बेसल ऊर्जा व्यय और मोटापे से ग्रस्त चूहों में ऊर्जा खर्च करने के लिए थर्मोजेनिक एडिपोसाइट्स की क्षमता का निर्धारण
Summary
यह पांडुलिपि बेसल चयापचय दर और मोटापे से ग्रस्त चूहों में थर्मोजेनिक एडिपोसाइट्स की ऑक्सीडेटिव क्षमता को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करती है।
Abstract
यह समझने के लिए ऊर्जा व्यय माप आवश्यक हैं कि चयापचय में परिवर्तन मोटापे को कैसे जन्म दे सकता है। बेसल ऊर्जा व्यय को चूहों में पूरे शरीर की ऑक्सीजन की खपत, सीओ 2 उत्पादन और चयापचय पिंजरों का उपयोग करके शारीरिक गतिविधि को मापकर निर्धारित किया जा सकता है। थर्मोजेनिक ब्राउन / बेज एडिपोसाइट्स (बीए) कृंतक ऊर्जा व्यय में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं, विशेष रूप से कम परिवेश के तापमान पर। यहां, बेसल ऊर्जा व्यय और मोटापे से ग्रस्त चूहों में ऊर्जा खर्च करने के लिए कुल बीए क्षमता के माप को दो विस्तृत प्रोटोकॉल में वर्णित किया गया है: पहले समझाते हुए कि सहप्रसरण (ANCOVA) के विश्लेषण का उपयोग करके बेसल ऊर्जा व्यय को मापने के लिए परख कैसे स्थापित किया जाए, एक आवश्यक विश्लेषण यह दिया गया है कि ऊर्जा व्यय शरीर के द्रव्यमान के साथ सह-भिन्न होता है। दूसरा प्रोटोकॉल वर्णन करता है कि चूहों में विवो में बीए ऊर्जा व्यय क्षमता को कैसे मापा जाए। इस प्रक्रिया में संज्ञाहरण शामिल है, जो शारीरिक गतिविधि के कारण होने वाले खर्च को सीमित करने के लिए आवश्यक है, इसके बाद बीटा 3-एड्रीनर्जिक एगोनिस्ट, सीएल -316,243 का इंजेक्शन होता है, जो बीए में ऊर्जा व्यय को सक्रिय करता है। इन दो प्रोटोकॉल और उनकी सीमाओं को एक सफल पहले प्रयोग की अनुमति देने के लिए पर्याप्त विस्तार से वर्णित किया गया है।
Introduction
चयापचय को पोषक तत्वों के उत्थान, भंडारण, परिवर्तन और टूटने के लिए जिम्मेदार जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के एकीकरण के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो कोशिकाएं अपने कार्यों को विकसित करने और निष्पादित करने के लिए उपयोग करती हैं। चयापचय प्रतिक्रियाएं पोषक तत्वों में निहित ऊर्जा को एक रूप में बदल देती हैं जिसका उपयोग कोशिकाओं द्वारा नए अणुओं को संश्लेषित करने और काम को निष्पादित करने के लिए किया जा सकता है। ये जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं जीवन को बनाए रखने के लिए इस ऊर्जा को एक उपयोगी रूप में बदलने में स्वाभाविक रूप से अक्षम हैं1। इस तरह की अक्षमता के परिणामस्वरूप गर्मी के रूप में ऊर्जा अपव्यय होता है, इस गर्मी के उत्पादन का उपयोग एक जीव के मानक चयापचय दर (एसएमआर) को मापने के लिए किया जाता है। मानक स्थिति को शास्त्रीय रूप से एक जागृत लेकिन आराम करने वाले वयस्क में होने वाले गर्मी उत्पादन के रूप में परिभाषित किया गया था, न कि भोजन को निगलने या पचाने के लिए, थर्मोन्यूट्रलिटी पर और बिना किसी तनाव के। बेसल मेटाबोलिक रेट (बीएमआर) या चूहों में बेसल ऊर्जा व्यय को एसएमआर के रूप में संदर्भित किया जाता है, लेकिन हल्के थर्मल तनाव (परिवेश का तापमान 21-22 डिग्री सेल्सियस) के तहत भोजन को निगलने और पचाने वाले व्यक्तियों में। गर्मी उत्पादन को सीधे मापने की चुनौतियों और कठिनाइयों ने अप्रत्यक्ष कैलोरीमेट्री को बनाया, अर्थात् ऑक्सीजन की खपत माप से गर्मी उत्पादन की गणना करने के लिए, बीएमआर को निर्धारित करने के लिए सबसे लोकप्रिय दृष्टिकोण बनने के लिए। ऑक्सीजन की खपत से बीएमआर की गणना