Synaptic plasticity in the nucleus accumbens and its modulation by melanocortin

Abstract

Alpha-melanocyte stimulating hormone (α-MSH) is an anorectic neuropeptide released from the hypothalamic arcuate nucleus to other brain areas. Nucleus accumbens (NAc), a part of mesolimbic dopamine system critical to brain reward circuitry, is one of such target sites where melanocortin receptors (MCRs), a G-protein coupled receptor (GPCR) specific for α-MSH are expressed. However, the exact roles of α-MSH in the NAc are still unclear. In this study, the modulation of synaptic plasticity in the NAc by [Nle4, D-Phe7]-α-MSH (NDP-MSH), an analogue of α-MSH, was tested using extracellular field potential recordings of rat slice preparation from the NAc. NDP-MSH did not affect the basal synaptic transmission (input-output relationship), paired-pulse facilitation (PPF), endocannabinoid-mediated long-term depression (eCB-LTD) and N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptor-dependent long-term potentiation (LTP). However, NDP-MSH application inhibited the induction of NMDA receptor-dependent LTD. These results suggest that α-MSH, a peptide associated with anorectic signaling, modulates NAc function by regulating the synaptic plasticity.

Alpha-melanocyte-stimulating hormone(α-MSH)은 시상하부의 궁상핵(hypothalamic arcuate nucleus)에서 분비되는 식욕억제성 신경펩티드로써 이를 인식하는 G단백결합수용체(G-protein coupled receptor, GPCR)인 멜라노코틴 수용체(melanocortin receptor)가 발현하고 있는 뇌의 여러 영역에 전달된다. 이 중에 한 영역이 바로 뇌의 보상 회로에서 중요한 역할을 하는 중뇌변연계의 도파민 시스템(mesolimbic dopamine system) 중 일부인 중격의지핵(nucleus accumbens, NAc)이다. 그러나 중격의지핵에서 α-MSH의 정확한 역할이 무엇인지는 아직 밝혀지지 않았다. 따라서 이번 연구에서는 α-MSH의 유사체인 [Nle4, D-Phe7]-α-MSH (NDP-MSH)에 의해 중격의지핵의 시냅스 가소성이 조절되는지를 확인하였다. 실험 결과 NDP-MSH에 의해 중격의지핵의 기본 수준의 신호 전달 강도, 시냅스 전세포에서의 신경전달물질 분비, 엔도카나비노이드에 의한 장기약화(long-term depression, LTD), 및 NMDA 수용체 의존적 장기강화(long-term potentiation, LTP)는 조절받지 않음을 확인하였다. 하지만 NDP-MSH를 처리하면 NMDA 수용체 의존성 장기약화가 억제되었다. 이러한 결과는 식욕 및 섭식 행동을 조절하는 α-MSH가 동기 및 보상 등의 기능을 담당하는 중격의지핵의 시냅스 가소성을 조절함으로써 작용함을 시사한다.