גישה ניסויית לבדיקת איתות לפטין בגוף העורק והשפעותיו על השליטה בנשימה
Summary
המחקר שלנו מתמקד בהשפעות של לפטין איתות בגוף העורק (CB) על התגובה ארוי מאווררים (HVR). ביצעת ‘ אובדן של פונקציה ‘ ניסויים מדידת ההשפעה של לפטין על HVR לאחר האצת CB ו ‘ להרוויח של פונקציה ‘ ניסויים מדידה HVR לאחר יתר ביטוי של קולטן לפטין ב-CB.
Abstract
הורמון מופק adipocyte הוא ממריץ נשימה חזקה, אשר עשוי לשחק תפקיד חשוב בהגנה על תפקוד הנשימה בהשמנה. הגופים הראשי (CB), איבר מפתח של רגישות ארוי היקפית, לבטא את התפקוד התפקודי ארוך של קולטן לפטין (LepRb) אבל את התפקיד של איתות לפטין בשליטה של נשימה לא הובהר במלואו. בדקנו את התגובה ארוי מאווררים (HVR) (1) ב C57BL/6J עכברים לפני ואחרי לפטין אינפוזיה בתוכנית הבסיסית ולאחר שימור CB; (2) ב- Leprb-שמנים לקויה db/db בעכבר בבסיס ואחרי leprb ביטוי יתר ב-CBs. ב C57BL/6J עכברים, לפטין גדל HVR ואפקטים של לפטין על HVR בוטלו על ידי CB denervation. ב- db/db , ביטוי leprb ב-CB מוגבר את hvr. לכן, אנו מסיקים כי לפטין פועל ב-CB כדי להגדיל את התגובות היפוקסיה.
Introduction
Adipocyte המיוצר הורמון לפטין פועל ההיפותלמוס לדכא את צריכת המזון ולהגדיל את קצב חילוף החומרים. מחקרים שבוצעו במעבדה שלנו1,2 ועל ידי חוקרים אחרים3,4 הראה כי לפטין מגביר את התגובה היפרקפיניק מאווררים (hvr) מניעת השמנה hypoventilation לפטין השמנה לקויה. עם זאת, רוב האנשים שמנים יש פלזמה גבוהה לפטין רמות ולהפגין עמידות השפעות מטבולית והנשימה של הורמון5,6,7,8. עמידות לפטין הוא רב עצרת, אבל חדירות מוגבלות של מחסום הדם-מוח (BBB) לפטין משחק תפקיד מרכזי. אנו מציעים כי לפטין פועל מתחת BBB באיבר מפתח של רגישות ארוי היקפית, הגופים הראשי (CB), כדי להגן על הנשימה של אנשים שמנים. הלמ ס לבטא את התפקוד הארוך isoform של קולטן לפטין, leprb, אבל התפקיד של CB באפקטי הנשימה של לפטין לא הובהר מספיק9,10.
המטרה של השיטה שלנו היתה לבחון את ההשפעה של לפטין איתות ב-CB על HVR. הרציונל שלנו היה לבצע (a) אובדן של הפונקציה ניסויים החדרת לפטין בעכברים עם גופים העורק שלמים וגופים העורק הראש denervated ואחריו מדידות HVR; (ב) להשיג ניסויים בפונקציה db/db בעכברים חסרים leprb, שבו אנו מדדו hvr בתוכנית הבסיסית ולאחר ביטוי של leprb בלעדית ב-CB. היתרון של הטכניקות שלנו היה שאנחנו ביצעו את כל הניסויים שלנו בעכברים ללא רסן בזמן שינה ועירות. חוקרים קודמים ביצעו את הניסויים שלהם תחת הרדמה9 או לא למדוד את ההשפעות של לפטין במהלך שינה10. בנוסף, המחקר שלנו הוא הראשון לנצל את הרווח הייחודי של גישת הפונקציה עם הביטוי LepRb סלקטיבי ב-CB שתוארו לעיל.
בהקשר הרחב, הגישה שלנו יכולה להיות כללית לקולטנים אחרים המבוטא ב-CB ותפקידם ברגישות ארוי. החוקרים יכולים להחדיר ליגאל ולקולטן של ריבית ולמדוד את HVR בתוכנית הבסיסית ולאחר השעה שימור. כגישה משלימה, ניתן לבטא את קולטן הריבית ב-CB ו-HVR מדידות שניתן לבצע לפני ואחרי ביטוי יתר באמצעות הטכנולוגיה שתוארה בכתב יד זה.
