Studie von In Vivo Metabolismus von Glukose in fettreichen Diät gefüttert Mäuse mit oralen Glukosetoleranztest (OGTT) und Insulin-Toleranz-Test (ITT)
Summary
Der aktuelle Artikel beschreibt die Erzeugung und metabolische Charakterisierung von fettreichen Diät gefütterten Mäusen als Modell für Diät-induzierten Insulinresistenz und Fettleibigkeit. Freuen Sie sich auf weitere detaillierte Protokolle, um die oralen Glukose-Toleranz-Test und die Insulin-Toleranz-Test, Ganzkörper-Veränderungen der Glukose Stoffwechsel in VivoÜberwachung durchführen.
Abstract
Adipositas ist den wichtigste einzelnen Risikofaktor in der Pathogenese des Typ 2 Diabetes, eine Krankheit, die durch eine Resistenz gegen Insulin stimuliert Glukoseaufnahme und eine grobe Dekompensation der systemischen Glukosestoffwechsel auszeichnet. Trotz erheblicher Fortschritte im Verständnis der Glukose-Stoffwechsel bleiben die molekularen Mechanismen der seine Regelung in Gesundheit und Krankheit untersucht, während neue Ansätze zur Vorbeugung und Behandlung von Diabetes dringend benötigt werden. Abgeleitete Glukose die Bauchspeicheldrüse Sekretion von Insulin stimuliert, dient als der wichtigste Regulator der zellulären anabole Prozesse während der gefüttert-Zustand und damit den Blutzucker Ernährung Ebenen um systemische Energiestatus aufrecht zu erhalten. Chronische Überfütterung Auslöser Meta-Entzündung, führt zu Veränderungen im peripheren Insulin-Rezeptor-assoziierten Signal- und reduziert somit die Empfindlichkeit gegenüber Insulin-vermittelte Glukose zur Verfügung. Diese Ereignisse führen letztendlich zu erhöhten Nüchtern-Glukose und Insulinspiegel sowie eine Reduktion in Glukose-Toleranz, die wiederum als wichtige Indikatoren der Insulin-Resistenz dienen. Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Erzeugung und metabolische Charakterisierung der fettreiche Diät (HFD)-gefüttert Mäuse als häufig verwendete Modell der Diät-induzierten Insulin-Resistenz. Wir zeigen im Detail die oralen Glukosetoleranztest (OGTT), die periphere entsorgen ein oral verabreichtes Glukose Belastung und Insulin-Sekretion im Laufe der Zeit überwacht. Darüber hinaus präsentieren wir ein Protokoll für die Insulin-Toleranz-Test (ITT), Ganzkörper-Insulinwirkung zu überwachen. Zusammen repräsentieren diese Methoden und ihre nachgelagerten Anwendungen leistungsstarke Tools zur Charakterisierung des allgemeine metabolische Phänotyps von Mäusen sowie, insbesondere Veränderungen im Metabolismus von Glukose zu beurteilen. Sie können besonders nützlich sein, in den breiten Forschungsfeld der Insulinresistenz, Diabetes und Fettleibigkeit, ein besseres Verständnis der Pathogenese sowie hinsichtlich der Auswirkungen der therapeutische Interventionen zu testen.
Introduction
In der entwickelten Welt erreicht Adipositas und Diabetes epidemische Dimensionen aufgrund von Bewegungsmangel und dem übermäßigen Konsum von verarbeiteten Lebensmitteln, Effekte, die durch schnelle Verstädterung, Industrialisierung, sowie Globalisierung getrieben werden. Obwohl Forschung auf Insulin-Resistenz und seine Komorbiditäten, wie z. B. Hyperlipidämie und Atherosklerose, hat erlangte Bekanntheit in den letzten Jahrzehnten die komplexen biologischen Mechanismen, die regulieren den Stoffwechsel in Gesundheit und Krankheit bleiben unvollständig verstanden und es gibt noch ein dringender Bedarf an neuen Behandlungsmethoden zur Prävention und Behandlung dieser Krankheiten1.
