진동 궤도 로터를 사용하여 젊은 야생 형 쥐에서 인지 적자와 불안과 같은 행동을 유도하는 만성 수면 단편화 모델
Summary
여기에 제시된 만성 수면 단편화에 대한 프로토콜 (CSF) 모델은 젊은 야생 형 마우스에서 확인 된 인지 적자와 불안과 같은 행동을 유도 할 수있는 전기 제어 궤도 로터에 의해 달성. 이 모델은 만성 수면 장애 및 관련 장애의 발병기 발병을 탐구하기 위해 적용 될 수있다.
Abstract
수면 장애는 일반적으로 만성 질환 또는 불평 이벤트로 인구에서 일반적입니다. 만성 수면 장애는 질병의 발병기, 특히 신경 퇴행성 질환과 밀접하게 연관될 것을 제안합니다. 우리는 최근에 2 개의 수면 단편화가 젊은 야생 형 쥐의 알츠하이머 병 (AD)과 같은 행동 및 병리학적 변화를 시작했다는 것을 발견했습니다. 본 발명에서, 우리는 만성 수면 단편화 (CSF)를 달성하기 위해 표준화 된 프로토콜을 제시한다. 간략하게, CSF는 110 rpm에서 진동하는 궤도 로터에 의해 유도되었고, 라이트 온 단계(8:00 AM-8:00 PM) 동안 10 s-on, 110 s-off의 반복적인 사이클로 작동하여 최대 2개월 동안 지속적으로 작동하였다. 공간 학습 및 기억의 손상, CSF 모델링의 결과로 마우스에서 불안과 같지만 우울증과 같은 행동은 모리스 워터 미로 (MWM), 참된 물체 인식 (NOR), 오픈 필드 테스트 (OFT) 및 강제 수영 테스트 (FST)로 평가되었습니다. 다른 수면 조작과 비교하여 이 프로토콜은 처리 작업을 최소화하고 모델링 효율성을 극대화합니다. 그것은 젊은 야생 형 마우스에서 안정적인 표현형을 생성 하 고 잠재적으로 다양 한 연구 목적을 위해 생성 될 수 있습니다.
Introduction
수면 장애는 수면 을 방해하는 환자와 수면 을 방해하는 사건을 가진 건강한 사람들 모두에서 점점 더 흔해지고 있습니다. 신경퇴행성 질환, 만성통증, 정서적 스트레스, 호흡기 질환, 오줌시스템 질환 등 환자가 보통 불쾌한 수면 체험1,2,3,4,5에대해 불평하는 것으로 관찰되었다. 폐쇄성 수면 무호흡증(OSA), 수면(PLMS)의 주기적인 사지 운동, 다른 수면 장애 중 수면 유지 불면증이 가장 흔한 원인이며, 이는 수면 단편화를 유도하는6,7. 선진국에서는, OSA는 성인 인구에 있는 5% 9% 보급및 아동 인구8,9,10에서2%를 가지고 있습니다. 한편, 스마트폰의 과용, 불규칙한 수면 습관, 성가신 소음, 간병인을 위한 야간 근무 등 업무로 인해 수면 장애를 경험하는 건강한 인구의 비율이 증가하고 있습니다. 수면은 뇌 폐기물 통관11,12,메모리 통합13,14,대사균형15,16,다른 많은 생리학적 과정에 중요하다는 것을 인정합니다. 그러나, 그것은 아직도 장기 수면 소요가 건강한 인간에 있는 돌이킬 수 없는 병인 변경을 초래하는지, 그리고 그것이 길 에서 신경 퇴행성 질병과 같은 중추 신경계 질병을 발전시키는 기여 요인인지, 그러나 아직도 크게 알려지지 않았습니다. 우리의 목표는 2 개월 수면 단편화 치료 후 젊은 야생 형 마우스에서 안정적이고 명백한 인지 적자와 불안과 같은 행동을 생성하는 실험 모델을보고하는 것입니다. 이 모델은 위에 나열된 과학적 질문에 대답하기 위해 적용됩니다.
