Karotis Cisimlerinde Leptin Sinyalizasyonunu Ve Solunum Kontrolüüzerindeki Etkilerini İncelemek İçin Deneysel Yaklaşım
Summary
Çalışmamız da karotis cisimdeki leptin sinyalinin (CB) hipoksik ventilatör yanıtı (HVR) üzerine etkileri üzerinde yoğunlaştır. CB denervasyonu ndan sonra leptinin HVR üzerindeki etkisini ölçen ‘fonksiyon kaybı’ deneyleri ve CB’deki leptin reseptörünün aşırı ekspresyonundan sonra HVR’ı ölçen ‘fonksiyon kazancı’ deneyleri yaptık.
Abstract
Bir adiposit üretilen hormon leptin güçlü bir solunum uyarıcı, obezite solunum fonksiyonunu savunmada önemli bir rol oynayabilir. Periferik hipoksik duyarlılığın önemli bir organı olan karotis cisim (CB), leptin reseptörünün uzun fonksiyonel izoformunu ifade eder (LepRb) ancak solunum kontrolünde leptin sinyalizasyonunun rolü tam olarak açıklanmamıştır. C57BL/6J farelerde bazinde ve CB denervasyonundan sonra leptin infüzyonu öncesi ve sonrası hipoksik ventilatör yanıtı (HVR) (1) incelendi; (2) LepRb-eksik obez db/db farelerde taban çizgisi ve CB’lerde LepRb aşırı ekspresyonu sonrası. C57BL/6J farelerde leptin hvr artmış ve leptinin HVR üzerindeki etkileri CB denervile ortadan kaldırılmıştır. Db/db farelerde CB’deki LepRb ifadesi HVR’yi artırdı. Bu nedenle, leptin in CB’de hipoksiye verilen yanıtları arttırdığı sonucuna varıyoruz.
Introduction
Bir adiposit üretilen hormon leptin hipotalamus gıda alımını bastırmak ve metabolik hızı artırmak için hareket eder. Laboratuvarımızda yapılan çalışmalar1,2 ve diğer araştırmacılar tarafından3,4 leptin hiperkapnik ventilatör yanıtı artırır gösterdi (HVR) leptin obezite hipoventilasyon önlenmesi eksik obezite. Ancak, obez bireylerin çoğunluğu yüksek plazma leptin düzeyleri var ve hormon metabolik ve solunum etkilerine direnç göstermek5,6,7,8. Leptin direnci multifaktöriyel, ancak kan-beyin bariyerinin sınırlı geçirgenliği (BBB) leptin önemli bir rol oynar. Leptinin obez bireylerde solunumu savunmak için periferik hipoksik duyarlılık, karotis cisim (CB) önemli bir organda BBB altında hareket etmesini öneriyoruz. CBs leptin reseptörünün uzun fonksiyonel izoformunu ifade, LepRb, ancak leptin solunum etkileri CB rolü yeterince açıklanmış olmamıştır9,10.
Yöntemimizin amacı CB’deki leptin sinyalinin HVR üzerindeki etkisini incelemekti. Mantığımız (a) farelerde bozulmamış karotis cisimleri ve denervated karotis cisimleri ile HVR ölçümleri ile leptin infüzyon fonksiyon deneyleri kaybı gerçekleştirmek oldu; (b) LepRb’denyoksun db/db farelerde fonksiyon deneylerinin kazanımı, hvr’ı taban çizgisinde ve LepRb’nin sadece CB cinsinden ifadesinden sonra ölçtük. Tekniklerimizin avantajı, tüm deneylerimizi uyku ve uyanıklık sırasında kontrolsüz anestezisiz farelerde yapmamızdı. Önceki araştırmacılar ya anestezi altında deneylerini yaptı9 veya uyku sırasında leptin etkilerini ölçmek vermedi10. Buna ek olarak, çalışmamız yukarıda açıklanan CB seçici LepRb ifadesi ile fonksiyon yaklaşımıbenzersiz bir kazanç kullanmak için ilk.
Geniş bağlamda, yaklaşımımız CB ile ifade edilen diğer reseptörlere ve hipoksik duyarlılıktaki rollerine genellenebilir. Araştırmacılar ilgi reseptörüne bir ligand aşılayabilir ve temel ve CB denervasyon sonra HVR ölçmek. Tamamlayıcı bir yaklaşım olarak, cb ve HVR ölçümlerinde ilgi reseptörü aşırı ifade edilebilir önce ve bu makalede açıklanan teknolojiile aşırı ekspresyon dan sonra yapılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çalışmamızın ana odak noktası CB’de leptin sinyalinin solunum etkilerini incelemekti. Çeşitli protokoller mekanistik bir şekilde leptin rolünü değerlendirmek için geliştirilmiştir. İlk olarak, CB’nin HVR’ye özel katkısı hipoksik maruziyetin ilk 2 dakikasında HVR’nin dikkatli bir şekilde ölçülmesi ile analiz edildi. İkinci olarak, solunum kontrolünün leptin aracılı yukarı düzenlenmesinde CB’nin önemi iki tamamlayıcı yaklaşımla incelenmiştir. Düşük leptin düzeylerine sahip yalın ya…
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).
