تكوين الجسم والتحليل الأيضي حبس في الفئران بنك الاحتياطي الفيدرالي الدهون عالية
Summary
ويصف هذا البروتوكول استخدام محلل تكوين الهيئة والأيضية نظام الرصد الحيوانية لتحديد خصائص تكوين الجسم والمعلمات الأيضي في الفئران. يتم استخدام نموذج السمنة الناجمة عن التغذية بالدهون كمثال لتطبيق هذه التقنيات.
Abstract
تعديلات على تكوين الجسم (كتلة الدهون أو الهزيل)، معلمات الأيضية مثل استهلاك الأوكسجين الجسم كله ونفقات الطاقة، واستخدام الركيزة، والسلوكيات مثل تناول الطعام والنشاط البدني يمكن أن توفر معلومات هامة بشأن الآليات الكامنة للمرض. ونظرا لأهمية تكوين الجسم والتمثيل الغذائي إلى تطور السمنة وعن عقابيل اللاحقة، من الضروري أن تجعل مقاييس دقيقة لهذه المعلمات في إعداد البحوث السريرية قبل. أوجه التقدم في التكنولوجيا على مدى العقود القليلة الماضية جعلت من الممكن اشتقاق هذه التدابير في نماذج القوارض بطريقة غير الغازية والطولية. ونتيجة لذلك، أثبتت هذه التدابير الأيضية مفيدة عند تقييم استجابة التلاعبات الجينية (الفئران على سبيل المثال الضربة القاضية أو المحورة وراثيا، والفيروسية ضربة إلى أسفل أو overexpression من الجينات)، وفحص المخدرات/مجمع التجريبية والغذائية، التدخلات السلوكية أو البدنية نشاط. وهنا، نحن تصف البروتوكولات المستخدمة لقياس مكونات الجسم والايض المعلمات باستخدام نظام الرصد في تشاو التي تغذيها وارتفاع الدهون الفئران حمية تغذية حيوان.
Introduction
ويدعم الأيض جوانب كثيرة من الخلوي الطبيعي والجهاز وفسيولوجيا الجسم كله. ونتيجة لذلك، في الإعداد لمختلف الأمراض، تعديلات على التمثيل الغذائي قد تسهم مباشرة في الشرط الأساسي، أو قد يتأثر سلبا كأثر جانبي لعلم الأمراض. تقليديا، الأيضية للبحث والدراسات في ميزان الطاقة قد تركزت في مجال السمنة والشروط ذات الصلة مثل مقاومة الأنسولين، ما قبل السكري، التعصب السكر وأمراض القلب والأوعية الدموية، والسكري. هذه البحوث ما يبرره نظراً لتصاعد انتشار مثل هذه الشروط في جميع أنحاء العالم، والفرد، والمجتمعية، والتكاليف الاقتصادية تلحق هذه الشروط. على هذا النحو، وضع استراتيجيات وقائية وعلاجية جديدة للسمنة الهدف هدف مستمر في مختبرات البحوث في جميع أنحاء العالم، ونماذج الماوس الإكلينيكية بشدة الاعتماد على هذه الدراسات.
بينما تزن الفئران يوفر تقييم موثوق لزيادة الوزن أو الخسارة، فإنه لا يوفر توزيع للعناصر المختلفة التي تقوم بإنشاء تكوين الجسم كله (كتلة الدهون، الجماهيري الهزيل، والمياه مجاناً، فضلا عن عناصر أخرى مثل الفراء ومخالب). أن ترجيح منصات الدهون في استكمال الدراسات مرة واحدة الماوس المتوفى يوفر مقياس دقيق لمستودعات الدهون المختلفة بل يمكن فقط تقديم البيانات لنقطة مرة واحدة. نتيجة لذلك، من الضروري غالباً انتساب الأفواج المتعددة للتحقيق في وضع السمنة على مر الزمن، إلى حد كبير تزايد إعداد الحيوانات، والوقت والتكاليف. استخدام الأشعة السينية المزدوجة الطاقة absorptiometry (DEXA) يقدم نهجاً لتقييم محتويات الدهون والعجاف أنسجة الجسم ويسمح للباحث للحصول على البيانات بطريقة طولية. ومع ذلك، يتطلب الإجراء الفئران تخديره1، ونوبات متكررة من التخدير قد أثر تراكم الأنسجة الدهنية أو تؤثر على الجوانب الأخرى للتنظيم الأيضي. ويستخدم اتشومري ريلاكسوميتري الرنين المغناطيسي النووي لقياس كتلة الدهون والهزيل والماء مجاناً، والمحتوى الإجمالي للمياه. وهذا يمكن تحقيقه بسبب إنشاء التباين بين مكونات الأنسجة المختلفة، مع وجود اختلافات في المدة والسعة والتوزيع المكاني للترددات اللاسلكية التي تم إنشاؤها السماح بترسيم والتحديد الكمي لكل نوع من أنواع الأنسجة. هذا الأسلوب مفيد كما أنه غير الغازية، وسريعة وبسيطة ولا تتطلب أي التخدير أو الإشعاع و، الأهم من ذلك، قد تم إيجابيا التحقق من صحتها مقابل التحليل الكيميائي2.