수면 장애는 알츠하이머 병 (AD) 또는 치매를 개발하기위한 잠재적 인 위험 요소로 나열됩니다. 강외구는 먼저 6h 급성 수면 부족17에의한 AD 병리학의 악화를 발견하고 설명했다. 그 후, 많은 다른 연구는 수면 부족 또는 단편화가 형질 전환 AD 마우스 모델18,19,20에서병원발생을 악화시킬 수 있다고 보고했다. 그러나, 아주 몇몇 연구원은 젊은 야생 모형 마우스에 있는 잠 소요의 결과를 공부했습니다; 즉, 수면 장애가 젊은 야생 형 쥐의 AD 와 같은 행동 이나 병리학적 변화를 야기하는지 여부입니다. 최근 간행물에서, 우리는 2 달 간의 수면 단편화가 명백한 공간 기억 력 결핍및 불안같이 행동을 유도하고, 2-3 달 된 야생 형 마우스21에서피질과 해마모두에서 세포내 아밀로이드 β (Aβ) 축적증가를 유도했다고 보고했다. 우리는 또한 APP/PS1 마우스21,22에서보고된 병리학적 변화와 유사한 내성 자가식 리소솜 경로 마커 및 microglia활성화의변경된 발현 수준을 관찰하였다.
이 제시 된 수면 단편화 (SF) 프로토콜은 신턴 외23에 의해 검증되고 Li 외24에의해 수정되었다. 간단히 말해서, 110 rpm에서 진동하는 궤도 로터는 라이트 온 단계 (8:00 AM-8:00 PM) 동안 2 분마다 10 s의 수면을 중단합니다. 이 모델에서 수면 구조 변경은 이전에 전기생리학적 수면 기록을 특징으로 하고 Li 외24에의해 보고되었으며, 광ON 단계 동안 급속한 눈 운동(REM)의 급격한 증가 및 감소, 총 수면 및 항성 시간(24시간)이 4주 이상 모델링 후 영향을 받지 않는 것으로나타났습니다. 현재, 총 수 면 또는 부분 적인 수 면 부족은 가장 일반적으로 사용 되는 수 면 조작 모델. 총 수면 부족은 일반적으로 지속된 부드러운 취급 또는 새로운 물체에 동물을 노출시킴으로써 수행되며, 또는지속적으로 바 또는 러닝머신(25,26,27,28,29)을회전시킴으로써 수행된다. 윤리적인 이유로 인해, 총 수면 부족은 일반적으로 24 시간 보다 짧습니다. 가장 일반적으로 적용된 부분 수면 부족 모델은 주로 REM 수면30,31,32를아타오르는 물 플랫폼 방법입니다. 러닝머신 또는 케이지 의 바닥을 따라 스윕하는 막대를 사용하는 다른 접근법은 고정 간격33,34,35,36,37,38로설정하면 수면 단편화를 유도할 수 있다. SF가 수면을 방해하고 간헐적으로 모든 수면 단계24에걸쳐 각성을 일으키는 것이 주목할 만하다. 궤도 로터를 적용하는 이 CSF 모델의 두드러진 장점 중 하나는 정기적인 모니터링을 제외하고 매일 자주 가공하는 것을 피하는 기계에 의해 자동으로 제어되는 수개월 동안 지속적으로 수행될 수 있다는 것입니다. 더욱이, 장치는 제복한 내정간섭의 밑에 마우스의 다중 케이지를 동시에 모델링할 수 있었습니다. 전체 모델링 세션 동안 마우스는 일반적인 침구 및 중첩 재료로 홈 케이지에 보관되며 다른 방법은 다양한 환경과 피할 수없는 스트레스에 노출해야합니다.
