Kroppens sammensætning og metaboliske anbringelse i bur analyse i høj fedt Fed mus
Summary
Denne protokol beskriver brugen af en krop sammensætning analyzer og metaboliske animalske overvågningssystem til at karakterisere kropssammensætning og metaboliske parametre i mus. En fedme model fremkaldt af højt fedtindhold fodring bruges som forbillede for anvendelsen af disse teknikker.
Abstract
Ændringer i kropssammensætning (fat eller lean masse), metabolisk parametre som hele kroppen iltforbrug, energiforbrug, og substrat udnyttelse og adfærd, såsom fødeindtagelse og fysisk aktivitet kan give vigtige oplysninger vedrørende de underliggende mekanismer af sygdom. Betragtning af betydningen af kroppens sammensætning og metabolisme til udviklingen af fedme og dens efterfølgende sequelae, er det nødvendigt at foretage nøjagtige foranstaltninger for disse parametre i indstillingen præ-klinisk forskning. Teknologiske fremskridt i de seneste årtier har gjort det muligt at udlede disse foranstaltninger i gnavere modeller i en non-invasiv og langsgående mode. Derfor, disse metaboliske foranstaltninger har bevist nyttige, når vi vurderer svaret fra genetiske manipulationer (f.eks knockout eller Transgene mus, viral knock-down eller overekspression af gener), eksperimentelle stof/sammensatte screening og kosttilskud, adfærdsmæssige eller fysisk aktivitet interventioner. Heri, beskriver vi de protokoller, der bruges til at måle kroppens sammensætning og metaboliske parametre ved hjælp af dyrets overvågningssystem i chow-fed og høj fedt diæt-fed mus.
Introduction
Metabolisme understøtter mange aspekter af normal cellulære, orgel og hele kroppen fysiologi. Derfor, i fastsættelsen af forskellige patologier, ændringer i stofskiftet kan bidrage direkte til den underliggende tilstand eller kan blive negativt påvirket som en bivirkning af patologi. Traditionelt, metaboliske undersøgelser og studier i energibalance, været koncentreret på feltet af fedme og relaterede sygdomme som insulinresistens, præ-diabetes, glucose intolerance, hjerte-kar-sygdom og diabetes. Denne forskning er berettiget, givet den eskalerende forekomsten af sådanne forhold på verdensplan og individuelle, samfundsmæssige, og økonomiske omkostninger disse betingelser påføre. Som sådan, udvikling af forebyggende strategier og nye therapeutics til target fedme er en vedvarende mål i forskningslaboratorier verden over og prækliniske musemodeller er stærkt påberåbes for disse undersøgelser.
Mens vejer mus giver en pålidelig vurdering af vægtøgning eller tab, giver det ikke en opdeling af de forskellige komponenter, der udgør hele kroppen sammensætning (fedtmasse, lean masse, gratis vand samt andre komponenter såsom pels og kløer). Vejning af fedtpuder ved afslutningen af undersøgelser, når musen er afdøde giver en nøjagtig måling af forskellige fedt depoter, men kan kun levere data for et enkelt tidspunkt. Som følge heraf er det ofte nødvendigt at tilmelde sig flere årgange for at undersøge udviklingen af fedme over tid, markant stigende animalske tal, tid og omkostninger. Brugen af dobbelt-energy X-ray absorptiometri (DEXA) indeholder en metode til at vurdere krop fedt og magert væv indhold og gør det muligt for forskeren at skaffe data i en langsgående mode. Dog proceduren kræver mus bedøvede1, og gentagne anfald af anæstesi kan påvirke ophobningen af fedtvæv eller påvirke andre aspekter af metabolisk regulering. EchoMRI udnytter Kernemagnetisk resonans relaxometry for at måle fedt og lean masse, gratis vand og samlede vand indhold. Dette opnås på grund af oprettelsen af kontrasten mellem de forskellige væv komponenter, med forskelle i varighed, amplitude og rumlige fordeling af genererede radiofrekvenser giver mulighed for afgrænsning og kvantificering af hver vævstype. Denne teknik er fordelagtig, da det er non-invasiv, hurtig, simpel, kræver ingen anæstesi eller stråling, og, vigtigst, er blevet positivt valideret mod kemisk analyse2.
En afgørende overvejelse af fedme og forskning er energi balance ligning. Mens fedtophobning er mere kompliceret end ren energi i (fødeindtagelse) versus energi ud (energiforbrug), er de afgørende faktorer for at kunne måle. Daglig energi udgifter er i alt fire forskellige elementer: (1) basal energi udgifter (hvile stofskifte); (2) energi udgiften på grund af den termiske effekt af mad forbrug; (3) den energi, der kræves for termoregulering; og (4) energien brugt på fysisk aktivitet. Som energi udgifter genererer varme, skal måling af varmeproduktion et dyr (kendt som direkte kalorimetri) bruges til at vurdere energi udgifter. Alternativt, måling af inspireret og udløbet koncentrationer af O2 og CO2, giver mulighed for bestemmelse af CO2 produktion, og hele kroppen O2 forbrug kan udnyttes som en måde til indirekte måling (indirekte kalorimetri) varme produktion og dermed beregne energiforbrændingen. En stigning i fødeindtagelse eller et fald i udgifter til energi vil prædisponerer mus til vægtøgning og observationer af ændringer i disse parametre kan give nyttige oplysninger for sandsynligt virkningsmekanismer i bestemte modeller af fedme. En beslægtede metaboliske parameter af interesse er respiratorisk ombytningsforhold (RER), en indikator for andelen af substrat/brændstof (dvs., kulhydrater eller fedt) der gennemgår metabolisme og bliver udnyttet til at producere energi. Derfor, måling af fødeindtagelse (energiforbruget) kombineret med fysiske aktivitetsniveau, O2 forbrug, RER og energi udgifter kan give en bred forståelse af en organisme metaboliske profil. En metode til at indsamle sådanne data er at bruge en omfattende laboratory animal overvågningssystem (MUSLINGER), som er baseret på den indirekte kalorimetri metode til at måle energiforbrug og har den ekstra kapacitet til bestemmelse af fysisk aktivitetsniveau (stråle pauser) og fødeindtagelse via skalaer indarbejdet i målingen kammer.
