Bedankt voor uw bezoek aan nature.com.U gebruikt een browserversie met beperkte ondersteuning voor CSS.Voor de beste ervaring raden we u aan een meer up-to-date browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, geven we de site in de tussentijd weer zonder stijlen en JavaScript.Translational Psychiatry volume 11, Artikelnummer: 623 (2021 ) Citeer dit artikelCocaïnegebruik vormt een wereldwijd probleem voor de volksgezondheid met hoge sociaaleconomische kosten.Er zijn geen huidige farmacologische behandelingen beschikbaar voor cocaïnegebruiksstoornis (CUD) of cocaïnetoxiciteit.Om farmaceutische behandelingen voor deze aandoening en de gevolgen ervan te onderzoeken, analyseerden we genexpressiegegevens van post-mortem hersenweefsel van personen met CUD die stierven aan cocaïnegerelateerde oorzaken met gematchte cocaïnevrije controles (n = 71, Mage = 39,9, 100% mannelijk , 49% met CUD, 3 monsters/hersenregio's).Om moleculaire handtekeningen van hersenpathologie te matchen met potentiële therapieën, hebben we de L1000-database gebruikt om neuronale mRNA-profielen van 825 herbruikbare verbindingen (bijv. FDA goedgekeurd) aan te scherpen.We identificeerden 16 verbindingen die negatief waren geassocieerd met CUD-genexpressiepatronen in alle hersenregio's (padj <0,05), die allemaal beter presteerden dan de huidige doelen die klinische proeven voor CUD ondergaan (alle padj> 0,05).Nog eens 43 verbindingen waren positief geassocieerd met CUD-expressie.We voerden een in silico follow-up potentiële therapieën uit met behulp van onafhankelijke transcriptoom-brede in vitro (neuronale cocaïneblootstelling; n = 18) en in vivo (muiscocaïne zelftoediening; n = 12-15) datasets om kandidaten voor experimentele validatie te prioriteren.Van deze medicijnen was ibrutinib consequent gekoppeld aan de moleculaire profielen van zowel neuronale cocaïneblootstelling als zelftoediening van muiscocaïne.We hebben de therapeutische werkzaamheid van ibrutinib beoordeeld met behulp van het Drosophila melanogaster-model.Ibrutinib verminderde de door cocaïne geïnduceerde schrikreactie en door cocaïne geïnduceerde aanvallen (n = 61-142 per groep; geslacht: 51% vrouw), ondanks de toenemende cocaïneconsumptie.Onze resultaten suggereren dat ibrutinib kan worden gebruikt voor de behandeling van cocaïnegebruiksstoornissen.Tot op heden zijn er geen medicijnen goedgekeurd door de Food and Drug Administration (FDA) voor menselijke CUD of cocaïnetoxiciteit.Jaarlijks gebruiken ongeveer 18,1 miljoen mensen wereldwijd cocaïne [1] en ongeveer 30% van die gebruikers woont in de Verenigde Staten [2] (VS).In de VS voldoen bijna 1 miljoen personen aan de criteria voor cocaïnegebruiksstoornis [2] (CUD) en 13% van de personen in Noord-Amerikaanse behandelcentra voor middelengebruik wordt behandeld voor CUD [1].Het gebruik van cocaïne verhoogt het risico op hart- en vaatziekten, toevallen en psychische stoornissen en draagt ​​bij aan ongeveer 40% van de drugsgerelateerde bezoeken aan spoedeisende hulp in de VS [3].Cocaïne oefent nadelige neurologische effecten uit in de hersenen en kan bij hoge doses leiden tot hart- en vaatziekten en overlijden.Sinds 1999 is het aantal sterfgevallen door cocaïne als gevolg van een overdosis in de VS met 416% gestegen, wat in 2019 resulteerde in 15.883 sterfgevallen [4].Hoewel gedragsbehandelingen voor CUD bestaan, hebben ze een beperkte werkzaamheid en worden ze geplaagd door hoge uitvalpercentages [5].Meer dan 20 farmacologische middelen worden momenteel getest voor klinische proeven voor CUD.De meeste van deze medicijnen omvatten antidepressiva, antipsychotica, psychostimulantia, cognitief versterkende medicijnen, anxiolytica, hergebruikte medicijnen voor andere stoornissen in het gebruik van middelen, anticonvulsiva / spierverslappers en dopamine-agonisten [6].Deze behandelingen hebben over het algemeen een gemengde werkzaamheid en laten vaak alleen effecten zien in bepaalde subpopulaties.Medicijnen voor cocaïnetoxiciteit zijn ook beperkt.Artsen op de spoedeisende hulp vertrouwen op bètablokkers voor door cocaïne geïnduceerde cardiotoxiciteit [7] en benzodiazapines voor door cocaïne geïnduceerde aanvallen [8].Veel kandidaat-verbindingen voor de behandeling van CUD en cocaïnetoxiciteit zijn afhankelijk van het hergebruiken van bestaande medicijnen, het benutten van kennis van de farmacologie van cocaïne en/of de biologische mechanismen die ten grondslag liggen aan de