수면 단편화는 이전에 수면 단계 동안 빈번한 각성병과 기상 단계 동안 상당한 수면 리바운드를 모방하는 수면 조작 방법을 특징으로하였다. 일부 문헌에서는 CSF가 OSA39,40의동물 모델로 간주되었다. 이 연구에서는, 시간당 30번으로 선택된 각성 주파수의 근거는 중등도에서 중증 수면 무호흡증 환자에서 각성 지수의 관찰에 기초한다. 그것은 관찰 되었다 4 주’ 수 면 단편화 크게 증가 hypercapnic 각성 대기 시간 및 촉각 각성 임계값, 적어도 지속 될 수 있는 2 4 복구 후 주24. 이 표현형은 c-fos 활성화 감소를 드러내서 설명하였고, 고압증에 대한 반응으로 노르아드레날린, 히스타민기, 콜린성 항성 능성 뉴런, 그리고 cingulate 피질24로의 감소된 카테콜라미나기및 오덱시닉 프로젝션을 공개함으로써 설명되었다. 그러나 OSA에서 가장 중요한 특징은 기도 방해로 인한 저산소증으로 수면 장애41,42를초래한다는 점에 유의할 필요가 있습니다. 수면 장애와 반복적 인 저산소증은 OSA 병증에서 서로 상호 작용합니다. 따라서 수면 단편화만으로는 마우스에서 OSA의 모든 주요 특징을 완전히 입증하지 못할 수 있습니다.
본 명세서에서, 우리는 젊은 야생형 마우스에서 만성 수면 단편화를 모델링하기 위한 표준화된 프로토콜을 제시한다. CSF 치료 후 인지 적자와 불안과 같은 행동뿐만 아니라 모리스 물 미로, 참신 한 물체 인식, 오픈 필드 테스트 및 강제 수영 테스트에 의해 평가되었다. 이 모델은 이소화 된 수면 패턴, 인지 적자 및 불안과 같은 행동의 표현형을 생성하는 전체적으로 취해야한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 현재 모델은 잠재적으로 적용될 수 있지만 제한되지 는 않지만, 다음 의 목적에 따라: 1) 유전적 소인없이 젊은 마우스의 만성 수면 장애에 의해 유도된 기능적 또는 분자 병인 메커니즘을 추가로 조사하고, 2) 수면 장애에 의해 시작된 신경변성으로 이어지는 직접적인 통로를 식별하고, 3) 만성 수면 장애에 의해 유발되는 표현형을 개선하기 위한 치료법을 탐구하고, 4) 만성 수면 장애시 야생형 마우스의 본질적인 보호/보상 메커니즘을 연구하고, 5) 수면 절전 조절 및 국가 전환 메커니즘을 연구하기 위해 적용한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
현재 프로토콜의 중요한 단계는 연구 목적에 따라 최적화된 매개 변수로 수면 조각화 기계를 설정하고 전체 모델링 세션 전반에 걸쳐 편안하고 조용한 생활 환경에서 마우스를 유지하는 것을 포함한다. 또한 수면 단편화를 중단하거나 중지하고 해당 마우스에 대한 행동 테스트를 준비하는 적절한 타이밍을 결정하는 것이 중요합니다. 다른 수면 조작 모델과 마찬가지로, 제어 된 빛 주기와 가능한…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국 국립 자연과학 재단(61327902-6~W. Wang, 81801318~F.F.Ding)에 의해 지원되었다. SF 실험 시스템을 구축하고 기술 적 세부 사항을 친절하게 제공한 Sigrid Veasy 박사를 인정합니다. 우리는 관련 실험에 대한 유익한 의견에 대한 박사 마이켄 네더가드를 인정합니다.
Materials
| Any-maze behavior tracking system | Stoelting,Inc,USA | – | A video-tracking system which was used to record the behavior track of mice. |
| C57BL/6J mice | Hubei Research Center for Laboratory Animals, Hubei, China. | – | healthy male C57BL/6J mice aged 10-12 weeks were purchased from Hubei Research Center for Laboratory Animals |
| Graphpad Prism 6.0 Software | Graphpad Software,Inc.USA | – | Graphpad Prism 6.0 software was used to draw statistical graphs. |
| Morris water maze system | Shanghai XinRuan Information Technology Co.,Ltd,China | XR-XM101 | The system was used to perform Morris water maze test |
| Orbial rotor | Shanghai ShiPing Laboratory Equipment Co.,Ltd,China | SPH-331 | The orbital rotor was used to establish the chronic sleep fragmentation model |
| Solid state timer | OMRON Corporation, Kyoto, Japan | H3CR-F8-300 | The solid state time was used to control the frequency and time of the rotor running |
| Wooden Lusterless Tank | – | – | length 30 cm, width 28 cm, height 35 cm The tank was used to perform open field test and novel object recognition test |
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