o n e o f t h e a n t i p s y c h o t i c d r u g ss i g n i f i c a n t l y a l t e r e d c - f o s mRNA e x p r e s s i o n i n t h e s h e l l o ft h e n u c l e u s a c c u m b e n s . T h u s t h e a v e r a g e n u m b e r o f l a b e l e dc e l l s SE M i n t h e v a r i o u s t r e a t m e n t g r o u p s w a s a s f o l l o w s :s a l i n e , 2 . 3 3 0 . 6 6 ; h a l o p e r i d o l , 4 . 5 2 0 . 7 4 ; f l u p h e n a z i n e ,3 . 6 3 0 . 7 4 ; c l o z a p i n e , 2 . 7 3 0 . 6 6 ; r e m o x i p r i d e , 3 . 3 4 0 . 4 1 ;a n d t h i o r i d a z i n e , 2 . 3 3 0 . 3 3 . T h e n u m b e r o f a u t o r a d i o -g r a p h i c g r a i n s o v e r t h e s e c e l l s a l s o d i d n o t d i f f e r b e t w e e n

F I G . 2 . Q u a n t i f i c a t i o n o f NT/N h y b r i d i z a t i o n s i g n a l i n t h e nu -c l e u s a c c u m b e n s s h e l l ( A ) a n d DLSt ( B ) . A n a t o m i c a l l y m a t c h e ds e c t i o n s ( t h r e e pe r a n i m a l ) w e r e u s e d t o q u a n t i f y t h e h y b r i d i z a t i o ns i g n a l u s in g c o m p u t er - a s si s t e d i m a g e a n a l y s i s s y s t e m s . A n a l y s i s o fh y b r i d i z a t i o n s i g n a l i n t h e a c c u m b e n s s h e l l u s i n g d a r k - f i e l d p h o t o -m i c r o s c o p y r e v e a l e d t h a t t h e d r u g t r e a t m e n t s a f f e c t e d p r i m a r i l y t h eg r a i n d e n s i t y o f l a b e l e d c e l l s a n d n o t t h e n u m b e r o f l a b e l e d c e l l s .A l t e r a t i o n s i n t h e DLSt w e r e a s s e s s e d b y m e a s u r i n g t h e b a c k g r o u n d -s u b t r a c t e d OD o f f i l m a u t o r a d i o g r a m s f r o m e a c h group. ( I n s e t s )S c h e m a t i c d e p i c t i o n s o f t h e r e g i o n s o f t h e n u c l e u s a c c u m b e n s a n dt h e c a u d a t e - p u t a m e n s a m p l e d f o r t h e a n a l y s i s . D a t a were a n a l y z e db y ANOVA f o l l o w e d b y S c h e f f e ' s t e s t a n d ar e p r e s e n t e d as % fc o n t r o l t o f a c i l i t a t e c o m p a r i s o n s b e t w e e n g r o u p s . * , P < 0 . 0 1 ( n =6 pe r g r o u p ) c o m p a r e d t o c o n t r o l .

T a b l e 1 . E f f e c t s o f m u s c a r i n i c c h o l i n e r g i c r e c e p t o r b l o c k a d e o rd o p a m i n e D l a n d D2 r e c e p t o r - s e l e c t i v e l i g a n d s o n e x p r e s s i o n o fNT/N mRNA i n t h e n u c l e u s a c c u m b e n s s h e l lD o s e , N u c l e u s a c c u m b e n s s h e l l

T r e a t m e n t m g / k g N o . o f c e l l s N o . o f g r a i n s p e r c e l lS a l i n e - 1 6 . 2 8 2 . 2 7 1 7 . 1 4 1 . 1 5A t r o p i n e 2 1 6 . 7 3 2 . 2 9 2 0 . 5 6 2 . 3 2SCH 2 3 3 9 0 0 . 5 1 8 . 2 8 2 . 2 1 1 8 . 8 7 1 . 5 8SKF 3 8 3 9 3 9 1 4 . 7 4 3 . 5 0 1 9 . 7 9 2 . 8 7Q u i n p i r o l e 5 1 9 . 8 3 2 . 7 3 2 0 . 6 6 2 . 3 3

A n i m a l s w e r e t r e a t e d i . p . w i t h a s i n g l e d o s e o f s a l i n e o r d r u g a si n d i c a t e d . I n s i t u h y b r i d i z a t i o n f o r NT/N mRNA w a s c a r r i e d o u t a sd e s c r i b e d i n t h e l e g e n d t o F i g . 1 . H y b r i d i z a t i o n s i g n a l i n t h ea c c u m b a l s h e l l w a s q u a n t i f i e d a s d e s c r i b e d i n t h e l e g e n d t o F i g . 2 .