Insulin und seine counter-regulatory Hormon Glucagon dienen als die wichtigsten Regulatoren der zellulären Energie Versorgung und Makronährstoff Gleichgewicht, damit gleichzeitig die richtige systemische Blut Glukose Konzentrationen2. Glukose selbst fungiert als eines der wichtigsten Stimulatoren der Insulin-Sekretion von β-Zellen der Bauchspeicheldrüse, während andere Makronährstoffe, Humorale Faktoren sowie der neuronalen Input weiter diese Antwort ändern. Insulin löst folglich die anabolen Prozesse des Staates, genährt durch die Diffusion des überschüssigen Blutzuckers in Muskel- und Fettzellen zu erleichtern und weitere Aktivierung Glykolyse sowie Protein oder Fettsäure-Synthese bzw.. Darüber hinaus unterdrückt Insulin hepatische Glukose Ausgabe durch Hemmung der Glukoneogenese. Chronische überschüssige Energieverbrauch und Meta-Entzündung führen zu Hyperinsulinämie und periphere Insulinresistenz durch die Down-Regulierung der Insulin-Rezeptor-Expression sowie Änderungen im nachgeschalteten Signalwege, wodurch sich beeinträchtigt Empfindlichkeit gegenüber Insulin-vermittelte Glukose-Entsorgung sowie unzureichende Hemmung der hepatischen Glukose Produktion3,4,5,6.
Eine breite Palette von Tiermodellen mit genetischen, Ernährungs- oder experimentelle Induktion von Krankheit erwiesen sich als hervorragendes Werkzeug, um die molekularen Mechanismen der Insulin-Resistenz und verschiedene Formen von Diabetes sowie die begleitenden Erkrankungen7 studieren werden . Ein Paradebeispiel ist die weit verbreitete und etablierte HFD-induzierte Mausmodell, charakterisiert durch schnelle Gewichtszunahme durch erhöhte Nahrungsaufnahme in Kombination mit reduzierten Stoffwechseleffizienz, wodurch Insulin Widerstand8, 9. sowohl bei Tiermodellen und beim Menschen, eine Erhöhung der Fastende Glukose und Insulin Blutspiegel, sowie ein eingeschränkter Toleranz gegenüber Glukose Verwaltung sind häufig verwendete Indikatoren der Insulin-Resistenz und andere systemische Veränderungen der Glukose Stoffwechsel. Blut Glukose und Insulin Überwachungsstufen an den basalen Zustand oder nach der Stimulation sind daher bequem auslesen.
Dieses Protokoll beschreibt die Generation der HFD gefütterten Mäusen sowie zwei häufig verwendete Methoden, den oralen Glukosetoleranztest (OGTT) und der Insulin Resistenz-Test (ITT), die nützlich, die metabolische Phänotyp zu charakterisieren und zu untersuchen sind Veränderungen im Glukosestoffwechsel. Wir beschreiben den OGTT im Detail, die die Entsorgung von ein oral verabreichtes Glukose Belastung und Insulin-Sekretion im Laufe der Zeit bewertet. Darüber hinaus bieten wir Anweisungen darüber, wie die ITT zur Insulinwirkung Ganzkörper-Untersuchung durch die Überwachung der Konzentration im Blut Glukose als Reaktion auf einen Bolus Insulin führen. Die in diesem Artikel beschriebenen Protokolle sind gut etabliert und wurden in mehreren Studien10,11,12verwendet. Neben geringfügigen Änderungen, die dazu beitragen können, um Erfolg zu erhöhen, bieten wir Richtlinien für experimentelles Design und Datenanalyse sowie nützliche Hinweise auf mögliche Fallstricke zu vermeiden. Die hier beschriebenen Protokolle kann sehr mächtige Werkzeuge, um den Einfluss von genetischen, pharmakologische, diätetische und andere Umweltfaktoren auf ganzen Körper Glukose-Stoffwechsel und seine assoziierten Erkrankungen wie z. B. Insulin-Resistenz zu untersuchen. Zusätzlich zur Stimulation mit Glukose oder Insulin kann eine Vielzahl von anderen Verbindungen zur Stimulation abhängig vom Zweck der einzelnen Forschung verwendet werden. Obwohl außerhalb des Geltungsbereichs dieser Handschrift, können viele andere downstream-Anwendungen auf den gezogenen Blutproben, wie die Analyse der Blutwerte als Glukose und Insulin (z.B., Lipid und Lipoprotein-Profile) sowie detaillierte durchgeführt werden Analyse der Stoffwechselmarker (z. B.durch quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction (PCR), Western-Blot Analyse und Enzyme-Linked Immunosorbentprobe Assay (ELISA)). Weitere flow Cytometry und Fluoreszenz aktiviert Zelle sortieren (FACS) angewandt werden, um die Effekte in verschiedene einzelne Zellpopulationen zu untersuchen, während transkriptomischen, Proteomik und Metabolomic Ansätze auch für ungezielte Analyse genutzt werden können.