करना संभव है क्योंकि एटीपी को संश्लेषित करने के लिए माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा पोषक तत्वों का ऑक्सीकरण एक जीव में खपत कुल ऑक्सीजन के 72% के लिए जिम्मेदार है, कुल ऑक्सीजन खपत का 8% माइटोकॉन्ड्रिया में भी होता है, लेकिन एटीपी (अनियंत्रित श्वसन) उत्पन्न किए बिना। खपत ऑक्सीजन के शेष 20% के बहुमत को अन्य उपकोशिकीय स्थानों (पेरोक्सिसोमल फैटी एसिड ऑक्सीकरण), एनाबॉलिक प्रक्रियाओं और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के गठन में पोषक तत्व ऑक्सीकरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। इस प्रकार, 1907 में, लुस्क ने अनुभवजन्य माप के आधार पर एक समीकरण स्थापित किया, जिसका उपयोग व्यापक रूप से ऑक्सीजन की खपत और सीओ 2 उत्पादन को गर्मी के रूप में ऊर्जा अपव्यय में बदलने के लिए किया जाता है। मनुष्यों में, मस्तिष्क बीएमआर के ~ 25%, ~ 18.4% के लिए मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम, ~ 20% के लिए जिगर, ~ 10% के लिए दिल, और ~ 3-7% 2 के लिए वसा ऊतक के लिए जिम्मेदार है। चूहों में, बीएमआर में ऊतक योगदान थोड़ा अलग है, मस्तिष्क का प्रतिनिधित्व करने के साथ ~ 6.5%, कंकाल की मांसपेशी ~ 13%, जिगर ~ 52%, दिल ~ 3.7%, और वसा ऊतक ~ 5% 3।
उल्लेखनीय रूप से, बीएमआर को परिभाषित करने वाली जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं निश्चित नहीं हैं और विभिन्न जरूरतों के जवाब में बदलती हैं, जैसे कि बाहरी काम (शारीरिक गतिविधि), विकास (ऊतक विकास), आंतरिक तनाव (संक्रमण, चोटों, ऊतक टर्नओवर का मुकाबला करना), और परिवेश के तापमान (ठंड रक्षा) में परिवर्तन 1। कुछ जीव सक्रिय रूप से ठंड के संपर्क में गर्मी उत्पन्न करने के लिए प्रक्रियाओं को भर्ती करते हैं, जिसका अर्थ है कि चयापचय द्वारा उत्पादित गर्मी केवल एक आकस्मिक उपोत्पाद नहीं है। इसके बजाय, विकास ने नियामक तंत्र का चयन किया जो विशेष रूप से चयापचय प्रतिक्रियाओं की दर को बदलकर गर्मी उत्पादन को नियंत्रित कर सकता है1। इस प्रकार, इन समान ऑक्सीजन खपत मापों का उपयोग ठंड के जवाब में गर्मी उत्पन्न करने के लिए एक जीव की क्षमता निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।
दो प्रमुख प्रक्रियाएं ठंड के संपर्क में आने पर गर्मी उत्पादन में योगदान करती हैं। पहला कांप रहा है, जो अनैच्छिक मांसपेशियों के संकुचन द्वारा किए गए शारीरिक कार्य को कवर करने के लिए मांसपेशियों में माइटोकॉन्ड्रियल ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन और ग्लाइकोलाइसिस को बढ़ाकर गर्मी उत्पन्न करता है। इसलिए, ठंड जोखिम मांसपेशियों में ऑक्सीजन की खपत में वृद्धि होगी1. दूसरा गैर-कंपकंपी थर्मोजेनेसिस है, जो भूरे और बेज रंग के एडिपोसाइट्स (बीए) में ऑक्सीजन की खपत में वृद्धि के माध्यम से होता है। बीए में गर्मी में ऊर्जा का अपव्यय माइटोकॉन्ड्रियल अनकपलिंग प्रोटीन 1 (यूसीपी 1) द्वारा मध्यस्थता की जाती है, जो माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रोटॉन को फिर से प्रवेश करने की अनुमति देता है, जिससे माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटॉन ग्रेडिएंट कम हो जाता है। यूसीपी 1 द्वारा माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटॉन ग्रेडिएंट का अपव्यय इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण और ऑक्सीजन की खपत में ऊंचाई और एटीपी (uncoupled) उत्पन्न किए बिना प्रति से प्रोटॉन अपव्यय द्वारा जारी ऊर्जा द्वारा गर्मी उत्पादन को बढ़ाता है। इसके अलावा, थर्मोजेनिक बीए अतिरिक्त तंत्र की भर्ती कर सकता है जो प्रोटॉन ग्रेडिएंट में एक बड़े अपव्यय का कारण बने बिना ऑक्सीजन की खपत को बढ़ाता है, व्यर्थ ऑक्सीडेटिव एटीपी संश्लेषण और खपत चक्रों को सक्रिय करके। यहां वर्णित चयापचय पिंजरों, अर्थात् कोलंबस इंस्ट्रूमेंट्स से सीएलएएमएस-ऑक्सीमैक्स सिस्टम, विभिन्न परिवेशके तापमान पर ऊर्जा व्यय को मापने की संभावना प्रदान करता है। हालांकि, पूरे शरीर के ऑक्सीजन की खपत माप का उपयोग करके बीए थर्मोजेनिक क्षमता निर्धारित करने के लिए, एक को यह करने की आवश्यकता है: (1) ऊर्जा व्यय के लिए कंपकंपी के योगदान को समाप्त करना, और अन्य गैर-बीए चयापचय प्रक्रियाओं को समाप्त करना, और (2) विशेष रूप से विवो में बीए थर्मोजेनिक गतिविधि को सक्रिय करना। इस प्रकार, एक दूसरा प्रोटोकॉल वर्णन करता है कि थर्मोन्यूट्रैलिटी (30 डिग्री सेल्सियस) पर एनेस्थेटिक चूहों में फार्माकोलॉजी का उपयोग करके विवो में बीए को चुनिंदा रूप से कैसे सक्रिय किया जाए, जिसमें संज्ञाहरण और थर्मोन्यूट्रलिटी अन्य गैर-बीए थर्मोजेनिक प्रक्रियाओं (यानी, शारीरिक गतिविधि) को सीमित करते हैं। बीए को सक्रिय करने के लिए औषधीय रणनीति चूहों का इलाज कर रही है 3-एड्रीनर्जिक रिसेप्टर एगोनिस्ट सीएल -316,246 के साथ। कारण यह है कि कोल्ड एक्सपोजर बीए में β-एड्रीनर्जिक रिसेप्टर्स को सक्रिय करने के लिए नॉरपेनेफ्रिन को जारी करने वाली एक सहानुभूतिपूर्ण प्रतिक्रिया को बढ़ावा देता है, जो यूसीपी 1 और वसा ऑक्सीकरण को सक्रिय करता है। इसके अलावा, π3-adrenergic रिसेप्टर अभिव्यक्ति अत्यधिक चूहों में वसा ऊतक में समृद्ध है।
Protocol
Representative Results
Discussion
अप्रत्यक्ष कैलोरीमेट्री का उपयोग वर्षों से पूरे शरीर के ऊर्जा व्यय का आकलन करने के लिए किया गया है। यहां वर्णित यह प्रोटोकॉल बेसल चयापचय दर को मापने और चयापचय पिंजरों का उपयोग करके विवो में<…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एमएल को यूसीएलए में चिकित्सा विभाग द्वारा वित्त पोषित किया जाता है, पी 30 डीके 41301 (यूसीएलए: डीडीआरसी एनआईएच) और पी 30 डीके063491 (यूसीएसडी-यूसीएलए डीईआरसी) से पायलट अनुदान।
Materials
| CLAMS-Oxymax System | Columbus Instruments | CLAMS-center feeder-ENC | Including enviromental enclosure and Zirconia oxygen sensor |
| Desktop PC with Oxymax Software | HP/Columbus | N/A | PC needed to be purchased separately |
| Drierite jug (Calcium Sulfate with Cobalt Chloride Indicator) | Fisher Scientific | 23-116681 | Needed to dry the gas entering the oxygen sensor, humidity can damage the sensor |
| NMR for body composition | Echo-MRI | Echo-MRI 100 | Measure lean and fat mass in alive mice. It is necessary for ANCOVA analyses. |
| CL-316-243 | Sigma | C5976 | Injected to the mice subcutaneously to activate thermogenesis |
| High fat diet | Research Diets | D12266B | Provided to the mice prior and during measurements |
| Pentobarbital/Nembutal | Pharmacy at DLAM | N/A | Anesthesia for the mice |
| Primary standard grade gas (tank and regulator) | Praxair | NI CD5000O6P-K/PRS 2012-2331-590 | 20.50% Oxygen, 0.50% CO2 balanced with nitrogen used for calibration |
Riferimenti
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