Beoordeling van de lipidenbehandelingscapaciteit van het hele lichaam bij muizen
Summary
Dit artikel biedt drie eenvoudige en toegankelijke testen voor het beoordelen van het lipidemetabolisme bij muizen.
Abstract
Het beoordelen van lipidemetabolisme is een hoeksteen van het evalueren van de metabole functie en wordt als essentieel beschouwd voor in vivo metabolismestudies. Lipiden zijn een klasse van veel verschillende moleculen met veel routes die betrokken zijn bij hun synthese en metabolisme. Een startpunt voor het evalueren van lipide hemostase voor onderzoek naar voeding en obesitas is nodig. Dit artikel beschrijft drie eenvoudige en toegankelijke methoden die weinig expertise of oefening vereisen om onder de knie te krijgen, en die door de meeste laboratoria kunnen worden aangepast om te screenen op lipidemetabolismeafwijkingen bij muizen. Deze methoden zijn (1) het meten van verschillende nuchtere serumlipidemoleculen met behulp van commerciële kits (2) het testen van het lipidenverwerkingsvermogen in de voeding door middel van een orale intralipidetolerantietest en (3) het evalueren van de respons op een farmaceutische verbinding, CL 316.243, bij muizen. Samen zullen deze methoden een overzicht op hoog niveau bieden van het vermogen om lipiden bij muizen te hanteren.
Introduction
Koolhydraten en lipiden zijn twee belangrijke substraten voor het energiemetabolisme. Afwijkend lipidenmetabolisme resulteert in veel menselijke ziekten, waaronder diabetes type II, hart- en vaatziekten, leververvetting en kankers. Voedingslipiden, voornamelijk triglyceriden, worden via de darm in het lymfestelsel opgenomen en komen in de veneuze circulatie in chylomicronen in de buurt van het hart1. Lipiden worden gedragen door lipoproteïnedeeltjes in de bloedbaan, waar de vetzuurmoieties worden geschonden door de werking van lipoproteïnelipase bij perifere organen zoals spieren en vetweefsel2. De resterende cholesterolrijke restdeeltjes worden door de lever opgeruimd3. Muizen zijn op grote schaal gebruikt in laboratoria als een onderzoeksmodel om het lipidenmetabolisme te bestuderen. Met uitgebreide genetische toolsets beschikbaar en een relatief korte fokcyclus, zijn ze een krachtig model voor het bestuderen van hoe lipiden worden geabsorbeerd, gesynthetiseerd en gemetaboliseerd.
Vanwege de complexiteit van het lipidenmetabolisme worden geavanceerde lipidomics-studies of isotopische tracerstudies meestal gebruikt om verzamelingen lipidesoorten of lipidegerelateerde metabole fluxen en lotgevallen te kwantificeren4,5. Dit creëert een enorme uitdaging voor onderzoekers zonder gespecialiseerde apparatuur of expertise. In dit artikel presenteren we drie assays die kunnen dienen als eerste tests voordat technisch uitdagende technieken worden gebruikt. Het zijn niet-terminale procedures voor de muizen en dus zeer nuttig voor het identificeren van potentiële verschillen in lipidenbehandelingscapaciteit en het beperken van de getroffen processen.
Ten eerste kan het meten van nuchtere serumlipidemoleculen helpen om het algehele lipidenprofiel van een muis vast te stellen. Muizen moeten worden vasten, omdat veel lipidesoorten na de maaltijd stijgen en de omvang van de toename sterk wordt beïnvloed door de samenstelling van het dieet. Veel lipidemoleculen, waaronder totaal cholesterol, triglyceride en niet-veresterd vetzuur (NEFA), kunnen worden gemeten met behulp van een commerciële kit en een plaatlezer die absorptie kan lezen.
Ten tweede evalueert een orale intralipide tolerantietest het lipidenbehandelingsvermogen als een netto-effect van absorptie en metabolisme. Een oraal toegediende intralipide veroorzaakt een piek in circulerende triglycerideniveaus (1-2 uur), waarna de serumtriglyceridenspiegels terugkeren naar basale niveaus (4-6 uur). Deze test biedt informatie over hoe goed een muis de exogene lipiden aankan. Hart, lever en bruin vetweefsel zijn actieve consumenten van triglyceriden, terwijl wit vetweefsel het opslaat als een energiereserve. Veranderingen in deze functies zullen leiden tot verschillen in de testresultaten.
Ten slotte wordt het bevorderen van lipolyse om opgeslagen lipiden te mobiliseren beschouwd als een mogelijke strategie voor gewichtsverlies. De β3-adrenerge receptorsignaleringsroute in het vetweefsel speelt een belangrijke rol bij adipocytenlipyse en de menselijke genetica heeft een functieverlies polymorfisme Trp64Arg geïdentificeerd in β3-adrenerge receptor gecorreleerd met obesitas6. CL 316.243, een specifieke en krachtige β3-adrenerge receptoragonist, stimuleert vetweefsel lipolyse en de afgifte van glycerol. Evaluatie van de reactie van een muis op CL 316.243 kan waardevolle informatie opleveren over de ontwikkeling, verbetering en begrip van de werkzaamheid van de verbinding.