I denne protokol giver vi et straight-forward beskrivelse af brugen af en krop sammensætning analyzer at vurdere kropssammensætning hos mus og en metabolisk animalsk kontrol system til at måle aspekter af metabolisme. Overvejelser og begrænsninger for disse teknikker vil blive drøftet og foreslåede metoder til analyse, fortolkning og data repræsentation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trin
De protokoller, der er beskrevet heri giver et eksempel på måder at foranstaltning kropssammensætning og forskellige metaboliske parametre i mus ved hjælp af en krop sammensætning analyzer og en metabolisk dyr overvågningssystem. Begge teknikker er det af afgørende betydning at sikre, at maskinerne fungerer optimalt, og for at gøre dette, er det bydende nødvendigt, at forskeren udfører et system test for krop sammensætning analyzer og kalibrerer til en…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takke personalet fra Alfred medicinalforskning og uddannelse Precinct dyre tjenester (AMREP som) team for deres bistand og pleje af de mus, der anvendes i denne undersøgelse og for støtten, ordningens operationelle infrastruktur støtte den victorianske stats Regeringen.
Materials
| 4 in 1 system | EchoMRI | 4 in 1 system | Whole body composition analyser |
| Canola oil test sample (COSTS) | EchoMRI | Mouse-specific (contact company for cat number) | |
| Animal specimen holder | EchoMRI | 103-E56100R | |
| Delimiter | EchoMRI | 600-E56100D | |
| 12 chamber system | Columbus Instruments | Custom built | Metabolic Caging System; includes control program |
| Drierite | Fisher Scientific | 238988 | CLAMS consumable |
| Calibration gas tank | Air Liquide | Mixed to order | Gas calibration (0.5% CO2, 20.5% O2, balance nitrogen). |
| Normal chow diet | Specialty Feeds | Irradiated mouse and rat diet | |
| High fat diet | Specialty Feeds | SF04-001 | |
| Balance | Mettler Toledo | PL202-S | Balance for weighing mice |
| TexQ Disinfectant spray | TexWipe | ||
| Hydrogen Peroxide cleaning solution | TexWipe | TX684 |
References
- Chen, W., Wilson, J. L., Khaksari, M., Cowley, M. A., Enriori, P. J. Abdominal fat analyzed by DEXA scan reflects visceral body fat and improves the phenotype description and the assessment of metabolic risk in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 303 (5), E635-E643 (2012).
- Kovner, I., Taicher, G. Z., Mitchell, A. D. Calibration and validation of EchoMRI whole body composition analysis based on chemical analysis of piglets, in comparison with the same for DXA. Int J Body Compos Res. 8 (1), 17-29 (2010).
- EchoMRI. . Software User Manual: Whole body composition analyzer. , (2016).
- Columbus Instruments. . Oxymax for Windows User Manual. , (2014).
- Tschop, M. H., et al. A guide to analysis of mouse energy metabolism. Nat Methods. 9 (1), 57-63 (2011).
- Speakman, J. R. Measuring energy metabolism in the mouse – theoretical, practical, and analytical considerations. Front Physiol. 4, (2013).
- Swoap, S. J., et al. Vagal tone dominates autonomic control of mouse heart rate at thermoneutrality. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294 (4), H1581-H1588 (2008).
- Tian, X. Y., et al. Thermoneutral housing accelerates metabolic inflammation to potentiate atherosclerosis but not insulin resistance. Cell Metab. 23 (1), 165-178 (2016).
- Giles, D. A., et al. Thermoneutral housing exacerbates nonalcoholic fatty liver disease in mice and allows for sex-independent disease modeling. Nat Med. 23 (7), 829-838 (2017).
- Lee, M. W., et al. Activated type 2 innate lymphoid cells regulate beige fat biogenesis. Cell. 160 (1-2), 74-87 (2015).
- Kusminski, C. M., et al. MitoNEET-driven alterations in adipocyte mitochondrial activity reveal a crucial adaptive process that preserves insulin sensitivity in obesity. Nat Med. 18 (10), 1539-1549 (2012).
- Judex, S., et al. Quantification of adiposity in small rodents using micro-CT. Methods. 50 (1), 14-19 (2010).
- Chaurasia, B., et al. Adipocyte ceramides regulate subcutaneous adipose browning, inflammation, and metabolism. Cell Metab. 24 (6), 820-834 (2016).
- Matthews, V. B., et al. Interleukin-6-deficient mice develop hepatic inflammation and systemic insulin resistance. Diabetologia. 53 (11), 2431-2441 (2010).
- Tschop, M., Smiley, D. L., Heiman, M. L. Ghrelin induces adiposity in rodents. Nature. 407 (6806), 908-913 (2000).
- Garcia, M. C., et al. Mature-onset obesity in interleukin-1 receptor I knockout mice. Diabetes. 55 (5), 1205-1213 (2006).
- Kowalski, G. M., Bruce, C. R. The regulation of glucose metabolism: Implications and considerations for the assessment of glucose homeostasis in rodents. Am J Physiol Endocrinol Metab. 307 (10), E859-E871 (2014).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297 (4), E849-E855 (2009).
