Évaluation des murin exercice d'endurance sans l'utilisation d'une grille de choc: une alternative à l'exercice forcé
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
En utilisant des modèles de souris de laboratoire, les voies moléculaires responsables des avantages métaboliques de l'exercice d'endurance commencent à être défini. La méthode la plus courante pour évaluer l'exercice d'endurance chez les souris utilise des contraint courir sur un tapis roulant motorisé équipé d'une grille de choc. Les animaux qui quittent la course sont poussées par la ceinture mobile du tapis de course sur une grille qui délivre un choc électrique pied; d'échapper au stimulus négatif, les souris retournent à courir sur la courroie. Cependant, le comportement d'évitement et de stress psychologique en raison de l'utilisation d'un appareil de choc peuvent interférer avec la quantification de la course d'endurance, ainsi que des mesures de confondre hormones et cytokines taux sériques après l'exercice. Ici, nous démontrons et de valider une méthode raffinée de mesurer course d'endurance dans naïfs souris C57BL / 6 en laboratoire sur un tapis roulant motorisé sans l'utilisation d'une grille de choc. Lorsque les souris sont preacclimated sur le tapis roulant, ils courent volontairement démarche vitesses spécifiques à chaque mouse. Utilisation de la grille de choc est remplacé par un encouragement douce par un opérateur humain en utilisant un abaisse-langue, couplé avec une sensibilité à la volonté volontaire pour fonctionner sur la partie de la souris. Critères d'évaluation clairs pour quantifier le temps à l'épuisement pour chaque souris exécution sont définis et pris en compte dans des signes comportementaux d'épuisement tels que la posture évasée et une respiration laborieuse. Cette méthode est une amélioration humaine qui diminue également les effets confondants de stress sur les paramètres expérimentaux.
Introduction
L'obésité, la résistance à l'insuline, et le diabète de type 2 sont des troubles métaboliques interdépendantes qui exercent des effets profonds sur la santé des États-Unis et les populations mondiales 1-4. Endurance exercice peut prévenir, ainsi que pour traiter, ces conditions 5,6. En outre, l'évaluation de la vitesse de marche et l'endurance sont utilisés comme tests cliniques de diagnostic pour la fragilité, la sarcopénie, et les conséquences d'autres troubles tels que la maladie pulmonaire obstructive chronique, chez des sujets humains 7.
Les voies biochimiques sous-jacents aux effets bénéfiques de l'exercice d'endurance sur la composition corporelle et la sensibilité à l'insuline commencent à être élucidés, en utilisant des souris génétiquement ou pharmacologiquement modifiés affichage amélioré ou réduit la capacité d'effort 8-11. Cependant, nombre de ces études ont utilisé des tapis roulants motorisés équipés de grilles de choc pour forcer la souris pour lancer 8-11. Les animaux qui quittent la course sont poussés parla courroie mobile du tapis de course sur une grille qui délivre un choc électrique pied; d'échapper au stimulus négatif, les souris retournent à courir sur la courroie. Ces procédures peuvent introduire un stress psychologique et le comportement d'évitement comme facteurs de confusion touchant paramètres expérimentaux 12. D'autres méthodes de mesure de l'endurance, comme la quantification de l'activité ambulatoire en utilisant un appareil faisceau-break ou la quantification des en-cage roue tourne, peuvent être confondus par la modulation des rythmes circadiens, l'anxiété, la formation par inadvertance, ou de la nourriture comportement de recherche 12-16. De plus, ces procédures nécessitent un hébergement individuel, une autre source de stress psychologique chez la souris. Par conséquent, une mesure directe de l'exercice d'endurance pas confondu par le stress est nécessaire.
Pour remédier à ces préoccupations, notre laboratoire a développé et validé une méthode pour évaluer la capacité de fonctionnement maximale et durable vitesse de course chez les souris non formés, naïfs en utilisant un tapis roulant motorisé pas équipé avec une grille de choc. L'espace à la fin de la courroie, où la grille de choc réside habituellement, devient alors une plate-forme pour les souris pour se reposer, et fournit un endroit pour les souris qui refusent de fonctionner à siéger jusqu'à l'enlèvement de l'appareil. Les souris sont encouragées à utiliser par un observateur humain en utilisant tapotant doucement ou de toucher avec un abaisse-langue, couplé avec une sensibilité à la volonté volontaire pour fonctionner sur la partie de la souris. Cette méthode a été utilisée pour quantifier les différences dans l'exercice d'endurance entre les souris C57BL / 6, génétiquement modifiée et à contrôler qui diffèrent dans l'expression de la cytokine muscle dérivé de l'interleukine-15 (IL-15) 16,17. Cette méthode est une amélioration humaine qui diminue les effets confondants de renforcement négatif causé par l'utilisation d'une grille de choc.
Protocol
Representative Results
Discussion
Décrit ici est un procédé pour évaluer l'endurance de roulement volontaire chez la souris de laboratoire au moyen d'un tapis roulant motorisé sans l'utilisation d'une grille de choc. Cette méthode peut révéler des différences entre les sous-lignes de souris C57BL / 6 qui diffèrent dans l'expression de la cytokine IL-15, qui à son tour provoque des différences dans l'expression de facteurs sous-jacents à l'exercice d'endurance 16,17. En accord avec les principes de …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Soutenu par l'examen du mérite # BX001026 du ministère des Anciens Combattants (LSQ), et l'utilisation des ressources et des installations au système de soins de santé VA Puget Sound, le Core transgénique ressources de l'Université de Washington Amortisseur central Nathan d'excellence dans la biologie fondamentale du vieillissement (NIA # 5P30AG-013280), et l'Université de Washington Diabète Endocrinologie Research Center (NIH # P30 DK-17047). Nous remercions Cynthia Pekow DVM et Kari L. Koszdin DVM, VA Puget Sound, ont fourni des commentaires utiles sur le manuscrit.
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).