Gezamenlijk kunnen deze tests worden gebruikt als een eerste scherm voor veranderingen in de lipide metabolische toestand van muizen. Ze zijn gekozen vanwege de toegankelijkheid van de instrumenten en reagentia. Met de resultaten van deze testen kunnen onderzoekers zich een algemeen beeld vormen van de metabole fitheid van hun dieren en beslissen over meer geavanceerde en gerichte benaderingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De drie beschreven testen functioneren robuust in het lab, met een paar kritische overwegingen. ‘s Nachts vasten is vereist voor het bepalen van nuchtere serumlipidespiegels en orale intralipidtolerantietest. Voor orale intralipid tolerantietest is het van cruciaal belang om het bloed bij kamertemperatuur te laten draaien om de vorming van een vetlaag te minimaliseren, vooral op de tijdstippen van 1 en 2 uur; het is belangrijk om deze vetlaag niet weg te gooien als deze zich vormt. Zorg ervoor dat u het supernatant overb…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt ondersteund door de National Institutes of Health (NIH), subsidie R00-DK114498, en het Amerikaanse ministerie van Landbouw (USDA), subsidie CRIS: 3092-51000-062 aan Y. Z.
Materials
| 20% Intralipid | Sigma Aldrich | I141 | |
| BD Slip Tip Sterile Syringes 1ml | Shaotong | B07F1KRMYN | |
| CL 316,243 Hydrate | Sigma-Aldrich | C5976 | |
| Curved Feeding Needles (18 Gauge) | Kent Scientific | FNC-18-2-2 | |
| Free Glycerol Reagent | Sigma Aldrich | F6428 | |
| Glycerol Standard Solution | Sigma | G7793 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)COLOR REAGENT A | Fujifilm Wako Diagnostics | 999-34691 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)COLOR REAGENT B | Fujifilm Wako Diagnostics | 991-34891 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)SOLVENT A | Fujifilm Wako Diagnostics | 995-34791 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)SOLVENT B | Fujifilm Wako Diagnostics | 993-35191 | |
| Ketamine | Vedco | 50989-161-06 | |
| Matrix Plus Chemistry Reference Kit | Verichem | 9500 | |
| Micro Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-222-168 | |
| Microhematrocrit Capillary Tube, Not Heparanized | Fisher Scientific | 22-362-574 | |
| NEFA STANDARD SOLUTION | Fujifilm Wako Diagnostics | 276-76491 | |
| Phosphate Buffered Saline | Boston Bioproducts | BM-220 | |
| Thermo Scientific Triglycerides Reagent | Fisher Scientific | TR22421 | |
| Total Cholesterol Reagents | Thermo Scientifi | TR13421 | |
| Xylazine | Henry Schein | 11695-4022-1 |
References
- Dixon, J. B. Mechanisms of chylomicron uptake into lacteals. Annals of the New York Academy of Sciences. 1207, 52-57 (2010).
- Nuno, J., de Oya, M. Lipoprotein lipase: review. Revista Clínica Española. 170 (3-4), 83-87 (1983).
- Williams, K. J. Molecular processes that handle — and mishandle — dietary lipids. Journal of Clinical Investigation. 118 (10), 3247-3259 (2008).
- Burla, B., et al. MS-based lipidomics of human blood plasma: a community-initiated position paper to develop accepted guidelines. Journal of Lipid Research. 59 (10), 2001-2017 (2018).
- Umpleby, A. M. Hormone measurement guidelines: Tracing lipid metabolism: the value of stable isotopes. Journal of Endocrinology. 226 (3), 1-10 (2015).
- Mitchell, B. D., et al. A paired sibling analysis of the beta-3 adrenergic receptor and obesity in Mexican Americans. Journal of Clinical Investigation. 101 (3), 584-587 (1998).
- Mahoney, L. B., Denny, C. A., Seyfried, T. N. Caloric restriction in C57BL/6J mice mimics therapeutic fasting in humans. Lipids in Health and Disease. 5, 13 (2006).
- Hayek, T., et al. Dietary fat increases high density lipoprotein (HDL) levels both by increasing the transport rates and decreasing the fractional catabolic rates of HDL cholesterol ester and apolipoprotein (Apo) A-I. Presentation of a new animal model and mechanistic studies in human Apo A-I transgenic and control mice. Journal of Clinical Investigation. 91 (4), 1665-1671 (1993).
- Hogarth, C. A., Roy, A., Ebert, D. L. Genomic evidence for the absence of a functional cholesteryl ester transfer protein gene in mice and rats. Comparative Biochemistry and Physiology – Part B: Biochemistry & Molecular Biology. 135 (2), 219-229 (2003).
- Tall, A. R. Functions of cholesterol ester transfer protein and relationship to coronary artery disease risk. Journal of Clinical Lipidology. 4 (5), 389-393 (2010).
- Singh, A. K., Singh, R. Triglyceride and cardiovascular risk: A critical appraisal. Indian Journal of Endocrinology and Metabolism. 20 (4), 418-428 (2016).
- Miller, M., et al. Triglycerides and cardiovascular disease: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 123 (20), 2292-2333 (2011).
- Dron, J. S., Hegele, R. A. Genetics of Hypertriglyceridemia. Frontiers in Endocrinology (Lausanne). 11, 455 (2020).
- Dole, V. P. A relation between non-esterified fatty acids in plasma and the metabolism of glucose. Journal of Clinical Investigation. 35 (2), 150-154 (1956).
- Bartelt, A., et al. Brown adipose tissue activity controls triglyceride clearance. Nature Medicine. 17 (2), 200-205 (2011).
- de Souza, C. J., Burkey, B. F. Beta 3-adrenoceptor agonists as anti-diabetic and anti-obesity drugs in humans. Current Pharmaceutical Design. 7 (14), 1433-1449 (2001).
- Braun, K., Oeckl, J., Westermeier, J., Li, Y., Klingenspor, M. Non-adrenergic control of lipolysis and thermogenesis in adipose tissues. Journal of Experimental Biology. 221, (2018).
