설치류의 머리에서 정의된 가속도를 생성하기 위한 수동 머리 움직임의 적용
Summary
본 프로토콜은 적당한 속도로 러닝머신을 달리는 동안 생성된 설치류의 머리에서 기계적 가속도를 재현하는 맞춤형 ‘패시브 헤드 모션” 시스템을 설명합니다. 그것은 신체 운동의 유익한 효과로부터 기계적 요인 / 요소를 해부 할 수 있습니다.
Abstract
운동은 뇌 기능 장애와 관련된 것을 포함하여 다양한 질병 및 신체 장애에 효과적인 것으로 널리 알려져 있습니다. 그러나 운동의 유익한 효과 뒤에 있는 분자 메커니즘은 제대로 이해되지 않았습니다. 많은 신체 운동, 특히 조깅 및 걷기와 같은 유산소 운동으로 분류되는 운동은 발이 지면에 닿을 때 충동적인 힘을 생성합니다. 따라서 기계적 충격은 운동이 유기체 항상성에 어떻게 기여하는지에 연루될 수 있다고 추측되었습니다. 뇌에 대한 이 가설을 테스트하기 위해 제어되고 정의된 크기와 모드로 수직 가속도를 생성하고 동물의 운동 효과를 테스트하기 위한 전형적인 개입인 적당한 속도로 러닝머신을 달리는 동안 설치류의 머리에 적용될 수 있는 기계적 자극을 재현할 수 있는 맞춤형 설계된 ”수동 머리 움직임”(이하 PHM이라고 함) 시스템이 개발되었습니다. 이 시스템을 사용함으로써 PHM은 마우스의 전두엽 피질 (PFC) 뉴런에서 세로토닌 (5- 하이드 록시 트립 타민, 이하 5-HT라고 함) 수용체 아형 2A (5-HT2A) 신호 전달을 요약한다는 것이 입증되었습니다. 이 작업은 PHM을 적용하고 설치류의 머리에서 그에 따른 기계적 가속도를 측정하기위한 자세한 프로토콜을 제공합니다.
Introduction
운동은 당뇨병 및 본태성 고혈압과 같은 생활 습관병을 포함한 여러 신체 장애를 치료하거나 예방하는 데 유익합니다1. 이와 관련하여 운동이 뇌 기능에 미치는 긍정적 인 효과에 대한 증거도 축적되었습니다2. 그러나 뇌에 대한 운동의 이점의 기초가되는 분자 메커니즘은 주로 밝혀지지 않은 채로 남아 있습니다. 대부분의 신체 활동과 운동은 적어도 어느 정도는 머리에 기계적 가속을 생성합니다. 다양한 생리 현상이 기계적으로 조절되는 반면, 기계적 하중의 중요성은 대부분의 경우 근골격계 3,4,5에 문서화되어 있습니다. 뇌는 신체 활동, 특히 소위 충격 운동 중에 기계적 힘을 받지만 생리적 뇌 기능의 기계적 조절은 거의 연구되지 않았습니다. 머리에서 기계적 가속의 생성은 신체 운동에 비교적 일반적이기 때문에 기계적 조절이 뇌 기능에 대한 운동의 이점과 관련이 있을 수 있다고 추측되었습니다.
5-HT2A 수용체 신호 전달은 신경계에서 기능하는 다양한 생화학 신호 중에서 감정과 행동을 조절하는 데 필수적입니다. 그것은 운동이 치료 적으로 효과적인 것으로 입증 된 여러 정신 질환 6,7,8에 관여합니다. 5-HT2A 수용체는 세로토닌 계열에 속하는 5-HT2 수용체의 하위 유형이며 G- 단백질 결합 수용체 (GPCR) 계열의 구성원이기도하며, 그 신호 전달은 리간드 의존성 또는비의존성 9. 머리 경련은 설치류의 특징적인 행동이며, 그 양 (빈도)은 전두엽 피질 (PFC) 뉴런10,11에서 5-HT2A 수용체 신호 전달의 강도를 명시 적으로 나타냅니다. 투여 된 5-HT (머리-경련 반응, 이하 HTR이라고 함)에 대한이 환각 반응의 엄격한 특이성을 이용하여 뇌 기능에 대한 운동 효과의 기계적 의미에 대해 위에서 언급 한 가설을 테스트했습니다. 따라서, 우리는 강제 운동 (러닝 머신 달리기) 또는 운동 모방 기계적 개입 (PHM)을받은 마우스의 HTR을 분석하고 비교했다.
Protocol
Representative Results
Discussion
개발 된 PHM 응용 시스템을 사용하여 PFC 뉴런의 5-HT 신호 전달이 기계적으로 조절된다는 것을 보여주었습니다. 운동 효과의 복잡성 때문에 건강 증진의 맥락에서 운동의 결과를 정확하게 해부하는 것이 어려웠습니다. 초점은 에너지 소비와 같은 운동 활동과 함께 또는 이후에 발생할 수있는 대사 사건의 참여 또는 기여를 배제하기위한 기계적 측면에 있습니다. 여기에 설명 된 방법은 뇌 기능에 대…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 부분적으로 일본 후생 노동성의 교내 연구 기금의 지원을 받았습니다. 일본 과학 진흥회 과학 연구 보조금 (KAKENHI 15H01820, 15H04966, 18H04088, 20K21778, 21H04866, 21K11330, 20K19367); 문부 과학성, 일본 문부 과학성에서 2015-2019 년 사립 대학 전략 연구 재단을위한 문부 과학성 지원 프로그램 (S1511017); Naito Science & Engineering Foundation. 이 연구는 또한 유니스 케네디 슈라이버 국립 아동 건강 및 인간 발달 연구소 (NICHD), 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소 (NINDS) 및 국립 보건원 (NIBIB)의 지원을받는 재생 재활 연구 및 훈련 연합 (AR3T)의 자금 지원을 받았습니다.
Materials
| 5-hydroxytryptophan (5-HTP) | Sigma-Aldrich | H9772 | Serotonin (5-HT) precursor |
| Brushless motor driver | Oriental motor | BMUD30-A2 | Speed changer build-in motor driver |
| C57BL/6 mice | Oriental yeast company | C57BL/6J | Mice used in this study |
| Cryostat | Leica | CM33050S | Microtome to cut frozen samples |
| DC Motor | Oriental motor | BLM230-GFV2 | Motor |
| Donkey anti-goat Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A-11057 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey anti-mouse Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A-31571 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey anti-rabbit Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey serum | Sigma-Aldrich | S30-100ML | Blocker of non-specific binding of antibodies in immunohistochemical staining |
| Fluorescence microscope | Keyence | BZ-9000 | Fluorescence microscope |
| Goat polyclonal anti-5-HT2A receptor | Santa Cruz Biotechnology | sc-15073 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| Isoflurane | Pfizer | v002139 | Inhalation anesthetic |
| KimWipe | NIPPON PAPER CRECIA | S-200 | Paper cloth for cleaning surfaces, parts, instruments in labratory |
| Liquid Blocker | Daido Sangyo | PAP-S | Marker used to make the slide surface water-repellent |
| Mouse monoclonal anti-NeuN (clone A60) | EMD Millipore (Merck) | MAB377 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| NinjaScan-Light | Switchscience | SSCI-023641 | Accelerometer to measure accelerations |
| OCT compound | Sakura Finetek | 45833 | Embedding agent for preparing frozen tissue sections |
| ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen | P36934 | Mounting medium to prevent flourscence fading |
| Rabbit polyclonal anti-c-Fos | Santa Cruz Biotechnology | sc-52 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| Slide box | AS ONE | 03-448-1 | Opaque box to store slides |
| Spike2 | Cambridge electronic design limited (CED) | N/A | Application software used to analyze acceleration |
| Sprague-Dawley rats | Japan SLC | Slc:SD | Rats used in this study |
| Treadmill machine | Muromachi | MK-680 | System used in experiments of forced running of rats and mice |
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