Beoordeling van Muriene Oefening Endurance zonder het gebruik van een Shock Grid: Een alternatief voor Forced Exercise
Summary
A method to assess exercise endurance in laboratory mice without the use of a shock grid is demonstrated. This method is a humane refinement that can decrease the confounding effects of stress on experimental parameters.
Abstract
Met behulp van laboratorium muismodellen, worden de moleculaire routes die verantwoordelijk zijn voor de metabolische voordelen van uithoudingsvermogen te oefenen begint te worden gedefinieerd. De meest voorkomende methode voor het beoordelen van de uitoefening uithoudingsvermogen in muizen maakt gebruik van gedwongen lopen op een gemotoriseerde loopband uitgerust met een schok net. Dieren die lopen stoppen worden geduwd door de bewegende loopband op een rooster dat een elektrische schok voet levert; de negatieve stimulus ontsnappen, de muizen weer lopen op de band. Echter, vermijdingsgedrag en psychische belasting door gebruik van een schok inrichting verstoren kwantificering van actief uithoudingsvermogen, en verwarren metingen postexercise serum hormoon en cytokine niveaus. Hier, we demonstreren en valideren van een verfijnde methode om draait uithoudingsvermogen in naïeve C57BL / 6 laboratorium muizen op een gemotoriseerde loopband meten zonder gebruik te maken van een shock raster. Bij muizen zijn preacclimated om de loopband, dat ze vrijwillig lopen met gang snelheden specifiek voor elk mouse. Gebruik van de schok net wordt vervangen door zacht stimulering door een menselijke operator met een tongspatel, gekoppeld aan gevoeligheid voor de vrijwillige bereidheid om op de van de muis. Clear eindpunten voor het kwantificeren looptijd tot uitputting voor elke muis worden bepaald en weergegeven in gedragssignalen uitgeput zoals gespreide houding en zware ademhaling. Deze methode is een humane verfijning die ook vermindert de verstorende effecten van stress op experimentele parameters.
Introduction
Obesitas, insulineresistentie en type 2 diabetes met elkaar verbonden zijn metabole aandoeningen die ingrijpende gevolgen voor de gezondheid van zowel de Amerikaanse en wereldwijde populatie 1-4 uit te oefenen. Duurzaamheid oefening kan voorkomen en behandelen deze omstandigheden 5,6. Bovendien beoordeling van loopsnelheid en uithoudingsvermogen worden gebruikt als klinisch diagnostische testen voor kwetsbaarheid, sarcopenie en de gevolgen van andere aandoeningen zoals chronische obstructieve longziekte, bij mensen 7.
De biochemische pathways grondslag liggen aan de positieve effecten van duurtraining op de lichaamssamenstelling en insuline gevoeligheid beginnen te worden opgehelderd, met behulp van genetisch of farmacologisch gemodificeerde muizen die vertoning versterkte of verminderde inspanningscapaciteit 8-11. Toch hebben veel van dergelijke studies gemotoriseerde loopbanden uitgerust met shock roosters om muizen te forceren een 8-11 gebruikt. Dieren die lopen stoppen worden geduwd doorde bewegende loopband op een rooster dat een elektrische schok voet levert; de negatieve stimulus ontsnappen, de muizen weer lopen op de band. Deze procedures kunnen psychologische stress en vermijdingsgedrag te introduceren als verstorende factoren die van invloed experimentele parameters 12. Andere methoden voor het meten van het uithoudingsvermogen, zoals de kwantificering van ambulante activiteit met behulp van een straal-break apparaten of kwantificering van in-kooi wiel draait, kan worden verstoord door modulatie van het dagritme, angst, onbedoelde training, of voedsel zoekend gedrag 12-16. Bovendien vereisen deze procedures enkele behuizing, een bron van psychologische stress voor muizen. Daarom is een directe meting van lichaamsbeweging uithoudingsvermogen niet verstoord door spanning nodig.
Om deze bezwaren te ondervangen, heeft ons laboratorium ontwikkeld en gevalideerd een methode om de maximale loopprestatie capaciteit te evalueren en aanhoudende loopsnelheid in ongetrainde, naïeve muizen met behulp van een gemotoriseerde loopband niet equipped met een schok net. De ruimte aan het einde van het loopvlak, waarbij de schok rooster gewoonlijk verblijft, wordt dan een platform voor muizen te rusten, en biedt plaats voor muizen die weigeren werking te zitten totdat uit de inrichting. Muizen ertoe geleid door een menselijke waarnemer met zachte tikken of aanraken met een tongspatel, gekoppeld aan gevoeligheid voor de vrijwillige bereidheid om op de van de muis. Deze werkwijze is gebruikt om verschillen in de uitoefening uithoudingsvermogen van genetisch gemodificeerde en controle C57BL / 6 muizen die verschillen in expressie van de spier afgeleide cytokine interleukine-15 (IL-15) 16,17 kwantificeren. Deze methode is een humane verfijning die de verstorende effecten van negatieve versterking veroorzaakt door het gebruik van een schok rooster af.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier beschreven is een methode om vrijwillige running uithoudingsvermogen bij laboratoriummuizen evalueren middels een gemotoriseerde loopband zonder het gebruik van een shock raster. Deze werkwijze kan verschillen tussen sublijnen van C57BL / 6 muizen die verschillen in de expressie van het cytokine IL-15, waardoor weer verschillen in expressie van factoren die oefening uithoudingsvermogen 16,17 grondslag onthullen. In overeenstemming met de principes van de "Three R's" in proefdierkunde, kan d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ondersteund door Merit Review # BX001026 van het Department of Veterans Affairs (LSQ), en het gebruik van de middelen en faciliteiten VA Puget Sound Systeem van de Gezondheidszorg, de Transgene Resource Core aan de Universiteit van Washington Nathan Shock Center of Excellence in de fundamentele biologie van veroudering (NIA # 5P30AG-013280), en de Universiteit van Washington Diabetes Endocrinologie Research Center (NIH # P30 DK-17047). Wij danken Cynthia Pekow DVM en Kari L. Koszdin DVM, VA Puget Sound, mits nuttig commentaar op het manuscript.
Materials
| Open Rodent Treadmill Exer-3/6 | Columbus Instruments, Columbus OH | 1050RM | This catalog number is for models without shock grid. Shock grids can be removed manually from older models (Eco 3/6) |
| Sani Cloth Germicidal Towlettes | PDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY | n/a; usually ordered through local facility | Contains 10% isopropyl alcohol; any equivalent product can be used. |
| Tongue depressors | any local supplier | n/a | |
| Laboratory timer | any supplier | n/a | |
| IL-15 TG mice* | JAX, Bar Harbor, ME | o11002 | Murine IL-15 transgene expressed from modified human alpha-skeletal actin promotor with altered signal sequence to facilitate secretion. |
| C57BL/6J mice (wild-type)* | JAX, Bar Harbor, ME | ooo664 | Control mice for IL-15 TG |
| IL-15 KO mice* | Taconic Farms, Germantown, NY | 4269-M | Homozygous IL-15 "knockout" mice on C57BL/6 background |
| C57BL/6NTac (wild-type)* | Taconic Farms, Germantown, NY | B6-M | Control mice for IL-15 KO |
| *Optional; mouse lines and treatments can be specific to the experimental protocol. |
References
- Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here?. Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
- Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
- Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
- Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
- Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
- Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
- Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294 (2004).
- LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
- Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970 (2010).
- Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
- Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
- Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
- Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E., Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. , 161-179 (2000).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
- Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
- Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
- Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
- Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
- Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).