Alles in allem bieten wir ein einfaches Protokoll um HFD-induzierte Mausmodell zu generieren, bei der weiteren Beschreibung zwei leistungsstarke Ansätze zur Untersuchung Ganzkörper-Stoffwechselveränderungen, die OGTT und der ITT, die nützliche Werkzeuge für das Studium der Pathogenese der Krankheit sein kann und Entwicklung neuer Therapien, vor allem im Bereich der Stoffwechsel-assoziierten Erkrankungen wie Insulinresistenz und Diabetes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mit der hohen Prävalenz von Diabetes und Folgeerkrankungen der Weltbevölkerung ist eine starke Voraussetzung für Forschung Adressierung der molekulare Mechanismus, Prävention und Behandlung von Krankheiten19. Die vorgestellte Protokoll beschreibt bewährte Methoden für die Erzeugung von HFD Mäuse, ein robustes Tiermodell zur metabolischen Forschung sowie die Durchführung des OGTT und ITT, die mächtige Werkzeuge für die Bewertung der Ganzkörper-Stoffwechselveränderungen sind wie Insulin-…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde von der medizinischen wissenschaftlichen Fonds des Bürgermeisters der Stadt Wien und der Österreichische Gesellschaft Für Laboratoriumsmedizin Und Klinische Chemie unterstützt.
Materials
| Mouse strain: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 664 | LFD/HFD |
| Accu Chek Performa – Glucometer | Roche | 6870228 | OGTT/ITT |
| Accu Chek Performa – Strips | Roche | 6454038 | OGTT/ITT |
| D-(+)-Glucose solution | Sigma-Aldrich | G8769 | OGTT |
| Actrapid – Insulin | Novo Nordisk | 417642 | ITT |
| Reusable Feeding Needles | Fine Science Tools | #18061-22 | OGTT; 22 gauge (-24 gauge for young mice) |
| Omnifix-Fine dosing syringes | Braun | 9161406V | OGTT/ITT |
| Sterican Insulin needle (30G x 1/3"; ø 0.30 x 13 mm) | Braun | 304000 | ITT; lean mice |
| Sterican (G 27 x 3/4"; ø 0.40 x 20 mm) | Braun | 4657705 | ITT; mice on HFD |
| 96 Well PCR Plates, non-skirted, flexible | Braintree Scientific, Inc. | SP0016 | OGTT |
| Ultrasensitive Mouse Insulin ELISA kit | Crystam Chem | 90080 | OGTT |
| Rodent Diet with 60% kcal% fat | Research Diets Inc | D12492 | mice on HFD |
| Rodent Diet with 10% kcal% fat. | Research Diets Inc | D12450B | mice on LFD |
| BRAND micro haematocrit capillary | Sigma-Aldrich | BR749321 | OGTT/ITT |
| Vaseline – creme | Riviera | P1768677 | OGTT/ITT |
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