liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Stress-induced escalation of alcohol self-administration, anxiety-like behavior, and elevated amygdala Avp expression in a susceptible subpopulation of rats
Linköping University, Department of Biomedical and Clinical Sciences, Center for Social and Affective Neuroscience. Linköping University, Faculty of Medicine and Health Sciences.
Linköping University, Department of Biomedical and Clinical Sciences, Center for Social and Affective Neuroscience. Linköping University, Faculty of Medicine and Health Sciences. Mahidol Univ, Thailand.
Linköping University, Department of Biomedical and Clinical Sciences, Center for Social and Affective Neuroscience. Linköping University, Faculty of Medicine and Health Sciences.ORCID iD: 0000-0001-5726-4814
Univ Edinburgh, Scotland.
Show others and affiliations
2021 (English)In: Addiction Biology, ISSN 1355-6215, E-ISSN 1369-1600, Vol. 26, no 5, article id e13009Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Comorbidity between alcohol use and anxiety disorders is associated with more severe symptoms and poorer treatment outcomes than either of the conditions alone. There is a well-known link between stress and the development of these disorders, with post-traumatic stress disorder as a prototypic example. Post-traumatic stress disorder can arise as a consequence of experiencing traumatic events firsthand and also after witnessing them. Here, we used a model of social defeat and witness stress in rats, to study shared mechanisms of stress-induced anxiety-like behavior and escalated alcohol self-administration. Similar to what is observed clinically, we found considerable individual differences in susceptibility and resilience to the stress. Both among defeated and witness rats, we found a subpopulation in which exposure was followed by emergence of increased anxiety-like behavior and escalation of alcohol self-administration. We then profiled gene expression in tissue from the amygdala, a key brain region in the regulation of stress, alcohol use, and anxiety disorders. When comparing "comorbid" and resilient socially defeated rats, we identified a strong upregulation of vasopressin and oxytocin, and this correlated positively with the magnitude of the alcohol self-administration and anxiety-like behavior. A similar trend was observed in comorbid witness rats. Together, our findings provide novel insights into molecular mechanisms underpinning the comorbidity of escalated alcohol self-administration and anxiety-like behavior.

Place, publisher, year, edition, pages
Wiley , 2021. Vol. 26, no 5, article id e13009
Keywords [en]
alcohol use disorder; anxiety disorders; comorbidity; social defeat stress; vasopressin; witness stress
National Category
Substance Abuse
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-173908DOI: 10.1111/adb.13009ISI: 000616404100001PubMedID: 33565224OAI: oai:DiVA.org:liu-173908DiVA, id: diva2:1536080
Note

Funding Agencies|Wallenberg FoundationEuropean Commission [KAW 2018.0322]; Region Ostergotland; Stiftelsen psykiatriska forskningsfonden; Swedish Research CouncilSwedish Research CouncilEuropean Commission [2013-07434]

Available from: 2021-03-09 Created: 2021-03-09 Last updated: 2022-03-18
In thesis
1. Overlapping Neural Substrates of Alcohol- and Anxiety-Related Behavior in the Rat
Open this publication in new window or tab >>Overlapping Neural Substrates of Alcohol- and Anxiety-Related Behavior in the Rat
2021 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[sv]
Gemensamma mekanismer för alkohol- och ångestrelaterade beteenden studerade i djurmodeller
Abstract [en]

Alcohol use is a leading cause of death and disease worldwide. A large part of this disease burden is associated with alcohol use disorder (AUD), a diagnostic category characterized by excessive use in spite of negative consequences ("compulsive use"), a loss of control over intake, and choice of alcohol over natural rewards. These behavioral symptoms are believed to reflect the emergence of persistent neuroadaptations in key brain regions that exert control over motivated behavior. A major challenge to addressing the treatment needs of patients with AUD is the high prevalence of co-occurring psychiatric disorders, of which anxiety disorders are the most common. Both AUD and anxiety disorders are characterized by broad changes in gene expression within brain regions that include the prelimbic cortex (PL) and the amygdala complex. Although the risk for AUD has a substantial genetic component, heavy alcohol use and stress also contribute to disease risk. 