هو أحد الاعتبارات رئيسية للسمنة والبحوث ذات الصلة معادلة توازن الطاقة. بينما تراكم الدهون أكثر تعقيداً من الطاقة بحتة في (تناول الطعام) مقابل الطاقة خارج (نفقات الطاقة)، وعوامل حيوية لتكون قادرة على قياس. نفقات الطاقة اليومية هو مجموع أربعة عناصر مختلفة: (1) نفقات الطاقة القاعدية (يستريح معدل الأيض)؛ (2) نفقات الطاقة نظراً لتأثير الحرارية لاستهلاك الأغذية؛ (3) الطاقة اللازمة ل thermoregulation؛ و (4) الطاقة تنفق على النشاط البدني. كما نفقات الطاقة يولد حرارة، قياس إنتاج الحرارة بحيوان (المعروفة باسم القياس المباشر) يمكن استخدامها لتقييم نفقات الطاقة. وبدلاً من ذلك، قياس الهم وانتهت تركيزات س2 و CO2، يسمح بتحديد الجسم كله س2 CO2 الإنتاج واﻻستهﻻك، يمكن أن تستخدم كوسيلة لقياس غير مباشر (غير المباشرة الحرارة إنتاج القياس) ونتيجة لذلك حساب نفقات الطاقة. زيادة في تناول الطعام أو انخفاض في نفقات الطاقة سوف تعرض الفئران لزيادة الوزن والملاحظات للتغييرات في هذه المعلمات يمكن أن توفر معلومات مفيدة من المحتمل آليات العمل في نماذج معينة من السمنة. معلمة ايضية ذات صلة للفائدة هو نسبة التبادل التنفسي (RER)، مؤشرا على النسبة من الركازة/الوقود (أي من الكربوهيدرات أو الدهون) التي تمر بها عملية التمثيل الغذائي، وتستخدم لإنتاج الطاقة. ونتيجة لذلك، يمكن أن توفر القياس لتناول الطعام (الطاقة المستهلكة) جنبا إلى جنب مع مستويات النشاط البدني واستهلاك2 س، RER ونفقات الطاقة فهم واسع الأيضية الشخصية كائن حي. أسلوب واحد لجمع مثل هذه البيانات هو استخدام حيوان مختبر شامل رصد نظام (البطلينوس)، التي تقوم على أسلوب القياس غير المباشر لقياس نفقات الطاقة ولديها قدرات إضافية لتحديد مستويات النشاط البدني (شعاع فواصل) وتناول الطعام عن طريق جداول إدراجها في غرفة القياس.
في هذا البروتوكول نقدم وصفاً مستقيم إلى الأمام لاستخدام هو محلل تكوين هيئة لتقييم تكوين الجسم في الفئران، ونظام رصد حيوان ايضية لقياس الجوانب المتعلقة بالتمثيل الغذائي. وستناقش الاعتبارات والقيود الخاصة بهذه التقنيات فضلا عن الأساليب المقترحة للتحليل والتفسير، وتمثيل البيانات.
Protocol
Representative Results
Discussion
خطوات حاسمة
البروتوكولات المبينة في هذا التقرير تقديم مثال على طرق لقياس مكونات الجسم ومختلف المعايير الأيضية في الفئران باستخدام وهو محلل تكوين هيئة وحيوان ايضية نظام الرصد. لكل التقنيات، فمن الأهمية الحاسمة لضمان أن تعمل هذه الأجهزة على النحو الأمثل، للقيام به…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نشكر الموظفين من “البحوث الطبية الفريد” وفريق “خدمات التعليم المخفر الحيوان” (AS أمريب) لما قدمته من المساعدة ورعاية الفئران المستخدمة في هذه الدراسة والدعم لنظام “دعم البنية التحتية التشغيلية” من الدولة الفيكتوري الحكومة.