3 0 0 1

. : C )C I ) 0 2 0 X 0ac : -080z

2 ( X )

21

4-C O 1 0 00

N e u r o b i o l o g y : M e r c h a n t a n d D o r s a


4/5

3 4 5 0 N e u r o b i o l o g y : M e r c h a n t a n d D o r s a

- ] c o n t r o lf a t r o p i n e* SC H 2 3 3 9 00 h a l o p e r i d o l_ a t r o p i n e +h a l o p e r i d o l* SC H 2 3 3 9 0 +h a l o p e r i d o l

2 0 0 -

a1 0 0 .6

0

0

*

F I G . 3 . D e t e c t i o n a n d q u a n t i f i c a t i o n o f c - f o s mRNA i n t h es t r i a t u m b y i n s i t u h y b r i d i z a t i o n f o l l o w i n g a c u t e a n t i p s y c h o t i c d r u gt r e a t m e n t . A n i m a l s w e r e t r e a t e d a s d e s c r i b e d i n t h e l e g e n d t o F i g . 1 .( U p p e r ) R e p r e s e n t a t i v e f i l m a u t o r a d i o g r a m s f r o m a n i m a l s s a c r i f i c e d1 h r a f t e r s a l i n e o r d r u g t r e a t m e n t . N o t e a n i n c r e a s e i n t h e c - f o sh y b r i d i z a t i o n s i g n a l i n t h e DLSt ( i n d i c a t e d b y a r r o w h e a d s ) f o l l o w i n gt r e a t m e n t w i t h h a l o p e r i d o l ( H ) a n d f l u p h e n a z i n e ( F l ) b u t n o t c l o z a -p i n e ( C l ) , r e m o x i p r i d e ( R ) , o r t h i o r i d a z i n e ( T ) . ( L o w e r ) D e n s i t o m e t -r i c a n a l y s i s o f c - f o s m R N A h y b r i d i z a t i o n s i g n a l i n t h e D L S t o f e a c ht r e a t m e n t g r o u p ( n = 6 ) . * , P < 0 . 0 1 ( A N O VA f o l l o w e d b y S c h e f f e ' st e s t ) c o m p a r e d t o c o n t r o l ( C ) .g r o u p s a s i n d i c a t e d : s a l i n e , 6 . 3 7 0 . 6 6 ; h a l o p e r i d o l , 9 . 3 4 2 . 4 9 ; f l u p h e n a z i n e , 6 . 6 4 + 3 . 3 9 ; c l o z a p i n e , 6 . 9 2 _ 1 . 3 3 ;r e m o x i p r i d e , 7 . 3 3 1 . 0 5 ; a n d t h i o r i d a z i n e , 6 . 3 3 1 . 7 3 .E f f e c t s o f M u s c a r i n i c o r D o p a m i n e D l R e c e p t o r B l o c k a d e o nNT/N a n d c - f o s m R N A E x p r e s s i o n i n t h e D L S t . T h e s e c o n ds e t o f s t u d i e s i n v e s t i g a t e d p o t e n t i a l p h a r m a c o l o g i c a l m e c h -a n i s m s t h a t may h a v e a c c o u n t e d f o r t h e d i f f e r e n t i a l r e s p o n s e so f NT/N a n d c - f o s g e n e e x p r e s s i o n i n t h e DLSt t o t y p i c a lv e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s . C l o z a p i n e a n d t h i o r i d a z i n ep o s s e s s s i g n i f i c a n t a n t i m u s c a r i n i c a c t i v i t y . I n a d d i t i o n , c l o z -a p i n e a l s o d i s p l a y s p o t e n t d o p a m i n e D l r e c e p t o r b l o c k i n ga c t i v i t y . H e n c e , t h e e f f e c t s o f m u s c a r i n i c o r D l b l o c k a d ea l o n e a n d i n c o m b i n a t i o n w i t h h a l o p e r i d o l w e r e s t u d i e d .B l o c k a d e o f e i t h e r d o p a m i n e D l r e c e p t o r s ( w i t h SCH 2 3 3 9 0 )o r m u s c a r i n i c r e c e p t o r s ( w i t h a t r o p i n e ) b y i t s e l f d i d n o t a f f e c tt h e b a s a l e x p r e s s i o n o f e i t h e r NT/N mRNA o r c - f o s mRNAi n t h e DLSt n e u r o n s . A d d i t i o n a l l y , a d m i n i s t r a t i o n o f n e i t h e rSCH 2 3 3 9 0 n o r a t r o p i n e p r i o r t o h a l o p e r i d o l t r e a t m e n t m o d -i f i e d t h e i n c r e a s e s i n NT/N a n d c - f o s g e n e e x p r e s s i o n i n t h eD L S t c a u s e d b y h a l o p e r i d o l a l o n e ( F i g . 4 ) .