cocaïnepathologie.Er zijn bijvoorbeeld geneesmiddelen voorgesteld die het cocaïnemetabolisme (cocaïne-esterasen) verhogen om een ​​overdosis cocaïne ongedaan te maken [9].De moleculaire hersenpathologie van CUD wordt gekenmerkt door aanhoudende cellulaire en moleculaire aanpassingen in meerdere hersenregio's, met name in de mesocorticolimbische "beloning" -route.Moleculaire aanpassingen in dit hersenpad bemiddelen beloning, motivatie, gedragscontrole, geheugenvorming, incentive-salience, cue, drugs en stress-geïnduceerde inname / terugval van medicijnen.Een benadering om de moleculaire hersencorrelaties te onderzoeken die ten grondslag liggen aan CUD (en mogelijk cocaïnetoxiciteit) is om genexpressieprofielen in post-mortem hersenweefsel te onderzoeken door individuen met CUD te vergelijken met gematchte cocaïnevrije controles.Momenteel zijn er drie onderzoeken openbaar die CUD-genexpressieprofielen beoordelen in hersengebieden die verband houden met verslaving: de dorsaal-laterale prefrontale cortex [10] (dlPFC), hippocampus [11] en middenhersenen [12].Eerder hebben medicijnen die zich consequent richten op genexpressie in meso-cortico-limbische hersenregio's robuuste effecten aangetoond voor het verminderen van binge-drinken bij muizen [13].Het screenen van medicijnen die gericht zijn op transcriptiepatronen in relevante hersengebieden, kan dus helpen bij het identificeren van door de FDA goedgekeurde therapieën die opnieuw kunnen worden gebruikt voor de behandeling van CUD.Analyses van het ontdekken van geneesmiddelen kunnen kosten en tijd besparen voor het ontwikkelen van effectieve therapieën, die gemiddeld $ 1,4 miljard kosten en 12-16 jaar nodig hebben om te ontwikkelen [14].De door de NIH gefinancierde Library of Integrated Network-based Cellular Signatures (LINCS L1000) database faciliteert strategieën voor de ontwikkeling van geneesmiddelen door meer dan 1,3 miljoen expressieprofielen te indexeren die het resultaat zijn van een uitgebreide catalogus van meer dan 48.000 perturbagens (farmaceutica, kleine moleculen, shRNA's, cDNA's en biologische geneesmiddelen ) in meer dan 80 menselijke cellijnen [15].Deze bron maakt een snelle screening van verbindingen mogelijk die zich kunnen richten op de moleculaire mechanismen van een ziekte.Hier schetsen we een neuronaal mRNA-kader voor herbestemming van geneesmiddelen dat potentiële medicijnen voor CUD- en / of cocaïnetoxiciteit identificeert en valideert (zie figuur 1 voor onderzoeksoverzicht).Dit schema schetst de stadia van het onderzoek van medicijnontdekking (boven), tot computationele follow-up (midden) en in-vivo validatie (onder).Ons menselijke monster (n = 71) gebruikte openbaar beschikbare genexpressiegegevens van post-mortem hersenweefsel van personen met een cocaïnegebruiksstoornis (CUD; n = 36) en gematchte cocaïnevrije controles (n = 35).Gegevens werden verkregen uit drie onafhankelijke onderzoeken (GSM2642566 [10]; SRA029279 [11]; E-GEOD-54839 [12]; aanvullende tabel S1).We hebben medicijnontdekkingsanalyses uitgevoerd met behulp van de L1000-database, die mRNA-expressieprofielen catalogiseert van menselijke celtypen die zijn blootgesteld aan therapeutische verbindingen [15].De input voor onze drug discovery-analyse omvatte drie categorieën.De eerste categorie omvatte alle differentieel tot expressie gebrachte genen (Benjamini-Hochberg False Discovery Rate (FDR) <0,05) geassocieerd met CUD in de dlPFC [16], hippocampus [17] en middenhersenen [12].Differentieel tot expressie gebrachte genen kunnen genen omvatten die worden toegeschreven aan door cocaïne geïnduceerde toxiciteit, hartcomplicaties of psychiatrische comorbiditeiten.Onze tweede categorie concentreerde zich dus op de genen die verband houden met de gedragsmanifestaties van CUD, door de mRNA-expressie van genen uit de cocaïneverslavingsroute (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes [KEGG]-database) op te nemen.De laatste categorie probeerde mogelijke vooroordelen van meetfouten verder te minimaliseren door gebruik te maken van "landmark" -genen (die direct gemeten vanaf L1000, in plaats van geïmputeerd) die deel uitmaakten van ten minste een van de eerste twee categorieën.We verwijzen naar de invoergenen voor onze analyse van het ontdekken van geneesmiddelen als CUD-genen (aanvullend bestand S1).We hebben een kenmerkende matchingtechniek gebruikt om potentiële therapieën voor CUD of cocaïnetoxiciteit te vinden.Onze