Protocol
Representative Results
Discussion
המוקד העיקרי של המחקר שלנו היה לבחון את תופעות הנשימה של איתות לפטין ב-CB. מספר פרוטוקולים פותחו כדי להעריך את התפקיד של לפטין בצורה מכניסטית. ראשון, התרומה הספציפית של CB ל HVR נותחו על ידי כימות זהיר של HVR במהלך 2 הדקות הראשונות של חשיפה ארוי. שנית, הרלוונטיות של ה-CB בלפטין-בתיווך השליטה בנשימה …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
R01HL138932, RO1HL133100, RO1HL128970, AHACDA34700025
Materials
| 1ml Insulin Syringes | BD Biosciences | 309311 | |
| 1x PBS (pH 7.4) | Gibco | 10010-023 | 500 ml |
| Ad-Lacz | Dr. Christopher Rhodes (University of Chicago) | 1×1010 pfu/ml | |
| Ad-LepRb-GFP | Vector Biolabs | ADV-263380 | 2-5×1010 pfu/ml |
| Anesthetic cart | Atlantic Biomedical | ||
| Betadine | Purdue Products Ltd. | 12496-0757-5 | |
| Buprenorphine (Buprenex) | Reckitt Benckiser Healthcare Ltd. | 12496-0757-5 | 0.3mg/ml |
| C57Bl/6J | Jackson laboratory | 000664 | Mice Strain |
| Cotton Gauze Sponges | Fisherbrand | 22-362-178 | |
| db/db | Jackson laboratory | 000697 | Mice Strain |
| Ethanol | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
| Isoflurane | Vetone | 502017 | |
| Lab Chart | Data Science International (DSI) | Software | |
| Matrigel Matrix | BD Biosciences | 356234 | |
| Micro Spring Scissors | World Precision Instruments (WPI) | 14124 | |
| Mouse Ox Plus | STARR Life Sciences Corp. | Software | |
| Mouse Ox Plus Collar Sensor | STARR Life Sciences Corp. | 015022-2 | Medium Collar Clip Special 7” |
| Mouse Whole Body Plethysmography Chamber | Data Science International (DSI) | PLY3211 | |
| Ohio Care Plus Incubator | Ohmeda | HCHD000173 | |
| Operating Scissors | World Precision Instruments (WPI) | 501753-G | Straight |
| Osmotic Pump | Alzet | 1003D | 1ul per hour, 3 days |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P4557 | |
| Recombinant Mouse Leptin protein | R&D systems | 498-OB-05M | 5mg |
| Saline | RICCA Chemical | 7210-16 | 0.9% Sodium Chloride |
| Sterile Surgical Suture | DemeTech | DT-639-1 | Silk, size 6-0 |
| Thermometer | Innovative Calibration Solutions (INNOCAL) | EW 20250-91 |
References
- O’donnell, C. P., et al. Leptin prevents respiratory depression in obesity. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 159, 1477-1484 (1999).
- Polotsky, V. Y., et al. Female gender exacerbates respiratory depression in leptin-deficient obesity. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 164, 1470-1475 (2001).
- Bassi, M., et al. Central leptin replacement enhances chemorespiratory responses in leptin-deficient mice independent of changes in body weight. Pflügers Archiv: European Journal of Physiology. 464, 145-153 (2012).
- Inyushkina, E. M., Merkulova, N. A., Inyushkin, A. N. Mechanisms of the respiratory activity of leptin at the level of the solitary tract nucleus. Neuroscience and Behavioral Physiology. 40, 707-713 (2010).
- Considine, R. V., et al. Serum immunoreactive-leptin concentrations in normal-weight and obese humans. New England Journal of Medicine. 334, 292-295 (1996).
- Maffei, M., et al. Leptin levels in human and rodent: measurement of plasma leptin and ob RNA in obese and weight-reduced subjects. Nature Medicine. 1, 1155-1161 (1995).
- Phipps, P. R., Starritt, E., Caterson, I., Grunstein, R. R. Association of serum leptin with hypoventilation in human obesity. Thorax. 57, 75-76 (2002).
- Berger, S., Polotsky, V. Y. Leptin and Leptin Resistance in the Pathogenesis of Obstructive Sleep Apnea: A Possible Link to Oxidative Stress and Cardiovascular Complications. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2018, 5137947 (2018).
- Ribeiro, M. J., et al. High fat diet blunts the effects of leptin on ventilation and on carotid body activity. The Journal of Physiology. 96, 3187-3199 (2018).
- Yuan, F., et al. Leptin signaling in the carotid body regulates a hypoxic ventilatory response through altering TASK channel expression. Frontiers in Physiology. 9, 249 (2018).
- Caballero-Eraso, C., et al. Leptin acts in the carotid bodies to increase minute ventilation during wakefulness and sleep and augment the hypoxic ventilatory response. The Journal of Physiology. 591, 151-172 (2018).
- Jun, J. C., Shin, M. K., Yao, Q., Devera, R., Fonti-Bevans, S., Polotsky, V. Y. Thermoneutrality modifies the impact of hypoxia on lipid metabolism. American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism. 304, 424-435 (2012).
- Polotsky, V. Y., et al. Impact of interrupted leptin pathways on ventilatory control. Journal of Applied Physiology. 96, 991-998 (2004).
- Pho, H., et al. The effect of leptin replacement on sleep-disordered breathing in the leptin-deficient ob/ob mouse. Journal of Applied Physiology. 120, 78-86 (2016).
- Hernandez, A. B., et al. Novel whole body plethysmography system for the continuous characterization of sleep and breathing in a mouse. Journal of Applied Physiology. 112, 671-680 (2012).
- Powell, F. L., Milsom, W. K., Mitchell, G. S. Time domains of the hypoxic ventilatory response. Respiration Physiology. 112, 123-134 (1998).
- Drorbaugh, J. E., Fenn, W. O. A barometric method for measuring ventilation in newborn infants. Pediatrics. 16, 81-87 (1955).
- Duffin, J. Measuring the ventilatory response to hypoxia. The Journal of Physiology. 587, 285-293 (2007).
- Teppema, L. J., Dahan, A. The Ventilatory Response to Hypoxia in Mammals: Mechanisms, Measurement, and Analysis. Physiological Reviews. 90, 675-754 (2010).
- Nurse, C. A., Fearon, I. M. Carotid body chemoreceptors in dissociated cell culture. Microscopy Research and Technique. 59, 249-255 (2002).
- Kumar, P., Prabhakar, N. R. Peripheral chemoreceptors: function and plasticity of the carotid body. Comprehensive Physiology. 2, 141-219 (2012).
- Roux, J. C., Peyronnet, J., Pascual, O., Dalmaz, Y., Pequignot, J. M. Ventilatory and central neurochemical reorganisation of O2 chemoreflex after carotid sinus nerve transection in rat. The Journal of Physiology. 522, 493-501 (2000).