DISCUSSIONT h e p r e s e n t s t u d y c l e a r l y d e m o n s t r a t e s t h a t N T - e r g i c n e u -r o n s l o c a t e d i n d i s t i n c t r e g i o n s o f t h e f o r e b r a i n r e s p o n dd i f f e r e n t i a l l y t o s e v e r a l t y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i cd r u g s . T h a t i s , N T n e u r o n s i n t h e s h e l l o f t h e n u c l e u sa c c u m b e n s a p p e a r t o b e s e n s i t i v e t o a l l a n t i p s y c h o t i c s t e s t e d ,w h e r e a s t h o s e i n t h e d o r s o l a t e r a l s t r i a t u m r e s p o n d o n l y t ot h o s e d r u g s t h a t c a u s e a c u t e EPS s u c h a s d y s t o n i a s . I n t e r -

F I G . 4 . E f f e c t s o f a t r o p i n e a n d SC H 2 3 3 9 0 o n b a s a l a n d h a l o -p e r i d o l - i n d u c e d e x p r e s s i o n o f NT/N mRNA ( A ) a n d c - f o s mRNA ( B )i n t h e D L S t . T h i r t y m i n u t e s p r i o r t o s a l i n e o r h a l o p e r i d o l ( 1 m g / k g )a d m i n i s t r a t i o n , r a t s w e r e g i v e n a s i n g l e d o s e o f a t r o p i n e ( 2 m g / k g ) o rSC H 2 3 3 9 0 ( 0 . 5 m g / k g ) . S e p a r a t e g r o u p s o f r a t s a l s o r e c e i v e d e i t h e rs a l i n e ( c o n t r o l ) o r h a l o p e r i d o l a l o n e . I n s i t u h y b r i d i z a t i o n f o r NT/Na n d c - f o s mRNA a n d q u a n t i f i c a t i o n o f d a t a w e r e c a r r i e d o u t a sd e s c r i b e d i n t h e l e g e n d s t o F i g s . 1 - 3 . N o t e t h a t b l o c k a d e o f m u s c a -r i n i c o r d o p a m i n e D l r e c e p t o r s ( w i t h a t r o p i n e a n d SC H 2 3 3 9 0 ,r e s p e c t i v e l y ) n e i t h e r a f f e c t e d t h e b a s a l e x p r e s s i o n o f c - f o s o r NT/NmRNA i n t h e DLSt n o r m o d if i e d t h e i n c r e a s e s i n NT/N o r c - f o s g e n ee x p r e s s i o n i n t h e DLSt c a u s e d b y h a l o p e r i d o l . * , P < 0 . 0 0 1 (ANOVAf o l l o w e d b y S c h e f f e ' s t e s t , n = 5 p e r g r o u p ) v e r s u s t h e c o n t r o l g r o u p .e s t i n g l y , N T i m m u n o r e a c t i v i t y i n t h e d o r s a l s t r i a t u m a l s oi n c r e a s e s s e l e c t i v e l y f o l l o w i n g c h r o n i c t r e a t m e n t ( 2 1 d a y s )w i t h h a l o p e r i d o l b u t n o t c l o z a p i n e ( 3 1 ) . A l t h o u g h o t h e rp e p t i d e r g i c s y s t e m s s u c h a s c h o l e c y s t o k i n i n , e n k e p h a l i n s , o rt a c h y k i n i n s a r e a f f e c t e d b y a n t i p s y c h o t i c s , t h e y d o n o t s h o wt h i s p a t t e r n o f r e g i o n - s p e c i f i c d r u g s e l e c t i v i t y ( 3 2 - 3 4 ) . T h ed a t a p r e s e n t e d h e r e s u p p o r t t h e h y p o t h e s i s t h a t d i f f e r e n t i a ls e n s i t i v i t y o f N T n e u r o n s t o t y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y -c h o t i c s may h a v e a f u n c t i o n a l s i g n i f i c a n c e .T h e s e l e c t i v e e n h a n c e m e n t i n NT/N g e n e e x p r e s s i o n i n t h es h e l l o f t h e n u c l e u s a c c u m b e n s b y a l l a n t i p s y c h o t i c d r u