Our lab previously identified DNA hypermethylation as a mechanism behind alcohol-induced downregulation of prelimbic Syt1 and Prdm2. In a subsequent study, our lab demonstrated a functional role of Prdm2 in alcohol-associated behaviors. In the work that constitutes this thesis, we have further investigated the behavioral consequences of Syt1 and Prdm2 downregulation. We found that Syt1 knock-down in the PL of non-dependent rats is sufficient to promote several behaviors that model critical aspects of AUD. We further identified the PL-basolateral amygdala (BLA) projection as a key brain circuit within which Syt1 knock-down promotes compulsive-like alcohol intake. In another study, we showed that Prdm2 knock-down in the PL increases the expression of fear memory, a central feature of anxiety disorders. Knock-down after memory formation (consolidation) did not increase the fear expression, indicating that Prdm2 regulates fear memory consolidation. We further showed that knock-down of Prdm2 in the PL-BLA projection was sufficient to promote the increased fear expression. Transcriptome analysis specifically in neurons projecting from the PL to the BLA showed a marked up-regulation of genes involved in synaptogenesis, suggesting that Prdm2 downregulation leads to excessive fear by strengthening fear memory consolidation in the PL-BLA circuit. 

In a third study, we used a model of social defeat- and witness stress to investigate mechanisms of co-occurring escalated alcohol intake and increased anxiety-like behavior ("comorbidity"). We recapitulated the broad range of individual stress responses observed in human populations. With gene expression analysis, we identified a marked upregulation of Avp in the amygdala of rats with "co-morbid" characteristics, and this upregulation correlated with the magnitude of the comorbidity. 

Together, our findings highlight the contribution of epigenetic mechanisms in regulating the behavioral consequences of alcohol-dependence, and identify specific downstream target genes whose expression is influenced by alcohol-induced epigenetic reprogramming to mediate long-term behavioral consequences. Our work also identifies amygdala Avp as a possible neurobiological substrate of individual susceptibility for stress-induced alcohol- and anxiety-related behaviors.

Abstract [sv]

Alkoholbruk är en av huvudorsakerna till den globala sjukdomsbördan, och står för ungefär 5 % av alla dödsfall i världen. Sjukdomsbördan från alkohol orsakas till stor del av alkoholberoende, en komplex psykiatrisk sjukdom som kännetecknas av kontrollförlust, val av alkohol framför naturliga belöningar, och fortsatt bruk trots negativa konsekvenser (så kallat "kompulsivt bruk"). Dessa beteenden tros avspegla långvariga förändringar i funktionen hos hjärnstrukturer som styr motiverade beteenden. Av alla individer som brukar alkohol är det endast en minoritet, ca 15 %, som utvecklar alkoholberoende. Kända riskfaktorer inkluderar ärftlighet, mängd alkohol som konsumeras och stress. Behandlingar som finns tillgängliga för patienter med alkoholberoende har i dagsläget en otillräcklig effekt. För att utveckla nya läkemedel är det viktigt att förstå mekanismer som ligger bakom utveckling och vidmakthållande av beroende. 

Övergången från rekreationsbruk till beroende sker genom flera mekanismer. Likt andra droger kan alkohol aktivera hjärnans belöningssystem, och man tror att konsumtionen i tidigare stadier drivs av dessa "positivt förstärkande", eller belönande effekter. Utvecklingen av beroende avspeglar en förskjutning till ett tillstånd där bruket i allt högre grad sker för att dämpa negativa känslor (s.k. "negativ förstärkning"). Denna utveckling avspeglar att system i hjärnan som styr reaktioner på stress och upplevelser av oro och ångest blir aktiverade. En yttring av detta är att patienter med alkoholberoende ofta uppvisar en samsjuklighet med ångestsjukdomar. Patienter med samsjukligt alkoholberoende och ångest uppvisar ofta svårare symtom, och är mer svårbehandlade. Det finns idag ingen evidensbaserad behandling för dessa patienter. Stress är en viktig riskfaktor för både alkoholberoende och ångest, men det finns en betydande individuell variation i sårbarheten för stress.

Vi har tidigare visat att utveckling av alkoholberoende i en råttmodell leder till beteendeförändringar som liknar vad som ses hos patienter med alkoholberoende. I råttmodellen är dessa beteendeförändringar resultatet av en epigenetisk mekanism, dvs en mekanism som reglerar förändringar i genuttryck utan att DNA sekvensen ändras. Epigenetiska mekanismer påverkar uttrycket av många gener samtidigt, och kan bidra till förändringar i hjärnfunktion som ses vid alkohol- och ångestsjukdomar. Vi har tidigare identifierat två gener, Syt1 och Prdm2, som var nedreglerade i prelimbiska cortex efter alkoholberoende, en del av hjärnans pannlob som är viktig för exekutiva funktioner och planering för framtiden. Syt1 kodar för ett protein som är centralt för en nervcells förmåga att frisätta signalmolekyler och kommunicera med andra nervceller. Prdm2 kodar för ett epigenetiskt enzym som i sin tur reglerar uttrycket av flera andra gener. Vi visade sedan att nedreglering av Prdm2 var tillräckligt för att råttor utan tidigare alkoholberoende skulle bete sig som om de utvecklat beroende.  

