النهج التجريبي لفحص الإشارات الليبتين في الأجسام السباتية وأثارها علي التحكم في التنفس
Summary
تركز دراستنا علي اثار الليبتين في الجسم السباتي (CB) علي استجابه تنفس نقص الأكسجين (HVR). قمنا بتنفيذ تجارب “فقدان الوظيفة” قياس تاثير الليبتين علي hvr بعد تعصيب CB و ‘ كسب وظيفة ‘ التجارب قياس hvr بعد التعبير المفرط من مستقبلات الليبتين في CB.
Abstract
هرمون ليبتين المنتجة الخلايا الشحمية هو منبه الجهاز التنفسي قويه ، والتي قد تلعب دورا هاما في الدفاع عن وظيفة الجهاز التنفسي في السمنة. الأجسام السباتية (CB) ، وهو الجهاز الرئيسي للحساسية الطرفية نقص الأكسجين ، والتعبير عن ايزوفورم وظيفية طويلة من مستقبلات الليبتين (LepRb) ولكن لم يتم توضيح دور الإشارات الليبتين في السيطرة علي التنفس تماما. درسنا استجابه تنفس نقص الأكسجين (HVR) (1) في الفئران C57BL/6J قبل وبعد ضخ ليبتين في خط الأساس وبعد denervation CB; (2) في leprb-نقص السمنة db/db الفئران في خط الأساس وبعد التعبير الفوقي leprb في CBs. في C57BL/6J الفئران ، وزيادة الليبتين HVR وأثار ليبتين علي HVR تم إلغاؤها بواسطة denervation CB. في db/db الفئران ، التعبير leprb في CB المضافة hvr. ولذلك ، نستنتج ان ليبتين يعمل في CB لزيادة الاستجابات لنقص الأكسجين.
Introduction
أنتجت الخلايا الشحمية هرمون ليبتين يعمل في المهاد لقمع تناول الطعام وزيادة معدل الأيض. وأظهرت الدراسات التي أجريت في مختبرنا1,2 والمحققين الآخرين 3,4 ان ليبتين يزيد من استجابه hypercapnic تنفس (hvr) منع السمنة نقص التهوية في ليبتين نقص السمنة. ومع ذلك, غالبيه الافراد يعانون من السمنة المفرطة لديهم مستويات عاليه من الليبتين البلازما وتظهر مقاومه للآثار الايضيه والتنفسية للهرمون5,6,7,8. مقاومه ليبتين هو متعدد العوامل ، ولكن نفاذيه محدوده من حاجز الدم في الدماغ (BBB) إلى ليبتين يلعب دورا رئيسيا. نقترح ان يعمل الليبتين أدناه BBB في جهاز رئيسي من حساسية نقص الأكسجين المحيطي, الأجسام السباتية (CB), للدفاع عن التنفس في الافراد البدناء. CBs التعبير عن ايزوفورم وظيفية طويلة من مستقبلات ليبتين ، leprب، ولكن دور CB في الآثار التنفسية من ليبتين لم يتم توضيح بما فيه الكفاية9،10.
وكان الهدف من طريقتنا لدراسة تاثير الإشارات ليبتين في CB علي HVR. وكان لدينا الأساس المنطقي لأداء (ا) فقدان الاختبارات الدالة باستخدام الليبتين في الفئران مع الأجسام السباتية السليمة والأجسام السباتية التي تتبعها قياسات HVR. (ب) كسب التجارب الوظيفية في الفئران db/db التي تفتقر leprb، والتي قمنا بقياس hvr في خط الأساس وبعد التعبير عن leprb حصرا في CB. وكان الاستفادة من تقنياتنا ان أجرينا جميع التجارب لدينا في الفئران غير المقيدة غير التخدير اثناء النوم واليقظة. اجري المحققون السابقون تجاربهم تحت التخدير9 أو لم يقيسوا اثار الليبتين اثناء النوم10. الاضافه إلى ذلك ، دراستنا هي الاولي التي تستخدم مكسبا فريدا من نهج وظيفة مع التعبير LepRb انتقائية في CB الموصوفة أعلاه.
في السياق العام ، يمكن تعميم نهجنا علي المستقبلات الأخرى المعرب عنها في CB ودورها في حساسية نقص الأكسجين. يمكن للمحققين ضخ الاربطه إلى مستقبلات الاهتمام وقياس HVR في خط الأساس وبعد denervation CB. وكنهج مكمل ، يمكن المبالغة في التعبير عن مستقبلات الفائدة في قياسات CB و HVR التي يمكن اجراؤها قبل وبعد الإفراط في استخدام التكنولوجيا الموصوفة في هذه المخطوطة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وكان التركيز الرئيسي للدراسة لدينا لدراسة الآثار التنفسية من الإشارات الليبتين في CB. وقد وضعت عده بروتوكولات لتقييم دور ليبتين بطريقه ميكانيكيه. أولا ، تم تحليل مساهمه محدده من CB إلى HVR عن طريق التقدير الدقيق لل HVR خلال أول 2 دقيقه من التعرض لنقص الأكسجين. ثانيا ، تم فحص اهميه CB في تنظيم التح…
Declarações
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 |
Referências
- 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).