analyses maakten gebruik van de L1000 Connectivity Mapping-genexpressieprofielen van de Library of Integrated Network Based Cellular Signatures (niveau 5-gegevens van fase I: GSE92742 en fase II: GSE70138).Omdat de focus van het onderzoek was om herbruikbare behandelingen voor CUD te vinden, selecteerden we alle verbindingen die door de FDA waren goedgekeurd of in fase 1-3 van klinische onderzoeken waren - zoals vermeld op de website van de hub voor herbestemming van geneesmiddelen (https://clue.io/ herbestemming#download-data; bijgewerkt 24-3-2020).We hebben onze bevindingen vergeleken met behandelingen die momenteel klinische onderzoeken ondergaan voor CUD en met name die welke zijn gerapporteerd op de https://clinicaltrials.gov/-website.We hebben onze analyse van het ontdekken van geneesmiddelen gericht op twee neuronale celtypen die in de L1000-database worden gebruikt: gedifferentieerde neuronale cellen en neuronale voorlopercellen.In totaal evalueerden we de potentiële therapeutische waarde van 825 verbindingen, die 3468 individuele neuronale mRNA-signaturen omvatten (in vitro genexpressieprofielen voor een verbinding gemeten bij een bepaalde dosis, tijd en cellijn).Voor elke handtekening hebben we een lineaire Pearson Product-Moment-correlatiecoëfficiënt geschat met de CUD-invoer.Merk op dat niet alle medicijnen die klinische proeven voor CUD ondergaan, zijn opgenomen in de menselijke neuronale cellijnen uit de L1000-database (aanvullend bestand S2).Om mogelijke behandelingen voor CUD te identificeren, hebben we meta-regressies op meerdere niveaus uitgevoerd voor alle 825 verbindingen met behulp van het metafor-pakket in R [18].Meta-regressie op meerdere niveaus biedt een krachtig en interpreteerbaar raamwerk dat geschikt is voor complexe gegevenstypen.Onze meta-regressies corrigeerden voor twee willekeurige effecten: menselijk hersengebied (of onderzoek) en de drie invoercategorieën binnen onderzoeken (bijv. KEGGdlPFC, KEGGHippocampus enz.).We hebben elke verbinding behandeld als een vast effect, waarbij de effectgrootte (r) en de steekproefvariabiliteit (se2r) voor neuronale handtekeningen van een verbinding zijn opgenomen.Theoretisch, als de transcriptionele signatuur van een verbinding negatief geassocieerd is met een ziekte, kan deze verbinding de onderliggende ziektemechanismen 'omkeren' en de kans vergroten dat deze klinische bruikbaarheid aantoont.Daarom benadrukten we verbindingen met negatieve meta-regressiecoëfficiënten die ook correctie voor meerdere testen overleefden (FDR <0, 05) en definieerden deze verbindingen als potentiële therapieën.Omdat medicijnen met positieve associaties ook een klinisch voordeel kunnen hebben, hebben we ook medicijnen onderzocht die positief geassocieerd waren met CUD en rapporteren we hierover in het supplement.We hebben een computationele follow-upbenadering gebruikt om prioriteit te geven aan de potentiële therapieën die zijn geïdentificeerd uit onze analyse van geneesmiddelenontdekking met behulp van twee onafhankelijke transcriptoombrede datasets.We hebben in maart 2020 via GEO naar genexpressieonderzoeken gevraagd om preklinische gouden standaardmodellen te vinden van gegevenssets voor zelftoediening door knaagdieren die overeenkomen met hersenregio's en celtypen die relevant zijn voor de menselijke postmortale gegevens.De datasets die in onze studie werden gebruikt, omvatten een menselijk neuronaal cocaïneblootstellingsmodel [19] (SH-SY5Y-neuroblastoomcellen; GSE71939) en een muismodel van zelftoediening van cocaïne [20] (GSE110344).De dataset over blootstelling aan neuronale cocaïne omvatte 18 monsters die mRNA-expressie (via microarray) beoordeelden gedurende twee tijdstippen (6 of 24 uur na blootstelling) over drie doses (0μΜ, 1μM en 5μM; de laatste twee bootsen klinisch relevante cocaïneniveaus na die werden gevonden bij personen met cocaïne misbruik).De muis-RNA-sequencing (RNA-seq) -gegevens werden verzameld van 12-15 mannelijke C57BL / 6J-muizen met behulp van vergelijkbare hersengebieden als de menselijke monsters (ventraal tegmentaal gebied (VTA), hippocampus en PFC).Muizen drukten op een hendel om intraveneuze infusies van cocaïne (1 mg/kg; sessies van 2 uur gedurende 2 weken) of zoutoplossing te ontvangen.Hersenweefsel werd 24 uur na de laatste zelftoedieningssessie geëxtraheerd en muismodellering was beperkt tot orthologe genen die zijn opgesomd uit de dataset van muisgenoominformatica (//www.informatics.jax.org/).Om de consistentie te behouden, hebben we de gegevensverwerking en -analyses voor onze validatiegegevenssets geharmoniseerd om op de gegevens van het menselijk brein te lijken (zie aanvullende methoden).Met behulp van meta-regressie op meerdere niveaus hebben we beoordeeld of de potentiële CUD-behandelingen ook negatief waren geassocieerd met de differentiële expressie van de CUD-genen in de gegevenssets voor blootstelling aan neuronale cocaïne en zelftoediening van cocaïne bij muizen, rekening houdend met dosis en tijd (gegevens over neuronale blootstelling) of hersengebied (muisgegevens) als willekeurige effecten.Resultaten van de computationele follow-up werden gebruikt om prioriteit te geven aan medicijnen voor experimentele validatie.Drosophila melanogaster (Canton-SB-stam) werden gekweekt op maïsmeel-melasse-gistmedium bij 25 ° C en 70% vochtigheid onder een licht-donkercyclus van 12 uur (lichten aan om 6:00 uur).Cocaïne-HCl werd verkregen van het National Institute on Drug Abuse onder Drug Enforcement Administration-licentie RA0443159.Vliegen kregen 24 uur geen voedsel, gevolgd door een vrije voederperiode van 20 m.Tijdens deze periode consumeerden vliegen een van de vier voedselformuleringen die ofwel geen behandeling bevatten (n = 66 vrouwen, n = 61 mannen), alleen cocaïne (n = 141 vrouwen, n = 140 mannen), cocaïne en ibrutinib (n = 142 vrouwen, n = 132 mannen) of alleen ibrutinib (n = 68 vrouwen, n = 66 mannen).Voor alle omstandigheden hebben we geen significante verschillen waargenomen tussen met ibrutinib behandelde vliegen en vliegen die geen behandeling ondergaan (alle t = 0,37994, alle p> 0,704).Zo rapporteerden en visualiseerden we de verschillen tussen de andere drie groepen.De concentraties van cocaïne-HCl en ibrutinib (Tocris Bioscience; Bristol, UK; Product No: 6813; Batch No: 2A/247900) waren beide 0,16% (w/w).De gebruikte concentraties cocaïne waren gebaseerd op optimale concentraties die aanleiding geven tot fenotypische effecten zonder vooraf bepaalde letaliteit te veroorzaken [21].We hebben de cocaïneconsumptie gekwantificeerd in het Drosophila melanogaster-model.Alle voedselformuleringen bevatten 1% (w/w) FD&C Blue #1-kleurstof.Na gedragstesten voor elke vlieg, werd kleurstof geëxtraheerd in 300 µL gedeïoniseerd H2O met behulp van Fisher-merk Bead Mill 4 (Snelheid: 4 m / s; Tijd: 15 sec).Om vliegafval te bezinken, werden buizen gedurende 1 minuut bij 13.000 x RCF gecentrifugeerd met behulp van een Eppendorf Centrifuge 5430R.Om het verbruik te kwantificeren, werd 100 L van elk extract in tweevoud in putjes van een microtiterplaat met 384 putjes gedoseerd.Absorptie werd gemeten bij 630 nm met behulp van een SpectraMax iD5 Microplate Reader.Kleurstofconcentraties werden berekend met behulp van een standaardcurve (FD&C Blue #1 in gedeïoniseerd H20; 0,0–6,0 µg/ml).Onmiddellijk na blootstelling onderging elke vlieg gedragstests op schrikreactie veroorzaakt door een mechanische storing.Een flacon met een enkele vlieg werd vanaf een hoogte van 42 cm door een goot gedropt en vervolgens in een horizontale positie vastgezet.Gedurende de volgende 45 s werden de totale tijd besteed aan bewegen en het optreden van aanvallen geregistreerd.Epileptische activiteit werd gedefinieerd als een significante verstoring van de normale beweging met ernstige tremoren en spiertrekkingen (zie aanvullend bestand S3).Terwijl ze immobiel waren, aan het grijpen of aan het verzorgen waren, werden vliegen als stationair beschouwd.De gegevens over de schrikreactie werden geanalyseerd met behulp van een tweerichtings ANOVA-model met vaste effecten: Y = M + S + T + S*T + ε, waarbij Y het fenotype is, M het gemiddelde, S het geslacht is, T de behandeling is, S * T is het geslacht per behandelingsinteractie en ε is het residu.We gebruikten het type III Sums of Squares vanwege verschillende steekproefomvang tussen groepen.Post-hoc vergelijkingen werden uitgevoerd met behulp van Student's t-tests.Inbeslagnemingsgegevens werden geanalyseerd met behulp van Fisher's exact-tests in R.Een schematisch overzicht van het onderzoeksontwerp wordt gepresenteerd in Fig. 1. Voorafgaand aan onze analyse van het ontdekken van geneesmiddelen hebben we de invoergegevens onderzocht.We hebben minimale overlap waargenomen tussen differentieel tot expressie gebrachte genen die zijn geïdentificeerd in menselijke hersengebieden (zie aanvullend bestand S1).Associaties