Lichaamssamenstelling en metabole kooien analyse in hoge vet Fed muizen
Summary
Dit protocol beschrijft het gebruik van een lichaam samenstelling analyzer en metabole dierlijke controlesysteem te karakteriseren lichaamssamenstelling en metabole parameters in muizen. Een model van de obesitas geïnduceerd door vetrijke voeding wordt gebruikt als een voorbeeld voor de toepassing van deze technieken.
Abstract
Wijzigingen in de samenstelling van het lichaam (vet of mager massa), metabole parameters zoals gehele lichaam zuurstofverbruik, energie-uitgaven, en het gebruik van substraat, en gedragingen zoals voedselinname en lichaamsbeweging kunnen geven belangrijke informatie met betrekking tot de onderliggende mechanismen van ziekte. Gezien het belang van de lichaamssamenstelling en metabolisme aan de ontwikkeling van obesitas en haar latere gevolgen, is het nodig om nauwkeurige maatregelen van deze parameters in de instelling van de pre-klinisch onderzoek. Vooruitgang in de technologie de afgelopen decennia hebben het mogelijk gemaakt te ontlenen deze maatregelen in knaagdier modellen in een niet-invasieve en longitudinale mode. Daarom zijn deze metabole maatregelen nuttig gebleken bij de beoordeling van de reactie van genetische manipulaties (bijvoorbeeld afvalrace of transgene muizen, knock-down virale of overexpressie van genen), experimentele drug/samengestelde screening en dieet, gedrags- of fysieke activiteit interventies. Hierin beschrijven we de protocollen die worden gebruikt voor het meten van de lichaamssamenstelling en metabole parameters met behulp van een dier monitoringsysteem in chow-gevoed en hoog vet dieet-gevoed muizen.
Introduction
Metabolisme ondersteunt vele aspecten van de normale cellulaire, orgel en fysiologie van het gehele lichaam. Bijgevolg, in de omgeving van verschillende aandoeningen, verbouwingen aan metabolisme kunnen rechtstreeks bijdragen tot de onderliggende aandoening of ongunstig kunnen worden beïnvloed als een neveneffect van de pathologie. Traditioneel, zijn metabole onderzoek en studies in de energiebalans geconcentreerd op het gebied van obesitas en verwante aandoeningen zoals insulineresistentie, pre diabetes, glucose-intolerantie, hart-en vaatziekten en diabetes. Dit onderzoek gerechtvaardigd is gezien de toenemende prevalentie van dergelijke voorwaarden wereldwijd en het individu, maatschappelijke, en economische kosten deze voorwaarden toebrengen. Als zodanig, de ontwikkeling van preventiestrategieën en nieuw therapeutics doel obesitas is een voortdurende doel in onderzoekslaboratoria over de hele wereld en preklinische Muismodellen zijn zwaar ingeroepen voor deze studies.
Terwijl weegt muizen en een betrouwbare beoordeling van gewichtstoename of -verlies biedt, biedt het geen een uitsplitsing van de verschillende componenten die deel van het gehele lichaam samenstelling (vet massa, vetvrije massa, gratis water evenals andere onderdelen zoals bont en klauwen uitmaken). Het gewicht voor dikke pads op de voltooiing van de studies, zodra de muis overleden is een nauwkeurige maatstaf voor verschillende vet depots, maar kan alleen gegevens leveren voor een enkel tijdstip. Dientengevolge, is het vaak nodig om te schrijven meerdere cohorten voor het onderzoek naar de ontwikkeling van obesitas in tijd, aanzienlijk meer dierlijke, tijd en kosten. Het gebruik van dual-energy X-ray absorptiometrie (DEXA) biedt een aanpak om te beoordelen lichaam vet en mager weefsel inhoud en de onderzoeker om gegevens in een longitudinale mode te verkrijgen. Echter, de procedure vereist muizen narcose1, en herhaalde aanvallen van anesthesie kunnen beïnvloeden de ophoping van vetweefsel invloed hebben of andere aspecten van metabole verordening. EchoMRI maakt gebruik van nucleaire magnetische resonantie-relaxometry voor het meten van vet en magere massa, gratis water en totale vochtgehalte. Dit is haalbaar als gevolg van de oprichting van het contrast tussen de verschillende weefsel componenten, met verschillen in de duur, de amplitude en de ruimtelijke spreiding van de gegenereerde radiofrequenties, waardoor de afbakening en de kwantificering van elk weefseltype. Deze techniek is voordelig als het is niet-invasief, snelle, eenvoudige, geen verdoving of straling vereist, en, nog belangrijker is, is positief gevalideerd tegen chemische analyse2.
