Uzależnienie od substancji psychoaktywnych jest złożoną chorobą ośrodkowego układu nerwowego o nie do końca poznanym podłożu. Substancje uzależniające, aktywując przede wszystkim mózgowy układ nagrody, indukują zmiany w komórkach wpływając także na mitochondria.Mitochondria to półautonomiczne organella komórkowe posiadające własny materiał genetyczny w postaci cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego (mtDNA). Główną funkcją tych organelli jest wytwarzanie energii w formie adenozynotrifosforanu (ATP), aczkolwiek uczestniczą one również w wielu innych procesach komórkowych. Wykazano, że w komórkach nerwowych mitochondria są zaangażowane w procesy typowe dla tych komórek, m.in. wzrost aksonów czy plastyczność synaptyczna.Ilość mtDNA jest komórkowo- i tkankowo-specyficzna, zmienia się w trakcie życia organizmu i może być regulowana przez czynniki zewnętrzne, takie jak leki, infekcje czy zanieczyszczenia środowiska. Ilość mtDNA jest związana z ilością, aktywnością, i stabilnością genetyczną mitochondriów. Obecnie niewiele wiadomo na temat wpływu substancji uzależniających na ilość kopii mtDNA. Celem niniejszej pracy było określenie wpływu powtarzanego przyjmowania kokainy oraz jej późniejszego odstawienia na ilość mtDNA w wybranych strukturach mózgu szczurów.W badaniu zastosowano model samopodawania kokainy (2 godz./dzień; 0.5 mg/kg/infuzja; 12 dni) i wygaszenia (2 godz./dzień; 3 dni). Pięć kolejnych naciśnięć na „aktywną” dźwignię przez zwierzęta aktywnie przyjmujące kokainę (Ac) powodowało dożylne infuzje chlorowodorku kokainy. W celu utworzenia grupy kontrolnej zastosowano procedurę sprzężenia grup „yoked”, w której szczury z grupy kontrolnej (Ys) otrzymywały biernie sól fizjologiczną. Z komórek kory przedczołowej, hipokampa i grzbietowego prążkowia wyizolowano całkowite DNA. Do określenia ilości kopii mtDNA wykorzystano metodę ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (Real-Time PCR), a względną ilość kopii obliczano normalizując amplifikację genu mitochondrialnego względem genu jądrowego używając metody 2ΔCt.We wszystkich badanych strukturach zaobserwowano istotny statystycznie, ponad trzykrotny wzrost ilości kopii mtDNA w grupie Ac w porównaniu do Ys. Prawdopodobną przyczyną wzrostu może być odstawienie substancji lub wzrost poziomu stresu oksydacyjnego po podaniu kokainy, który mógłby uruchamiać procesy kompensacyjne w komórce (m.in. replikacja mtDNA). Innym wytłumaczeniem zaobserwowanego wzrostu ilości mtDNA mogą być zmiany w plastyczności synaptycznej, które, jak donosi literatura, towarzyszą procesowi uzależnienia. Uzyskane w tej pracy wyniki mogą przyczynić się do poszerzenia zakresu badań nad procesem uzależnienia i zwrócić uwagę na wpływ substancji psychoaktywnych na mtDNA. Jednak dalsze badania są niezbędne w celu ustalenia dokładnych mechanizmów indukujących wzrost ilości kopii mtDNA w uzależnieniu od kokainy.

Drug addiction is a complex and still not fully understood disease of the central nervous system (CNS). Addictive substances, which act mainly on the brain reward system, induce various changes in cells, including changes in mitochondrial activity.Mitochondria are semi-autonomous cellular organelles containing their own deoxyribonucleic acid (mtDNA). The main function of these organelles is the production of energy in form of the adenosine triphosphate (ATP), however, they participate in many cellular processes. In neurons mitochondria were shown to be involved in processes specific for these cells, like growth of axons and dendrites, and synaptic plasticity. mtDNA copy number is cell- and tissue-specific, changes over the organism’s lifetime, and is also vulnerable to environmental pollutants, pharmaceuticals, and diseases. The number of the mtDNA is related to the amount, activity, and genetic stability of mitochondria. To date, little is known how drugs of abuse influence mtDNA.The aim of this study was to establish whether repeated cocaine treatment and its forced abstinence result in mtDNA content changes in selected structures of the rat brain.The rat model of cocaine self-administration (2 h/day; 0.5 mg/kg/infusion, 12 days) and extinction (2 h/day, 3 days) was used in the study. Intravenous infusions of cocaine hydrochloride followed 5 presses on “active” lever by rats actively taking cocaine (Ac). To generate control group, a “yoked” procedure was used, in which rats (“Yoked saline” group, Ys) passively received saline infusions. Total DNA was isolated from the rats’ prefrontal cortex, hippocampus and dorsal striatum and the amount of the mtDNA was measured using quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR). mtDNA amount was normalized to the nuclear DNA (nDNA) and calculated using 2ΔCt method. In the present study a statistically significant, more than 3-fold mtDNA copy number increase compared to the Ys was observed in all the analyzed brain structures. It is here mainly hypothesized that the increase of the mtDNA content resulted either from the cessation of drug intake or due to the reactive oxygen species upregulation that occurred in the level not sufficient for causing mitophagy, but rather for inducing a compensatory process - mtDNA replication. It is also possible that the observed mtDNA upregulation was due to addiction- and extinction-related synaptic plasticity or increased metabolism in the brain. The obtained result may contribute to the engagement of a new approach in studying the mechanisms of cocaine addiction - by focusing on its relationship with the mitochondrial genome. Further studies are necessary to establish direct mechanisms promoting mtDNA increase in cocaine addiction.