tussen KEGG-cocaïneverslavingsgenen waren bescheiden en soms negatief (rmidbrain_hippocampus = -0.31, p = 0.044; rdlPFC_hippocampus = 0.02, p = 0.915; en rmidbrain_dlPFC = 0.36, p = 0.019).Deze heterogeniteit en individuele variatie kan een factor zijn die bijdraagt ​​aan de moeilijkheid om een ​​effectieve behandeling te vinden die zich richt op meerdere hersengebieden en effectief is voor alle individuen in een populatie.Onze analyse van geneesmiddelenontdekking ontdekte 16 medicijnen met genexpressiesignaturen die negatief waren geassocieerd met genexpressie geassocieerd met CUD in de middenhersenen, hippocampus en dlPFC (padj <0,05; Fig. 2A).Deze medicijnen hadden diverse farmacologische werkingsmechanismen (aanvullende tabel S2) en presteerden beter dan de huidige geneesmiddelen die klinische proeven voor CUD ondergingen (Fig. 2B).We tonen ook de medicijnen die positief geassocieerd waren met CUD in het supplement (zie aanvullende figuur S2; zie aanvullend bestand S4 voor alle resultaten).Paneel (A) toont herbruikbare verbindingen die negatief geassocieerd zijn met CUD-genexpressie in de hersenen (alle padj <0,05).Paneel (B) toont de resultaten van de medicijnen die momenteel klinische proeven ondergaan voor CUD.De x-as vertegenwoordigt het gewogen gemiddelde van de correlatiecoëfficiënten van een verbinding met de CUD-genen van de menselijke hersenen en de gewogen standaardfoutbalken van elke verbinding.Merk ook op dat de zwarte cirkels het effect in alle hersenregio's/onderzoeken vertegenwoordigen en dat de onderstaande punten een kleurcode hebben per hersenregio.Vervolgens gebruikten we een computationele follow-up van de 16 potentiële CUD-medicijnen met behulp van transcriptoom-brede gegevens van preklinische in vitro en in vivo modellen.Slechts één verbinding, ibrutinib, was negatief geassocieerd met blootstelling aan neuronale cocaïne (Mr = -0,017, ser = 0,006, p = 0,001; padj = 0,019) en vertoonde een tendens om negatief geassocieerd te zijn met de genexpressieprofielen geassocieerd met zelftoediening van cocaïne bij muizen (Mr = -0,017, ser = 0,007, p = 0,007; padj = 0,0732; Fig. 3).Geen enkel ander medicijn dat negatief geassocieerd was met CUD-expressie vertoonde significant bewijs onder preklinische modellen (zie aanvullende figuur S3).Met behulp van correlaties tussen gegevens van menselijke CUD-hersenen en de in vitro-gegevens over het ontdekken van geneesmiddelen, vonden we negatieve associaties tussen ibrutinib en de expressie van genen die betrokken zijn bij dopaminerge en glutamaterge neurotransmissie, evenals verschillende onmiddellijke vroege genen, intracellulaire signaalcascadegenen en vermeende neuro-epigenetische transcripten (Fig. 4).Het bovenste paneel toont associaties tussen de neuronale kenmerken van ibrutinib en differentiële expressieresultaten van de in vitro cocaïne-neuronale blootstellingsgegevens.Het onderste paneel toont de associaties tussen de neuronale handtekeningen van ibrutinib met differentieel tot expressie gebrachte genen uit de zelftoedieningsdataset van muiscocaïne.De blauwe lijn toont de best passende lijn en standaardfout tussen CUD-genexpressie (van KEGG Cocaine Addiction Pathway-genen) en neuronale handtekeningen van ibrutinib (instorten over dosis, tijd en cellijn; rdlPFC = -0.16, rhippocampus = -0.25 en rmidbrain = −0.04).Genen werden gelabeld als ze in de negatieve diagonaal van de plot waren (groene punten).Differentiële expressie van FOSB in de dlPFC werd windsorized voor visualisatiedoeleinden.Om de effectiviteit van ibrutinib als een potentieel therapeutisch middel voor CUD te valideren, hebben we de effecten ervan op door cocaïne geïnduceerde fenotypes geëvalueerd in het Drosophila melanogaster-model.Drosophila biedt een voordelig modelsysteem voor onderzoeken naar cocaïneconsumptie [22].De Drosophila-dopaminetransporter bevat een bindingsplaats die plaats biedt aan cocaïne [23], en blootstelling aan cocaïne geeft aanleiding tot motorische reacties die lijken op gedrag dat wordt waargenomen bij knaagdieren.Bovendien ontwikkelen vliegen sensibilisatie voor herhaalde intermitterende blootstelling aan cocaïne [24, 25].We maten cocaïneconsumptie, schrikgedrag en de prevalentie van aanvalsactiviteit bij mannelijke en vrouwelijke vliegen na acute consumptie van vast voedsel, vast voedsel aangevuld met cocaïne of vast voedsel aangevuld met cocaïne en ibrutinib.Mannelijke vliegen die aan cocaïne werden