Vurdering af murine Motion Endurance uden brug af et chok Grid: Et alternativ til tvungen Motion
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
Brug laboratorium musemodeller er de molekylære veje er ansvarlige for de metaboliske fordele ved udholdenhedstræning begyndt at blive defineret. Den mest almindelige metode til vurdering af motion udholdenhed i mus udnytter tvungen kører på en motoriseret løbebånd er udstyret med et chok gitter. Dyr, der afslutter løb er skubbet af de bevægelige løbebånd bælte på et gitter, der leverer en elektrisk stød i foden; at undslippe den negative stimulus musene tilbage til at køre på båndet. Undgåelse adfærd og psykisk stress som følge af anvendelse af et slagapparat, kan imidlertid forstyrre kvantificering af køre udholdenhed, såvel som forvirre målinger af postexercise serum hormon og cytokinniveauer. Her vil vi demonstrere og validere en raffineret metode til at måle kører udholdenhed hos naive C57BL / 6 laboratorie mus på en motoriseret løbebånd uden at bruge et chok gitter. Når mus preacclimated til løbebånd, de kører frivilligt med gangart hastigheder specifikke for hvert musene. Anvendelse af chok nettet erstattes af blid tilskyndelse af en menneskelig operatør, der anvender en tungespatel, kombineret med følsomhed over for den frivillige vilje til at køre på den del af musen. Klare endepunkter for kvantificering køretid-til-udmattelse for hver mus er defineret og afspejlet i adfærdsmæssige tegn på udmattelse, såsom spredte arbejdsstillinger og besværet vejrtrækning. Denne metode er en human raffinement, som også reducerer forstyrrende virkninger af stress på eksperimentelle parametre.
Introduction
Fedme, insulinresistens og type 2-diabetes er indbyrdes forbundne metaboliske forstyrrelser, der udøver dybtgående virkninger på sundheden hos både USA og på verdensplan populationer 1-4. Udholdenhed motion kan forebygge samt behandle disse betingelser 5,6. Desuden er vurderingen af gangart hastighed og udholdenhed udnyttet klinisk som diagnostiske tests for skrøbelighed, sarkopeni, og følgerne af andre lidelser, såsom kronisk obstruktiv lungesygdom, i menneskelige forsøgspersoner 7.
De biokemiske processer bag de gavnlige virkninger af udholdenhedstræning på kropssammensætning og insulinfølsomhed er begyndt at blive belyst ved hjælp af genetisk eller farmakologisk modificerede mus, der viser øget eller nedsat arbejdskapacitet 8-11. Dog har mange sådanne undersøgelser udnyttes motoriserede løbebånd er udstyret med chok gitre for at tvinge mus til at køre 8-11. Dyr, der afslutter løb bliver skubbet afden bevægelige løbebånd bælte på et gitter, der leverer en elektrisk stød i foden; at undslippe den negative stimulus musene tilbage til at køre på båndet. Sådanne procedurer kan indføre psykisk stress og undgåelse adfærd som forstyrrende faktorer, der påvirker eksperimentelle parametre 12. Andre metoder til måling af udholdenhed, såsom kvantificering af ambulant aktivitet ved hjælp af en stråle-break apparat eller kvantificering af in-bur hjulet kører, kan blive beskæmmet ved graduering af døgnrytmen, angst, utilsigtet uddannelse, eller fødevarer søger adfærd 12-16. Desuden er disse procedurer kræver enkelt kabinet, en anden kilde til psykologisk stress for mus. Derfor er der behov for en direkte måling af motion udholdenhed ikke beskæmmet af stress.
For at undgå disse problemer, har vores laboratorium udviklet og valideret en metode til at vurdere maksimal drift kapacitet og vedvarende løbehastighed i utrænede, naive mus ved hjælp af en motoriseret løbebånd ikke equipped med et chok gitter. Den plads i slutningen af løbebåndet, hvor chok nettet normalt er bosiddende, så bliver en platform for mus til at hvile, og giver et sted for mus, der nægter at køre for at sidde, indtil de fjernes fra apparatet. Mus opfordres til at køre ved en menneskelig observatør, der anvender blid aflytning eller røre ved med en tungeholder, kombineret med følsomhed over for den frivillige vilje til at køre på den del af musen. Denne metode er blevet anvendt til at kvantificere forskelle i udøvelsen udholdenhed mellem genetisk modificerede og styre C57BL / 6 mus, der adskiller sig i ekspression af musklen afledt cytokin interleukin-15 (IL-15) 16,17. Denne metode er en human raffinement, der reducerer forstyrrende virkninger af negativ forstærkning som følge af brug af et chok gitter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beskrevet her er en metode til at vurdere kører frivillig udholdenhed i laboratoriemus under anvendelse af en motoriseret løbebånd uden brug af et chok gitter. Denne metode kan afsløre forskelle mellem sub-linjer af C57BL / 6 mus, der adskiller sig i ekspression af cytokin IL-15, som igen forårsager forskelle i ekspression af faktorer, der ligger til grund for motion udholdenhed 16,17. I overensstemmelse med principperne i "tre R'er" i forsøgsdyrsvidenskab, kan denne metode bruges som en m…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Støttet af Merit anmeldelse # BX001026 fra Institut for Veterans Affairs (LSQ), og anvendelse af ressourcer og faciliteter på VA Puget Sound Health Care System, de transgene Resource Core på University of Washington Nathan Shock Center of Excellence i Basic aldringsbiologi (NIA # 5P30AG-013280) og University of Washington Diabetes Endokrinologi Research Center (NIH # P30 DK-17047). Vi takker Cynthia Pekow DVM og Kari L. Koszdin DVM, VA Puget Sound, forudsat nyttige kommentarer til manuskriptet.
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).