Materials
| 4 in 1 system | EchoMRI | 4 in 1 system | Whole body composition analyser |
| Canola oil test sample (COSTS) | EchoMRI | Mouse-specific (contact company for cat number) | |
| Animal specimen holder | EchoMRI | 103-E56100R | |
| Delimiter | EchoMRI | 600-E56100D | |
| 12 chamber system | Columbus Instruments | Custom built | Metabolic Caging System; includes control program |
| Drierite | Fisher Scientific | 238988 | CLAMS consumable |
| Calibration gas tank | Air Liquide | Mixed to order | Gas calibration (0.5% CO2, 20.5% O2, balance nitrogen). |
| Normal chow diet | Specialty Feeds | Irradiated mouse and rat diet | |
| High fat diet | Specialty Feeds | SF04-001 | |
| Balance | Mettler Toledo | PL202-S | Balance for weighing mice |
| TexQ Disinfectant spray | TexWipe | ||
| Hydrogen Peroxide cleaning solution | TexWipe | TX684 |
References
- Chen, W., Wilson, J. L., Khaksari, M., Cowley, M. A., Enriori, P. J. Abdominal fat analyzed by DEXA scan reflects visceral body fat and improves the phenotype description and the assessment of metabolic risk in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 303 (5), E635-E643 (2012).
- Kovner, I., Taicher, G. Z., Mitchell, A. D. Calibration and validation of EchoMRI whole body composition analysis based on chemical analysis of piglets, in comparison with the same for DXA. Int J Body Compos Res. 8 (1), 17-29 (2010).
- EchoMRI. . Software User Manual: Whole body composition analyzer. , (2016).
- Columbus Instruments. . Oxymax for Windows User Manual. , (2014).
- Tschop, M. H., et al. A guide to analysis of mouse energy metabolism. Nat Methods. 9 (1), 57-63 (2011).
- Speakman, J. R. Measuring energy metabolism in the mouse – theoretical, practical, and analytical considerations. Front Physiol. 4, (2013).
- Swoap, S. J., et al. Vagal tone dominates autonomic control of mouse heart rate at thermoneutrality. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294 (4), H1581-H1588 (2008).
- Tian, X. Y., et al. Thermoneutral housing accelerates metabolic inflammation to potentiate atherosclerosis but not insulin resistance. Cell Metab. 23 (1), 165-178 (2016).
- Giles, D. A., et al. Thermoneutral housing exacerbates nonalcoholic fatty liver disease in mice and allows for sex-independent disease modeling. Nat Med. 23 (7), 829-838 (2017).
- Lee, M. W., et al. Activated type 2 innate lymphoid cells regulate beige fat biogenesis. Cell. 160 (1-2), 74-87 (2015).
- Kusminski, C. M., et al. MitoNEET-driven alterations in adipocyte mitochondrial activity reveal a crucial adaptive process that preserves insulin sensitivity in obesity. Nat Med. 18 (10), 1539-1549 (2012).
- Judex, S., et al. Quantification of adiposity in small rodents using micro-CT. Methods. 50 (1), 14-19 (2010).
- Chaurasia, B., et al. Adipocyte ceramides regulate subcutaneous adipose browning, inflammation, and metabolism. Cell Metab. 24 (6), 820-834 (2016).
- Matthews, V. B., et al. Interleukin-6-deficient mice develop hepatic inflammation and systemic insulin resistance. Diabetologia. 53 (11), 2431-2441 (2010).
- Tschop, M., Smiley, D. L., Heiman, M. L. Ghrelin induces adiposity in rodents. Nature. 407 (6806), 908-913 (2000).
- Garcia, M. C., et al. Mature-onset obesity in interleukin-1 receptor I knockout mice. Diabetes. 55 (5), 1205-1213 (2006).
- Kowalski, G. M., Bruce, C. R. The regulation of glucose metabolism: Implications and considerations for the assessment of glucose homeostasis in rodents. Am J Physiol Endocrinol Metab. 307 (10), E859-E871 (2014).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297 (4), E849-E855 (2009).
