Создание устройства для депривации сна у мышей
Summary
В настоящем протоколе описывается метод создания экономически эффективного устройства на основе платформы Rocker, используемого для индуцирования депривации сна у мышей. Это устройство доказало свою эффективность в вызывании нарушений в режиме сна, подтвержденном электроэнцефалограммой (ЭЭГ), а также в индуцировании метаболических и молекулярных изменений, связанных с депривацией сна.
Abstract
Нарушение циркадного ритма относится к рассинхронизации между внешней средой или поведением и эндогенными молекулярными часами, что значительно ухудшает здоровье. Недосыпание является одной из наиболее распространенных причин нарушения циркадного ритма. Сообщалось о различных способах (например, платформы на воде, мягкое обращение, скользящие стержневые камеры, вращающиеся барабаны, орбитальные шейкеры и т. д.) для индуцирования депривации сна у мышей, чтобы исследовать его влияние на здоровье. В настоящем исследовании представлен альтернативный метод депривации сна у мышей. Было разработано автоматизированное устройство на основе платформы коромысел, которое является экономичным и эффективно нарушает сон у мышей, содержащихся в группе, через регулируемые промежутки времени. Это устройство вызывает характерные изменения недосыпания с минимальной реакцией на стресс. Следовательно, этот метод может оказаться полезным для исследователей, заинтересованных в изучении влияния и лежащих в их основе механизмов депривации сна на патогенез многих заболеваний. Кроме того, это экономичное решение, особенно когда требуется параллельная работа нескольких устройств для лишения сна.
Introduction
Нарушение циркадного ритма относится к рассинхронизации между внешней средой или поведением и эндогенными биологическими часами. Одной из наиболее распространенных причин нарушения циркадного ритма является недостатоксна1. Недосыпание не только негативно сказывается на здоровье человека, но и значительно повышает риск многих заболеваний, в том числерака2 и сердечно-сосудистыхзаболеваний3. Тем не менее, механизмы, лежащие в основе пагубных последствий лишения сна, остаются в значительной степени неизвестными, и создание моделей депривации сна имеет важное значение для улучшения нашего понимания в этом отношении.
Сообщалось о различных методах депривации сна у мышей, таких как использование водных платформ4, бережное обращение5, скользящие стержневые камеры6, вращающиеся барабаны7 и протоколы перемешивания клеток 5,8,9. Раздвижные стержневые камеры автоматически перемещают прутья по дну клетки, заставляя мышей ходить по ним и бодрствовать. Протоколы перемешивания в клетке включают размещение клеток на лабораторных орбитальных шейкерах, что приводит к эффективному нарушению сна. Несмотря на то, что эти методы являются автоматическими и эффективными, они могут быть дорогостоящими, когда требуется параллельная работа нескольких устройств, особенно для конкретных исследований, в которых участвует большое количество мышей, лишенных сна, необходимых для профилирования циркадных генов. С другой стороны, водные платформы и протоколы бережного обращения являются более дешевыми и простыми методами, обычно используемыми для того, чтобы вызвать лишение сна. Тем не менее, водная платформа не позволяет автоматически контролировать заранее заданные циклы депривации-отдыха10,11, и бережное обращение требует от исследователей постоянной бдительности, чтобы нарушить сон. Кроме того, другие модальности, такие как вращающиеся барабаны, могут быть искажены социальной изоляциейили стрессом.
Вдохновленные орбитальным встряхивающим методом, мы стремимся внедрить протокол для создания устройства на основе рокера для депривации сна у мышей. Этот метод дешевый, эффективный, минимально стрессовый, контролируемый и автоматизированный. Нынешний протокол позволяет создать устройство на базе рокеровой платформы по стоимости примерно в десять раз дешевле, чем у орбитальных шейкеров, исходя из нашей доступности. Это устройство эффективно нарушало сон у мышей, содержащихся в группах, и вызывало характерные изменения депривации сна с минимальной реакцией на стресс. Она будет особенно полезна исследователям, заинтересованным в изучении влияния и лежащих в ее основе механизмов депривации сна на патогенез множественных заболеваний, особенно когда исследование включает в себя параллельную депривацию сна в нескольких группах.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мышиные модели депривации сна необходимы для изучения влияния нарушения сна на различные заболевания, включая сердечно-сосудистые заболевания21, психические состояния22 и неврологические расстройства23. Среди существующих стратегий лишения сна у…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантами Национального фонда естественных наук Китая (82230014, 81930007, 82270342), Шанхайской программы выдающихся академических лидеров (18XD1402400), Комиссии по науке и технологиям муниципалитета Шанхая (22QA1405400, 201409005200, 20YF1426100), Шанхайской программы талантов Пуцзян (2020PJD030), SHWSRS (2023-62), Шанхайского центра клинических исследований старения и медицины (19MC1910500) и Программы последипломных инноваций Медицинского колледжа Бенбу (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).
