Etablering af en enhed til søvnmangel hos mus
Summary
Denne protokol skitserer en metode til opsætning af en omkostningseffektiv vippeplatformbaseret enhed, der anvendes til at fremkalde søvnmangel hos mus. Denne enhed har vist sig at være effektiv til at forårsage forstyrrelser i elektroencefalogram (EEG) -dokumenterede søvnmønstre samt fremkalde metaboliske og molekylære ændringer forbundet med søvnmangel.
Abstract
Døgnrytmeforstyrrelse refererer til desynkronisering mellem det ydre miljø eller adfærd og det endogene molekylære ur, hvilket væsentligt forringer helbredet. Søvnmangel er en af de mest almindelige årsager til forstyrrelser i døgnrytmen. Forskellige metoder (f.eks. platforme på vandet, skånsom håndtering, glidende stangkamre, roterende tromler, orbitale ryster osv.) er blevet rapporteret for at fremkalde søvnmangel hos mus for at undersøge dens virkninger på helbredet. Den aktuelle undersøgelse introducerer en alternativ metode til søvnmangel hos mus. En automatiseret vippeplatformbaseret enhed blev designet, der er omkostningseffektiv og effektivt forstyrrer søvn i gruppehusede mus med justerbare tidsintervaller. Denne enhed inducerer karakteristiske ændringer af søvnmangel med minimal stressrespons. Derfor kan denne metode vise sig nyttig for forskere, der er interesserede i at studere virkningerne og de underliggende mekanismer for søvnmangel på patogenesen af flere sygdomme. Desuden tilbyder det en omkostningseffektiv løsning, især når flere søvnberøvelsesenheder skal køre parallelt.
Introduction
Døgnrytmeforstyrrelse refererer til desynkronisering mellem det ydre miljø eller adfærd og det endogene biologiske ur. En af de mest almindelige årsager til forstyrrelser i døgnrytmen er søvnmangel1. Søvnmangel påvirker ikke kun menneskers sundhed negativt, men øger også risikoen for mange sygdomme, herunder kræft2 og hjerte-kar-sygdomme3. De mekanismer, der ligger til grund for de skadelige virkninger af søvnmangel, er imidlertid stort set ukendte, og etablering af søvnberøvelsesmodeller er afgørende for at øge vores forståelse i denne henseende.
Forskellige metoder til søvnmangel hos mus er blevet rapporteret, såsom brugen af vandplatforme4, skånsom håndtering5, glidende stangkamre6, roterende tromler7 og buromrøringsprotokoller 5,8,9. Glidende stangkamre fejer automatisk stænger over bunden af buret og tvinger musene til at gå over dem og holde sig vågne. Cage agitation protokoller involverer placering bure på laboratorie orbital shakers, hvilket resulterer i effektiv søvnforstyrrelse. Selvom disse metoder er automatiske og effektive, kan de være dyre, når flere enheder skal køre parallelt, især til specifikke undersøgelsesdesign, der involverer et stort antal søvnberøvede mus, der er nødvendige for cirkadisk genprofilering. På den anden side er vandplatforme og skånsomme håndteringsprotokoller billigere og enklere metoder, der almindeligvis bruges til at fremkalde søvnmangel. Vandplatformen tillader imidlertid ikke automatisk styring af forudspecificerede deprivationshvilecyklusser10,11, og skånsom håndtering kræver kontinuerlig årvågenhed fra forskerne for at forstyrre søvnen. Derudover kan andre modaliteter, som roterende trommer, forvirres af social isolation eller stress12.