g ss u g g e s t s t h e p o s s i b i l i t y t h a t i n c r e a s e d a c t i v i t y o f NT n e u r o n smay b e f u n c t i o n a l l y r e l a t e d t o t h e c l i n i c a l e f f i c a c y o f t h e s ed r u g s . I n d e e d , t h e a c c u m b a l s h e l l w i t h i t s c h a r a c t e r i s t i cl i m b i c c o n n e c t i o n s i s a l i k e l y t a r g e t o f a n t i p s y c h o t i c e f f e c t s .A d d i t i o n a l l y , d i r e c t i n j e c t i o n s o f NT i n t o t h e n u c l e u s a c c u m -b e n s a n t a g o n i z e d o p a m i n e a g o n i s t - i n d u c e d h y p e r l o c o m o t i o ni n r a t s , a p r e c l i n i c a l t e s t i n d i c a t i v e o f a n t i p s y c h o t i c e f f i c a c y( 3 5 ) . F i n a l l y , t h i s e f f e c t o f N T a p p e a r s t o b e m e d i a t e d v i ap o s t s y n a p t i c m e c h a n i s m s ( 3 6 ) a n d n o t b y e f f e c t s o n p r e s y n -a p t i c d o p a m i n e t r a n s m i s s i o n . T a k e n t o g e t h e r , t h e s e d a t as u g g e s t t h a t NT n e u r o n s i n t h e a c c u m b a l s h e l l may s e r v e a sn e u r o n a l t a r g e t s o f a n t i p s y c h o t i c d r u g s s u c h t h a t a n i n c r e a s ei n t h e a c t i v i t y o f t h e s e p e p t i d e r g i c n e u r o n s may c o n t r i b u t e t ot h e t h e r a p e u t i c e f f e c t s o f t h e s e d r u g s .I n c o n t r a s t , NT n e u r o n s i n t h e DLSt a p p e a r e d t o b es e n s i t i v e o n l y t o t h e t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s . A l t h o u g h t h i o -r i d a z i n e h a s t h e p o t e n t i a l t o i n d u c e m o t o r i c e f f e c t s i n h u -m a n s , i t s p r o p e n s i t y t o i n d u c e a c u t e d y s t o n i a s i s much l o w e rc o m p a r e d t o t h e c l a s s i c a l n e u r o l e p t i c s s u c h a s h a l o p e r i d o l .A d d i t i o n a l l y , i t a l s o a p p e a r s t o h a v e a l o w e r p o t e n c y t oi n d u c e c a t a l e p s y i n r o d e n t s c o m p a r e d t o o t h e r n e u r o l e p t i c s( 2 8 ) . T h u s , a c o r r e l a t i o n a p p e a r s t o e x i s t b e t w e e n t h e p r o -p e n s i t y o f t h e a n t i p s y c h o t i c d r u g s t o c a u s e c e r t a i n a c u t e EPSi n h u m a n s ( o r c a t a l e p s y i n r o d e n t s ) a n d t h e i r a b i l i t y t o i n d u c eNT/N mRNA e x p r e s s i o n i n t h e DLSt o f t h e r a t . B e c a u s e t h i si s a p r e d o m i n a n t l y m o t o r r e g i o n o f t h e b r a i n , o u r f i n d i n g ss u p p o r t a r o l e o f N T n e u r o n s w i t h i n t h e D L S t i n t h e a c u t eEPS i n d u c e d b y t h e s e d r u g s . I n v o l v e m e n t o f c e n t r a l NTs y s t e m s i n m o t o r c o n t r o l i s a l s o e v i d e n t i n t h e o b s e r v a t i o nt h a t c e n t r a l a d m i n i s t r a t i o n o f NT i n d u c e s c a t a l e p s y i n m i c e( 3 7 ) , a b e h a v i o r t h a t c o r r e l a t e s w i t h a c u t e EPS i n h u m a n s .

0 . 4 - A0 . 3 '

o 0 . 2 _0 . 10 . 00 . 2 - B

0o 0 . 1 -

0.0X

P r o c . N a t L A c a d . S c i . USA 9 0 ( 1 9 9 3 )