I den här avhandlingen visade vi att även Syt1-nedreglering kan efterlikna de beteendeförändringar som annars ses vid utveckling av alkoholberoende i råttor. Nedreglering av Syt1 specifikt i nervbanan från prelimbiska cortex till basolaterala amygdala var tillräcklig för effekten, vilket identifierar dessa nervceller som en viktig komponent i beroende-relaterade förändringar i hjärnfunktionen. Målområdet för denna nervbana, basolaterala amygdala, är en hjärnregion som man sedan tidigare vet är viktig för regleringen av känslor såsom rädsla och ångest. Vi kunde även visa att förändringarna sannolikt sker genom en minskad aktivitet i cellkroppar i prelimbiska cortex, vilket i sin tur leder till en ökad aktivitet i basolaterala amygdala. Detta stämmer med observationer hos patienter med alkoholberoende, hos vilka man ofta ser en så kallad hypofrontalitet, dvs att prefrontala cortex uppvisar en minskad aktivitet.

I en annan studie demonstrerade vi att även nedreglering av Prdm2 i prelimbiska cortex leder till ett ökat uttryck av rädslominnen, en central komponent i ångestsyndrom. Vi visade att förändringar i funktionen hos samma nervbana, projektionen från prelimbiska cortex till basolaterala amygdala, orsakade denna patologiska rädsla. Vi undersökte sedan genförändringar som orsakas av en Prdm2 nedreglering specifikt i dessa nervceller, och fann bl.a. att gener associerade med synapsbildning och kommunikation mellan nervceller var uppreglerade. Detta kan tolkas som en förstärkt inlärning av rädslominnen, som i sin tur leder till det ökade uttrycket av rädsla.

För att identifiera mekanismer som ligger till grund för samsjuklighet mellan alkoholberoende och ångestsyndrom använde vi oss av en modell med fysisk och emotionell social stress. Resultat från denna studie visade att endast en minoritet av råttor utsatta för endera stressen utvecklade både alkohol- och ångestrelaterade beteenden. Analys av genuttryck i amygdala identifierade en uppreglering av stresshormonet vasopressin endast i denna "samsjukliga" population av råttor, vilket indikerar att det skulle kunna vara en sårbarhetsfaktor för stressinducerade psykiatriska störningar. 

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2021. p. 38
Series
Linköping University Medical Dissertations, ISSN 0345-0082 ; 1767
Keywords
Alcohol use disorder, Anxiety disorder, Behavior, Rat, Prelimbic cortex, Amygdala, Basolateral amygdala, Stress, Epigenetics, Syt1, Prdm2, Avp, Conditioned fear, Social defeat stress, Witness stress, Susceptibility, Resilience
National Category
Psychiatry
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-174707 (URN)10.3384/diss.diva-174707 (DOI)9789179297411 (ISBN)
Public defence
2021-04-23, Online through Zoom and YouTube (contact estelle.barbier@liu.se) and Berzeliussalen, Building 463, Campus US, Linköping, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Knut and Alice Wallenberg FoundationSwedish Research Council, 2013-07434Region Östergötland
Available from: 2021-04-01 Created: 2021-03-30 Last updated: 2021-04-01Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1910 kB)240 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1910 kBChecksum SHA-512
4a066ac30e816001656fa55ff568595fbe91dbc2b10d39d704598efa5874b0759205253e7135965ef4b6dcfc30689ccb674fd6d59824db7d87feb397c655add5
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full textPubMed

Search in DiVA

By author/editor
Barchiesi, RiccardoChanthongdee, KanatDomi, EsiCoppola, AndreaAsratian, AnnaToivainen, SanneHolm, LovisaAugier, GaëlleXu, LiAugier, EricHeilig, MarkusBarbier, Estelle
By organisation
Center for Social and Affective NeuroscienceFaculty of Medicine and Health SciencesPsykiatriska kliniken i Linköping
In the same journal
Addiction Biology
Substance Abuse

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 240 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetric score

doi
pubmed
urn-nbn
Total: 369 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf