マウスの睡眠不足装置の確立
Summary
本プロトコルは、マウスに睡眠剥奪を誘発するために使用される費用対効果の高いロッカープラットフォームベースのデバイスをセットアップするための方法を概説する。このデバイスは、脳波(EEG)で証明された睡眠パターンの乱れを引き起こし、睡眠不足に関連する代謝および分子の変化を誘発するのに効果的であることが証明されています。
Abstract
概日リズムの乱れとは、外部環境や行動と内因性分子時計との同期が崩れることを指し、健康を著しく損ないます。睡眠不足は、概日リズムの乱れの最も一般的な原因の1つです。マウスの睡眠不足を誘発する様々なモダリティ(例えば、水上のプラットフォーム、穏やかなハンドリング、スライディングバーチャンバー、回転ドラム、軌道シェーカーなど)が報告されており、健康への影響を調査しています。今回の研究では、マウスの睡眠不足の代替方法を紹介しています。自動化されたロッカープラットフォームベースのデバイスは、費用対効果が高く、調整可能な時間間隔でグループ飼育マウスの睡眠を効率的に妨害するように設計されています。このデバイスは、最小限のストレス反応で睡眠不足の特徴的な変化を誘発します。したがって、この方法は、複数の疾患の病因に対する睡眠不足の影響と根本的なメカニズムの研究に関心のある研究者に役立つ可能性があります。さらに、特に複数の睡眠不足デバイスを並行して実行する必要がある場合に、費用対効果の高いソリューションを提供します。
Introduction
概日リズムの乱れとは、外部環境や行動と内因性の体内時計との同期が崩れることを指します。概日リズムの乱れの最も一般的な原因の1つは、睡眠不足です1。睡眠不足は人間の健康に悪影響を及ぼすだけでなく、がん2 や心血管疾患3など、多くの病気のリスクを著しく高めます。しかし、睡眠不足の有害な影響の根底にあるメカニズムはほとんど不明であり、この点に関する理解を深めるためには、睡眠不足モデルの確立が不可欠です。
マウスの睡眠不足には、水プラットフォーム4、穏やかな取り扱い5、スライドバーチャンバー6、回転ドラム7、ケージ攪拌プロトコル5,8,9の使用など、さまざまな方法が報告されている。スライド式バーチャンバーは、ケージの底にバーを自動的に掃き出し、マウスにその上を歩かせて目を覚まさせます。ケージ攪拌プロトコルでは、ケージを実験室の軌道シェーカーに置き、効率的な睡眠障害を引き起こします。これらの方法は自動的かつ効果的ですが、複数のデバイスを並行して実行する必要がある場合、特に概日遺伝子プロファイリングに必要な睡眠不足のマウスを多数含む特定の研究デザインでは、コストが高くなる可能性があります。一方、水プラットフォームと穏やかな取り扱いプロトコルは、睡眠不足を誘発するために一般的に使用される安価で簡単な方法です。しかし、水プラットフォームでは、事前に指定された剥奪-休息サイクル10,11の自動制御はできず、穏やかな取り扱いには、睡眠を妨げるために研究者からの継続的な警戒が必要です。さらに、回転ドラムのような他のモダリティは、社会的孤立やストレスによって混乱する可能性があります12。
軌道振とう機を用いた方法に着想を得て、マウスの睡眠不足のためのロッカープラットフォームベースのデバイスを確立するためのプロトコルの導入を目指しています。この方法は、安価で効果的で、ストレスが最小限に抑えられ、制御可能で、自動化されています。現在のプロトコルでは、アクセスのしやすさに基づいて、軌道シェーカーの約10倍のコストでロッカープラットフォームベースのデバイスを作成できます。このデバイスは、グループ飼育マウスの睡眠を効果的に妨害し、最小限のストレス反応で睡眠不足の特徴的な変化を誘発しました。これは、複数の疾患の病因に対する睡眠不足の影響と根本的なメカニズムの調査に関心のある研究者にとって特に有用であり、特に研究が複数のグループの睡眠不足を並行して含む場合に役立ちます。
Protocol
Representative Results
Discussion
睡眠不足のマウスモデルは、心血管疾患21、精神疾患22、神経障害23など、さまざまな疾患に対する睡眠障害の影響を研究するために不可欠です。マウスにおける既存の睡眠剥奪戦略の中で、睡眠の短期間の中断を繰り返す物理的アプローチが最も一般的に用いられている5,7,12<sup class="xre…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国家自然科学基金会(82230014、81930007、82270342)、上海優秀学術指導者プログラム(18XD1402400)、上海市科学技術委員会(22QA1405400、201409005200、20YF1426100)、上海浦江人材プログラム(2020PJD030)、SHWSRS(2023-62)、上海老化医療臨床研究センター(19MC1910500)、および蚌埠医科大学の大学院イノベーションプログラムからの助成金によって支援されました(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 |
Riferimenti
- 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).