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P r o c . N a t l . A c a d . S c i . USA 9 0 ( 1 9 9 3 ) 3 4 5 1T h e s e f i n d i n g s s u g g e s t t h a t a n e v a l u a t i o n o f N T / N mRNAe x p r e s s i o n i n h u m a n s i s w a r r a n t e d t o d e t e r m i n e i f s u b p o p -u l a t i o n s o f N T n e u r o n s i n d i s t i n c t s t r i a t a l r e g i o n s may b ei n v o l v e d i n t h e t h e r a p e u t i c v e r s u s a d v e r s e e f f e c t s o f a n t i -p s y c h o t i c d r u g s .P h a r m a c o l o g i c a l m e c h a n i s m s u n d e r l y i n g t h e d i f f e r e n t i a lr e s p o n s e s o f N T n e u r o n s i n t h e DLSt t o t y p i c a l v e r s u sa t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s r e m a i n u n c l e a r . H o w e v e r , o u r d a t ad o s u g g e s t t h a t b l o c k a d e o f m u s c a r i n i c o r D l r e c e p t o r sc o n c o m i t a n t l y w i t h b l o c k a d e o f D2 r e c e p t o r s b y a n t i p s y c h o t -i c s i s p r o b a b l y n o t a m e c h a n i s m r e s u l t i n g i n t h e i n s e n s i t i v i t yo f N T n e u r o n s i n t h e D L S t t o d r u g s s u c h a s c l o z a p i n e o rt h i o r i d a z i n e . T h a t p r e f e r e n t i a l b l o c k a d e o f o t h e r s u b t y p e s o fd o p a m i n e r e c e p t o r s ( s u c h a s D2 v e r s u s D4 r e c e p t o r ) o rs e r o t o n i n r e c e p t o r s may l e a d t o t h e s e l e c t i v e e f f e c t s o ft y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s o n NT/N mRNA e x -p r e s s i o n i s a p o s s i b i l i t y t h a t r e q u i r e s f u r t h e r i n v e s t i g a t i o n .O u r p r e v i o u s s t u d i e s ( 2 2 ) i n d i c a t e t h a t h a l o p e r i d o l mayi n c r e a s e t r a n s c r i p t i o n o f t h e NT/N g e n e i n t h e D L S t n e u -r o n s . P r e s e n t r e s u l t s s h o w r a p i d a n d t r a n s i e n t i n c r e a s e s i nc - f o s mRNA e x p r e s s i o n i n t h e D L S t p r e c e d i n g t h e i n c r e a s e si n NT/N mRNA l e v e l s f o l l o w i n g n e u r o l e p t i c d r u g s . T h i si n d i c a t e s a p o s s i b l e r o l e o f t h e t r a n s c r i p t i o n r e g u l a t o r f o s i nn e u r o l e p t i c - i n d u c e d i n c r e a s e s i n NT/N g e n e t r a n s c r i p t i o n i nD L S t n e u r o n s . I n d i r e c t e v i d e n c e f o r t h i s p o s s i b i l i t y i s a p -p a r e n t i n t h e p r e s e n t s t u d i e s s i n c e c - f o s mRNA e x p r e s s i o ne x h i b i t e d t h e s a m e a n a t o m i c a l s p e c i f i c i t y a n d d i s c r i m i n a t o r ys e l e c t i v i t y f o r t y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c s a s t h a td i s p l a y e d b y N T n e u r o n s i n t h e D L S t ( o n l y t h o s e d r u g s t h a ti n c r e a s e d NT/N g e n e e x p r e s s i o n a l s o e n h a n c e d c - f o s mRNAl e v e l s ) . H o w e v e r , f u r t h e r s t u d i e s a r e r e q u i r e d t o d e t e r m i n et h e f u n c t i o n a l r e l a t i o n s h i p ( i f a n y ) b e t w e e n e n h a n c e d e x p r e s -s i o n o f c - f o s a n d NT/N mRNA i n D L S t c a u s e d b y n e u r o -l e p t i c d r u g s . T h e p r e s e n t d a t a d o d e m o n s t r a t e t h a t c - f o s a n dNT/N mRNA e x p r e s s i