blootgesteld, brachten minder tijd door met bewegen nadat ze waren blootgesteld aan een mechanische schrik (Fig. 5A).Dit is waarschijnlijk te wijten aan het optreden van cocaïne-geïnduceerde aanvallen, die werden gescoord als stationaire perioden.Zowel mannelijke als vrouwelijke vliegen die ibrutinib met cocaïne consumeerden, brachten meer tijd door met bewegen dan vliegen die alleen cocaïne consumeerden (Fig. 5A).Mannelijke vliegen die ibrutinib en cocaïne consumeerden, vertoonden een significante afname in de prevalentie van aanvallen (Fig. 5B).Er werden ook minder door cocaïne veroorzaakte aanvallen waargenomen bij met Ibrutinib behandelde vrouwen, maar deze waarneming bereikte geen statistische significantie aangezien de incidentie van door cocaïne veroorzaakte aanvallen lager was bij vrouwen dan bij mannen.Om vast te stellen dat ibrutinib de voedselinname niet verminderde, maten we de cocaïneconsumptie met voedsel aangevuld met alleen ibrutinib en ontdekten dat ibrutinib de cocaïneconsumptie verhoogde bij mannelijke vliegen en neigde om dit te doen bij vrouwelijke vliegen (zie figuur 5C; zie aanvullend bestand S5 voor gegevens).Al met al geven deze resultaten aan dat ibrutinib nuttig kan zijn als een therapeutisch middel om verschillende neurologische en toxische effecten van cocaïnegebruik te voorkomen.De steekproefomvang was als volgt: n = 61 (-controle), 140 (-cocaïne), 132 (-cocaïne + ibrutinib), 66 (-controle), 141 (-cocaïne), 142 (-cocaïne + ibrutinib).Een Dotplot die de cocaïne-schrikreactie per conditie laat zien.B Barplot die de gemiddelde aanvalsactiviteit toont tijdens de schrikreactie in alle omstandigheden met 95% betrouwbaarheidsintervallen.C Dotplot die cocaïneconsumptie laat zien in verschillende omstandigheden.Gekleurde stippen vertegenwoordigen individuele vliegen en de zwarte stip geeft het gemiddelde voor elke groep en de standaardfout weer.ns p > 0,05.*p < 0,05.**p < 0,01.***p < 0,001.****p < 0,001.We identificeerden mogelijk herbruikbare medicijnen voor CUD en/of cocaïnetoxiciteit, die meer reproduceerbare associaties vertoonden in de beloningscircuits van de hersenen dan de huidige medicijnen die klinische proeven ondergaan in de VS.Ondanks de lage overeenkomst van genexpressie tussen datasets, werd ibrutinib consequent negatief geassocieerd met patronen van genexpressie die werden waargenomen in de hersenen van personen met CUD in hersenregio's en diverse monsters, evenals in twee preklinische gouden standaardmodellen.Ibrutinib verminderde de door cocaïne geïnduceerde aanvallen in het Drosophila-model en is dus een veelbelovend herbruikbaar medicijn voor door cocaïne geïnduceerde aanvallen en mogelijk voor andere aspecten van CUD die niet gemakkelijk kunnen worden geëvalueerd in Drosophila.We hebben niet geprobeerd medicijnen te valideren die positief geassocieerd zijn met CUD (zie aanvullende figuur S2).Ibrutinib is een onomkeerbare Bruton's tyrosinekinase (BTK) -remmer en is goedgekeurd door de FDA voor verschillende B-celkankers, waaronder chronische lymfatische leukemie [26].BTK-remmers hebben de werkzaamheid aangetoond voor multiple sclerose [27] - via een ontstekingsremmend mechanisme - en hebben ook het drankmisbruik bij muizen verminderd [13].BTK's worden voornamelijk tot expressie gebracht in microglia in de hersenen (https://www.brainrnaseq.org/) en versterken intracellulaire signalen van (B-cel) receptoren naar de kern [28].Cocaïne activeert overlappende intracellulaire signaalroutes met canonieke B-celsignaleringsroutes (bijv. JUN-, RELA- en NFKB1-genen) en wordt geassocieerd met een pro-inflammatoire respons in de hersenen [29].We postuleren dat het remmen van BTK via ibrutinib de cocaïnerespons verstoort via verstoring van intracellulaire signaalcascades en/of het opwekken van ontstekingsremmende processen.Naast ibrutinib hebben we andere mogelijke medicijnen ontdekt die kunnen correleren met hersenprofielen van CUD.Sommige van deze verbindingen kunnen gericht zijn op moleculaire processen die ten grondslag liggen aan chronisch cocaïnegebruik.We ontdekten bijvoorbeeld dat dopamine negatief geassocieerd was met de differentiële expressie van CUD-genen in hersengebieden, wat de hypodopaminerge toestand veroorzaakt door chronisch cocaïnegebruik kan tegengaan [30].Verschillende geneesmiddelen die door onze analyses zijn geïdentificeerd, zijn eerder gebruikt om hartcomplicaties te behandelen, zoals