Inspireret af den orbital shaker-baserede metode sigter vi mod at introducere en protokol til etablering af en vippeplatformbaseret enhed til søvnmangel hos mus. Denne metode er billig, effektiv, minimalt stressende, kontrollerbar og automatiseret. Den nuværende protokol giver os mulighed for at oprette en vippeplatformbaseret enhed til en pris, der er cirka ti gange billigere end orbitalrystere, baseret på vores tilgængelighed. Denne enhed forstyrrede effektivt søvn hos gruppehusede mus og inducerede karakteristiske ændringer af søvnmangel med minimal stressrespons. Det vil især være nyttigt for forskere, der er interesserede i at undersøge virkningerne og de underliggende mekanismer for søvnmangel på patogenesen af flere sygdomme, især når undersøgelsen involverer søvnmangel i flere grupper parallelt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Musemodeller for søvnmangel er afgørende for at studere virkningerne af søvnforstyrrelser på forskellige sygdomme, herunder hjerte-kar-sygdomme21, psykiatriske tilstande22 og neurologiske lidelser23. Blandt de eksisterende søvnmangelstrategier hos mus er fysiske tilgange, der involverer gentagne kortvarige afbrydelser af søvn, de mest almindeligt anvendte 5,7,12<sup class="xr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af tilskud fra National Natural Science Foundation of China (82230014, 81930007, 82270342), Shanghai Outstanding Academic Leaders Program (18XD1402400), Science and Technology Commission of Shanghai Municipality (22QA1405400, 201409005200, 20YF1426100), Shanghai Pujiang Talent Program (2020PJD030), SHWSRS (2023-62), Shanghai Clinical Research Center for Aging and Medicine (19MC1910500) og Postgraduate Innovation Program of Bengbu Medical College (Byycxz21075).
Materials
| 1.5 mL microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C-S | |
| 50 mL centrifuge tube | NEST | 602002 | |
| Adenosine ELISA kit | Ruifan technology | RF8885 | |
| Animal cage | ZeYa tech | MJ2 | |
| Blood glucose meter | YuYue | 580 | |
| C57BL/6J Mice | JieSiJie Laboratory Animal | N/A | Age: 8-10 weeks |
| Connecting rod | ShengXiang Tech | N/A | Length: 20 cm |
| Cooling fan | LiMing | EFB0805VH | Supply voltage: 5 V; Power consumption: 1.2 W; Air flow: 26.92 cfm; Dimensions: 40 mm * 40 mm * 56 mm |
| Corticosterone ELISA kit | Elabscience | E-OSEL-M0001 | |
| EEG/EMG recording and analysis system | Pinnacle Technology | 8200-K1-iSE3 | |
| Isoflurane | RWD | 20071302 | |
| mosquito hemostats | FST | 13011-12 | Surgical instrument |
| Motor and motor mount | MingYang | MY36GP-555 | Supply voltage: 24 V dc; Shaft diameter: 8 mm; Maximum output torque: 100 Kgf.cm; Maximum output speed: 10 rpm |
| NanoDrop 2000c | Thermo Scientific | NanoDrop 2000c | |
| Power brick adapter | MingYang | QiYe-0243 | Input voltage: 110-220V ac; Output voltage: 24 V dc; Outputcurrent: 2 A; Cable length: 2 m |
| qPCR commercial kit | Vazyme | Q711-02 | |
| qPCR measurement equipment | Roche | 480 | |
| Rectangle platform attached with a screw-compatible steel cylinder | Customized | N/A | Width: 20 cm; length: 25 cm; length of the cylinder: 30 cm, thickness: 2 mm |
| Reverse RNA to cDNA commercial kit | Vazyme | R323-01 | |
| Screw and nut | Guwanji | N/A | Inner diameter: 6 mm, 12 mm |
| Screw-compatible steel cylinder | Customized | N/A | Length: 300 mm |
| Slotted steel channels | Customized | N/A | Length: 400 mm or 500 mm, thickness: 2 mm |
| Time contactor | LiXiang | DH48S-S | Supply voltage: 110-220 V ac; Units measured: hours, minutes, seconds; Contact configuration: DPDT |
| TRIzol | Vazyme | R401-01 |
References
- Yang, D. F., et al. Acute sleep deprivation exacerbates systemic inflammation and psychiatry disorders through gut microbiota dysbiosis and disruption of circadian rhythms. Microbiological Research. 268, 127292 (2023).
- Alanazi, M. T., Alanazi, N. T., Alfadeel, M. A., Bugis, B. A. Sleep deprivation and quality of life among uterine cancer survivors: systematic review. Supportive Care In Cancer : Official Journal of the Multinational Association of Supportive Care In Cancer. 30 (3), 2891-2900 (2022).
- Tobaldini, E., et al. Sleep, sleep deprivation, autonomic nervous system and cardiovascular diseases. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 74, 321-329 (2017).