o n i n D L S t n e u r o n s e x h i b i t d i f f e r e n -t i a l s e n s i t i v i t y t o t y p i c a l v e r s u s a t y p i c a l a n t i p s y c h o t i c d r u g s .T h e i n c r e a s e d e x p r e s s i o n o f c - f o s g e n e o b s e r v e d h e r e i sc o n c o r d a n t w i t h p r e v i o u s r e p o r t s s h o w i n g i n c r e a s e s i n c - f o smRNA l e v e l s i n t h e s t r i a t u m b y N o r t h e r n b l o t a n a l y s i s ( 3 8 )a n d a l s o i n d u c t i o n o f f o s - l i k e i m m u n o r e a c t i v i t y i n t h e D L S tf o l l o w i n g a d m i n i s t r a t i o n o f t y p i c a l b u t n o t a t y p i c a l a n t i p s y -c h o t i c s ( 3 9 , 4 0 ) . On t h e o t h e r h a n d , t h e r e a p p e a r s t o b e ad i s c r e p a n c y b e t w e e n e x p r e s s i o n o f f o s i m m u n o r e a c t i v i t y a n dc - f o s mRNA i n t h e n u c l e u s a c c u m b e n s a f t e r a n t i p s y c h o t i ct r e a t m e n t o f t h e r a t . I n t h e p r e s e n t s t u d y w e d i d n o t d e t e c t as i g n i f i c a n t a l t e r a t i o n i n c - f o s mRNA e x p r e s s i o n i n t h e s h e l l o ft h e n u c l e u s a c c u m b e n s , a l t h o u g h p r e v i o u s s t u d i e s h a v e d e m -o n s t r a t e d d i f f e r e n t i a l i n c r e a s e s i n f o s i m m u n o r e a c t i v i t y i n t h es h e l l a n d c o r e f o l l o w i n g c l o z a p i n e a n d h a l o p e r i d o l t r e a t m e n t ,r e s p e c t i v e l y ( 3 9 , 4 0 ) . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e i n s i t u h y b r i d i z a -t i o n t e c h n i q u e u s e d h e r e w a s n o t s e n s i t i v e e n o u g h t o d e t e c ts m a l l a l t e r a t i o n s i n c - f o s mRNA t r a n s c r i p t s i n t h e n u c l e u sa c c u m b e n s . A n o t h e r l i k e l y e x p l a n a t i o n f o r t h i s a p p a r e n td i s c r e p a n c y i s t h a t a n t i p s y c h o t i c d r u g - i n d u c e d i n c r e a s e s i nf o s i m m u n o r e a c t i v i t y i n t h e a c c u m b a l s h e l l may i n v o l v ep o s t - t r a n s c r i p t i o n a l m e c h a n i s m s . N o n e t h e l e s s , t h e d a t a p r e -s e n t e d h e r e c l e a r l y d e m o n s t r a t e y e t a n o t h e r d i s t i n c t i o n b e -t w e e n t h e r e s p o n s e s o f n u c l e us a c c u m b e n s a n d DLSt n e u -r o n s t o a n t i p s y c h o t i c d r u g s .A s m e n t i o n e d e a r l i e r , i t a p p e a r s i m p e r a t i v e t o s t u d y t h ee f f e c t s o f a n t i p s y c h o t i c d r u g s o n N T/N mRNA e x p r e s s i o n i nt h e h u m a n s t r i a t u m a s w e l l a s t o c o r r e l a t e a n y c h a n g e s w i t hd r u g - i n d u c e d m o t o r d y s f u n c t i o n s i n p a t i e n t s t o u n d e r s t a n dc l e a r l y t h e r o l e o f s t r i a t a l N T n e u r o n s . H o w e v e r , o u r d a t ai n d i c a t e t h a t a n a s s e s s m e n t o f t h e r e s p o n s e s o f NT/N a n d / o rc - f o s g e n e s i n s t r i a t a l n e u r o n s may o f f e r a r a p i d , s e n s i t i v e ,a n d r e p r o d u c i b l e i n d e x f o r p r e d i c t i n g a c u t e EPS p o t e n t i a l o fa n t i p s y c h o t i c d r u g s .We ar e g r a t e f u l f o r t h e t e c h n i c a l a s s i s t a n c e p r o v i d e d b y Anne