Rivaroxaban, Pinacidil, Iloprost, Gemfibrozil, Bexafibraat en Moxonidine.Het is mogelijk dat deze medicijnen een beschermende rol spelen tegen de cardiovasculaire gevolgen van chronisch cocaïnegebruik.Sommige van deze medicijnen kunnen zowel gezondheids- als gedragsvoordelen hebben.Moxonidine vermindert bijvoorbeeld (cue-geïnduceerde) terugval van cocaïne [31] en ontwenning van ethanol [32, 33] bij knaagdieren.Merk op dat de farmacologische profielen van de potentiële CUD-medicijnen die we hebben geïdentificeerd, verschillende gedragingen van drugsgebruik hebben verminderd (PPAR-alfa-agonisten [34]; PDE4-remmers [35, 36]).Mogelijke CUD-medicatie beïnvloedde ook catecholamine-neurotransmissie, kaliumkanalen, hormonale signalering en mitochondriale processen, die allemaal betrokken zijn bij de pathofysiologie van cocaïnegebruik [37,38,39,40].Onze benadering kan een tweeledig doel dienen voor het indirect ontrafelen van moleculaire hersenkenmerken van menselijke CUD, terwijl ook specifieke chemische verbindingen worden geïdentificeerd die klinisch nut kunnen aantonen voor aan cocaïne gerelateerde resultaten.De resultaten van onze studie moeten met de nodige voorzichtigheid worden geïnterpreteerd totdat verdere validatiestudies zijn uitgevoerd in verschillende soorten en gedragsparadigma's.We gebruikten alle bestaande transcriptoombrede hersengegevens over menselijke CUD, maar deze steekproefomvang was klein, bepaald door zeer geselecteerde mannelijke cocaïnegebruikers en omvatte over het algemeen heterogene celtypen in de hersenen.Deze gegevens zijn niet in staat om specifieke symptomen van CUD te onderscheiden en kunnen een vooroordeel hebben met betrekking tot gezondheid en psychiatrische comorbiditeiten.Terwijl het Drosophila-model sommige gedragseffecten kan evalueren na acute consumptie van cocaïne, kunnen veel aspecten van cocaïnegebruik, verslaving, ontwenning en overlijden niet worden beoordeeld in het vliegmodel, maar vereisen aanvullende studies in andere modelsystemen.Toekomstige studies in zoogdiermodellen zijn nodig om de werkzaamheid, dosis en veiligheid van ibrutinib voor aan cocaïne gerelateerde resultaten te bepalen.De L1000-database voor het ontdekken van geneesmiddelen beoordeelt acute genexpressieprofielen van medicijnen in menselijke cellijnen en is dus beperkt in het begrijpen van chronische therapeutische toediening en in vivo mechanismen van medicijnen.Het leidende herbruikbare medicijn uit deze studie, ibrutinib, is misschien niet voor velen een toegankelijke behandelingsoptie, omdat het kostbaar kan zijn en hoewel het over het algemeen goed wordt verdragen, het verschillende bijwerkingen kan hebben (bijv. diarree, infectie en vermoeidheid) [41] en off-target effecten (aritmieën, disfunctie van bloedplaatjes, QTc-verlenging) die de bruikbaarheid ervan voor aan cocaïne gerelateerde ziekte-indicaties kunnen beperken.Bovendien is niet bekend welke dosis het meest effectief is en of er negatieve gezondheidseffecten optreden bij het combineren van dit medicijn met cocaïne (of crack-cocaïne).Ondanks deze beperkingen komt ibrutinib naar voren als een veelbelovend therapeutisch middel met potentieel, althans voor de behandeling van door cocaïne veroorzaakte aanvallen.In een bredere context biedt onze studie een proof of principle voor een krachtige, flexibele en interpreteerbare strategie die kan worden gebruikt om therapieën te identificeren en prioriteren uit genoom-brede en transcriptoom-brede datasets.Publicatie van de Verenigde Naties SNE 19. X 8. Werelddrugsrapport.publicatie van de Verenigde Naties;2019.SAMSHA.Belangrijkste indicatoren voor middelengebruik en geestelijke gezondheid in de Verenigde Staten: resultaten van de nationale enquête over drugsgebruik en gezondheid van 2018.2019.Turner C, Chandrakumar D, Rowe C, Santos G, Riley D, Coffin PO.Cross-sectionele doodsoorzakenvergelijkingen voor sterfte aan stimulerende middelen en opioïden in San Francisco, 2005-2015.Drug Alcohol Afhankelijk.2019;185:305–12.Nationaal Instituut voor Drugsmisbruik [Internet].Trends & Statistieken: Overdosis sterftecijfers [bijgewerkt 29 januari 2021;geciteerd op 5 februari 2021].Verkrijgbaar via: https://www.drugabuse.gov/drug-topics/trends-statistics/overdose-death-rates.Dutra L, Stathopoulou G, Basden SL, Leyro TM, Powers MB, Otto MW.Een meta-analytische review van psychosociale interventies voor stoornissen in het gebruik van middelen.Ben J Psychiatrie.2006;14:3989-96.Chan