- Arthaud, S., et al. Paradoxical (REM) sleep deprivation in mice using the small-platforms-over-water method: polysomnographic analyses and melanin-concentrating hormone and hypocretin/orexin neuronal activation before, during and after deprivation. Journal of Sleep Research. 24 (3), 309-319 (2015).
- Saré, R. M., et al. Chronic sleep restriction in developing male mice results in long lasting behavior impairments. Frontiers In Behavioral Neuroscience. 13, 90 (2019).
- Roman, V., Vander Borght, K., Leemburg, S. A., Vander Zee, E. A., Meerlo, P. Sleep restriction by forced activity reduces hippocampal cell proliferation. Brain Research. 1065 (1-2), 53-59 (2005).
- Zhao, H. Y., et al. Chronic sleep restriction induces cognitive deficits and cortical beta-amyloid deposition in mice via BACE1-antisense activation. CNS Neuroscience & Therapeutics. 23 (3), 233-240 (2017).
- Lord, J. S., et al. Early life sleep disruption potentiates lasting sex-specific changes in behavior in genetically vulnerable Shank3 heterozygous autism model mice. Molecular Autism. 13 (1), 35 (2022).
- Sinton, C. M., Kovakkattu, D., Friese, R. S. Validation of a novel method to interrupt sleep in the mouse. Journal of Neuroscience Methods. 184 (1), 71-78 (2009).
- Rotenberg, V. S. Sleep after immobilization stress and sleep deprivation: common features and theoretical integration. Critical Reviews in Neurobiology. 14 (3-4), 225-231 (2000).
- Kim, T. K., et al. Melatonin modulates adiponectin expression on murine colitis with sleep deprivation. World Journal of Gastroenterology. 22 (33), 7559 (2016).
- Barf, R. P., Scheurink, A. J. Sleep disturbances and glucose homeostasis. European Endocrinology. 7, 14-18 (2011).
- Rio, D. C., Ares, M., Hannon, G. J., Nilsen, T. W. Purification of RNA using TRIzol (TRI reagent). Cold Spring Harbor Protocols. 2010 (6), (2010).
- Libus, J., Štorchová, H. Quantification of cDNA generated by reverse transcription of total RNA provides a simple alternative tool for quantitative RT-PCR normalization. Biotechniques. 41 (2), 156-164 (2006).
- Nolan, T., Hands, R. E., Bustin, S. A. Quantification of mRNA using real-time RT-PCR. Nature Protocols. 1 (3), 1559-1582 (2006).
- Mang, G. M., et al. Evaluation of a piezoelectric system as an alternative to electroencephalogram/electromyogram recordings in mouse sleep studies. Sleep. 37 (8), 1383-1392 (2014).
- Maret, S., et al. Homer1a is a core brain molecular correlate of sleep loss. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20090-20095 (2007).
- Li, K., et al. Olfactory deprivation hastens Alzheimer-like pathologies in a human tau-overexpressed mouse model via activation of cdk5. Molecular neurobiology. 53, 391-401 (2016).
- Sousa, M. E., et al. Invariant Natural Killer T cells resilience to paradoxical sleep deprivation-associated stress. Brain, Behavior, and Immunity. 90, 208-215 (2020).
- Zhao, Y., et al. Disruption of circadian rhythms by shift work exacerbates reperfusion injury in myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 79 (21), 2097-2115 (2022).
- Miller, M. A., Cappuccio, F. P. Inflammation, sleep, obesity and cardiovascular disease. Current Vascular Pharmacology. 5 (2), 93-102 (2007).
- Minkel, J., et al. Sleep deprivation potentiates HPA axis stress reactivity in healthy adults. Health Psychology. 33 (11), 1430 (2014).
- Bishir, M., et al. Sleep deprivation and neurological disorders. BioMed Research International. 2020, 5764017 (2020).
- Franken, P., Tobler, I., Borbély, A. A. Cortical temperature and EEG slow-wave activity in the rat: analysis of vigilance state related changes. Pflugers Archiv : European Journal of Physiology. 420 (5-6), 500-507 (1992).
- Li, Y., et al. Effects of chronic sleep fragmentation on wake-active neurons and the hypercapnic arousal response. Sleep. 37 (1), 51-64 (2014).
- Jones, C. E., et al. Early-life sleep disruption increases parvalbumin in primary somatosensory cortex and impairs social bonding in prairie voles. Science Advances. 5 (1), (2019).