K a l l i o m a k i . T h i s w o r k w a s s u p p o r t e d b y t h e D e p a r t m e n t o f V e t e r a n sA f f a i r s , N a t i o n a l I n s t i t u t e s o f H e al t h G r a n t NS 2 0 3 1 1 , a n d T h eS c o t t i s h R i t e S c h i z o p h r e n i a R e s e a r c h P r o g r a m .1 . B a l d e s s a r i n i , R . J . & F r a n k e n b u r g , F . R . ( 1 9 9 1 ) N . E n g l . J . M e d .3 2 4 , 7 4 6 - 7 5 4 .2 . I d a n p a a n - H e i k k i l a i , J . , A l h a v a , E . , O l k i n u o r a , M . & P a l v a , I . P .( 1 9 7 7 ) E u r . J . C l i n . P h a r m a c o l . 1 1 , 1 9 3 - 1 9 8 .3 . D e u t c h , A . Y . , M o g h a d d a m , B . , I n n i s , R . B . , K r y s t a l , J . H . ,A g h a j a n i a n , G . K . , B u n n e y , B . S . & C h a r n e y , D . S . ( 1 9 9 1 )S c h i z o p h r . R e s . 4 , 1 2 1 - 1 5 6 .4 . C r e e s e , I . , B u r t , D . R . & S n y d e r , S . H . ( 1 9 7 6 ) S c i e n c e 1 9 2 , 4 8 1 -4 8 3 .5 . S e e m a n , P . , L e e , T . , C h a u - W o n g , M . & W o n g , K . ( 1 9 7 6 ) N a t u r e( L o n d o n ) 2 6 1 , 7 1 7 - 7 1 9 .6 . F a r d e , L . , H a l l , H . , E h r i n , E . & S e d v a l l , G . ( 1 9 8 6 ) S c i e n c e 2 3 1 ,2 5 8 - 2 6 1 .7 . W o n g , D . F . , W a g n e r , H . N . & T u n e , L . E . ( 1 9 8 6 ) S c i e n c e 2 3 4 ,1 5 5 8 - 1 5 6 3 .8 . C a r r a w a y , R . & L e e m a n , S . E . ( 1 9 7 3 ) J . B i o l . C h e m . 2 4 8 , 6 8 5 4 -6 8 6 1 .9 . E m s o n , P . C . , G o e d e r t , M . & M a n t y h , P . W. ( 1 9 8 5 ) i n H a n d b o o ko f N e u r o a n a t o m y : GABA a n d N e u r o p e p t i d e s i n t h e C N S , e d s .B j o r k l u n d , A . & H 6 k f e l t , T . ( E l s e v i e r , A m s t e r d a m ) , P a r t 1 , p p .3 5 5 - 4 0 5 .1 0 . N e m e r o f f , C . B . , L u t t i n g e r , D . , F e r n a n de z , D . E . , M a i l m a n , R . B . ,M a s o n , G . A . , D a v i s , S . D . , W i d e r l o v , E . , F r y e , G . D . , K i l t s ,

