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La dipendenza da sostanze può essere vista come una forma stabile di plasticità neuronale: le droghe causano delle modifiche di lunga durata sull'espressione di alcuni geni del DNA, portando ad anomalie comportamentali che caratterizzano lo stato di tossicodipendenza.
Una possibile modificazione genica è quella che porta all'attivazione o all'inibizione di alcuni fattori di trascrizione, proteine che si legano al DNA e che controllano il trasferimento di informazioni genetiche (dal DNA all'RNA messaggero).
Uno studio condotto da Nestler e collaboratori della Mount Sinai School of Medicine di New York, e presentato in occasione del Neuroscience 2009, congresso annuale della Società delle Neuroscienze (Stati Uniti), ha concentrato le ricerche principalmente su due particolari fattori di trascrizione, il CREB e il DeltaFosB. Il primo è responsabile, dopo l'attivazione da parte di cocaina ed oppiacei, dell'adattamento del cervello che porta a tolleranza e a dipendenza. Il secondo invece, attivato da tutte le droghe, è responsabile della sensibilizzazione, fenomeno opposto alla tolleranza.
Queste variazioni epigenetiche si verificano principalmente attraverso reazioni di acetilazione e metilazione di alcune proteine (istoni), comportando un rimodellamento della cromatina (la forma in cui si dispone il DNA) e causando una alterata espressione genica. Si verifica una reazione a cascata che si ripercuote sui fattori di trascrizione e sull'espressione di geni a livello del circuito cerebrale della ricompensa.
Questi risultati costituiscono un punto di riferimento per sviluppi futuri sia nell'ambito dei test diagnostici, sia nello studio di trattamenti per la cura della dipendenza da droghe.