Een belangrijke overweging van obesitas en verwant onderzoek is de energie-balans-vergelijking. Terwijl vet accumulatie is ingewikkelder dan puur de energie in (voedselinname) versus energie uit (energie-uitgaven), zijn ze belangrijke factoren om te kunnen meten. Dagelijkse energie-uitgaven is het totaal van vier verschillende onderdelen: (1) basale energie-uitgaven (rust stofwisseling); (2) de energie-uitgaven als gevolg van het thermische effect van voedselconsumptie; (3) de energie die nodig is voor thermoregulatie; en (4) de energie besteed aan lichaamsbeweging. Zoals energie-uitgaven warmte genereert, kan warmteproductie meten door een dier (bekend als directe calorimetrie) worden gebruikt ter beoordeling van de energie-uitgaven. U kunt ook meting van geïnspireerd en verlopen concentraties van O2 en CO2, zodat voor de bepaling van het gehele lichaam O2 consumptie en CO2 productie, kunnen worden gebruikt als een manier om niet indirect meten (indirecte calorimetrie) warmte productie en dus energie-uitgaven te berekenen. Een toename van de voedselinname of een afname van de energie-uitgaven zullen muizen predisponeren tot gewichtstoename en opmerkingen van veranderingen in deze parameters kunnen leveren nuttige informatie waarschijnlijk mechanismen van actie in bepaalde modellen van obesitas. Een verwante metabole parameter van belang is de respiratoire ruilverhouding (RER), een indicator van het aandeel van substraat/brandstof (dat wil zeggen, koolhydraten of vet) die ondergaat metabolisme en wordt gebruikt om energie te produceren. Bijgevolg, meting van de voedselinname (energieverbruik) gecombineerd met fysieke activiteitenniveaus, O2 consumptie, RER en energie-uitgaven kan bieden een brede kennis van een organisme van metabole profiel. Een methode voor het verzamelen van dergelijke gegevens is het gebruik van een uitgebreide proefdier monitoring systeem (VENUSSCHELPEN), die is gebaseerd op de methode van de indirecte calorimetrie voor het meten van de energie-uitgaven en heeft de toegevoegde mogelijkheden voor het bepalen van de fysieke activiteitenniveaus (bundel einden) en voedselinname via schalen opgenomen in de meting-kamer.
In dit protocol bieden wij een rechttoe-rechtaan-beschrijving van het gebruik van een lichaam samenstelling analyzer te beoordelen van de lichaamssamenstelling in muizen en een metabole dierlijke controlesysteem voor het meten van aspecten van het metabolisme. Overwegingen en beperkingen voor deze technieken zullen worden besproken en voorgestelde methoden voor analyse, interpretatie en gegevensvertegenwoordiging.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische stappen
De hierin beschreven protocollen bieden een voorbeeld van de wijze waarop aan de samenstelling van het lichaam van de maatregel en diverse metabole parameters in muizen met behulp van een lichaam samenstelling analyzer en een metabole dier monitoringsysteem. Voor beide technieken is het van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de machines optimaal werken, en om dit te doen, het absoluut noodzakelijk is dat de onderzoeker een test systeem voor het lichaam s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken het personeel van de Alfred medisch onderzoek en onderwijs Precinct Animal Services (AMREP AS) team voor hun hulp en verzorging van de muizen in deze studie gebruikt en voor de steun van de operationele infrastructuur ondersteunen regeling van de Victoriaanse staat Regering.
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).