C . D . , B e a u m o n t , K . , B r e e s e , G . R . & P r a n g e , A . J . , J r . ( 1 9 8 3 ) J .P h a r m a c o l . E x p . T h e r . 2 2 5 , 3 3 7 - 3 4 5 .1 1 . Q u i r i o n , R . ( 1 9 8 3 ) P e p t i d e s 4 , 6 0 9 - 6 1 5 .1 2 . N e m e r o f f , C . B . ( 1 9 8 0 ) B i o l . P s y c h i a t r y 1 5 , 2 8 3 - 3 0 2 .1 3 . W i d e r l o v , E . , L i n d s t r o m , L . H . , B e s e v , G . , M a n b e r g , P . J . , Nem-e r o f f , C . B . , B r e e s e , G . R . , K i z e r , J . S . & P r a n g e , A . J . , J r . ( 1 9 8 2 )Am . J . P s y c h i a t r y 1 3 9 , 1 1 2 2 - 1 1 2 6 .1 4 . G o v o n i , S . , H o n g , J . S . , Y a n g , H . Y . - T . & C o s t a , E . ( 1 9 8 6 ) J .P h a r m a c o l . E x p . T h e r . 2 1 5 , 4 1 3 - 4 1 7 .1 5 . F r e y , P . , F u x e , K . , E n e r o t h , P . & A g n a t i , L . ( 1 9 8 6 ) N e u r o c h e m .I n t . 8 , 4 2 9 - 4 3 4 .1 6 . L e t t e r , A . A . , M e r ch a n t , K . M . , G i b b , J . W. & H a n s o n , G . R .( 1 9 8 7 ) J . P h a r m a c o l . E x p . T h e r . 2 4 1 , 4 4 3 - 4 4 7 .1 7 . E g g e r m a n , K . W. & Z a h m , D . S . ( 1 9 8 8 ) N e u r o p e p t i d e s 1 1 , 1 2 5 - 1 3 2 .1 8 . M e r c h a n t , K . M . , L e t t e r , A . A . , G i b b , J . W. & H a n s o n , G . R .( 1 9 8 8 ) E u r . J . P h a r m a c o l . 1 5 3 , 1 5 1 - 1 5 4 .1 9 . M e r c h a n t , J . W . , G i b b , J . W. & H a n s o n , G . R . ( 1 9 8 8 ) E u r . J .P h a r m a c o l . 1 6 0 , 4 0 9 - 4 1 2 .2 0 . M e r c h a n t , K . M . , B u s h , L . G . , G i b b , J . W. & H a n s o n , G . R . ( 1 9 8 9 )B r a i n R e s . 5 0 0 , 2 1 - 2 9 .2 1 . M e r c h a n t , K . M . , M i l l e r , M . A . , A s h l e i g h , E . A . & D o r s a , D . M .( 1 9 9 1 ) B r a i n R e s . S 4 0 , 3 1 1 - 3 1 4 .2 2 . M e r c h a n t , K . M . , D o b n e r , P . R . & D o r s a , D . M . ( 1 9 9 2 ) J . N e u r o -s c i . 1 2 , 6 5 2 - 6 6 3 .2 3 . A l h e i d , G . F . & H e i m e r , L . ( 1 9 8 8 ) N e u r o s c i e n c e 2 7 , 1 - 3 9 .2 4 . H e i m e r , L . , Z a h m , D . S . & C h u r c h i l l , L . ( 1 9 9 1 ) N e u r o s c i e n c e 4 1 ,8 9 - 1 2 6 .2 5 . Z a h m , D . S . ( 1 9 9 1 ) N e u r o s c i e n c e 4 6 , 3 3 5 - 3 5 0 .2 6 . D e u t c h , A . Y . & C a m e r o n , D . S . ( 1 9 9 1 ) N e u r o s c i e n c e 4 6 , 4 9 - 5 6 .2 7 . W a d w o r t h , A . N . & H ee l , R . C . ( 1 9 9 0 ) D r u g s 4 0 , 8 6 3 - 8 7 9 .2 8 . O g r e n , S . O . , H a l l , H . , K 6 h l e r , C . , M a g n u s s o n , O . , L i n d b o m ,L . - O . , A n g e b y , K . & F l o r v a l l , L . ( 1 9 9 0 ) E u r . J . P h a r m a c o l . 1 0 2 ,4 5 9 - 4 7 4 .2 9 . K o n i g , J . F . R . & K l i p p e l , R . A . ( 1 9 6 3 ) T h e R a t B r a i n : A S t e r e o -t a x i c A t l a s o f t h e F o r e b r a i n a n d L o w e r P a r t s o f t h e B r a i n S t e m( K r e i g e r , N e w Y o r k ) .3 0 . K i s l u s k i s , E . & D o b n e r , P . R . ( 1 9 9 0 ) N e u r o n 2 , 7 8 3 - 7 9 5 .3 1 . K i l t s , C . D . , A n d e r s o n , C . M . , B i s s e t t e , G . , E l y , T . D . & N e m e r -o f f , C . B . ( 1 9 8 8 ) B i o c h e m . P h a r m a c o l . 3 7 , 1 5 4 7 - 1 5 5 4 .3 2 . F r e y , P . ( 1 9 8 3 ) E u r . J . P h a r m a c o l . 9 5 , 8 7 - 9 2 .3 3 . A n g u l o , J . A . , C a d e t , J . L . , W o o l l e y , C . S . , S u b e r , F . & McEwen,B . S . ( 1 9 9 0 ) J . N e u r o c h e m . 5 4 , 1 8 8 9 - 1 8 9 4 .3 4 . S h i b a t a , K . , H a v e r s t i c k , D . M . & B a n n o n , M . J . ( 1 9 9 0 ) J . P h a r -m a c o l . E x p . T h e r . 2 5 5 , 3 8 8 - 3 9 2 .3 5 . E r v i n , G . N . , B i r k e m o , L . S . , N e m e r o f f , C . B . & P r a n g e , A . J . , J r .( 1 9 8 1 ) N a t u r e ( L o n d o n ) 2 9 1 , 7 3 - 7 6 .3 6 . J o l i c o e u r , F . B . , R i v e s t , R . , S t . P i e r r e , S . , G a g n e , M . A . & D u m a i s ,M . ( 1 9 8 5 ) N e u r o p e p t i d e s 6 , 1 4 3 - 1 5 6 .3 7 . S h i b a t a , K . , Y a m a d a , K . & F u r u k a w a , T . ( 1 9 8 7 ) P s y c h o p h a r m a -c o l o g y 9 1 , 2 8 8 - 2 9 2 .3 8 . M i l l e r , J . C . ( 1 9 9 0 ) J . N e u r o c h e m . 5 4 , 1 4 5 3 - 1 4 5 5 .3 9 . R o b e r t s o n , G . S . & F i b i g e r , H . C . ( 1 9 9 2 ) N e u r o s c i e n c e 4 6 , 3 1 5 - 3 2 8 .4 0 . D e u t c h , A . Y . , L e e , M. C . & l a d a r o l a , M . J . ( 1 9 9 2 ) J . M o l . C e l l .N e u r o s c i . 3 , 3 3 2 - 3 4 1 .

N e u r o b i o l o g y : M e r c h a n t a n d D o r s a

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