B, Kondo K, Freeman M, Ayers C, Montgomery J, Kansagara D. Farmacotherapie voor cocaïnegebruiksstoornis - een systematische review en meta-analyse.J Gen Stagiair Med.2017;24:2858–2873.Vroegop MP, Franssen EJ, Voort PHJ, van den Berg TNA, Langewag RJ, Kramers C. De spoedeisende hulp bij cocaïne-intoxicaties.Neth J Med.2009;67:122–126.Chen H, Albertson TE, Olson KR.Behandeling van door drugs veroorzaakte aanvallen.Br J Clin Pharm.2015;81:412–9.Narasimhan D, Woods JH, Sunahara RK.Bacteriële cocaïne-esterase: een op eiwitten gebaseerde therapie voor overdosis en verslaving aan cocaïne.Toekomstige Med Chem.2012;4:137–50.CAS-artikel PubMed Google ScholarRibeiro EA, Scarpa JR, Garamszegi SP, Kasarskis A, Mash DC, Nestler EJ.Ontregeling van het gennetwerk in dorsolaterale prefrontale cortexneuronen van mensen met een cocaïnegebruiksstoornis.Wetenschappelijke Rep. 2017;7:1-10.Zhou Z, Yuan Q, Mash DC, Goldman D. Stofspecifieke en gedeelde transcriptie en epigenetische veranderingen in de menselijke hippocampus die chronisch wordt blootgesteld aan cocaïne en alcohol.Proc Natl Acad Sci.2011;108:6626CAS-artikel PubMed Google ScholarBannon MJ, Johnson MM, Michelhaugh SK, Hartley ZJ, Halter SD, David JA, et al.Een moleculair profiel van cocaïnemisbruik omvat de differentiële expressie van genen die het transcriptie-, chromatine- en dopaminecelfenotype reguleren.Neuropsychofarmacologie.2014;39:2191–9.CAS-artikel PubMed Google ScholarFerguson LB, Ozburn AR, Ponomarev I, Metten P, Reilly M, Crabbe JC, et al.Genoombrede expressieprofielen stimuleren de ontdekking van nieuwe verbindingen die binge-drinken bij muizen verminderen.Neuropsychofarmacologie.2018;43:1257–66.Nosengo N. Nieuwe trucs voor oude drugs.Natuur 2016; 534: 314-6.Subramanian A, Narayan R, Corsello SM, Root DE, Wong B, Golub TR, et al.Een connectiviteitskaart van de volgende generatie: L1000-platformbron.Cel.2017;171:1437–e17.CAS-artikel PubMed Google ScholarHuggett SB, Stallings MC.Genetische architectuur en moleculaire neuropathologie van menselijke cocaïneverslaving.J Neurosci.2020;40:5300–13.CAS-artikel PubMed Google ScholarHuggett SB, Stallings MC.Cocaine'omics: Genoombrede en transcriptoombrede analyses bieden biologisch inzicht in cocaïnegebruik en -afhankelijkheid.Verslaafde Biol.2019;25:1–10.Viechtbauer W. Meta-analyses uitvoeren in R met het metafor-pakket.J Stat Softw.2010;36:1–48.Fernandez-Castillo N, Cabana-Dominguez J, Soriano J, Sanchez-Mora C, Roncero C, Grau-Lopez L, et al.Transcriptomische en genetische studies identificeren NFAT5 als een kandidaat-gen voor cocaïneverslaving.Vertaal Psychiatrie.2015;5:1–9.Walker DM, Cates HM, Loh YE, Purushothaman I, Ramakrishnan A, Cahill KM, et al.Zelftoediening van cocaïne verandert transcriptoom-brede reacties in de beloningscircuits van de hersenen.Biol Psychiatrie.2018;84:867-80.CAS-artikel PubMed Google ScholarHighfill CA, Baker BM, Stevens SD, Anholt RRH, Mackay TFC.Genetica van cocaïne- en methamfetamineconsumptie en voorkeur bij Drosophila melanogaster.PLoS Genet.2019;15:e1007834.CAS-artikel PubMed Google ScholarKaun KR, Devineni AV, Heberlein U. Drosophila melanogaster als een model om drugsverslaving te bestuderen.Hum Genet.2012;131:959-75.CAS-artikel PubMed Google ScholarWang KH, Penmatsa A, Gouaux E. Neurotransmitter en herkenning van psychostimulantia door de dopaminetransporter.Natuur.2015;521:322-7.CAS-artikel PubMed Google ScholarMcclung C, Hirsh J. Stereotypische gedragsreacties op vrije-base cocaïne en de ontwikkeling van gedragssensibilisatie bij Drosophila.Curr Biol.1998;8:109–12.CAS-artikel PubMed Google ScholarFilošević A, Al-samarai S, Andreti R. Hoge doorvoermeting van bewegingsgevoeligheid voor vervluchtigde cocaïne in Drosophila melanogaster.Front Mol Neurosci.2018;11:1–12.de Claro RA, McGinn KM, Verdun N, Lee SL, Chiu HJ, Sabre H, et al.FDA-goedkeuring: Ibrutinib voor patiënten met eerder behandeld mantelcellymfoom en eerder behandelde chronische lymfatische leukemie.Clin Cancer Res.2015; 1:3586-91.Nat Biotechnologie.Onco-target.et al.Mol Psychiatrie.Biol Psychiatrie.Biol Psychiatrie.Neuropsychofarmacologie.Neuropsychofarmacologie.Neuropsychofarmacologie.1De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.Iedereen met wie u de volgende link deelt, kan deze inhoud lezen:Sorry, er is momenteel geen deelbare link beschikbaar voor dit artikel.Geleverd door het Springer Nature SharedIt-initiatief voor het delen van inhoud