Etablering av en enhet for søvnmangel hos mus
Summary
Den nåværende protokollen skisserer en metode for å sette opp en kostnadseffektiv vippeplattformbasert enhet som brukes til å indusere søvnmangel hos mus. Denne enheten har vist seg å være effektiv i å forårsake forstyrrelser i elektroencefalogram (EEG) -dokumentert søvnmønster, samt indusere metabolske og molekylære endringer forbundet med søvnmangel.
Abstract
Sirkadisk rytmeforstyrrelse refererer til desynkronisering mellom det ytre miljø eller oppførsel og den endogene molekylære klokken, noe som betydelig svekker helsen. Søvnmangel er en av de vanligste årsakene til døgnrytmeforstyrrelser. Ulike modaliteter (f.eks. plattformer på vannet, skånsom håndtering, glidende barkamre, roterende trommer, orbital shakers, etc.) har blitt rapportert for å indusere søvnmangel hos mus for å undersøke dens effekter på helse. Den nåværende studien introduserer en alternativ metode for søvnmangel hos mus. En automatisert rockerplattformbasert enhet ble designet som er kostnadseffektiv og effektivt forstyrrer søvn i gruppehusmus med justerbare tidsintervaller. Denne enheten induserer karakteristiske endringer i søvnmangel med minimal stressrespons. Følgelig kan denne metoden vise seg nyttig for etterforskere som er interessert i å studere effektene og underliggende mekanismer for søvnmangel på patogenesen av flere sykdommer. Videre tilbyr den en kostnadseffektiv løsning, spesielt når flere søvnmangelenheter kreves for å kjøre parallelt.
Introduction
Sirkadisk rytmeforstyrrelse refererer til desynkroniseringen mellom det ytre miljø eller oppførsel og den endogene biologiske klokken. En av de vanligste årsakene til døgnrytmeforstyrrelser er søvnmangel1. Søvnmangel påvirker ikke bare menneskers helse negativt, men øker også risikoen for mange sykdommer, inkludert kreft2 og kardiovaskulære sykdommer3. Imidlertid forblir mekanismene som ligger til grunn for de skadelige effektene av søvnmangel stort sett ukjente, og etablering av søvnmangelsmodeller er avgjørende for å forbedre vår forståelse i denne forbindelse.
Ulike metoder for søvnmangel hos mus har blitt rapportert, for eksempel bruk av vannplattformer4, skånsom håndtering5, glidende stangkamre6, roterende trommer7 og buragitasjonsprotokoller 5,8,9. Glidende barkamre feier automatisk stenger over bunnen av buret, og tvinger musene til å gå over dem og holde seg våken. Buragitasjonsprotokoller innebærer å plassere bur på laboratorieorbitale shakere, noe som resulterer i effektiv søvnforstyrrelse. Selv om disse metodene er automatiske og effektive, kan de være dyre når flere enheter kreves for å kjøre parallelt, spesielt for spesifikke studiedesign som involverer et stort antall søvnberøvede mus som trengs for sirkadisk genprofilering. På den annen side er vannplattformer og skånsomme håndteringsprotokoller billigere og enklere metoder som ofte brukes til å indusere søvnmangel. Vannplattformen tillater imidlertid ikke automatisk styring av forhåndsspesifiserte deprivasjonshvilesykluser10,11, og skånsom håndtering krever kontinuerlig årvåkenhet fra forskerne for å forstyrre søvnen. I tillegg kan andre modaliteter, som roterende trommer, bli forvirret av sosial isolasjon eller stress12.
Inspirert av den orbitale shaker-baserte metoden, tar vi sikte på å introdusere en protokoll for å etablere en rockerplattformbasert enhet for søvnmangel hos mus. Denne metoden er billig, effektiv, minimalt stressende, kontrollerbar og automatisert. Den nåværende protokollen lar oss lage en rockerplattformbasert enhet til en pris omtrent ti ganger billigere enn orbital shakers, basert på vår tilgjengelighet. Denne enheten forstyrret effektivt søvn i gruppehusmus og induserte karakteristiske endringer i søvnmangel med minimal stressrespons. Det vil være spesielt nyttig for forskere som er interessert i å undersøke effektene og underliggende mekanismer for søvnmangel på patogenesen av flere sykdommer, spesielt når studien involverer multiple-group søvnmangel parallelt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Musemodeller av søvnmangel er avgjørende for å studere effekten av søvnforstyrrelser på ulike sykdommer, inkludert kardiovaskulær sykdom21, psykiatriske tilstander22 og nevrologiske lidelser23. Blant de eksisterende søvnmangelstrategiene hos mus er fysiske tilnærminger som involverer repeterende kortvarig søvnavbrudd de mest brukte 5,7,12. Disse fys…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av tilskudd 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).
