Etablering av en anordning för sömnbrist hos möss
Summary
Det nuvarande protokollet beskriver en metod för att sätta upp en kostnadseffektiv rockerplattformsbaserad enhet som används för att inducera sömnbrist hos möss. Denna enhet har visat sig vara effektiv när det gäller att orsaka störningar i sömnmönster med elektroencefalogram (EEG), samt inducera metaboliska och molekylära förändringar i samband med sömnbrist.
Abstract
Störningar i dygnsrytmen avser desynkroniseringen mellan den yttre miljön eller beteendet och den endogena molekylära klockan, vilket avsevärt försämrar hälsan. Sömnbrist är en av de vanligaste orsakerna till störningar i dygnsrytmen. Olika modaliteter (t.ex. plattformar på vattnet, skonsam hantering, glidstångskammare, roterande trummor, orbital shakers, etc.) har rapporterats för att inducera sömnbrist hos möss för att undersöka dess effekter på hälsan. I den aktuella studien introduceras en alternativ metod för sömnbrist hos möss. En automatiserad vippplattformsbaserad enhet designades som är kostnadseffektiv och effektivt stör sömnen hos möss som hålls i grupp med justerbara tidsintervall. Denna enhet inducerar karakteristiska förändringar av sömnbrist med minimal stressrespons. Följaktligen kan denna metod visa sig vara användbar för forskare som är intresserade av att studera effekterna och de underliggande mekanismerna för sömnbrist på patogenesen av flera sjukdomar. Dessutom erbjuder det en kostnadseffektiv lösning, särskilt när flera sömnberövande enheter måste köras parallellt.
Introduction
Störningar i dygnsrytmen avser desynkroniseringen mellan den yttre miljön eller beteendet och den endogena biologiska klockan. En av de vanligaste orsakerna till störningar i dygnsrytmen är sömnbrist1. Sömnbrist påverkar inte bara människors hälsa negativt utan ökar också avsevärt risken för många sjukdomar, inklusive cancer2 och hjärt- och kärlsjukdomar3. Mekanismerna bakom de skadliga effekterna av sömnbrist är dock fortfarande till stor del okända, och det är viktigt att etablera modeller för sömnbrist för att öka vår förståelse i detta avseende.
Olika metoder för sömnbrist hos möss har rapporterats, såsom användning av vattenplattformar4, skonsam hantering5, glidstångskammare6, roterande trummor7 och buragitationsprotokoll 5,8,9. Skjutstångskammare sveper automatiskt stänger över botten av buren, vilket tvingar mössen att gå över dem och hålla sig vakna. Protokoll för agitation i bur innebär att burar placeras på laboratorieorbitala shakers, vilket resulterar i effektiva sömnstörningar. Även om dessa metoder är automatiska och effektiva kan de vara dyra när flera enheter måste köras parallellt, särskilt för specifika studiedesigner som involverar ett stort antal sömnberövade möss som behövs för cirkadisk genprofilering. Å andra sidan är vattenplattformar och skonsamma hanteringsprotokoll billigare och enklare metoder som vanligtvis används för att framkalla sömnbrist. Vattenplattformen tillåter dock inte automatisk kontroll av fördefinierade vilocykler10,11, och skonsam hantering kräver kontinuerlig vaksamhet från forskarnas sida för att störa sömnen. Dessutom kan andra modaliteter, som roterande trummor, förväxlas av social isolering eller stress12.
Inspirerad av den orbital shaker-baserade metoden strävar vi efter att introducera ett protokoll för att etablera en rockerplattformsbaserad enhet för sömnbrist hos möss. Denna metod är billig, effektiv, minimalt stressande, kontrollerbar och automatiserad. Det nuvarande protokollet gör det möjligt för oss att skapa en vippplattformsbaserad enhet till en kostnad som är ungefär tio gånger billigare än för orbital shakers, baserat på vår tillgänglighet. Denna enhet störde effektivt sömnen hos möss som hölls i grupp och inducerade karakteristiska förändringar av sömnbrist med minimal stressreaktion. Det kommer att vara särskilt användbart för forskare som är intresserade av att undersöka effekterna och de underliggande mekanismerna för sömnbrist på patogenesen av flera sjukdomar, särskilt när studien involverar sömnbrist i flera grupper parallellt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Musmodeller av sömnbrist är viktiga för att studera effekterna av sömnstörningar på olika sjukdomar, inklusive hjärt-kärlsjukdom21, psykiatriska tillstånd22 och neurologiska störningar23. Bland de befintliga sömnbriststrategierna hos möss är fysiska metoder som innebär upprepade kortvariga sömnavbrott de vanligaste 5,7,12. Dessa fysiska tillv?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av bidrag från 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) och 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).
